朱陽兵

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型汽車輪胎輸送線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

朱陽兵

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型汽車裝配過程中會(huì)采用多種機(jī)械化輸送技術(shù)，而重卡輪胎因?yàn)橹睆酱?、重量重等特點(diǎn)，通常選擇輥道線進(jìn)行輸送。本文根據(jù)裝配工藝流程，闡述輥道輸送線的主要部件結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，并結(jié)合公司重卡裝配線上的輪胎輸送線介紹其設(shè)計(jì)與校核方法。

機(jī)械化輸送技術(shù) 輥道線 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 設(shè)計(jì)校核

CLC NO.:TH2/6_065Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-69-05

引言

重型汽車輪胎因?yàn)橹睆酱?、重量重等特點(diǎn)，在裝配過程中通常采用動(dòng)力輥道線進(jìn)行輸送，輥道線主要是把存儲(chǔ)區(qū)域的輪胎總成通過積放輥道、托盤升降機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備輸送到生產(chǎn)線輪胎裝配工位的兩側(cè)，然后用助力機(jī)械手把輪胎夾持住，按照工藝流程裝配到重型汽車的前后車橋上。

1、構(gòu)特點(diǎn)

動(dòng)力輥道輸送線自身設(shè)計(jì)有驅(qū)動(dòng)裝置，采用雙鏈輪傳動(dòng)，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)呈主動(dòng)狀態(tài)，可以按照規(guī)定速度控制被輸送物品的運(yùn)行狀態(tài)。雙鏈輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式承載能力大，通用性好，適用于載荷大，速度高、啟動(dòng)和制動(dòng)比較頻繁的場(chǎng)合。

2、藝方案

在重型汽車輪胎存放區(qū)域，操作工人使用行車，按照生產(chǎn)要求把重卡輪胎吊放到積放輥道上，輪胎被輸送到升降機(jī)入口處輥道上(可積放)，當(dāng)升降機(jī)托盤上無輪胎時(shí)，釋放器打開(打開時(shí)間由裝在升降機(jī)上的信號(hào)控制)，放行最前面的輪胎，同時(shí)阻止后一個(gè)輪胎運(yùn)行，如此輪胎依次進(jìn)入上件托盤升降機(jī)的托盤上，升降機(jī)自動(dòng)將輪胎一次運(yùn)送到空中積放輥道上，通過釋放器的作用，實(shí)現(xiàn)輪胎的積放和放行。在90°轉(zhuǎn)彎處，由頂升轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行輪胎轉(zhuǎn)載，將輪胎輸送到另一方向輥道上運(yùn)行，再經(jīng)過積放輥道、頂升轉(zhuǎn)載機(jī)，將輪胎輸送到下件托盤升降機(jī)入口處積放。當(dāng)下件升降機(jī)托盤上無輪胎時(shí)，釋放器打開(打開時(shí)間由裝在升降機(jī)上的信號(hào)控制)，放行最前面的輪胎，同時(shí)阻止后一個(gè)輪胎運(yùn)行，輪胎依次進(jìn)入下件托盤升降機(jī)的托盤上，升降機(jī)自動(dòng)將輪胎不間斷運(yùn)送到裝配線兩側(cè)的積放輥道上，在裝配線兩側(cè)末端處，由輪胎翻轉(zhuǎn)機(jī)夾持已經(jīng)輸送到位的輪胎，翻轉(zhuǎn)機(jī)根據(jù)工藝要求把輪胎翻轉(zhuǎn)90°或者180°，然后采用機(jī)械手將輪胎夾持搬離輥道線裝配到前后橋上，翻轉(zhuǎn)機(jī)自動(dòng)回位，完成輪胎的輸送。

3、案設(shè)計(jì)

3.1 產(chǎn)品參數(shù)

因該輸送線屬于柔性生產(chǎn)線，需滿足不同型號(hào)輪胎的輸送，產(chǎn)品參數(shù)見表1。3.2 輸送線參數(shù)及功能

按照工藝規(guī)劃，該輸送線設(shè)計(jì)成由升降機(jī)、輥道、轉(zhuǎn)載機(jī)、停止器、翻轉(zhuǎn)機(jī)組成的輸送線。輸送線設(shè)備包括上件SZ型托盤升降機(jī)1臺(tái)、下件SZ型托盤升降機(jī)2臺(tái)、積放輥道輸送機(jī)15條(長(zhǎng)度不等)、頂升轉(zhuǎn)載機(jī)3臺(tái)、輪胎翻轉(zhuǎn)機(jī)2臺(tái)、釋放器11套、鋼結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)組成。工藝平面布局見圖1。

3.2.1 積放輥道輸送機(jī)

