總裝車間模塊化物流輸送線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

模塊化物流輸送系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

模塊化物流輸送系統(tǒng)能大幅度提高物品搬運(yùn)效率，其輸送線具有靈活性、智能化和自動(dòng)化等特點(diǎn)，是展示總裝車間高產(chǎn)能及自動(dòng)化水平的重要依據(jù)之一。沒有模塊化就不可能有大規(guī)模的制造，無法保證產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，模塊化是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能化、穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)，所以，對(duì)模塊化物流輸送系統(tǒng)進(jìn)行研究十分必要。

總裝車間內(nèi)常采用模塊化的零部件主要包括座椅總成、保險(xiǎn)杠總成、儀表板模塊總成、前端模塊總成、前后懸架總成、動(dòng)力總成(發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器總成)和輪胎總成等，這些總成產(chǎn)品往往利用托盤及倍速鏈輸送線、升降機(jī)、頂升移載機(jī)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)從庫區(qū)或卸貨卡車至總裝生產(chǎn)線的裝配工位的模塊化輸送，配合助力機(jī)械手或機(jī)器人，按照工藝流程裝配到汽車上。

目前汽車廠的整車零部件配送大致分為兩種形式，一種是車間外采用物流車輸送，車間內(nèi)采用輸送線;另一種是車間內(nèi)、外均采用物流車配送。舉例說明，某汽車廠的整車座椅配送，車間外采用物流卡車輸送，利用卡車與線體對(duì)接，將座椅直接卸在輸送線上，實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)模塊化物流輸送，如果日產(chǎn)量為600臺(tái)，則物流卡車達(dá)到每天60車次(每車裝10套座椅)。另一汽車廠的整車座椅車間外采用物流卡車輸送(每車10套)，車間內(nèi)采用AGV小車配送(每次配送3套)，按照日產(chǎn)量1000臺(tái)計(jì)算，物流卡車達(dá)到每天100車次，而AGV將達(dá)到每天334車次。由此可見，模塊化物流輸送不僅能緩解物流配送的壓力，還能節(jié)省不少物流通道，從而降低工廠建設(shè)面積。

工藝方案

工件由物流卡車輸送至輸送線的端頭，利用對(duì)接裝置實(shí)現(xiàn)與線體的平穩(wěn)對(duì)接，按照生產(chǎn)順序?qū)⒐ぜ斔椭聊K化物流輸送線上。工件被輸送至升降機(jī)入口處，當(dāng)升降機(jī)上無積放工件時(shí)，停止器打開(打開時(shí)間結(jié)合生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行設(shè)計(jì)，由裝在升降機(jī)上的信號(hào)進(jìn)行控制)，放行最前面的工件，同時(shí)停止器關(guān)閉組織下一組工件，如此，實(shí)現(xiàn)了工件在升降機(jī)上的輸送。進(jìn)入升降機(jī)后，升降機(jī)自動(dòng)將工件一次性運(yùn)送至空中輸送線，通過停止器的作用，實(shí)現(xiàn)工件的積放和放行。在90°轉(zhuǎn)彎處，利用頂升移載機(jī)或90°旋轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)工件的移載，從而輸送至另一方向的輸送線，如此，輸送線將工件送至下件升降機(jī)入口處積放，當(dāng)下件升降機(jī)中無工件時(shí)，停止器打開，放行最前面的工件，同時(shí)組織下一個(gè)工件。工件進(jìn)入升降機(jī)到位后，升降機(jī)自動(dòng)將工件連續(xù)地輸送至地面裝配段，在裝配工位配合機(jī)械手或機(jī)器人進(jìn)行取件。取件完成后，升降臺(tái)將空托盤輸送至下層輸送線，空托盤按照原路返回，倍速鏈輸送線將空托盤輸送至物流卡車內(nèi)。

方案設(shè)計(jì)

按照工藝規(guī)劃，總裝車間內(nèi)的模塊化物流輸送線包括升降機(jī)、倍速輸送鏈、停止器、頂升移載機(jī)和電控系統(tǒng)等主要部件。

1.倍速輸送鏈系統(tǒng)

倍速輸送鏈系統(tǒng)包含倍速鏈、軌道、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、機(jī)架和控制系統(tǒng)等(見圖1)。總裝車間內(nèi)常用的倍速鏈型號(hào)有BS25-C216A，它代表著節(jié)距為50.8mm的2.5倍速的輸送鏈。某輸送鏈的主要參數(shù)如表1所示。

(1)倍速鏈原理

倍速鏈由滾動(dòng)部分(滾輪、滾子和套筒等)及止鎖部分(內(nèi)/外鏈板和軸銷等)組成(見圖2)。滾輪與軌道及工裝底板接觸，滾子與鏈輪的鏈齒接觸。

倍速鏈原理（見圖3）利用數(shù)學(xué)幾何方程式進(jìn)行推算，已知：圓心處速度v（倍速鏈線體驅(qū)動(dòng)鏈輪的線速度）、小輪半徑r（即滾子的半徑）和大輪半徑R（即滾輪的半徑）。計(jì)算：t＝0時(shí)，M位于O點(diǎn)，M的運(yùn)動(dòng)方程為X₁＝OP－rsinψ，N的運(yùn)動(dòng)方程為X₂=OP－Rsinψ，其中OP＝vt，ψ＝vt/r，所以N的運(yùn)動(dòng)方程為X₂＝vt－Rsin（vt/r），N的運(yùn)動(dòng)速度V₂＝X₂/t＝v－（R/t）sin（vt/r），當(dāng)倍速鏈的運(yùn)行速度ψ＝π的角度值時(shí)（180°），所以V₂＝【（R＋r）/r】×v，倍速倍數(shù)V₂/v＝（R＋r）/r，即滾輪與滾子的半徑之和與滾子的半徑的比值是倍速倍數(shù)。

