叉車貨叉架在制品環形緩存裝置設計與應用研究

0 引言

叉車的取物裝置主要由貨叉和貨叉架組成，貨叉架的生產制造可分為下料、組裝、焊接、涂裝、裝配等五個工序，其中焊接工序采用多品種小批量生產模式。由于貨叉架型號較多，在批量生產一種型號的貨叉架之后，需要批量生產另外一種型號的貨叉架，在更換不同型號貨叉架后繼續進行生產制造的同時，要保證貨叉架的生產效率[1-2]。

圖1貨叉架在制品環形緩存裝置組成

1設計貨叉架在制品緩存裝置的原因

為了按照銷售訂單完成貨叉架的生產制造，涂裝工序需要根據裝配需求安排生產。由于部分焊接完工后的貨叉架在制品不進入涂裝工序，導致其緩存量較多。原有的緩存方法是在貨叉架焊接完工后緩存在存放數量較少的下件線上，當下件線上的焊接完工后的貨叉架在制品超過輥道容量時，需采用人工疊放的方法放置在緩存區域，造成后續人工碼放和翻找作業的勞動強度很大，導致嚴重影響生產效率。為達到降低勞動強度和提高生產效率的目的[3]，需要設計一種焊接完工后的貨叉架在制品可以快速自動下線，且在涂裝工序能夠快速匹配上線進入涂裝和裝配工序的方法。

2貨叉架在制品緩存裝置的設計

2.1主要機構系統

本文設計的貨叉架在制品環形緩存裝置主要由分段式輥筒線、翻轉機構、桁架機構、環形緩存線、調用控制系統等組成，如圖1所示。

2.2各機構系統的結構及原理

2.2.1分段式輥筒線

分段式輥筒線由支撐架、分段式輸送輥道、電動機驅動機構、橫向定位機構等組成。分段式輥筒線的每一段輸送輥道均單獨配置1套電動機驅動機構，每一段輥道緩存1個貨叉架。前一段輸送輥道空位時，貨叉架自動補位。不同型號貨叉架的推送距離不同，為保證貨叉架的橫向對中精度，輥道末端設置了橫向定位機構。

2.2.2 翻轉機構

翻轉機構由承載托架、夾臂、夾臂升降機構、齒輪齒條組、電動機驅動機構等組成。最后一段輥道上的貨叉架到達桁架機構下方位置后，電動機驅動夾臂使其夾緊承載托架上的貨叉架，然后承載托架與夾臂同步翻轉將貨叉架豎起，等待桁架機構抓取。當桁架機構氣動夾具完成貨叉架夾緊動作后，夾臂升降機構通過齒輪齒條組將夾臂下降。同時桁架機構的氣動夾具攜帶貨叉架上移，到達預設高度后停止上升、等待放置。夾臂與貨叉架接觸部位設有耐磨條，可使翻轉機構穩定運行。

2.2.3 桁架機構

桁架機構由2根立柱、1根主梁、1根橫梁和1組單懸臂氣動夾具組成。兩根立柱采用化學螺栓固定在地面上，其主梁與立柱采用法蘭和螺栓連接方法，法蘭上設置了一組腰形孔，便于安裝時進行位置調整。橫梁底部設置了滑軌滑塊結構與主梁頂部的滑臺連接，便于橫梁左右移動。主梁滑臺上設有兩組接近開關，保證單懸臂氣動夾具提取和放置貨叉架的位置精度。橫梁的一端安裝了單懸臂氣動夾具，另一端安裝有配重塊，可使橫梁保持穩定。

單懸臂氣動夾具與橫梁采用螺栓連接，其夾具處亦安裝了接近開關。當氣動夾具下移提取貨叉架下降到與貨叉架接觸后，繼續下降壓縮彈簧，接近開關檢測到夾具到位后，氣缸動作通過夾具將貨叉架夾緊。該結構可保證不同高度貨叉架提取的兼容性。待翻轉機構夾臂下降后，橫梁帶動單懸臂氣動夾具移動到貨叉架的放置位置，完成貨叉架放置后返回原位，等待下次提取貨叉架。

