紅巖HY320橋殼機動傳送線設計

馮學能

（上汽依維柯紅巖商用車有限公司，重慶 400900）

前言

我公司為滿足重型汽車市場對橋總成產品的需求，投資建設30萬根車橋生產基地，專業生產重型汽車車橋。車橋分為前橋，中橋和后橋，其中中橋和后橋作為汽車驅動橋，又主要有鑄鋼橋和沖焊橋兩大類型。鑄鋼橋的本體采用鑄造橋殼，然后兩端壓入導管組合而成。我公司為提升鑄鋼橋生產能力而自行設計新建了紅巖HY320橋殼壓裝套管線，其工藝模式為面對面相對布置兩臺熱壓機實施橋殼導管熱壓作業，中間沿軸線布置專用傳送線將壓裝后橋殼輸出。該傳送線采用了一種較為特殊的傳送結構模式，根據我公司鑄鋼橋殼產品特點，采用一種專用托架小車，鏈條傳動機構、分段組合式機架等通過電氣控制實現自動往復循環運行，投產效果良好，為同類建設提供參考。

1 項目介紹

橋殼壓裝套管生產線布局見圖 1，兩臺熱壓機生產出來的橋殼產品吊裝放入傳流線放料端，傳流線自動將橋殼緩慢傳送至尾端，在此過程中橋殼自然冷卻。在尾端，人工起吊取出橋殼。

圖1 總體布局示意圖

主要設計要求：

（1）滿足公司全部鑄鋼橋殼類型，橋殼代表產品外形簡圖見布局示意圖，長2100mm，寬540-570mm，單件最大自重250Kg。

（2）橋殼傳送線采用自動運行模式，總長32米，寬不超過2.5米。

（3）生產節拍5分鐘/件，要求節拍在3-7分鐘/件之間可調。

（4）橋殼傳送過程定位可靠，運行安全，產品加工面得到保護。

2 項目設計

2.1 結構方案分析[1]

本項目需要設計建設一條具備足夠產品適應性的物流線自動傳輸橋殼。橋殼大量精加工表面，和較大且不規則的外形決定了不能采用簡單的滾床模式。吊運，托架托板，小車傳送等傳統方式都在我們最初的選擇之中。無論哪種方式，都需考慮在完成橋殼傳送后空托運裝置的返回問題，效率、安全和成本也必在考慮之列。最后根據橋殼的外形結構特點和生產現場實際狀態，我們決定采用托架定位支承橋殼，托架上安裝一組滾輪形成托架小車，并由傳送鏈帶動運行。而接下來需要解決小車的返回問題，目前一般主要有以下幾種選擇方式：

（1）人工返回：即小車從傳送線初始位置運行至尾端后，使其脫離傳送結構，人工轉運至初始位置重新投入運行。這種方式效率較低。

（2）空中自動返回：托架小車運行至傳送線尾端，通過起升裝置起吊，吊裝后沿空中軌道返回至起點位置落下。這種方式利用了物流線的上方空間，結構較為復雜。

（3）地下自動返回：傳送線兩端設置托架小車升降機構，小車由地面傳送線下方的傳輸機構傳回。目前我公司車橋裝配線正是采用的這種模式。這種結構需要開挖很大的地坑，結構也頗為復雜成本較高。

經過對比分析，我們更希望尋求一種類似傳送帶似的簡易結構模式，將傳統物流小車和傳送鏈板模式相結合。我們通過緊湊性設計優化，充分壓縮和利用地面機架一米左右的自身高度空間，既不在物流線上方增加布置機構，也不需要大量占據地下空間，在傳送鏈立式布局基礎上，讓托架小車隨傳送鏈上層鏈條運行傳送產品，讓托架小車隨傳送鏈的下層鏈條自動返回。這樣整個系統只需要一套動力，極大的簡化運行結構和降低建設成本。

