汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋自動(dòng)裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

白治新

（黑龍江省騰飛建筑安裝有限責(zé)任公司，哈爾濱150000）

0 引 言

近些年來(lái)汽車(chē)行業(yè)迅猛發(fā)展，其中發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的靈魂所在，發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量性能如何至關(guān)重要，如何降低發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)成本，并保證質(zhì)量性能是目前面臨的課題。國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家多采用全自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線，而國(guó)內(nèi)受制于資金和技術(shù)所限，一部分有實(shí)力的汽車(chē)廠商實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，還有一部分停留在半自動(dòng)化階段。

根據(jù)目前情況，本著提高生產(chǎn)效率、提高質(zhì)量和互換性、節(jié)約成本的思想嘗試設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化生產(chǎn)線，主要要解決生產(chǎn)線工藝的設(shè)計(jì)、裝配生產(chǎn)線的布局、傳動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。目前的難題是提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的水平，因?yàn)閺钠?chē)工業(yè)發(fā)展來(lái)看，發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配程度已經(jīng)限制了汽車(chē)自動(dòng)化生產(chǎn)的水平。選建生產(chǎn)線時(shí)要著重考慮生產(chǎn)線的型式、條數(shù)、長(zhǎng)度、勞動(dòng)量等因素，以便達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋自動(dòng)裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計(jì)

1.1 生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有成型的裝配工藝，整個(gè)流程設(shè)計(jì)（如圖1）為：1）進(jìn)出氣門(mén)的裝配。在完成發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工以后，按順序先安裝進(jìn)出氣門(mén)，注意氣門(mén)必須排列規(guī)整，氣門(mén)對(duì)正后，機(jī)械手壓彈簧，將鎖夾置于氣門(mén)桿凹槽處。反之彈簧壓緊鎖夾，楔型嵌入斜面并鎖住。發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋如圖2所示，進(jìn)出氣門(mén)結(jié)構(gòu)如圖3所示。2）進(jìn)出氣門(mén)的裝配檢驗(yàn)。檢驗(yàn)鎖塊位置的正確，丟失或鎖夾沒(méi)有嵌入槽內(nèi)屬不合格產(chǎn)品返廠返修，反復(fù)檢驗(yàn),合格為止。3）進(jìn)出氣門(mén)的清洗。除去氣門(mén)的雜質(zhì)和灰塵對(duì)于氣密性而言極其重要，經(jīng)過(guò)對(duì)比振動(dòng)清洗和高壓空氣清洗的優(yōu)劣，最終確定采用高壓空氣清洗氣門(mén)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。4）進(jìn)出氣門(mén)的清洗檢驗(yàn)。檢驗(yàn)清洗氣密性是至關(guān)重要的一道工序，合格則進(jìn)入下一工序，不合格則返回，直到合格為止。4）螺栓的裝配。本工序?yàn)樽詣?dòng)安裝螺栓的工步，通過(guò)振動(dòng)整料器使墊片和螺栓對(duì)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上的螺孔,用機(jī)械手放置入墊片，然后擰緊螺栓。5）螺栓的裝配檢驗(yàn)。檢驗(yàn)螺栓裝配效果，分析各種裝配錯(cuò)誤的情況，并由高度傳感器檢測(cè)。

圖1 流程設(shè)計(jì)圖

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋

1.2 裝配生產(chǎn)線的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的工藝要求，生產(chǎn)節(jié)拍為60 s，綜合考慮生產(chǎn)線的占地、生產(chǎn)節(jié)拍、工人工作的最佳高度等因素，整個(gè)生產(chǎn)線的整體布局如圖4所示。

圖4 裝配生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)

2 主要零部件設(shè)計(jì)

2.1 傳動(dòng)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)是一個(gè)連續(xù)的工作過(guò)程, 這里選用鏈傳動(dòng),因?yàn)檫@樣可以利用中間的空隙，兩鏈輪中間可以安放停止氣缸和提升氣缸。把發(fā)動(dòng)機(jī)蓋放在一個(gè)托盤(pán)上,托盤(pán)放在傳動(dòng)鏈上,依靠摩擦力使發(fā)動(dòng)機(jī)和托盤(pán)隨傳動(dòng)鏈的滾動(dòng)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。電動(dòng)機(jī)選用帶有減速器的類(lèi)型，則電動(dòng)機(jī)輸出軸可通過(guò)鏈傳動(dòng)把轉(zhuǎn)矩和功率傳給輥?zhàn)虞S之間交替通過(guò)鏈傳動(dòng)來(lái)傳遞功率，具體形式如圖5所示。

