助力機械手在客車前擋風玻璃安裝中的應用

胡家冀

（金龍汽車聯合工業（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215026）

為提升勞動效率及機械化程度、降低勞動強度，達到一定生產規模的客車廠已逐步將制作工藝及工裝設備向轎車行業看齊。一般客車生產廠的總裝生產線前擋風玻璃人工安裝時，需3人一起合作安裝，玻璃就位時要2人抬下部，1人在車內托著，而且內部1人會踩到已裝配好的儀表臺上，有安全隱患及損傷儀表臺的可能。客車前擋風玻璃這種人力安裝方式，勞動強度大，對員工的體能及安裝熟練程度要求較高，人力成本也較高。為了提升現場施工機械化程度，提升效率，降低員工勞動強度，國內知名客車廠家已逐步采用助力機械手[1-2]安裝客車前擋風玻璃。

1 前擋風玻璃安裝助力機械手種類

助力機械手[3]，又稱機械手、平衡吊、手動移載機，是一種新穎的、用于物料搬運時省時、省力操作的助力設備。它巧妙地應用力的平衡原理，使操作者對重物進行相應的推拉，就可在空間內省力地平衡移動定位，重物在提升或下降時形成浮動狀態，無需熟練的點動操作。

助力機械手按結構形式可分為軟索式助力機械手和硬臂式助力機械手[3-4]以及自制省力吊具等。由于非標設備[5]的特點，決定了選用或設計制作該類設備時必須結合現場工況及工藝要求，以更貼近操作者的實際需求[6]。

1）硬臂式助力機械手，如圖1所示。硬臂式助力機械手包括四部分[5]：地面行走機構；機械手主機；夾具部分和氣路控制系統。

硬臂式助力機械手具有全行程“漂浮”功能，選用原則：在工件重心遠離臂懸掛點，或是工件需要翻轉或傾斜情況下，必須選用硬臂式助力機械手；在廠房高度有限情況下，也可以選用硬臂式助力機械手。機械手主機部分：可實現不同重量物料的重力平衡狀態，適用于物料的精確移載操作；空載、滿載及處理不同工件時，系統可感知其重量變化，并實現載荷在三維空間中的浮動狀態，便于精確定位；全程平衡、運動順滑等特點，使得操作者可以很便捷地實現工件的搬運、定位、裝配等操作；剛性手臂可使機械手帶工件越過障礙；水平臂可滿足物料在相關場所進行橫向放入、橫向取出等動作要求。

硬臂式助力機械手可以實現提升最重500 kg的工件，半徑最長可以達到3 000 mm，提升高度最高2 500 mm。根據起吊工件重量不同，應選擇符合最大工件重量的最小型設備。

硬臂式助力機械手配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續使用一個循環，同時可以報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設有安全系統，在搬運過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件[7]。

配合各種非標夾具，硬臂式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式可以是地面固定、懸掛固定或導軌移動。由于客車行業的特殊性，故運用于客車企業的硬臂式助力機械手的移動方式[8]一般有兩種：液壓小車結構（比較省力，但還需人力拉動）和電動小車行走結構（電動車部分相對投入較大，無需人力拉動，操作最便捷）。

2）軟索式助力機械手，如圖2所示。軟索式機械手的功能與硬臂式助力機械手一樣都具有全行程的“漂浮”功能，配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續使用一個循環，同時可以報警，提醒操作者。配合各種非標夾具，軟索式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。

3）省力吊具，如圖3所示。部分客車生產廠家采用自制前擋風玻璃安裝吊具總成方式安裝前后擋風玻璃，采用現成的行車組合使用該吊具，價格低廉，簡單實用。

2 應用助力機械手的優點

1）在人力成本越來越高的前提下[4]，節約人力，降低員工勞動強度。前擋風玻璃安裝由3～4人減為1～2人（含玻璃轉運人數，實際安裝時一人操作即可），減少對熟練安裝工的依賴程度。

2）減少前擋風玻璃意外損壞的可能性。人工安裝前擋風玻璃時，調整玻璃的前后左右上下相對位置時，使用硬木板或工具撬動的方法，常有將玻璃邊緣撬出毛邊及微小裂紋的可能性。使用機械手后可用吸盤裝置通過調整方向盤輕松移動。

3）減少現場員工合作搬運玻璃時受到意外傷害的可能性，提高員工安裝玻璃時的安全系數。

4）采用可移動式機械手，生產線無需改造原安裝方式及生產節拍不變動（兩輛車的間距≥2 m即可輕松操作）。工作效率可以得到很大的提高，裝配的產量也得到提高，同時，總裝車間的機械化程度及參觀美觀度也得到提升。

5）移動方便。助力機械手可采用液壓行走方式或電動驅動行走方式，不受生產線限制。

6）助力機械手具有無重力化、精確直觀、操作便捷、安全高效等特點。應用助力機械手可改善搬運玻璃操作人員的安全，提高生產效率和產品的質量。

7）成本分析。液壓行走硬臂式助力機械手單臺價格為10萬～15萬元，電動行走硬臂式助力機械手價格為15萬～19萬元。軟索式助力機械手價格更便宜，價格為5萬元左右，但是移動靈活性及實用性較硬臂式差。自制省力吊具成本一般為1萬元左右。該類設備使用壽命5年以上。以大型客車前擋風玻璃安裝由3～4人減為1～2人、以人均4萬元年薪計算，硬臂式助力機械手2年左右即可收回成本。

3 結束語

由于助力機械手以其“平衡重力”使得運動平滑，操作省力、簡單，裝配方便、快捷，定位準確，大大減輕了員工的勞動強度，提高了工作效率[5]。故客車行業采用助力機械方式安裝前擋風玻璃、側窗玻璃以及其他大型內飾件已是大勢所趨[9]。具有客車行業特點的衛生間安裝、座椅搬運[10]、儀表臺搬運、行李架搬運、竹地板搬運、前后頂搬運等各種大型安裝助力機械手的解決方案都將在以后的客車制造過程中陸續實現。

[1]李允文.工業機械手設計[M].北京：機械工業出版社，1996.

[2]天津大學《工業機械手設計基礎》編寫組.工業機械手設計基礎[M].天津：天津科學技術出版社,1980.

[3]莊延美.助力機械手在解放載貨車駕駛室裝配中的使用[J].汽車工藝與材料，2009，（7）

[4]俞經經.車身焊裝助力機械手應用設計理論研究[J].裝備制造技術，2011，（1）

[5]張金枝，肖立軍.助力機械手在汽車制造業中的應用[J].制造業自動化，2006，（7）

[6]張少輝.助力機械在汽車裝配調整線上的應用及設計[J].裝備制造技術，2008，（8）

[7]王宏杰.解放J6駕駛室焊裝線助力機械手[J].汽車工藝與材料，2008，（8）

[8]王建軍.氣動搬運機械手的設計與研究[J].機械管理開發，2010，（5）

[9]肖立軍，米學寧，石雷，等.氣動平衡助力機械手的原理及應用[J].制造業自動化 2011，（3）

[10]鐘輝.氣動搬運助力平衡系統[J].技術與應用，2007，（6）