垂直地拖链输送机及其多功能台车的设计

2022-11-22

一、引言

不同车型的汽车制造过程中, 许多体积大、重量重的部件或总成如车桥、底盘等在生产过程中要在不同的工位作业, 采用机械化输送机实现了生产的规模化。

垂直地拖链输送机 (线) 是一种重要的机械化输送设备, 在现代汽车制造装备生产线中得到了广泛应用, 台车是其重要的可分离的承载输送装置。台车的多功能化更能适应柔性制造系统 (FMS) 的需要。

二、垂直地拖链输送机的设计

垂直地拖链输送机 (线) 是一种适用于汽车车桥、底盘等装配作业的输送设备, 通过减速机驱动链轮带动链条传动, 牵引台车沿着链条运动方向在轨道上行走, 针对工艺控制不同工位的工况, 实现对工件的输送。输送线作业面与车间地坪等高, 主体安装在坑道中, 结构示意见图1、图2, 主要组成如下:

驱动装置:由减速机、调速控制和固定结构件等组成, 控制可以调节链条的输送速度。

头轮装置:由链轮、轴承、轴等从动机构、头轮护罩和固定结构件等组成, 具有从动传动和安全防护功能。

张紧装置:由重力或气动等张紧链条的机构、防护罩和固定结构件等组成, 安装在线体的尾部, 用于调节链条松紧程度。

链条及轨道系统:由牵引链条及链条导轨、两侧的承载引导轨道、中间盖板和固定结构件等组成。

台车:带有牵引销的至少4轮的小车, 含工艺支撑等结构, 是一个可分离的与工件和工艺密切相关的承载输送装置。

辅助装置:其他安全防护结构及检修坑道和盖板等辅助装置。

其工作原理:链条及承载轨道位于地平面上, 其它均安装于坑道中, 驱动装置通过头轮装置和位于线体尾部的张紧装置将牵引链条运动起来, 带动台车在承载轨道上运动。

输送线的设计依据生产纲领确定生产节拍, 计算输送线的传输速度;根据生产工艺确定工位数和工位间距, 结合作业区域及总工艺平面布置图计算线体总长度。

依据线速度和工件最大重量等计算线体牵引力和功率是设计的关键。

1. 牵引力Fu的计算

传动链轮上所需的牵引力为输送线上所有阻力之和。即

式中Fu——牵引力 (N)

∑Fi——各种运行阻力之和 (N)

Fn——传动链轮链条绕入点的张力 (N)

Fv——牵引链条的初张力 (N)

Fp——传动链轮上的运行阻力 (N)

输送阻力主要是链条、台车与轨道间的滚动摩擦力, 牵引力是选择链条的主要依据之一。

2. 功率计算

式中PA——传动链轮所需轴功率 (k W)

Fu——牵引力 (k N)

V——线体运动速度 (m/s)

驱动电机功率:PM=kM·PA÷η

式中PM——传动电机功率 (k W)

kM——功率备用系数, 考虑线体的启动、制造和安装误差等造成电机功率额外消耗的影响因素, 通常kM=1.2~1.4

η——电机与传动链轮等各传动机构间的效率乘积, 即总效率

综合设计要求, 依据牵引力等计算选择链条的节距及型号、减速机型号及功率, 其他如链轮等设计符合一般机械设计规律。

整体设计时还应综合考虑工件上下线的方式、安全防护和检修通道。

三、多功能台车的设计

台车是机械化输送机中的承载输送装置, 分为自行台车和从动台车。

从动台车本体无驱动动力和控制系统, 在外加的牵引力作用下运动并受控的, 垂直地拖链输送机中的台车是放置在地面轨道上, 通过牵引销与连续运行的输送链条联接, 链条带动台车沿承载轨道运行, 其运动动力来自于牵引销传递的牵引力。

自行台车 (又称自动导引车, Automatic Guided Vehicle, 简称AGV) 是其本体带驱动动力和控制系统, 这类台车从诞生就应用于柔性加工系统 (FMS) 。

台车是线体满足柔性制造要求最重要的工艺装置, 通常的从动台车功能单一, 一种台车只能输送一种工件, 单一台车只适用于单一产品, 同一输送设备为实现多品种的作业要配备不同规格的大量台车。

针对输送汽车不同车桥的需要设计了结构如图3如示的多功能台车, 由车身1、脚轮2、支撑架3、加强筋4、辅助支撑5、丝杠6、丝杠固定座7、支撑架固定座8、紧固装置9和牵引销10组成。

台车结构非常简约, 四只脚轮2设置在车身1的下端, 两支撑架3设置在车身1上端两侧位置, 加强筋4设置在支撑架3的外侧, 丝杠固定座7设置在车身1的两侧边, 支撑架固定座8设置在支撑架3的内侧, 丝杠6的一端与丝杠固定座7连接, 另一端与支撑架固定座8连接, 紧固装置9设置在车身1的上下两侧边, 辅助支撑5设置在车身1的一侧边的中间位置。

台车的两支撑架3之间的距离通过丝杠6调节。

台车与牵引链条间是通过可以插拔且有定位锁紧结构的牵引销10进行连接的。

使用时, 通过调节丝杠6可以调节两支撑架3之间的距离, 以适应运输多种汽车车桥或不同体积的货物, 脚轮2与地面铺设的导轨配合, 定向输送货物, 方向易于控制, 运送货物的支撑架之间的距离可调, 在支撑结构上采用瞬时可调的结构来满足输送工件因尺寸不同的差异, 这种设计结构优化和零件简化, 操作调节方便, 追求简约、实用、高可靠、低故障率的设计效果。

习惯性认为“多功能”就是几种功能的叠加。我们在多功能台车的设计中摒弃了传统的“功能组合”的设计思想, 即通过将单一功能进行积木式组合形成“多功能”的技术路线, 而是设计“可调”的结构来满足多品种生产实现“多功能化”。

多功能台车的设计是为了能满足同一台车输送不同工件的需要, 适应柔性制造生产工艺的要求, 具有生产过程中调整生产工艺及时、更换产品快捷的优点, 实现柔性生产管理的目标。