高曉斌 李小強 胡衛(wèi)毅

摘 要：為解決重型卡車裝配作業(yè)過程中，駕駛室手動翻轉(zhuǎn)作業(yè)勞動強度大問題，設(shè)計研發(fā)翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備。經(jīng)過現(xiàn)場環(huán)境與工藝裝配分析，提出設(shè)備設(shè)計思路并制定設(shè)計方案，按照設(shè)計方案展開機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制原理論證。設(shè)計方案的高效實施，駕駛室輔助設(shè)備現(xiàn)場實際應(yīng)用，實現(xiàn)以機帶人，大幅降低員工勞動輕度。

關(guān)鍵詞：重型卡車;駕駛室;手動翻轉(zhuǎn)

中圖分類號：U463.81? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-36-03

Abstract： In order to solve the problem of high labor intensity of manual cab turnover in heavy truck assembly， the design and development of turnover auxiliary equipment was carried out. After the analysis of the site environment and process assembly， the design idea of equipment is put forward and the design scheme is made. The mechanical structure design and control principle demonstration are carried out according to the design scheme. The efficient implementation of the design scheme， the on-site practical application of auxiliary equipment in the cab， the realization of machine to take people， greatly reduce the labor of the staff.

Keywords： Heavy truck; Cab; Manual turnover

CLC NO.： U463.81? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-36-03

前言

重型卡車裝配作業(yè)過程中，駕駛室搭裝完成，但駕駛室底部車輛底盤仍存在裝配工序，此時需將駕駛室翻轉(zhuǎn)起來才可繼續(xù)進行裝配。由于重型卡車駕駛室的重量較大，其翻轉(zhuǎn)均需要手油泵液壓系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)，而在現(xiàn)有裝配車型中，手油泵液壓系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)分為手動和自動兩種模式。自動模式采用電機帶動手油泵液壓實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，手動模式必須裝配人員利用杠桿手動打壓實現(xiàn)手油泵液壓翻轉(zhuǎn)。雖然隨著市場的變化，自動翻轉(zhuǎn)模式車型裝配需求不斷增加，但手動模式車型裝配數(shù)量仍然占比較大，因此現(xiàn)場裝配人員勞動強度仍居高不下。裝配人員借用杠桿搖動手油泵時，單車搖動頻次在150至200次之間，杠桿手持端上下幅度300mm至400mm，按照單日產(chǎn)量計算，單人單日搖動杠桿約2萬余次，因此極易造成裝配人員的胳膊、腰部疲勞受損，裝配人員抱怨不斷。針對此問題，急需研發(fā)設(shè)計一臺用于駕駛室翻轉(zhuǎn)作業(yè)的輔助設(shè)備，以機帶人，輔助完成駕駛室翻轉(zhuǎn)作業(yè)，從而減輕此崗位作業(yè)裝配人員的勞動強度。

1 工藝分析

1.1 手動翻轉(zhuǎn)車型分析

手動翻轉(zhuǎn)車型中，裝配人員將杠桿插入手油泵中，以手油泵為中心上下往復(fù)搖動，駕駛室翻轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)工作，以實現(xiàn)駕駛室翻轉(zhuǎn)。經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集測算，車輛手油泵安裝位置距地面高度均在1100mm至1250mm之間，最大高低差距150mm，裝配人員單次搖動最高點距最低點距離在300mm至400mm之間。

1.2 裝配現(xiàn)場空間分析

采用輔助設(shè)備替換人實現(xiàn)自動翻轉(zhuǎn)，裝配現(xiàn)場需充足的設(shè)備運行空間。經(jīng)過測算，為保證手油泵正常工作，輔助設(shè)備上下?lián)u動幅度充足，且與裝配車輛保持120mm的安全距離，輔助設(shè)備需保持距線體軌道間距1200mm，如圖1所示?，F(xiàn)場查驗，駕駛室翻轉(zhuǎn)裝配B27至B28工位存在充足的設(shè)備運行空間，可滿足現(xiàn)場輔助設(shè)備安裝需求。

