總裝車間大滑板輸送線設計研究

馬辰雨

摘要：為了能夠提升汽車產量、滿足生產節拍要求，必須要保證總裝車間輸送線性能，其中大滑板輸送線由于適應性強，成本相對較低，因此在諸多汽車總裝車間得到應用。基于此，本文結合某汽車總裝車間案例，探究總裝車間大滑板輸送線設計方案。

關鍵詞：總裝車間;大滑板;輸送線;設計

0 ?引言

大滑板輸送線結構適應性非常強，并且相比功能相近的輸送線成本更低一些，因此目前我國很多汽車總裝車間都是采用大滑板輸送體系，逐漸成為了我國汽車生產領域的主流設備。大滑板輸送線設計質量決定了輸送線的使用性能，包括輸送速率、承載量等都是重要考慮參數，需要以車間生產性能決定大滑板輸送線運作能力，并最大程度上減少大滑板輸送線損壞幾率、提高施工安全性。這也是大滑板輸送線設計的最基本要求。

1 ?項目概況

某汽車工程建設項目設計綱領為：雙班16h、250天、10萬產能。結合工程前期規劃以及生產要求，該汽車總裝車間要采用兩條輸送線來滿足生產節拍需求，并且兩個輸送線均采用大滑板輸送系統。車輛生產長度為4645mm、寬度為1740mm、高度為1860mm，軸距為2810mm，前輪距為1500mm、后輪距為1465mm，車輛總質量為1750kg。本次生產任務主要是完成車輛內飾線零件部件裝配與調整。考慮設備開動率為90%，10萬臺所需節拍經計算為144*0.9=129.6S。

2 ?大滑板輸送線設計相關闡述

大滑板輸送線系統中包含了多種結構，包括大滑板、運輸軌道、驅動結構、回轉系統、升降系統（升降機和升降臺）、軌道鎖緊、滑板驗具、維修臺車等[1]。

大滑板輸送線系統設計當中，要先輸入設計方案，計算機軟件計算主線輸送速度，根據速度選擇頭尾雙線轉接形式，計算快速驅動段長度，搭配驅動電機數量，并對自動驅動電機、快驅電機、升降機電機、旋轉臺電機、剪式升降臺電機進行選型和校核，并確定每個設備的工位，確定過渡板數量，選擇合適的輸送線長度以及軌道間距，進行軌道型號選擇，計算滑板滾輪軸強度并做好校核工作，確定升降機皮帶以及立柱強度能夠滿足標準。完成上述工作后即可繪制出CAD總圖，并完成設計工作。

3 ?大滑板輸送線初始參數確定

3.1 工位設計

結合生產車輛的長寬高參數，并且還要預留出一定的操控空間，在設計中將工位間距設定為6000mm，線體寬度為3000mm，板規格為6000*3000mm。

3.2 主線節拍與輸送速度

結合年產10臺、250天/年、雙班/天以及工位節距、設備開動率等信息參數。根據年工作時間、生產綱領、設備開動率計算生產節拍，結合公式：

生產節拍=60*年工作時間*設備開動率/生產綱領

得出節拍為2.16min/臺，設備運行速度為2.78m/min，設計中考慮后期產能可以提升50%，則設備運行速度也應達到之前的1.5倍（100%+50%）為4.17m/min。所以設備變頻最高速度應為4.17m/min，調速范圍理論上應在0.417～4.17m/min之間即可滿足車間生產要求。產能提升后的節拍經計算為1.44m/min。

3.3 設備工位設置

本項目采用了2條大滑板輸送線，分別為A輸送線和B輸送線，二者工位均可以根據實際生產需求做出調整。每個輸送線為18個安裝工位，其中，主驅動和制動均為半個工位，快速追趕、快速脫離需要一個工位，下線一個工位、升降左右各一個工位、旋轉左右各一個工位。所以A輸送線為26個工位，可以大概得出整個A輸送線長度為26*6=156m。由于升降設備、旋轉設備在實際應用中要有緩沖線路，所以實際輸送線長度要稍長一些，大約為158-159m[2]。

3.4 轉接點節拍計算

在A輸送線轉接B輸送線方式選擇當中，項目采用了空中轉運方案，如果要采用地下方案，則需要考慮到滑板車身要求，地坑深度不能低于4.5m，成本很高，所以優選空中轉運方案。反之，在B輸送線轉接A輸送線時，由于此時沒有車身因素限制，地坑深度小，因此采用地下轉接方案。在轉接中需要保持車輛向前運行，轉接中回轉設備要時刻保持將車前在裝配線上，并且車頭一直向前。主要的轉接裝備為回轉裝置、轉運升降機、地坑剪式升降機。本次設計快速驅動為26.4m/min，回轉速度分別設置為20.4m/min、40m/min、6m/min，其回轉裝置節拍分別為77s、77s、82s，均低于設計標準的86s，表示本次參數設計能夠滿足工藝節拍要求。

4 ?電動機功率設計

4.1 主驅動電機減速機

4.1.1 滑板行走滾動摩擦系數

滾輪摩擦系數要結合滾輪結構計算：

摩擦系數=附加阻力*（2*摩擦力臂+滾輪軸頸摩擦系數*軸直徑）/滾輪直徑

公式中，摩擦力臂取值為0.05-0.06;軸頸滑動摩擦系數為0.01-0.03;附加阻力要根據不同軸承取不同值，滑動軸承為1.2-1.3，滾動軸承為1.5-1.8。本次取值為附加阻力為1.5、摩擦力臂為0.05、軸頸滑動摩擦系數為0.03、軸直徑9cm、滾輪直徑20cm。最終計算出的滾輪摩擦系數為0.0278，取值0.028。

