往復(fù)桿輸送線優(yōu)化方案

許麗虹 許振宏 馮志鵬

摘 要：本文針對現(xiàn)有傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送生產(chǎn)線存在輸送時間長、輸送精度低的問題，通過分析輸送機構(gòu)的工作原理及結(jié)構(gòu)，提出三個優(yōu)化方案來提升輸送速度，并采用伺服改造提高輸送精度。

關(guān)鍵詞：往復(fù)桿輸送;速度;伺服電機;增值時間;輸送精度

傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送線具有穩(wěn)定性高，運行可靠，造價低廉，維修方便等特點而獲得廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送線存在輸送時間長，生產(chǎn)效率低的問題;同時傳統(tǒng)往復(fù)輸送線采用普通變頻電機驅(qū)動，輸送過程啟動慢，需要通過檢測開關(guān)檢測加減速及到位，控制繁瑣，加減速曲線不好，輸送線精度差。

基于上述存在的問題，我們提出輸送時間短、停止位精度高、控制簡單的解決方案。方案對輸送速度進行提升，同時將傳統(tǒng)往復(fù)輸送機構(gòu)中的變頻電機改為伺服電機驅(qū)動，重新設(shè)計伺服電機驅(qū)動單元，優(yōu)化往復(fù)輸送機構(gòu)的控制系統(tǒng)，優(yōu)化輸送速度曲線。

1 往復(fù)桿輸送線提速優(yōu)化

往復(fù)桿輸送線的工作原理是輸送線整體抬升將工件抬離焊接夾具，輸送線水平運行將工件輸送至下一工位，輸送線整體下降，同時將工件放置在焊接夾具上，輸送線返回原工位[1]。現(xiàn)有往復(fù)桿輸送線的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

現(xiàn)有生產(chǎn)線運行節(jié)拍為40JPH，運行效率為90%，ATT時間為81S，往復(fù)輸送線的輸送時間為25S，其動作循環(huán)過程為：上升—后退鎖打開—前進—下降—前進鎖打開—后退，其運行時間分解如圖2所示。

在生產(chǎn)節(jié)拍不變的情況下，往復(fù)輸送線輸送時間越長，生產(chǎn)線的增值時間越低，所以可以通過減少往復(fù)輸送線的輸送時間來提高生產(chǎn)線的增值時間。從往復(fù)桿輸送線的時間分布來看，可以從輸送上升、輸送前進、輸送下降、輸送后退環(huán)節(jié)進行提速。

1.1 提高輸送上升、下降速度的方法

現(xiàn)有往復(fù)輸送線通過舉升氣缸和拉動氣缸驅(qū)動其做上升運動，上升時間為4.5S;通過輸送線自重和拉動氣缸驅(qū)動其做下降運動，下降時間為5.5S。提高上升、下降速度的方法是改變現(xiàn)有的氣路控制方式，其措施如下：

1）在輸送線下降階段，對舉升氣缸反向加氣壓;

2）通過改變驅(qū)動管道直徑大小，將驅(qū)動管道直徑由原先直徑為50mm的管道改為直徑為40mm的，以實現(xiàn)減少充氣時間;

3）通過增加換向閥的數(shù)量來實現(xiàn)增大充氣流量;

4）通過改變氣缸型號，將目前使用的普通氣缸改變?yōu)榈湍Σ亮飧住?/p>

通過以上改進措施，輸送機構(gòu)上升700mm需要的時間為4s，下降700mm需要的時間為4s。

1.2 提高前進、后退速度的方法

通過改變往復(fù)桿輸送機構(gòu)的輸送電機輸出轉(zhuǎn)速比來提高輸送線前進、后退的速度，減少輸送時間。

往復(fù)桿輸送機構(gòu)現(xiàn)在使用的電機型號為R97DV160M4/BMG/HF，其電機功率為11KW，減速比為16.17，頻率為50HZ，輸出轉(zhuǎn)速為91r/min，輸出額定扭矩為1150M.m。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，加速時間為1.5s，減速時間為1.2s，勻速時間為4.3s，整個水平輸送時間為7s。

考慮便于做備件，減速機延用R97系列。初步選定的電機型號為R97DRE180M4BE20/HF/TF，其電機功率為15KW，減速比為12.39，輸出轉(zhuǎn)速為118 r/min，輸出額定扭矩為1210N.m。齒輪分度圓半徑為0.1m，電機與齒輪的傳動比為1：1，工位節(jié)距為5.5m，輸出的同步速度為1.23m/s，按照使用頻率為45HZ計算，輸送線臺車滑板高速運行速度為1.11m/s，全程高速運行需要的時間為5s。加速時間t1為1s，加速距離為0.8m，減速時間為0.8s，減速距離為0.6m，則實際高速運行需要的時間為3.7s，整個前進輸送時間為5.5s。

通過對現(xiàn)有往復(fù)桿輸送線進行提速，其運行的時間可以減少至20s。

1.3 利用輸送后退的時間進行焊接

通過增加機械硬防護的方式，利用輸送后退的時間進行焊接，可以提高增值時間。確保員工操作不與輸送托架掃略區(qū)域發(fā)生干涉，同時屏蔽控制在該工位返程時間段的光柵檢測，輸送線后退時可以進行上部車身的焊接、裝件及側(cè)框推進等工作，如果在輸送線后退時進行夾具關(guān)夾及用于工人操作，將會使輸送線運行時間減少5.5s，從而使工人操作時間增加5.5s。增加機械防護前后的對比如圖3所示。

2 伺服改造

通過采用帶絕對值編碼器的伺服電機做為輸送機構(gòu)前進后退的驅(qū)動力。電機控制方面，伺服電機可以實現(xiàn)無級調(diào)速，輸送平穩(wěn)性好，電機噪音小。加減速階段不需要檢測開關(guān)檢測，控制簡單，可保證高速運行的重復(fù)定位精度為±0.1 mm。機構(gòu)的加減速曲線好，輸送線受力均衡，降低了設(shè)備的故障率。其控制系統(tǒng)如圖4所示。

在機械方面，取消到位鎖緊機構(gòu)、減速開關(guān)、到位緩沖限位機構(gòu)，解決了輸送臺車滑板到位后反彈的問題。同時選用可以為伺服電動機等高速、高精度定位、超精密控制用途開發(fā)的金屬板簧聯(lián)軸器，在實現(xiàn)高剛性、高轉(zhuǎn)矩、低慣量、高響應(yīng)性的同時，還具有彎折方向、階梯方向、軸向柔軟的特性，完全沒有背隙，扭轉(zhuǎn)剛性極高，可進行準確的軸旋轉(zhuǎn)和超精密控制。通過金屬板簧聯(lián)軸器連接伺服電機與輸送齒輪，實現(xiàn)扭矩傳遞，同時聯(lián)軸器起到緩沖、減震作用，拆裝方便，提高維修效率。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 結(jié)束語

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的往復(fù)桿輸送線運行周期由原先25S減少至19s，同時充分利用了輸送線返程5.5S來焊接，其增值時間增加了11.5S，輸送重復(fù)定位精度達到±0.01mm。

參考文獻：

[1]張志杰.車身車間擺桿式往復(fù)輸送線的創(chuàng)新設(shè)計.制造工程設(shè)計，2006，1007-9467（2006）增刊-00106-02.

[2]王麗莉.往返輸送重載伺服系統(tǒng)方案分析.汽車制造業(yè)，2016，第20期34-37.