積放輥道由片架、旁板、拉桿、積放輥道組件、驅(qū)動(dòng)裝置、12A鏈條、導(dǎo)向組件等部件組成。輥筒上裝配雙列鏈輪，調(diào)節(jié)輥筒組件一端的螺母通過軸套壓縮蝸卷彈簧，由套推壓輥筒內(nèi)的角接觸球軸承，增加輥筒與摩擦片間的摩擦力，使得輥筒與鏈輪一道轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)輸送功能；當(dāng)輪胎積放時(shí)(釋放器關(guān)閉，阻擋輪胎前進(jìn))，由于輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力增大，鏈輪與輥筒內(nèi)的摩擦片打滑，鏈輪雖然繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但輥筒停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而避免輪胎與輥筒間的摩擦而損耗輪胎。輥道的傳動(dòng)是通過相鄰輥筒鏈輪之間環(huán)形鏈條帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)，輥筒表面鍍鋅工藝。輸送機(jī)參數(shù)見表2。

表2 輸送機(jī)參數(shù)表

3.2.2 托盤升降機(jī)

托盤升降機(jī)由底座、中間架、頂架、驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)軸系、張緊軸系、長(zhǎng)短軸系、提升鏈條、托盤等組成。將多根方管固定在兩根專用鏈條上組成托盤，托盤按照一定間距安裝在四根提升鏈條上。

當(dāng)檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到升降機(jī)一個(gè)空托盤時(shí)，入口處輥道上的停止器打開，輥道將輪胎向升降機(jī)托盤上輸送，同時(shí)托盤前端恰好到達(dá)升降機(jī)入口處水平前行，兩者共同運(yùn)行，將輪胎輸送到托盤上(雖然兩者速度不同，但因輥筒的積放型，與輪胎接觸的輥筒速度隨托盤速度自行調(diào)節(jié)到一致，不會(huì)與輪胎產(chǎn)生相互轉(zhuǎn)動(dòng))。

當(dāng)托盤及輪胎全部進(jìn)入升降機(jī)內(nèi)(入口處有光電開關(guān)檢測(cè)保證安全)，托盤正好位于升降機(jī)四根提升鏈條中間是，四根鏈條恰好處于垂直運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)將托盤及輪胎水平提升，托盤間隔根據(jù)升降機(jī)最快速度設(shè)定。

當(dāng)托盤及輪胎上升到頂部時(shí)，四根鏈條恰好處于水平狀態(tài)，帶動(dòng)托盤及輪胎水平向升降機(jī)出口移動(dòng)，輪胎進(jìn)入出口處輥道上，而托盤則向下翻轉(zhuǎn)，通過出口處的輥道運(yùn)行將輪胎向前輸送。

托盤升降機(jī)旁設(shè)有操作控制臺(tái)，設(shè)自動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，升降機(jī)提升速度變頻可調(diào)。

托盤升降機(jī)與出口輥道信號(hào)連鎖，當(dāng)出口輥道上輪胎數(shù)量滿位時(shí)，升降機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行，當(dāng)出口輥道上輪胎數(shù)量不滿位時(shí)，升降機(jī)自動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行，因此不會(huì)出現(xiàn)輪胎多堵車的現(xiàn)象。升降機(jī)參數(shù)見表3。

表3 升降機(jī)參數(shù)表

3.2.3 頂升轉(zhuǎn)載機(jī)

表4 轉(zhuǎn)載機(jī)參數(shù)表

頂升轉(zhuǎn)載機(jī)由機(jī)架、履帶式鏈條、驅(qū)動(dòng)裝置、頂升氣缸等組成，實(shí)現(xiàn)輪胎在兩條相互垂直的輥道線上的轉(zhuǎn)載。其安裝高度比其所處位置的輥筒工作面高度低10mm，氣缸頂升后履帶鏈條工作高度與另一輥道工作面高度一致，通過電機(jī)帶動(dòng)履帶式鏈條運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)輪胎在兩條相互垂直的輥道線上的轉(zhuǎn)載。為了保證大小輪胎均能可靠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)載，將頂升轉(zhuǎn)載機(jī)的履帶式鏈條制成3排。轉(zhuǎn)載機(jī)參數(shù)見表4。

3.2.4 輪胎翻轉(zhuǎn)機(jī)

輪胎翻轉(zhuǎn)機(jī)由固定座、翻轉(zhuǎn)架、氣缸等組成。當(dāng)輪胎進(jìn)入翻轉(zhuǎn)工位后光電開關(guān)檢測(cè)到輪胎后，氣缸動(dòng)作，將翻轉(zhuǎn)架翻轉(zhuǎn)一定角度，人工使用機(jī)械手將輪胎吊離翻轉(zhuǎn)架，光電開關(guān)檢測(cè)確認(rèn)翻轉(zhuǎn)架上無輪胎時(shí)，氣缸收回，翻轉(zhuǎn)架回位。翻轉(zhuǎn)機(jī)參數(shù)見表5。

