多工位汽車座墊發泡生產線氣動系統的設計

陳紅鋒

（武漢中輕機械有限責任公司，武漢 430056）

1 引言

加入WTO后的中國現代制造業，正在迎來工業自動化發展的勃勃生機。現代氣動技術與電子技術的結合為大規模工業自動化生產線提供了更多的技術選擇與應用平臺。以汽車制造業為例，焊裝生產線、夾具、輸送設備、組裝線、涂裝線、發動機、輪胎及汽車內飾生產線上，氣動技術無所不在，大顯身手。氣動是以空壓機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術，能實現各種生產的自動控制，是一種低成本自動化技術。

多工位座墊發泡環形生產線屬于輕工機械行業，為聚氨酯高壓發泡的機械設備。主要用來生產轎車及高級客車的座墊，能適應各種車型不同的座墊模具，實現各種產品混線生產。集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體，是機電一體化產品，自動化程度高，通過互聯網可以實現遠程監控，診斷故障并修復程序故障。

多工位座墊發泡生產線根據用戶產量與場地要求可分為16工位、20工位、24工位、26工位、30工位、38工位、50工位等。

圖1 ZL1738座墊發泡生產線平面圖

多工位環形輸送線在伺服電機的驅動下，經過鏈輪鏈條傳動，搭載數十輛模具臺車，以10s/臺車的速度連續運行，滿足汽車座墊的發泡生產要求。環形輸送線主要由原料注射系統、環形輸送線、模具臺車和破泡裝置等部分組成。環形輸送線的輸送鏈條牽引搭載多臺模具臺車，在運動中經過傾斜、模具臺車排氣脫模、開蓋、取制品、清理模具、噴脫模劑、注射、合蓋、充氣鎖模，完成汽車座墊的發泡生產（如圖1）。多工位座墊發泡生產線的氣動控制系統是整個生產線的重要部分。氣動系統控制的動作包括：輸送鏈條的張緊、開蓋安全檢測動作、臺車的空氣供給動作、模具的鎖模動作及模具中子的動作。

2 多工位座墊發泡生產線氣動系統的組成

以武漢某公司38工位座墊發泡生產線的氣動控制系統說明如下：ZL1738汽車座墊發泡生產線的氣動系統原理如圖2所示，該氣動系統采用模塊化設計，主要由4部分組成：輸送鏈條的張緊及檢測回路、開蓋安全檢測回路、臺車的空氣供給回路、臺車的動作回路。

圖2 氣動系統工作原理圖

空氣品質不良是氣動系統出現故障的主要因素，它會使氣動系統的可靠性和使用壽命大大降低，由此造成的損失會大大超過氣源處理裝置的成本和維護費用。因此氣動系統的每個回路都設計了氣源處理元件，以保證氣源的潔凈穩定，延長氣動元件的使用壽命。所有回路都應用了殘壓釋放閥，在系統維修時，釋放殘壓保證維修安全。

該系統中主要元件采用進口元件，保證了產品質量。

3 氣動系統工作原理

3.1 輸送鏈條的張緊及檢測回路

以往的生產線鏈條張緊的常規設計是用螺桿頂緊從動邊，定期調整螺桿預緊鏈條。此方式用于連續自動化生產線影響了產能，需要經常停機檢修，張緊鏈條。也有的設備采用液壓缸來張緊鏈條，但壓力控制較復雜且存在漏油隱患，成本也很高，不經濟。此生產線設計采用氣缸直接推動從動鏈輪方式對鏈條施加張力，隨時對鏈條預緊，使鏈條始終保持較好的工作狀態。在氣缸回路上安裝壓力開關，將其設定為未達到設定壓力時生產線報警，同時設計2個位置接近開關，實現氣-電信號轉換，張力過大時報警停線，以免損壞設備。

