電動(dòng)車組電氣配線自動(dòng)下料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)公司現(xiàn)有電動(dòng)車紐電氣配線手動(dòng)下料的現(xiàn)狀，本文采用集成創(chuàng)新的方法，以目前占線境比例60％以上的1.25mm單芯線為摩用對(duì)象，設(shè)計(jì)了電氣配線自動(dòng)下料系統(tǒng)，其主要設(shè)備包含：放線機(jī)，噴碼機(jī)，切線機(jī).機(jī)械手、傳遞帶收線機(jī)構(gòu)和工控機(jī)操作臺(tái)六大部分。自主開(kāi)發(fā)下料系統(tǒng)管理軟件和切線機(jī)控制器，擬希望通過(guò)此自動(dòng)下料l系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，減輕目前較為繁重的工人勞動(dòng)，并進(jìn)一步提高電動(dòng)豐組整車裝配制造效率。

關(guān)鍵詞；電動(dòng)車組 電氣配線 自動(dòng)下料系統(tǒng)

中圖分類號(hào).U270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼.A 文童編號(hào)：1674-098X(2012)02(b)-0026-02

1引言

隨著我國(guó)高速鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高速鐵路車輛制造的國(guó)產(chǎn)化工作已越來(lái)越顯得十分重要。南車四方機(jī)車車輛有限公司作為國(guó)家軌道交通裝備的龍頭骨干企業(yè)，近年來(lái)承擔(dān)著艱巨的電動(dòng)車組國(guó)產(chǎn)化集成設(shè)計(jì)制造任務(wù)。由于電動(dòng)車組自身的特性需要，在其進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，每節(jié)車輛都需要數(shù)量巨大，尺寸繁雜的電線。而我國(guó)傳統(tǒng)的鐵路車輛由于自身不具備動(dòng)力牽引功能，因此在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中不存在十分復(fù)雜的電線下料問(wèn)題。隨著電動(dòng)車組生產(chǎn)任務(wù)的不斷加劇，很多車輛裝備制造企業(yè)都不同程度地面臨著電線下料的新課題。

四方公司目前的電線下料工藝主要以手工為主，具體根據(jù)線型不同手工下線工藝又有所不同。

由于生產(chǎn)任務(wù)較重，造成目前電線下料工人的生產(chǎn)任務(wù)十分繁重，效率較低，且電線標(biāo)簽一旦出錯(cuò)查哉起來(lái)工作最十分巨大，影響了整個(gè)車輛的裝配制造過(guò)程。因此急需開(kāi)發(fā)出針對(duì)不同線徑和長(zhǎng)度的電線自動(dòng)下料系統(tǒng)，從而有效減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，整體提高車輛裝配制造的自動(dòng)化水平。

2自動(dòng)下料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以實(shí)際情況較為復(fù)雜的司機(jī)室電線下料工作為面向?qū)ο螅_(kāi)展針對(duì)直徑2mm2以下的細(xì)線型電線自動(dòng)下料系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

2.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電動(dòng)車組配線放線工藝復(fù)雜、線型繁多，如果延續(xù)目前人工放線的操作模式，產(chǎn)能很難得到進(jìn)一步提高，工人也無(wú)法從繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)。因而對(duì)動(dòng)車組電氣配線工藝的自動(dòng)下料系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)顯得尤為具有意義。

實(shí)際生產(chǎn)中，1.25mm2單芯線占電動(dòng)車組使用的所有線纜比例為60％以上，此部分線纜數(shù)量龐大，長(zhǎng)短不一，由機(jī)器代為加工能較大程度提高生產(chǎn)效率。其它型號(hào)線纜由于線徑分布較廣，使用機(jī)器切割需要頻繁更換線卷，和人工放線相比效率不高。因而初期仍為人工放線，兩種下料方式配合工作，綜合提高生產(chǎn)效率。