表5 翻轉(zhuǎn)機(jī)參數(shù)表

3.2.5 釋放器

由機(jī)架、連桿、阻擋器、氣缸組成，實(shí)現(xiàn)輪胎的積放與放行。由于輪胎直徑相差較大，釋放采用兩組氣缸動(dòng)作的配合來達(dá)到積放大小輪胎的目的。

當(dāng)輸送重型輪胎時(shí)，由于輪胎直徑大，通過線體下面的氣缸推動(dòng)阻擋器，在連桿的作用下，阻擋器前面兩個(gè)阻擋滾輪向外翻轉(zhuǎn)，放行輪胎，同時(shí)后面的兩個(gè)阻擋滾輪向內(nèi)翻起，阻隔后面的輪胎前行。

當(dāng)輸送輕型輪胎時(shí)，除了前面所述的釋放器動(dòng)作外，安裝在輥道上面的氣缸同時(shí)也動(dòng)作，轉(zhuǎn)臂向外或者向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，阻止或放行輕型輪胎。通過兩組氣缸的配合動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)小輪胎的輸送與積放。

表6 釋放器參數(shù)表

大小輪胎的識(shí)別可以根據(jù)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，即將生產(chǎn)信息輸入輪胎線控制系統(tǒng)，根據(jù)不同車型輪胎的分組，由PLC來控制各個(gè)釋放器和分岔處的轉(zhuǎn)載機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)大小輪胎的積放或釋放已經(jīng)對(duì)生產(chǎn)線兩側(cè)左右輪胎數(shù)量的輸送（含備胎）。釋放器參數(shù)見表6。

4、輥道線方案主體設(shè)備節(jié)拍及功率計(jì)算

4.1 SZ型托盤升降機(jī)

采用多層托盤形式，托盤間距設(shè)定2667mm(鏈條20A-70)，生產(chǎn)節(jié)拍上件處t=20s/個(gè)，下件處t=40s/個(gè)(單班)，上下件升降機(jī)形式相同，按上件處升降機(jī)計(jì)算。

理論升降速度v=s÷t=2.667÷20*60=8.0m/s，設(shè)計(jì)速度：v=3~10m/min，變頻調(diào)速，按照10m/m in計(jì)算。

托盤數(shù)量6個(gè)，每個(gè)重量100kg/個(gè)；鏈條長(zhǎng)度：80m，重量304kg；軸系重量：220kg；

驅(qū)動(dòng)力：F=(100*6+304+220)*0.05+(100*6+304+ 220)*10=11296N；

力矩：T=F·r=865N.m；

功率：N=F·v/(1000*60*0.8)=2.35kw；

轉(zhuǎn)速：n=v/(π·d)=21 rpm；

電機(jī)選擇：K77DV100L4/BMG/HF/3.0kw/22 rpm；T=1330N.m。

4.2 積放輥筒(附件：輥筒設(shè)計(jì)方案)

按輪胎由分岔點(diǎn)到裝配主線右側(cè)頂升移栽機(jī)前的距離(最遠(yuǎn)距離)8m，根據(jù)節(jié)拍(40s)計(jì)算，理論速度v=12 m/min，可慮故障的可能性，設(shè)計(jì)速度v1=15 m/m in，輪胎可以積放存儲(chǔ)。按照升降機(jī)托盤間距計(jì)算，輥道輸送輪胎時(shí)間T=10.7?20s。下面為不同長(zhǎng)度輥道電機(jī)減速機(jī)選型計(jì)算過程。