2.2.4環形緩存線

環形緩存線由機架、動力機構、撥齒傳動機構、地拖鏈、承載小車、小車定位機構等組成。機架上設有固定式檢測裝置，可判定承載小車上有無貨叉架。環形緩存線如圖2所示。

圖2環形緩存線

當承載小車上放置了需要進入涂裝工序的貨叉架時，動力機構驅動撥齒傳動機構旋轉，其撥齒帶動地拖鏈移動。地拖鏈上設置的導向柱與承載小車連接，帶動承載小車和貨叉架移動到桁架機構下面，通過桁架機構的單懸臂氣動夾具將該貨叉架移動到分段式輥筒線上，隨后進入涂裝工位進行涂裝。當承載小車空載時，動力機構驅動撥齒傳動機構旋轉，將承載小車移動到桁架機構的貨叉架提取工位，停止移動，等待裝載貨叉架。當環形緩存線過載時，離合器與鏈輪斷開，從而保證緩存線運行安全。

2.2.5 調用控制系統

調用控制系統具有自動和人工兩種模式。當環形緩存裝置處于貨叉架下件作業過程中，調用控制系統保持自動模式，無法切換；當自動裝置處于空閑狀態時，方可使用人工模式操縱調用控制系統。

使用人工模式時，在人機交互界面選擇涂裝生產所需的貨叉架型號，操縱調用控制系統將存有該貨叉架的承載小車轉動到取件位，由人工將貨叉架吊起到送至涂裝線，同時將該承載小車綁定的貨叉架信息清空。然后繼續轉動，重復上述工作，直至完成全部需要選取貨叉架的調用作業，操縱調用控制系統停止運行。完成涂裝上線后，將調用控制系統調回自動模式，繼續進行貨叉架自動下件作業。

3貨叉架在制品緩存裝置運行過程

貨叉架由焊接工序下線時，放置在分段輸送輥道上，輥道對焊接好的貨叉架進行縱向定位，然后輸送至分段式輥筒線尾端，根據前道工序傳遞來的信息對貨叉架橫向定位，保證其翻轉工位橫向對中。翻轉機構將貨叉架夾緊，然后將其翻轉至垂直方向。桁架機構移動至提取位，下降到貨叉架上部位置，然后啟動夾具將貨叉架夾緊，向上提升后移動至放置位。與此同時環形緩存線旋轉，待空位承載小車到達放置位時停止旋轉，定位機構將承載小車進行二次定位夾緊。桁架機構將貨叉架放置在承載小車上，傳遞信息將貨叉架與承載小車綁定。

環形緩存裝置處在等待狀態時，將調用控制系統切換至人工模式，由人工選擇所需貨叉架種類。確定貨叉架種類后，環形緩存線自動旋轉，將該貨叉架輸送至取件位，由人工操縱桁架機構吊運貨叉架，同時清空該承載小車信息，然后操縱調用控制系統將人工模式切換回自動模式，環形緩存線恢復自動狀態，繼續自動緩存貨叉架。

4使用效果驗證

為了驗證該環形緩存裝置設計的合理性，在貨叉架焊接線的尾端，安裝了該裝置并進行試用，試用表明其功能滿足設計要求。環形緩存裝置處于焊接車間，雖配置有除塵系統，但仍存在一定量的焊接煙塵。焊接煙塵的存在，容易使承載小車滑槽內積灰，增大摩擦力，容易出現過載報警現象。經研究決定將滑槽結構改進為環形滑軌結構，經過一年試用其運行穩定。

5結束語

本文針對叉車貨叉架生產工藝流程中存在的在制品緩存問題，研究了一種貨叉架在制品環形緩存裝置，實現了焊接與涂裝工序之間貨叉架在制品的高效率緩存。但是設計時未考慮不合格品下線問題，導致不合格品也按正常在制品進入緩存線，然后再由人工調出。雖然不合格品發生概率極低，仍然說明該裝置存在不足之處，后續應考慮對此進一步完善。

參考文獻

[1]馬闖.平衡重叉車貨叉架焊接生產線設計[J].工程建設與設計，2020(21):163-164.

[2] 邵麗.貨叉架結構件焊接機器人工作站設計[J].工程機械文摘，2024(2):14-16.

[3]蘇波.叉車行業供應鏈的數字化轉型與未來發展[J].時代汽車，2024(17):21-23.