2.2 結構總體設計

傳送線整體沿長度方向分為右段（產品放入端）、中間直線運行部分、左段（產品取出端）。傳送線整體又分為上下兩層，上層為托架小車運載產品層，下層為空小車返回層。并相應設計動力傳動和電氣安全控制系統。

2.3 傳送線支承機架設計

為便于制造和安裝，支承機架采用分段式結構組合而成。在傳送線尾端機架內安裝動力驅動總成，起始端機架內安裝從動鏈輪，中間的機架分為結構完全相同的10段。機架總長32000mm，寬1980mm，高935mm。在機架的上下兩個層面，沿長度方向各設計兩條凹槽型水平直線軌道。兩層軌道之間高度差與驅動鏈條回轉時上下高差匹配。

2.4 托架小車設計

托架小車需適應全部類型的鑄鋼橋殼產品，根據橋殼外形相對比較一致的共同點，采用兩件耐熱軟質V形鋁塊定位支承橋殼兩端軸頸部位，定位塊之間間距采用螺桿調節。托架采用雙鏈條帶動，托架與鏈條始終鉸接在一起。在托架兩端設置支承和移動的滾輪，形成托架小車。本小車在機架上層軌道中運行為正常直立方向，在機架下層軌道中返回時為180°倒立狀態。如圖2我們巧妙的直接采用一組4只軸承作為滾輪，恰好能同時滿足小車在上下兩層軌道中正反兩種狀態下的移動運行。

圖2 橋殼托架小車

在傳送線兩端，鏈條隨著鏈輪作180°回轉。在左端產品取出后，與鏈條鉸接在一起的空托架小車隨著鏈條的轉動自動地從上層軌道滑出，跟隨鏈條做回轉180°，然后小車滾輪自動進入下層軌道水平運行。在右端，托架小車從下層軌道移轉至上層軌道原理也是如此，從而實現整體自動循環往復。

托架小車結構見圖2。

2.5 動力傳動系統設計

按照橋殼寬度尺寸，排列間距適宜在600左右，根據傳送線長度計算可均布托架小車105個，其中處于上層能裝載傳送橋殼的小車50個。鏈條采用非標定做，基本鏈節標準選取 32A-1，節距 50.8，每 12 節制作一對與托架小車連接的安裝副板，鏈條在水平移動時下方均安裝鏈條托軌。系統需鏈輪6個，包括減速機端鏈輪一個，主動軸輸入端鏈輪1個，長傳送鏈條主動鏈輪2個，從動鏈輪2個。理論上鏈輪直徑越小，越容易控制整體結構高度。在節距一定時鏈輪直徑大小由齒數決定，齒數過少，多邊形效應的影響嚴重，會加劇傳動的不均勻性，使工作條件惡化，加速鉸鏈的磨損[2]。當鏈速為低速時，鏈輪齒數一般應大于等于17齒 ，我們全部鏈輪齒數都取最小適宜值17，鏈輪傳動比為1，系統減速功能全部交由減速機實現。

鏈條傳動是有中間撓性件的嚙合傳動，受靜張力和動張力[3]。鏈速 v＜0.6m/s的低速鏈傳動一般按靜強度計算[4]。查鏈條標準32A鏈條的極限拉伸載荷Qmin=222400N，計算靜強度安全系數大于 8，滿足靜強度需求。傳動相關參數計算如下：

（1）標準鏈速：v=產品單件間距/標準節拍=（50.8/1000）*12/5=0.122m/min。

（2）鏈輪節圓直徑=鏈條節距/sin（180°/鏈輪齒數）=50.8/ sin（180°/17）=276.46mm。

鏈輪標準轉速 v’=標準鏈速/鏈輪節圓周長=0.122*1000/（3.14*276.46）=0.14 轉/分。

（3）總載重：M=產品單件質量*產品數量+托架單件質量*托架數量=250*50+80*105=20900Kg。這里因負重和安全系數較大，可以忽略鏈條自身重量。

（4）電機和減速機

因需求生產節拍在3-7分鐘/件之間可調節，經初步計算選用4極變頻電機，型號YVP802-4，功率0.75KW，額定轉速 1500rpm。行星擺線針輪減速機體積小、傳動比大，效率高（η≥0.9），壽命長，根據轉速比和轉矩要求選用大減速比擺線減速機，型號XWEV1.1-8215A，減速比6177，額定輸出扭矩 9420Nm[5]。這里需做速度和動力兩方面是否滿足生產需要的校驗。