4.1.2 主驅動功率

結合整個輸送線設計參數，工藝速度4.17m/min，總荷載量為56520Kgf，摩擦系數為0.028。則主驅動功率經計算為1.294kW，單機電機功率為0.65kW。本項目主驅動電機選擇為1.1kW。具體要根據電機選型樣本電機挑選使用環境。

4.1.3 驅動摩擦輪直徑選擇

摩擦輪直徑標準有很多，可以選擇300mm、470mm、500mm，理論上摩擦輪直徑與使用接觸面積成正比，但也會增加使用成本。根據驅動具體參數，本項目選擇300mm直徑摩擦輪。滑動阻力經計算為15826.6N，扭矩為2373.84Nm。

4.1.4 電機減速機

項目設計參數為，電機功率1.1kW、摩擦輪直徑為300mm，則所需轉速經計算為4.4r，為了保證一定的性能冗余，本次設計選取4.8r。實際最高傳輸速度為4.52m/min，所輸出扭矩為2010Nm，使用系數為1.35。電機減速機輸出系數為26800N。在主驅動選擇當中，需要總功率在2臺主驅動來滿足使用要求。考慮到主驅動使用中要有較大負荷，因此要有2臺備用，所以一共有4臺主驅動設備，“二備二用”[3]。

4.2 快速驅動電機減速機

快速驅動主要是負責完成線體、單機設備轉接，實現滑板快速輸入與輸出，滿足整個大滑板輸送線節拍生產需求。結合上述項目參數中，摩擦系數0.028，快速驅動輸送疏導24m/min，電機功率0.353kW。結合選型手冊信息，輸出轉速和輸出扭矩分別為28r/min和255Nm。則實際輸送速度經計算為26.4m/min。

4.3 制動驅動電機減速機

制動驅動能夠避免滑板產生非驅動位移，控制滑板移動量，需要制動驅動同步運行，不得在滑板之間出現間隙問題，操持輸送線運行中的平穩性。本次設計滑板運行速度為4.52m/min，也就是0.075m/s，摩擦輪直徑為300mm，輸出轉速為4.8r。滑板加速頻率為1s，慣性力經計算為4239N。實際運行功率為0.38kW，單臺功率為0.19kW。考慮一定性能冗余，設計中采用0.55kW電機，將轉速為4.4r，減速機的輸出轉速設定為4.7r/min。實際輸送速度為4.43m/min，結合選型手冊得出輸出轉速為4.7r/min，輸出扭矩為1020Nm[4]。摩擦輪直徑300mm，輸出阻力為6800N。

4.4 轉運升降機電機減速機

轉運升降機主要是負責將滑板、車身輸送到空中鋼平臺上，要就是A→B，之后另一臺轉運升降機在空中平臺輸送到B線。結合選型手冊，本次設計選擇R系列減速機，輸出轉速為41r/min，輸出扭矩為3460Nm，升降速度為45.1m/min，提升力為19771N。

4.5 剪式升降機電機減速機

該減速機負責將滑板從地面返回，設計中的抬升高度為1.8m，升降速率為6m/min，最大荷載量為2000kg，運動部件總荷載量為4650kg。電機功率為5.47kW，升降功率為6m/min，安全系數為2，電機功率最終設計為11kW。借助軟件模擬抬升皮帶運行情況，在提升1.8m情況下的皮帶行走距離為3.6m，行走速率為12m/min[5]。帶輪直徑為135mm，則轉速經計算為28.3r，查詢減速機選型表，最終確認輸出轉速為30r/min，扭矩量為3470Nm。

4.6 旋轉臺電機減速機

本次設計的滑板總重量為1700kg、車身重為1000kg，旋轉臺加驅動重量為2000kg。旋轉臺采用了滾動摩擦方案，所以系數選擇范圍在0.025-0.05，滾動輪直徑選擇270mm，設計在摩擦系數選擇0.025，滾輪直徑與摩擦系數成反比。阻力量為1175N，軌道直徑為3m，周長9.42m，兩轉為18.85m/min。則電機功率理論值為0.369kW，最終取值2.2kW。由于滾輪直徑為270mm，電機輸出轉速要求為22.23r，實際設計選擇24r。根據手冊選擇，電機接線角為180°[6]。

5 ?結束語

綜上所述，本次設計的大滑板輸送線系統，通過結構設計、減速機選型、驅動性能分析等，能夠有效滿足汽車總裝車間的使用要求，并且整個大滑板輸送線系統十分完整，各個設計環節均有一定的性能冗余，避免輸送系統長期滿負載運行，保證了系統運行安全性。

參考文獻：

[1]李彬，彭海峰，王迎斌.總裝車間大滑板輸送線設計[J].汽車實用技術，2017，255（24）：151-155.

[2]楊康和.升降滑板輸送線在總裝工藝中的設計與應用[J].機械制造，2017，55（08）：54-57.

[3]李楊歆，薛俊嘉，李臻，等.總裝大總成輸送線的開發與應用[C]//2018中國汽車工程學會年會.2018.

[4]李彬，王迎斌，岳小兵.總裝車間寬板輸送線設計[J].汽車實用技術，2016（01）：40-44.

[5]劉陽，王松虎，郭月美，等.總裝車間模塊化物流輸送線的設計與應用[J].汽車制造業，2016（01）：222-223.

[6]劉景祥.淺析汽車制造總裝車間生產線輸送設備[J].環球市場，2018（06）：386-387.