汽車制造中非標準設備的設計

崔慶林，楊德斌

（1湖北工業(yè)大學機械工程學院，湖北 武漢430068；2湖北省機電研究設計院，湖北 武漢430070）

"非標設備"是指非標準設備，不是按照國家頒布的統(tǒng)一的行業(yè)標準和規(guī)格制造的設備，而是根據(jù)特殊的用途需要專門設計制造的且外觀或性能不在國家設備產(chǎn)品目錄內的設備。某種意義上來講非標準設備可以定義為"因批量小或要求特殊而需要專門設計和制造的設備"。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，非標準設備的市場化程度相應提高，它不再局限于企業(yè)內部的技術改造和配套設備的范圍，而是成為在市場出售的重要工業(yè)商品。非標準設備的設計和制造，基本上是由為數(shù)眾多的中、小型機械制造企業(yè)所承擔，這標志著我國非標準設備已發(fā)展到新的高度。但非標準設備大多是單件或小批量生產(chǎn)。在設計、制造的過程中，不可能像標準設備那樣有足夠的設計經(jīng)驗數(shù)據(jù)和完整的制造工藝工裝，以及必要的試制、試驗，這給設計工作帶來很大的困難。所以在進行非標設備的設計時多以積木式的設計方法，以CAD／CAE為實現(xiàn)手段，把部件根據(jù)需求當成積木一樣去擺放，再用計算機進行模擬，以減少成本和出錯率［1］。

現(xiàn)以汽車發(fā)動機生產(chǎn)線為例對汽車制造裝備中的非標設備的設計思路和方法進行探討。

1 明確設計目的

1.1 沒有應用該設備前的生產(chǎn)狀況

發(fā)動機生產(chǎn)線5個安裝工位，每個工位在發(fā)動機兩側站一個操作工，發(fā)動機由專用夾具懸掛于主生產(chǎn)線上，距離地面約700 mm。每個工人身后放置一個物料箱用于盛放裝配零件，由2名工人專門開叉車負責裝配零件的供給。由于生產(chǎn)線采用不同型號發(fā)動機混裝的形式，工人要記住每種發(fā)動機所對應的零件型號，如果把零件裝錯，會影響整車出廠甚至造成嚴重損失［2］。

1.2 設備要完成的動作要求

設計一套設備，省去工人身后的物料箱和專人的物料配送，改成物料隨生產(chǎn)線一起運動。根據(jù)要求設計一套物料的上線機構和下線機構。

2 設備的具體設計

2.1 上線機構的設計

2.1.1 上線機構運動方案的確定 根據(jù)工作任務設計設備的動作方案如下：AGV牽引3輛物料車來到等待區(qū)→AGV脫鉤離開→上料氣缸推著第一輛物料車前進→脫鉤裝置使第一輛車和第二輛車分離→第一輛車被推上移動平臺→牽引桿升起裝置把物料車的牽引桿升起→移動平臺移動到上線位置→推料氣缸將物料車推下平臺→待裝配的發(fā)動機推動物料車一起前進。如此往復。上線機構見圖1。

2.1.2 移動平臺的設計 根據(jù)上線機構的運動方案，用積木式的設計方法對設備進行總體設計后再拆分各個機構。由于上線機構輔助機構比較多，下面只說明上線機構中的關鍵部分。在整個上線機構中移動平臺的設計是關鍵。移動平臺的主要作用是把物料車平移到生產(chǎn)線的指定位置，以便于待裝發(fā)動機推動物料車前進。移動平臺由以下幾個部分組成：

1）移動平臺本體，用于承載物料車和其他輔助機構；

2）氣動馬達，用于給移動平臺提供動力，其中在氣動馬達選型的時候要注意功率、扭矩、轉速這三個關鍵參數(shù)的選擇；

3）移動平臺行走輪，行走輪安裝于平臺底部由氣動馬達通過鏈傳動帶動平臺移動；

圖1 上線機構簡圖

4）推料下平臺氣缸，該裝置用于平臺到達指定工位后推動物料車走下移動平臺到指定位置；

在清楚了移動平臺的組成后根據(jù)積木式的設計方法將這些部件一一組裝到平臺本體上，以完成移動平臺的總體設計.移動平臺的方案見圖2。

圖2 移動平臺

2.2 下線機構的設計

2.2.1 運動方案的確定 和上線機構不同，由于場地空間的限制，下線機構不能采用直線式的移動平臺，并且物料車要在下線位置旋轉1800以便AGV牽引回集配區(qū)。根據(jù)工作任務設計設備的動作方案如下：物料車到達下線位置后推車上轉臺氣缸推動物料車上旋轉臺→旋轉臺旋轉1800→牽引桿放下氣缸把牽引桿放下→推車下平臺氣缸把物料車推下平臺到等待區(qū)→依次動作直到第三輛物料車到達等待區(qū)由AGV牽引回集配區(qū)。方案圖確定后各個機構將按照方案圖的布置進行積木式擺放。下線機構的方案見圖3。

圖3 下線機構

2.2.2 旋轉平臺的設計 由于下線機構中讓物料車旋轉1800進入等待區(qū)是關鍵，所以在此只介紹旋轉平臺的設計。旋轉平臺的方案見圖4。

圖4 旋轉平臺

旋轉平臺依然采用氣動馬達作為動力，需要指出的是：氣動馬達的安放位置與移動平臺不同，為了旋轉時不至于卡死，氣動馬達的中心要與以軸承座為中心的圓的半徑重合。

3 總結

非標準設備的設計制造，受制約的因素多，設計難度大，要一次設計、制造成功并能通過長時間工作考驗十分不易，要求完美無缺就更困難。在非標設備的設計過程中，可以根據(jù)現(xiàn)有的條件及新的工藝要求擬定快速便捷可靠的結構方案。在以上案例中，采用積木式設計方法，先對設備進行總體設計，在設計時將各個機構像搭積木一樣地拼裝到方案圖中以實現(xiàn)設備的動作要求。

［1］趙 建.如何做好非標自動化設備的設計［J］.企業(yè)導報，2013（04）：293.

［2］王 玥，張 永，毛海軍.汽車生產(chǎn)線物流仿真研究［J］.物流技術，2009，28（01）：127－129.

［3］李富成.旋轉雙葉片氣動馬達主要參數(shù)設計計算［J］.鑿巖機械氣動工具，1997（03）：14.