目前市場(chǎng)沒(méi)有專為鐵路長(zhǎng)線加工專門開(kāi)發(fā)的自動(dòng)放線系統(tǒng)，在汽車和家電行業(yè)使用較多的自動(dòng)切線機(jī)大都以切割短線為主，且沒(méi)有控制和通訊接口，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電腦集中控制。通過(guò)對(duì)目前配線設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行了解以及對(duì)相關(guān)設(shè)備廠家的咨詢調(diào)研，本文提出一套自動(dòng)下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)最終目的功能及目標(biāo)是：實(shí)現(xiàn)線束信息數(shù)據(jù)以Excel表格的形式輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)一定的工藝規(guī)則，自動(dòng)放線、切割，并收集。整個(gè)過(guò)程工藝數(shù)據(jù)格式無(wú)縫連接.最大限度的減少工人和設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng)。

2.2主要設(shè)備

自動(dòng)下料系統(tǒng)包含：放線機(jī)、噴碼機(jī)、切線機(jī)、機(jī)械手、傳送帶收線機(jī)構(gòu)和工控機(jī)操作臺(tái)六大部分。

其中放線機(jī)用來(lái)安裝線卷，由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)按照設(shè)定的送線速度供線。噴碼機(jī)用來(lái)向線纜上噴印線號(hào)，利用線號(hào)區(qū)分切割下來(lái)的每一根電纜的身份。切線機(jī)完成線纜長(zhǎng)度的計(jì)量和切割。切割完之后的線纜由機(jī)械手和傳送帶收集至集線槽。整套系統(tǒng)由切線機(jī)嵌入式處理器和工控機(jī)協(xié)調(diào)控制。相關(guān)的控制器和控制軟件自行定制開(kāi)發(fā)。

2.2.1供線機(jī)構(gòu)

供線使用自動(dòng)張力送線機(jī)，由變頻器驅(qū)動(dòng)供線電機(jī)，電磁離合器作為線輥主軸的剎車動(dòng)力。另常狀態(tài)時(shí)可自動(dòng)緊急制動(dòng)，并可提供一組緊急制動(dòng)的信號(hào)給控制系統(tǒng)以做出同步響應(yīng)；送線機(jī)的相應(yīng)參數(shù)最大供線速度約2m/s，而且在張力調(diào)整輪的在不同位置時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)高、中、低的供線速度，并且高、中、低、三段速度的值，能單獨(dú)設(shè)置。以配合不同的線速度要求。目前自動(dòng)張力送線機(jī)仍需要人工安裝和更換線卷。圖1是自動(dòng)張力送線機(jī)的外形圖。

2.2.2切線機(jī)

切割線徑：0.5～8mm2)切割長(zhǎng)度范圍100-60000mm，脫皮長(zhǎng)度0.1-47mm，線材-輸送速度17檔可調(diào)，送線速度最大3.5km/h(0.98m/s)，切割公差：切割總長(zhǎng)×-(2％4％)mm(注：視線纜外皮材質(zhì)而定)。

2.2.3噴碼機(jī)

由于加工工藝以線束為加工單位，切割完成的所有線纜均收集于線纜收集槽，如果不加以標(biāo)示，工人無(wú)法辨別出每一根線纜的身份，因而必須使用噴碼機(jī)在線纜的兩個(gè)端頭每隔一定長(zhǎng)度噴涂該線纜的線號(hào)作為唯一的標(biāo)識(shí)。

考慮到設(shè)備可靠性和噴碼可識(shí)別度，噴碼機(jī)選用進(jìn)口自墨噴碼機(jī)。可以使用RS232通訊端口與切線機(jī)控制器和上位機(jī)通訊，按照控制器的指令進(jìn)行線號(hào)的噴涂。

(4)傳送帶及收集機(jī)構(gòu)

目前比較成熟的傳送帶單套長(zhǎng)度為6m，可多套拼接組合，方便運(yùn)輸，5套組合長(zhǎng)度達(dá)到30m，能滿足最長(zhǎng)線束的加工要求。傳送帶寬度240mm；傳送帶送線速度2m/s。實(shí)際使用設(shè)定為略大于切線機(jī)最大切線速度。