圖5 傳動(dòng)設(shè)計(jì)圖

電動(dòng)機(jī)1連接一鏈輪，通過(guò)鏈傳動(dòng)把動(dòng)力傳給長(zhǎng)鏈輪軸6，長(zhǎng)鏈輪軸6帶動(dòng)鏈輪2和輥?zhàn)?轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使生產(chǎn)線另一端的鏈輪軸同步驅(qū)動(dòng)。一個(gè)鏈輪軸上安裝2個(gè)鏈輪，通過(guò)鏈輪的交替?zhèn)鲃?dòng)，帶動(dòng)所有的鏈輪軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輥?zhàn)拥靡赞D(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)摩擦使托盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋向前運(yùn)動(dòng)。

2.2 停止氣缸和提升裝置

通過(guò)鏈傳動(dòng)可以保證整個(gè)生產(chǎn)線連續(xù)工作，但在各個(gè)工序上必須要有一段停頓的裝配檢驗(yàn)時(shí)間。根據(jù)工藝要求每道工序完成時(shí)間為60 s。也就是說(shuō)除去托盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋在2個(gè)工位之間行走的時(shí)間外, 在每道工序上托盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋必須停留50 s左右。這就要求有一個(gè)停止氣缸來(lái)定位各工序工件的精確位置。選用合適的停止氣缸在需要停止的工位上固定托盤(pán)，這樣可以準(zhǔn)確地定位托盤(pán)。當(dāng)前，市場(chǎng)上有這種停止氣缸裝置出售。選擇的停止氣缸的型號(hào)為RSH50-20DL。

同時(shí)，托盤(pán)隨輥?zhàn)拥臐L動(dòng)而前進(jìn)，到對(duì)應(yīng)的工位時(shí)，由于停止氣缸作用使托盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)停止前進(jìn)，傳感器立即給托盤(pán)底下的提升氣缸發(fā)出信號(hào)，提升氣缸接到信號(hào)后立即上升。

根據(jù)工藝要求氣缸向上運(yùn)動(dòng)將托盤(pán)舉升5 mm，待工序完成后，傳感器再給氣缸發(fā)出信號(hào)，氣缸回程，然后托盤(pán)被放下繼續(xù)隨輥?zhàn)忧斑M(jìn)，進(jìn)入下一工序。

每個(gè)工位處的提升裝置可用液壓缸或氣動(dòng)缸來(lái)控制驅(qū)動(dòng),但考慮工廠有集中供給的高壓空氣，同時(shí)進(jìn)出氣門(mén)的清洗和檢驗(yàn)也都要用到高壓空氣，所以所有控制裝置統(tǒng)一選用氣動(dòng)裝置。其中由于各個(gè)工序?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋和托盤(pán)所施加的力的大小、方向、作用點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩都不同，所以一般來(lái)說(shuō)所選的氣缸也不應(yīng)該相同，由于本設(shè)計(jì)載荷工位的受力情況相差不多，所以為了簡(jiǎn)單方便 只按照載荷最大的工序選擇一種氣缸。載荷最大的工序?yàn)檫M(jìn)出氣門(mén)的清洗檢驗(yàn)工序，其最大載荷為980 N，根據(jù)最大載荷選擇氣缸。選用的氣缸型號(hào)為T(mén)AIO 10A-6 FB80B50，其基本尺寸：缸徑D0=80 mm；行程S=50 mm。

2.3 托盤(pán)

托盤(pán)用于盛放發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋，選用碳鋼材料。另外考慮生產(chǎn)線的通用性問(wèn)題，決定采用2層托盤(pán)，上面一層用于固定盛放發(fā)動(dòng)機(jī)，下面的托盤(pán)與輥?zhàn)咏佑|，可以配合以其他的托盤(pán)盛放其他型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)。上托盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋之間、上下托盤(pán)之間用定位銷(xiāo)定位。考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋氣門(mén)氣密性檢驗(yàn)和氣門(mén)清洗過(guò)程中有高壓空氣通過(guò)，所以上托盤(pán)之間必須有可以排除空氣的縫隙。本設(shè)計(jì)用4個(gè)突起支撐發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋。上托盤(pán)和下托盤(pán)之間用2個(gè)螺栓連接。具體的托盤(pán)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.4 返修軌道的設(shè)計(jì)