• 2）倍速鏈選型

首先粗略地計(jì)算一下鏈條的極限拉伸載荷。極限拉伸載荷是根據(jù)鏈條的工作載荷進(jìn)行計(jì)算的，一般極限拉伸載荷是工作載荷的7～10倍，也就是鏈條的安全系數(shù)。

例如：標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)度為12m，工件及托盤重量為1200kg，滿積放時(shí)工件數(shù)量為3個(gè)，工作載荷為3×1200×10×0.10＝3600N，極限載荷為3600×10＝36000N，因?yàn)檫@是粗略計(jì)算，未考慮鏈條自重，所以根據(jù)鏈條樣本可選擇極限載荷大于36kN的倍速鏈，BS25-C216A極限載荷為56.7kN（再上一個(gè)型號(hào)的極限載荷為31.8kN，偏小），滿足條件。

下一步即是對(duì)所選鏈條進(jìn)行校核，已知：標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)度約為12m，質(zhì)量為4.06kg/m；工件和托盤單套為1200kg，共3個(gè)；托盤與鏈條之間的摩擦系數(shù)選擇0.1，鏈條與軌道間的摩擦系數(shù)選擇0.16。計(jì)算：鏈條與托盤間的摩擦力F₁＝0.1×（1200×3×10）＝3600N，鏈條與軌道間的摩擦力F₂＝0.16×（1200×3×10）＝5760N，鏈條自重產(chǎn)生的摩擦力F₃＝2×4.06×10×12×0.16＝155.9N，單根鏈條所受拉力F＝（F1＋F2＋F3）/2＝4.76kN，安全系數(shù)＝56.7/4.76＝12，所以滿足使用要求。

由于鏈條長(zhǎng)度未考慮驅(qū)動(dòng)、張緊鏈輪鏈齒處的鏈條長(zhǎng)度，而此長(zhǎng)度較小，故忽略不計(jì)，安全系數(shù)選大些即可滿足。

（3）倍速鏈注意事項(xiàng)

倍速鏈較其他的輸送形式（如輸送帶、輥道等）成本較低；使用前必須涂抹潤(rùn)滑油（一般供應(yīng)商會(huì)在出廠前將潤(rùn)滑劑添加好）；測(cè)量鏈條長(zhǎng)度應(yīng)在涂抹潤(rùn)滑油之前，所以甲方進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)可不對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，校對(duì)其鏈條合格證即可；使用過程中，應(yīng)定期給鏈條涂抹潤(rùn)滑油，按照嚴(yán)格要求，應(yīng)將潤(rùn)滑劑涂抹在軸銷處，現(xiàn)實(shí)中一般將鏈條整體涂抹，容易造成托盤打滑；鏈條上應(yīng)標(biāo)注制作商或商標(biāo)，并且標(biāo)注國標(biāo)要求的鏈號(hào)。

2.升降機(jī)

升降機(jī)均采用電動(dòng)皮帶式往復(fù)升降機(jī)，由立柱、皮帶、驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)連接軸、滑架、底座、維修平臺(tái)和導(dǎo)向輪等部件組成。

當(dāng)檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到升降機(jī)一個(gè)空位時(shí)，入口處的停止器打開，輸送鏈將工件輸送至升降機(jī)內(nèi)，工件到位后，升降機(jī)構(gòu)得到到位信號(hào)，進(jìn)行提升或下降，實(shí)現(xiàn)工件從地面至空中平臺(tái)(或從空中平臺(tái)至地面)間的高度變化。另外，升降機(jī)滑架出口與輸送鏈聯(lián)鎖，當(dāng)出口處工件堆積時(shí)，升降機(jī)自動(dòng)停止動(dòng)作;當(dāng)出口處輸送鏈存在空位時(shí)，升降機(jī)再次自動(dòng)運(yùn)行。

升降機(jī)旁設(shè)置升降機(jī)控制臺(tái)，設(shè)置手動(dòng)/自動(dòng)/維護(hù)開關(guān)，方便進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置，控制柜內(nèi)設(shè)置了變頻器，可以實(shí)現(xiàn)升降速度的快慢調(diào)節(jié)。座椅輸送升降機(jī)主要參數(shù)如表2所示。

3.頂升移載機(jī)

頂升移載機(jī)(見圖4)主要由機(jī)架、同步升降器、氣動(dòng)組件、履帶式鏈條、驅(qū)動(dòng)裝置和張緊裝置等部件組成，實(shí)現(xiàn)工件在兩條相互垂直的輸送鏈上的轉(zhuǎn)載。設(shè)計(jì)時(shí)，這兩條相互垂直的輸送鏈的工作面高度應(yīng)存在高度差，頂升移載機(jī)通過彌補(bǔ)線體間的高度差實(shí)現(xiàn)托盤工件的移載。

安裝時(shí)，安裝高度比所處位置的輸送鏈工作面低10mm，同步升降器作用使履帶式鏈條工作高度與另一條輸送鏈工作面高度一致，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)履帶式鏈條運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)工件在兩條相互垂直的輸送鏈上的轉(zhuǎn)載。座椅輸送線頂升移載機(jī)主要參數(shù)如表3所示。

結(jié)語

利用模塊化物流輸送線，能夠簡(jiǎn)單、快速并省力地將貨物從一個(gè)地方運(yùn)到另一個(gè)地方。本文結(jié)合總裝車間常采用的倍速鏈輸送形式對(duì)其主要部件的設(shè)計(jì)選型進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，倍速鏈輸送線是實(shí)現(xiàn)模塊化物流配送常用方式。此外，倍速鏈輸送線的各零部件均易采購，維修起來快速、簡(jiǎn)單，能夠很好地滿足產(chǎn)能及使用需求。