2 設(shè)計思路

通過現(xiàn)場裝配工藝與裝配空間分析，輔助設(shè)備設(shè)計思路為：設(shè)備需具備三項功能。第一項，存在自動往復(fù)運動功能，實現(xiàn)輔助設(shè)備帶動杠桿上下往復(fù)運動;第二項，自動往復(fù)運動中心高低可調(diào)，保護正常裝配的情況下，滿足不同車型的駕駛室翻轉(zhuǎn)需求;第三項，輔助設(shè)備具備隨線運行功能，保證配合流水線作業(yè)。設(shè)備設(shè)計時，這三項功能中，第一項功能作為主要功能必須保證實現(xiàn)，另外兩項功能輔助，以保證設(shè)備更好的適用于現(xiàn)場。通過收集資料分析，提出電控設(shè)計方案和氣控設(shè)計方案。

2.1 電控方案

電控方案中，輔助設(shè)備主要往復(fù)運動功能采用電機驅(qū)動凸輪旋轉(zhuǎn)帶動杠桿實現(xiàn)，如圖2所示，電機轉(zhuǎn)動一周，凸輪帶動杠桿上下往復(fù)一周。輔助設(shè)備隨行功能采用裝配人員輔助設(shè)備隨線運行。

2.2 氣控方案

氣控方案中，根據(jù)杠桿往復(fù)距離直接選用350mm行程的氣缸，滿足設(shè)備往復(fù)運動行程，設(shè)計控制氣路滿足杠桿的往復(fù)運動，根據(jù)現(xiàn)場手動翻轉(zhuǎn)駕駛室車型中手油泵安裝位置差，選擇200mm行程的氣缸，調(diào)整輔助設(shè)備翻轉(zhuǎn)位置。

3 確定方案

根據(jù)電控方案設(shè)計思路，設(shè)計出驗證設(shè)備，將其帶至現(xiàn)場試驗，試驗過程中，電機驅(qū)動凸輪結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)駕駛室定點翻轉(zhuǎn)。由于凸輪運行為圓周運動，存在較大離心力，因此設(shè)備在進行隨線試驗時，裝配人員輔助設(shè)備隨線行走如無法保持設(shè)備與裝配車輛運行平穩(wěn)，就會出現(xiàn)設(shè)備劇烈晃動，存在較大使用安全隱患。

根據(jù)氣控方案設(shè)計思路，氣缸往復(fù)運動為直線運動，不存在離心力。設(shè)計出驗證設(shè)備在現(xiàn)場試驗時，氣缸上下運動，在設(shè)備與裝配車輛隨線運行時平穩(wěn)性差，往復(fù)氣缸仍可以穩(wěn)定帶動杠桿上下均勻運動，從而保證駕駛室翻轉(zhuǎn)，因此氣控方案安全性高。經(jīng)過對比，在保證設(shè)備安全使用前提下，選擇氣控方案實施。

4 設(shè)備設(shè)計

4.1 往復(fù)機構(gòu)設(shè)計

根據(jù)輔助設(shè)備與裝配車輛隨線運行時位置相對位移小，且之間間距固定等特點。為保證氣缸往復(fù)直線運行，氣缸與搖動杠桿之間連接需采用活動機構(gòu)，此活動機構(gòu)由U型雙肘接頭與套管兩部分組成，雙肘接頭固定于氣缸頂端，雙肘接頭與套管采用銷軸連接，套管套于杠桿上。氣缸上下往復(fù)直線運動時，套管延杠桿直線往復(fù)滑動，而套管與雙肘接頭運動角度隨氣缸運動實現(xiàn)自適應(yīng)。此種結(jié)構(gòu)設(shè)計，在輔助設(shè)備與裝配車輛隨線運行存在位移變量的情況下，仍可以保證杠桿平穩(wěn)上下?lián)u擺，以實現(xiàn)搖動手油泵工作。

4.2 升降機構(gòu)設(shè)計

輔助設(shè)備往復(fù)機構(gòu)在進行作業(yè)時，氣缸往復(fù)運動行程的最高點過高或最低點過低均會超手油泵作業(yè)范圍，造成手油泵損壞，因此在設(shè)備設(shè)計時，需將氣缸往復(fù)運動的中心位置與手油泵安裝位置結(jié)合考慮，經(jīng)過反復(fù)試驗，氣缸往復(fù)運動中心位置與手油泵位置相對位差小于50mm，如圖3所示。而在裝配車型中，手油泵安裝位置最大位差150mm，因此輔助設(shè)備需增加升降機構(gòu)，調(diào)整氣缸往復(fù)運動中心點位置，以保護手油泵工作時不會因使用設(shè)備受損。