3.2 開蓋安全檢測回路

生產線的開蓋動作由異面空間軌道完成。軌道初始部位設計活動鉸鏈結構，活動組件用帶磁性開關的氣缸支撐（如圖3），當臺車氣囊內壓縮空氣未排出而模具未脫模時，超負荷力使氣缸縮回，氣缸上的磁性開關感應，發出報警信號使生產線停車以免拉壞軌道。以往的生產線沒有此裝置，在實際生產中經常出故障，臺車上蓋鎖鉤沒完全打開就進入開蓋軌道，對軌道造成嚴重損壞，修復時間較長，影響生產，經濟損失嚴重。此裝置使用后，若臺車上蓋鎖鉤沒完全打開就進入開蓋軌道，氣缸被壓，活塞桿退回，磁性開關反應并發出報警信號，操作人員可立即處理故障，隨即恢復生產。

3.3 臺車的空氣供給回路

圖3 開蓋軌道初始部位簡圖

座椅發泡生產線中，模具臺車的動作是關鍵，它關系到制品質量和整條線的生產效率，而模具臺車又是在連續地作環形運行，因此模具臺車的動作靠氣動控制最安全可靠。如何將壓縮空氣送上運行的臺車？有的生產線上配備幾臺空壓機安裝在臺車上跟著一起走，它的缺點是需要安裝環型供電滑觸線和臺車與臺車間的連接管束，這樣使生產線結構復雜并增加故障點。還有的生產線應用了一套始終供氣裝置：就是利用旋轉接頭將氣源引入生產線，空氣管道隨生產線一起運動，此方法用于非軌道開合蓋的生產線較多，如用于軌道開合蓋生產線就不行，因為空氣管路會與開合蓋軌道發生干涉。此生產線設計了一個專門的供氣小車給臺車供氣，其動作原理（見圖2）是牽引氣缸7在電磁閥8的控制下處于伸出狀態→臺車運行至此掛住牽引板（供氣小車隨臺車同步運行）→到供氣位置電磁閥9動作控制供氣嘴氣缸10伸出與臺車受氣嘴耦合→電磁閥5、6得電向臺車供氣→到供氣結束位置→電磁閥8、9換向供氣嘴氣缸縮回，牽引氣缸縮回→電磁閥11動作，小車回程氣缸將供氣小車送回初始位置→電磁閥8動作牽引氣缸伸出等待下一個臺車。

系統設計了壓力控制回路：一是控制氣源壓力，避免出現過高壓力，導致配管及元件損壞，確保氣動系統的安全；二是控制使用壓力，給元件提供必要的工作條件，保持元件的性能和氣動回路的功能，控制執行元件所要求的輸出力和運動速度。

在充氣小車到位處設計了一個液壓緩沖器12，用來吸收沖擊能量，并能降低小車機械撞擊噪聲。吸收小車運動動能，限制小車的移動位置，從而提高勞動生產率，優化生產環境。

3.4 臺車的動作回路

臺車的動作回路包括鎖模動作及模具中子動作的回路。鎖模動作為氣囊14充氣鎖模，氣囊排氣則脫模，系統設計了設定壓力為0.6MPa的安全閥，保證系統壓力安全。模具動作的回路為全氣控動作（見圖2），模具有2個中子氣缸，因此，回路中設計了2個7L儲氣罐各給一個氣缸提供氣源，當中子氣缸需要動作時，生產線上相應的機械撞塊觸碰機控閥18、23，氣控閥19、21工作，中子氣缸伸出或縮回，完成全部動作。

4 結語

氣壓傳動以其潔凈、小型輕量化、集成化等突出優點，作為易于推廣、普及的機電一體化技術的代表，廣泛應用于機械、化工、電子、輕工、汽車等現代制造領域。

實踐證明在多工位汽車座椅發泡生產線中，此氣動控制系統的應用使得生產線結構簡單，降低了生產線的設計制造和使用成本，性能可靠，維護方便。實現了機電一體化控制，達到了國際先進水平。減少了能耗，獲得了良好的經濟效益。

［1］陸鑫盛，周洪.氣動自動化系統的優化設計［M］.上海：上海科學文獻出版社，1999.

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［4］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2002.