氣門(mén)的裝配工序完成后，需要進(jìn)行氣門(mén)裝配檢驗(yàn)工序，檢驗(yàn)氣門(mén)裝配是否合格。若裝配不合格則需要進(jìn)行返修。返修后再送回到生產(chǎn)線中進(jìn)行下一工序。返修可為人工返修，也可以再設(shè)計(jì)一套返修設(shè)備。而返修軌道可以選擇有動(dòng)力的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)，也可以選用無(wú)動(dòng)力的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)。具體形式有3種構(gòu)想。

圖6 托盤(pán)的結(jié)構(gòu)

1）選用無(wú)動(dòng)力的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)若發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋經(jīng)檢驗(yàn)不合格需要返修時(shí)，完全通過(guò)人工手動(dòng)把托盤(pán)拉進(jìn)返修軌道。進(jìn)行人工返修后，由工作人員把托盤(pán)沿軌道推進(jìn)生產(chǎn)線重新進(jìn)行檢驗(yàn)，若還是不合格，則重復(fù)上述返修直到檢驗(yàn)合格為止。選用無(wú)動(dòng)力輸送機(jī)道的返修軌道如圖7所示。

圖7 方案一 無(wú)動(dòng)力輥?zhàn)臃敌捃壍?/p>

2）選用有動(dòng)力輥?zhàn)觽魉蛙壍溃?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋經(jīng)檢驗(yàn)不合格時(shí)，提升助推裝置將提升托盤(pán)和不合格的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋并將其推入返修軌道。當(dāng)碰到遷移托盤(pán)時(shí)有動(dòng)力輥?zhàn)油Ｖ馆斔蛣?dòng)力，則托盤(pán)一個(gè)接一個(gè)地在輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)上排好, 排滿(mǎn)后,托盤(pán)觸發(fā)傳感器，傳感器2發(fā)出信號(hào),通知專(zhuān)門(mén)工作人員前來(lái)修理, 然后再逐個(gè)由工作人員手動(dòng)開(kāi)動(dòng)送回輸送機(jī)，把修好的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋送回生產(chǎn)線1重復(fù)進(jìn)行檢驗(yàn)工序，若仍然不合格，則重復(fù)上述返修工序，直到合格為止。軌道設(shè)計(jì)如圖8所示。

3）用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)。若發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋經(jīng)檢驗(yàn)不合格需返回重修時(shí),機(jī)械手接到一個(gè)信號(hào),把發(fā)動(dòng)機(jī)和托盤(pán)一起抓離生產(chǎn)線,放到一邊, 由工作人員統(tǒng)一修理后,再一個(gè)一個(gè)抓回生產(chǎn)線,重復(fù)2工序。軌道和設(shè)備設(shè)計(jì)如圖9所示。

上述3種方案的分析比較：1）選用無(wú)動(dòng)力輥?zhàn)邮‰姟⒃O(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，但完全人工操作，要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)，發(fā)動(dòng)機(jī)有問(wèn)題立刻手動(dòng)拉離生產(chǎn)線，自動(dòng)化程度較低，需要工人全天看守，對(duì)工人的要求較高，很容易由于工人的疏忽造成事故。2）選用有動(dòng)力輥?zhàn)蛹腥斯し敌拊O(shè)備相對(duì)復(fù)雜,浪費(fèi)電力，但不用專(zhuān)人操作，半自動(dòng)化。集中修理，不易出

圖8 方案二 有動(dòng)力輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)返修軌道

圖9 方案三 用機(jī)械手

事故。3）選用機(jī)械手集中返修，設(shè)備復(fù)雜,造價(jià)高,但自動(dòng)化程度很高，對(duì)人的要求不高，工作人員可以根據(jù)自己的時(shí)間安排定期進(jìn)行返修即可。

綜合考慮各種因素，我國(guó)的勞動(dòng)力資源相對(duì)較充足，價(jià)格也相對(duì)較低。而設(shè)備的價(jià)格相對(duì)高得多，所以我們選用無(wú)動(dòng)力輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)，完全人工返修，即選用方案1。

3 結(jié) 論

該設(shè)計(jì)著重研究了發(fā)動(dòng)機(jī)裝配自動(dòng)生產(chǎn)線的工藝流程和具體的結(jié)構(gòu)和部件的設(shè)計(jì)過(guò)程。主要設(shè)計(jì)完成了一條符合我國(guó)國(guó)情的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)裝配生產(chǎn)線。本課題針對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，如何在低載荷、無(wú)沖擊的情況下既保證傳動(dòng)精度又能盡量地減少成本展開(kāi)了研究。在理論上對(duì)我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋裝配生產(chǎn)線的發(fā)展和改建具有一定的參考價(jià)值。