根據(jù)手油泵安裝位置高低差別，選用200mm行程的氣缸作為升降結(jié)構(gòu)的主要部件。將用于往復(fù)運動的氣缸安裝至一塊方形平板上，平板中心位置與升降氣缸軸固定，方形平板的四角位置安裝鍍鉻光桿及直線軸承，以保證方形平板上下運行平穩(wěn)。升級 氣缸帶動方形平板進行上下調(diào)整時，往復(fù)機構(gòu)同時也進行上下調(diào)整，以達(dá)到往復(fù)氣缸運動中心位置與手油泵位置位差小于50mm。

4.3 隨動機構(gòu)設(shè)計

根據(jù)輔助設(shè)備與裝配車輛之間間距固定、相對位移小，輔助設(shè)備與裝配線體需保持平行且直線運行。因此設(shè)計時選用20mm方鋼作為輔助設(shè)備的運行導(dǎo)軌。為保證輔助設(shè)備延導(dǎo)軌方向運行，其行走輪設(shè)計為帶輪邊，兩側(cè)輪邊將輔助設(shè)備運行限制于導(dǎo)軌上，如圖4所示。

4.4 氣動控制設(shè)計

往復(fù)氣缸的往復(fù)運動采用機械閥與雙氣控閥之間相互作用，實現(xiàn)往復(fù)氣缸連續(xù)上下作業(yè)。升降氣缸執(zhí)行動作采用氣控閥控制，輔助設(shè)備根據(jù)車型手油泵安裝位置高低調(diào)整升降氣缸。在現(xiàn)場使用過程中，裝配人員需將手油泵與輔助設(shè)備的往復(fù)機構(gòu)用杠桿連接起來，而往復(fù)機構(gòu)在運行中杠桿可快速連接手油泵，為方便裝配人員安全可靠操作，需將往復(fù)運動分為高速運動和低速運動。經(jīng)過試驗總結(jié)，根據(jù)輔助設(shè)備操作需求，設(shè)備需具備高速、低速、停止、上升及下降5項功能，如圖5所示。

5 現(xiàn)場安裝使用

駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備設(shè)計完成，進入現(xiàn)場進行安裝，安裝時以裝配線體軌道為基準(zhǔn)進行測量，確定輔助設(shè)備軌道位置，軌道鋪設(shè)長度根據(jù)裝配線體運行速度及輔助設(shè)備翻轉(zhuǎn)駕駛室的速度進行計算，氣源采用彈簧氣管線旁取氣，彈簧管可自由伸縮，不存在氣管打折引發(fā)的故障問題?，F(xiàn)場裝配人員使用，輔助設(shè)備可覆蓋所有手動駕駛室翻轉(zhuǎn)車型，在固定工位內(nèi)，駕駛室翻轉(zhuǎn)成功率100%。在駕駛室翻轉(zhuǎn)運行過程中，由于輔助設(shè)備行走輪與軌道之間摩擦力非常小，裝配線體可通過手油泵及杠桿帶動輔助設(shè)備同步前行，無需裝配人員進行多余輔助，解放裝配人員裝配過程，將裝配人員的勞動量降至最低。

6 應(yīng)用總結(jié)

駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備從提出議題到成功實施，前提是充分進行了現(xiàn)場裝配調(diào)研，并利用工藝及其它數(shù)據(jù)進行深入分析。收集多途徑的資料信息，進行數(shù)據(jù)及信息匯總，按照思路及方案要求逐步進行設(shè)計開發(fā)，最后現(xiàn)場試用。充分聽取裝配人員意見進行改進，解決細(xì)微問題。

駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備在現(xiàn)場的成功應(yīng)用，解決了現(xiàn)場裝配中的實際問題，實現(xiàn)以機帶人，大幅降低了裝配人員的勞動強度，提高了工作效率。通過駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備的研制，提升了技術(shù)及維修人員的技術(shù)、技能水平，并增強了動手實踐能力及團隊協(xié)作能力，為其它輔助類設(shè)備的研制開拓了思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 李偉.重型卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計.設(shè)計研究.2018，17：168-171.