活塞銷擋圈安裝裝置的設計*

王　璇，孫立琴，丁厚永

(大連豪森設備制造有限公司 a.機械設計部；b.經營部；c.研發部，遼寧 大連　116036)

活塞銷擋圈安裝裝置的設計*

王璇a，孫立琴b，丁厚永c

(大連豪森設備制造有限公司 a.機械設計部；b.經營部；c.研發部，遼寧 大連116036)

摘要：汽車發動機活塞銷、活塞銷擋圈的裝配是發動機裝配過程中的一個重要環節。針對傳統手動裝配方式耗時費力，成本高的問題，設計并制造了一種活塞銷擋圈自動化安裝的裝置。分析了其結構原理和工作過程，搭建了基于PC的軟PLC的控制系統，通過現場總線和串口通訊實現了對現場設備的用監控，采工業以太網完成數據向上位機的快速傳輸，能夠對現場工作狀態進行實時監控并及時反饋故障數據，結果表明該裝置安裝速度快，合格率高，控制系統穩定可靠。

關鍵詞：軟PLC；活塞；擋圈

0引言

隨著我國汽車市場的不斷完善，要想滿足當前的汽車市場需求，需提高汽車產品質量、創新設計和節約成本，而這些90%都是在設計開發階段決定的，因此有必要在設計開發階段引入新技術、新理論和新方法[1]。活塞連桿組件機構復雜，發動機活塞磨損及氣缸活塞間隙變化研究發動機運轉時，氣缸活塞組的主要故障是由零部件磨損"燒蝕"結膠"積炭等引起的。活塞連桿組主要由活塞、活塞環、活塞銷及連桿等組成。發動機活塞連桿的往復運動是通過連桿傳遞給曲軸的，以帶動曲軸旋轉輸出功率。活塞銷擋圈是發動機活塞連桿組中關鍵零件之一，在高溫高壓和潤滑條件較差的環境中工作，阻擋活塞銷軸向竄動的作用，其與活塞、活塞銷、連桿、曲柄相互聯系在一起，組成曲柄連桿機構，為汽車提供動力，而活塞銷擋圈裝配質量的好壞將直接影響到活塞銷擋圈功能的發揮，甚至會影響到整臺發動機的使用壽命[2-7]。汽車發動機不斷地開發新技術一方面以滿足日益嚴格的油耗要求，另一方面用戶逐漸追求更加舒適的駕乘感受，同時，也正在推進輕量化、減小摩擦技術的實用化，其中的一個重要環節就是發動機活塞的精心設計和正確安裝[8-9]。

1發動機機油加注裝置的結構組成

為了解決現有技術所存在的上述不足，提出一種結構簡單，設計巧妙，省人工、效率高的活塞銷擋圈安裝裝置。

本文設計了一種活塞銷擋圈安裝裝置，其結構主要包括：位于上機架上的上氣缸1，在上氣缸1工作端的底端開設有環形槽2，上氣缸1的工作端位于活塞銷套3內，沿活塞銷套3的徑向還開設有上擋圈通道4，在上氣缸1的下方相配的設置有位于下機架上的下氣缸5，下氣缸5的工作端頂端設置有銷柱6，在銷柱6下方的下氣缸5的工作端上還設置有活塞卡爪7，并且上述的銷柱6與活塞銷套3同軸。

1.上氣缸 2.環形槽 3.活塞銷套 4.活塞銷套5.下氣缸 6.銷柱 7.活塞銷塞卡 8.活塞銷 9.活塞

圖1發動機機油加注裝置結構原理圖

活塞銷擋圈安裝裝置的工作過程如下：已經安裝有活塞銷的活塞在運送裝置的帶動下移動至下機架的上方，當活塞運動到位后，設置在下氣缸工作端上的活塞卡爪會將活塞卡緊并定位，然后下氣缸工作，其工作端頂端的銷柱上行進入活塞銷內的銷孔，并帶動活塞銷向上運動，直至活塞銷進入活塞銷套內；在此之前，上擋圈已經通過上擋圈通道橫向運動至活塞銷套內，也就是說此時上擋圈已經位于上氣缸的工作端與活塞銷之間，然后上氣缸和下氣缸同時相向的施加壓力，讓上擋圈進入上氣缸工作端下端的環形槽中，最后上氣缸的工作端繼續伸出，讓上擋圈和活塞銷同時下行并同時進入活塞中，完成活塞中活塞銷和上擋圈的安裝。

該結構形式的活塞銷擋圈安裝裝置，其結構簡單，設計巧妙，布局合理，解決了純手工操作的方式所產生的效率低下、耗費人工等問題，可以快速將上擋圈安裝到活塞銷上，不僅可以節省大量的人力物力，同時還能夠大大加快活塞的裝配節拍，提高工作效率。這種裝置的制作工藝簡單，制造成本低廉，適合在本領域中推廣應用，其市場前景十分廣闊。工作流程圖如圖2所示。