4.2.1 長(zhǎng)度為L(zhǎng)=8000m

輥筒直徑ф90*5，單重22kg，數(shù)量30個(gè)，總重量660kg，積放輪胎數(shù)量(最大輪胎)6個(gè)，單重100kg。

則：驅(qū)動(dòng)力：F=(100*6+660) *10*0.075*2= 1890N；

力矩：T=F·r=85m；

功率：N=F·v/(1000*60*0.8)=0.6kw；

轉(zhuǎn)速：n=v/(π·d)=53 rpm；

選擇電機(jī)：R37DT80N4 /0.75kw/57rpm；T= 127N.m。

4.2.2 長(zhǎng)度為L(zhǎng)=3550m

輥筒直徑ф90*5，單重22kg，數(shù)量13個(gè)，總重量286kg，積放輪胎數(shù)量(最大輪胎)3個(gè)，單重100kg。

則：驅(qū)動(dòng)力：F=(100*3+286) *10*0.075*2= 879N；

力矩： T=F*r=40m；

功率： N=F*v/(1000*60*0.8)=0.27kw；

轉(zhuǎn)速：n=v/(π*d)=53 rpm；

電機(jī)選擇：R37DT71N4 /0.37kw/57rpm；T= 63N.m。

4.2.3 長(zhǎng)度為L(zhǎng)=5840m

輥筒直徑ф90*5，單重22kg，數(shù)量22個(gè)，總重量484kg，積放輪胎數(shù)量(最大輪胎)5個(gè)，單重100kg。

則：驅(qū)動(dòng)力：F=(100*5+484) *10*0.075*2= 1476N；

力矩：T=F*r=67m；

功率：N=F*v/(1000*60*0.8)=0.46kw；

轉(zhuǎn)速：n=v/(π*d)=53 rpm；

電機(jī)選擇：R37DT80N4 /0.55kw/56rpm；T= 94N.m。

4.3轉(zhuǎn)載機(jī) (工藝節(jié)拍20s)

停止器打開： t1=1.5s；

輪胎進(jìn)入轉(zhuǎn)載機(jī) t2=1.5m/15m/m in=6s；

氣缸頂升時(shí)間(H=50mm) t3=1.5s；

輪胎移出轉(zhuǎn)載機(jī) t4=1.5÷15=6s；

氣缸下降時(shí)間(H=50mm) t5=1.5s；

總節(jié)拍時(shí)間T= t1+t2+t3+t4+t5=16.5s﹤20s。

5、輥筒及轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度核算

5.1 積放輥筒

輥筒直徑ф90*5，自重14kg，工件重100kg。假定全部由一個(gè)輥筒承載，支撐間距(輥筒內(nèi)軸承支撐)L=1250mm，則輥筒承受彎矩M 1=0.25*（14+100）*1.25*10=357N.m，其他輪胎產(chǎn)生的橫向力矩M 2=85 N.m，聯(lián)合力矩M=367 N.m，彎曲應(yīng)力σ =M/W=367*1000/26890=13.65MPa﹤σ-1=161MPa。

安全系數(shù)S=σ-1/σ=11.8

5.2 ф20軸強(qiáng)度校核

按照輥筒最大負(fù)荷（100kg）計(jì)算，兩端軸承處負(fù)荷為50kg，距旁板支點(diǎn)間距為100mm，力矩M 1=50*0.1*10=50N.m，彎曲應(yīng)力σ=M 1/W=50* 1000/785=64 MPa﹤σ-1=161 MPa。

安全系數(shù)S=σ-1/σ=2.51。

根據(jù)以上核算，輥筒及轉(zhuǎn)軸都符合安全要求。

6、應(yīng)用效果

以上是我公司自主設(shè)計(jì)并應(yīng)用到總裝車間內(nèi)的輪胎輸送線，已經(jīng)投入使用多年，使用狀態(tài)良好，很好的滿足了生產(chǎn)需求。選取幾個(gè)主要部件如下示意圖2、3、4所示。

[1] 趙經(jīng)文，王鐸.理論力學(xué)【M】.北京：高等教育出版社，1997.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第5版）【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3] 黃學(xué)群.運(yùn)輸機(jī)械選型手冊(cè)（第2版）【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

鋁空氣電池：為電動(dòng)汽車增程3000公里

Alum inum-air battery: extended-range electric car 3000 km

一輛電動(dòng)汽車能否連續(xù)馳騁19個(gè)小時(shí)，從多倫多開到1800公里外的哈利法克斯，全程無需停車充電?這在理論上將是可行的。近日，美鋁加拿大公司和以色列Phinergy公司在蒙特利爾向大眾展示了這樣一種具有超級(jí)續(xù)航能力的電池技術(shù)。

Design and app lication of heavy duty truck tire conveying line

Zhu Yangbing
( Anhui Jiang Huai Automobile Corp, Anhui Hefei 230601)

Heavy duty automobile assembly process can use a variety of mechanical transm ission technology, and heavy truck tyres for large diameter, heavy weight, usually choose roller line transportation. Based on the assembling process, structure of main parts and expounds the features of roller conveyor line, combined w ith the assembly line, heavy truck tire conveying line introduced the design and checking method.

Mechanical transm ission technology；roller line；structural characteristics；design verification

TH2/6_065

A

1671-7988(2014)06-69-05

朱陽兵，高級(jí)工程師，總裝工藝專家，研究方向：汽車裝配工藝的規(guī)劃設(shè)計(jì)、機(jī)械化輸送技術(shù)研究及汽車裝配物流的規(guī)劃設(shè)計(jì)、汽車零部件配送中心的規(guī)劃設(shè)計(jì)及實(shí)施工作。