速度方面，在需求快節拍時：

鏈輪轉速=電機轉速/減速比=1500/6177=0.24r/min。

鏈速=鏈輪轉速*節圓直徑=0.24*3.14*276.46/1000=0.208 m/min。

節拍時間=單件間距/鏈速=（50.8*12/1000）/0.208=2.93分鐘＜3分鐘。

變頻電機必然滿足慢節拍需求，故總的在速度方面滿足3-7分鐘節拍需求。

動力方面：

傳送系統負載不變的情況下對動力的需求與運行速度成正比，因此需保證在最快節拍時系統動力足夠。根據傳動結構模式評估系統綜合阻力系數約0.1。

鏈輪阻力扭矩：

T’=FR=mgKR

=20900*9.8*0.1*276.46/（2*1000）=2831.2Nm

減速機扭矩安全系數 S=減速機額定扭矩/鏈輪阻力扭矩=9420/2831.2=3.3。

故減速機額定扭矩滿足動力需求。電機額定扭矩4.7Nm，減速機減速比6177，電機動力足夠。

可見，橋殼傳送系統雖然總重量大，但由于移動速度緩慢，所以對電機功率需求很小，所選電機及減速機滿足傳送系統動力需求，而且留有一定承載提升空間。

2.6 電氣控制與安全設計

在傳送線取件位置，設置指向橋殼的紅外線探測器，橋殼運行至該位置時系統暫停。當橋殼取出后，系統繼續運行讓空的托架回轉返回，并將上層后面的橋殼移動至該位置。另外，再在傳送線取件端面增加剛性檔件立柱，作為防止橋殼意外脫落的第二重防護。傳送線的兩端分別設置了手動電機啟停和急停控制按鈕。傳送線兩側設置隔離護欄防止人員接觸運行中的橋殼。

3 項目實施和結構注意點

（1）傳送線經過具體設計實施，總體簡圖見圖3。

（2）產品托架小車采用雙鏈條帶動，需要考慮兩個鏈條差異和在實際運行中的同步性。本系統在從動端鏈輪與軸之間并未采用固定鍵連接，讓從動鏈輪自動適應兩邊鏈條長度差異。

圖3 傳送線總體結構簡圖

（3）空的托架小車在傳送線兩端回轉時，小車滾輪脫離上層軌道，懸空回轉，然后進入到下層軌道。這一過程小車由雙鏈條定位和均衡承重，再在小車兩側的機架上各安裝一塊鋼板，進一步限定小車在整個回轉中的位置，從而可以省略掉傳送線兩端的小車弧形導軌。但是要求上下層軌道高度必須與鏈條回轉運行高度相匹配，并且由于鏈輪下方的鏈條將產生一定程度下墜，下層導軌端頭需折彎一段通過斜角擴大開口導入小車滾輪。

4 結論

（1）本傳送線實現公司重卡各類型鑄鋼橋殼在熱壓裝后的自動傳送，通過橋殼專用托架小車最大同時積放橋殼50件，完全滿足公司兩臺熱壓機的生產節拍。

（2）除了在傳送線左端建造一淺坑基礎安裝動力總成外，總體實現了大型橋殼托架小車在傳送線地面機架結構有限高度內部自動返回循環運行的目標，系統整體結構簡化緊湊，避免了大規模的地下或空中結構布置，降低了建設成本。

（3）傳送線建成后經過一段時間的生產驗證，系統運行穩定，反響良好，其結構方式實用性較好，為同類建設提供一定借鑒和經驗。