2.3控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的核心是一套自主研發(fā)的下料系統(tǒng)管理軟件和切線機(jī)控制器。切線機(jī)控制器位于切線機(jī)內(nèi)部，用于控制切線機(jī)完成放線、切線工作。同時(shí)控制器通過(guò)USB接口與上位機(jī)電腦通訊，通過(guò)下料系統(tǒng)管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)切線機(jī)的管理以及數(shù)據(jù)的輸人。操作人員在電腦上即可完成機(jī)器參數(shù)的設(shè)置，導(dǎo)入待加工的線束EXCEL列表。同時(shí)切線機(jī)還對(duì)機(jī)械手、噴碼機(jī)、放線機(jī)、傳送帶進(jìn)行控制，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。

另一方面，生產(chǎn)線各種工作狀態(tài)信息通過(guò)電腦顯示出來(lái)，比如目前加工的線纜的線號(hào)，線束完成進(jìn)度、以及生產(chǎn)線各個(gè)設(shè)備的參數(shù)等。

下料系統(tǒng)管理軟件主要包含3大部分功能：數(shù)據(jù)導(dǎo)人、參數(shù)設(shè)置和信號(hào)采集，其中數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊主要用于處理導(dǎo)人的excel文件。系統(tǒng)目前以線束為加工單位。軟件提取出excel列表中特定線型，歸類統(tǒng)計(jì)。同時(shí)依據(jù)線卷總長(zhǎng)計(jì)算這一卷線能夠切割出的線纜的分配方案，使線卷剩余的尾段線最短，減少浪費(fèi)。

3結(jié)語(yǔ)

公司在電動(dòng)車組電氣配線自動(dòng)下料系統(tǒng)是整機(jī)采購(gòu)國(guó)外進(jìn)口先進(jìn)切線系統(tǒng)，還是另行集成開(kāi)發(fā)，始終存在一定的爭(zhēng)論，為此本文作者根據(jù)多年的電氣配線現(xiàn)場(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾項(xiàng)建議僅供參考：

(1)由于材料、制造工藝、設(shè)計(jì)理念、質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)和主觀意識(shí)形態(tài)的差距，國(guó)內(nèi)同樣類型的產(chǎn)品除了具有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)以外，其產(chǎn)品質(zhì)量往往低于進(jìn)口設(shè)備，如從接口開(kāi)放、便于二次開(kāi)發(fā)等角度出發(fā)考慮使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行電線自動(dòng)下料系統(tǒng)集成，一定要：①通過(guò)一定的科學(xué)實(shí)驗(yàn)手段對(duì)電線的切割品質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)指標(biāo)包括：絕緣率、內(nèi)芯銅導(dǎo)線的電氣特性等，②集成開(kāi)發(fā)的自動(dòng)下料系統(tǒng)應(yīng)采用運(yùn)籌學(xué)的方法進(jìn)行工作效率的前期計(jì)算，從而為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供可行性建議。

(2)國(guó)外進(jìn)口設(shè)備的切線質(zhì)量明顯要高于國(guó)內(nèi)設(shè)備，但整體引進(jìn)國(guó)外整機(jī)設(shè)備切忌出現(xiàn)“水土不服”的現(xiàn)象，正像我們軌道交通行業(yè)大量引進(jìn)國(guó)外設(shè)備出現(xiàn)此類問(wèn)題一樣。完壘按照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)外技術(shù)工人的操作習(xí)慣開(kāi)發(fā)的切線設(shè)備是否完全滿足國(guó)內(nèi)工人的操作習(xí)慣，是否能夠有機(jī)融合到四方公司整個(gè)車輛制造的系統(tǒng)流程當(dāng)中，應(yīng)在設(shè)備引進(jìn)初期予以重點(diǎn)關(guān)注!