圖2　工作流程圖

軟PLC是指在PC機的平臺上面用軟件來虛擬一臺PLC，通過軟件方法實現傳統PLC的計算、控制、存儲以及編程等功能，同時通過I/O驅動模塊以及現場總線等物理設備完成現場數據的采集以及信號的輸出。能夠解決傳統PLC產品硬件體系結構的封閉性和各傳統PLC產品間互不兼容的局限性問題，性價比高，軟PLC技術已經成為工業領域研究的熱點，在各個領域也在推廣應用[10-14]。軟PLC的控制架構同傳統PLC的控制架構不一樣，如圖3所示。

圖3　傳統PLC與軟PLC的控制結構

2基于PC的軟PLC控制系統設計

軟PLC綜合了計算機和傳統PLC的強大功能，其數據傳輸速度，運算速度、圖形交互功能都得到了很大的提高，能夠滿足現場調試和正常操作的人性化要求。

控制系統采用自動半自動控制方式，控制器選擇西門子的PC677及其ET200SI/O模塊，主要完成活塞的夾緊動作，上下氣缸的移動和施壓，最后釋放壓力，松開加緊，將發動機輸送到下一個工序。采用工業以太網的通訊方式來實現各個控制層級之間的數據傳輸，將該控制系統并入整個控制環網中，實現DCS控制。部分控制程序如圖4所示。

圖4　部分控制程序塊圖

活塞擋圈裝配是發動機裝配線上一個關鍵環節，針對該裝配工藝過程搭建的控制系統如圖5所示。控制核心為西門子的PC677，同時控制6個工位，通過通訊模塊，每個工位現場有一臺PC477，主要用來對監視設備的運行狀態和故障報警顯示，以及ET200SI/O模塊，RFID射頻識別裝置等。

圖5　控制系統原理圖

3通訊與組態

本文采用集散控制理論，現場擬采用集中控制，下位機采集現場數據"并對數據進行處理后將現場設備的工作狀態通過串口傳輸給上位機進行分析、存儲、顯示和報警，上位機根據現場采集的數據對下位機進行控制[13]。實時監控整個發動機裝配主線的所有工位，并顯示部分工位的狀態。通過質量數據的采集、查詢改善發動機質量的改進、維護和追溯。

控制系統的核心為PC677，通過16口網關保持各級系統的通訊和數據傳輸，活塞擋圈裝配通過自動控制，核心控制部件集成在一個控制柜內，現場所有數據通過現場總線傳輸給PC677，PC677通過以太網接入整個裝配線的控制環網，將數據上傳給上位機數據信息管理系統，通過組態可以實現各層級數據之間的數據傳輸并實時顯示設備的運行狀態和故障報警，部分組態界面如圖6所示。

圖6　部分組態界面

4總結

為解決汽車發動機活塞銷、活塞銷擋圈裝配環節中采用傳統的手動裝配方式耗時費力，成本高的問題，設計并制造了一種活塞銷擋圈進行自動化安裝的裝置。通過搭建基于PC的軟PLC的控制系統，采用多種通訊方式實現了對現場設備的監控和數據傳輸，能夠對現場工作狀態進行實時監控并及時反饋故障數據，該裝置安裝速度快，合格率高，控制系統穩定可靠。

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(編輯趙蓉)

The Design of the Equipment for the Piston Pin Ring Installation

WANG Xuana，SUN Li-qinb，DING Hou-yongc

(a.Mechanical Design Department;b.Business Department;c.Research and Development Department, Dalian Haosen Equipment Manufacturing Co., Ltd.，Dalian Liaoning 116036, China)

Abstract：The assembly process of automobile engine piston pin and piston pin retainer is an important link in the process of engine assembly .Traditional manual method is time consuming and high-cost .An engine piston pin and piston pin retainer installation device can assemble automatically is designed and manufactured to solve the issue above .Structure principle and working process was analyzed and the soft PLC control system on the basis of PC was established .The monitoring information of field devices was realized by industrial Ethernet and the data was fast uploaded to the upper computer by the industrial Ethernet. The control system is able to Implement Real-time monitoring and Feedback failure data .The practice shows that the Installation is fast and the percent of pass is high, adaptable, stable and reliable control system was reliable.

Key words：soft PLC; piston; check ring

文章編號：1001-2265(2016)06-0146-03

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.06.040

收稿日期：2015-07-13；修回日期：2015-08-11

*基金項目：遼寧省科技創新重大專項(201408001)

作者簡介：王璇(1971—)，女,遼寧大連人，大連豪森設備制造有限公司工程師，研究方向為變速箱裝配線設計與制造，(E-mail)wangxuan@haosen.com.cn。

中圖分類號：TH122;TG506

文獻標識碼：A