淺析模塊化輪胎螺母自動排序監控設備對總裝的影響

何晨曦

淺析模塊化輪胎螺母自動排序監控設備對總裝的影響

何晨曦

（上汽通用汽車有限公司，上海 200000）

模塊化輪胎螺母自動排序監控設備擁有監控提示，實現了輪胎工位不同類型螺母供料的自動排序及監控，優化了汽車生產線輪胎工位的生產工藝，提高了輪胎螺母供料效率，具有很好的拓展性。該設備具有很好的實用性和靈活性，可適用于流水線同工位多種類螺母的篩選排序及監控的應用場景。文章歸納總結模塊化輪胎螺母自動排序監控設備的結構與機制，論述模塊化輪胎螺母自動排序監控設備的應用對安裝效率的積極影響。

汽車；輪胎螺母；排序；監控

1 汽車輪胎螺母的概述

1885年德國奔馳公司制造了世界上第一臺三輪汽車，從此輪轂成為汽車車輪最為重要部件，對于汽車的整體行駛穩定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性及外觀形象都有著重要的影響，輪胎螺母更是必不可少的緊固零件了。

輪胎螺母是用來固定汽車外輪轂的專用螺母，因為輪胎螺母的不確定性，所以目前仍沒有國家標準，但是一般型號和普通六角螺母大致，也是有M12-M42中間的各種型號。硬度分為4級到12級不等，表面處理一般分為鍍彩鋅和鍍白鋅兩種，且一般為冷電鍍鋅。輪胎螺母和普通六角螺母相比較，輪胎螺母一般都比同等規格的六角國標螺母要厚，而且一般都為細牙，螺紋牙距也大致為1.5毫米和2.0毫米兩種，外形和六角螺母一樣都為等邊六角形，不過在螺母的一頭會有一個錐度，錐度的里面有的會有一個臺階用來放置尼龍墊圈作為鎖緊用，有的則沒有臺階；而有的輪胎螺母在錐形部位有個法蘭，且一般外部有法蘭的，內部才會有一個臺階放置尼龍墊圈，而一般的大致為六角螺母帶錐形。部分轎車為追求輪轂美觀，其輪胎螺母為如同蓋型螺母一樣有個蓋子，而有的外形呈多層臺階狀，均是為了汽車輪轂整體美觀而刻意設計的，和一般輪胎螺母效果一樣。

同廠的不同車型，根據車的自重與排量的不同，輪胎螺母的數量規格都不同。不同螺母的螺絲機構、軸向力、螺紋扭矩、螺紋摩擦系數、端面摩擦系數、端面扭矩等等都不相同。生產過程中，總裝車間輪胎安裝工位需要安裝多種尺寸的輪胎螺母。

2 汽車輪胎螺母排序監控技術的必要性

2.1 生產現狀

隨著汽車生產工藝技術的不斷革新與優化，多個車型在總裝車間進行混線生產已是大型車企發展的必然趨勢，使得總裝車間輪胎安裝工位需要安裝多種尺寸的輪胎螺母。同時，隨著新車型的不斷增加，在輪胎安裝工位的緊固螺母種類也在持續增多。目前國內整車制造廠尚無此類輪胎螺母排序設備。

2.2 研究驅動

一方面，在工位數量不增加的前提下，為了保證生產線的生產節拍，設計并使用一種支持多種類型的、小型化的、模塊化的、組合式的輪胎螺母自動排序及監控設備，已然成為提高總裝車間生產效率的重要方向。

另一方面，隨著同一工廠產品平臺的不同，輪胎螺母種類在持續增加，需要研究小型的螺母排序機，以提高生產效率。

2.2.1輪胎螺母排序監控設備的可行性

為了完成以上優化目標，需要一種模塊化的，可通過組合方式實現多種類型螺母自動排序及監控的設備，其實現了輪胎工位不同類型螺母供料的自動排序及監控，優化了汽車生產線輪胎工位的生產工藝，提高了輪胎螺母供料效率，具有很好的拓展性。

2.2.2輪胎螺母排序監控設備的實用性

在新項目導入時期，輪胎螺母種類多，由于產品國產化原因，有些螺母無法統一，使得現有震蕩設備占地空間大。受限于工位空間，故需要更小巧，更精益的輪胎螺母排序機，同時包含監控措施。

3 模塊化輪胎螺母自動排序監控設備的方案

模塊化輪胎螺母自動排序監控設備的方案如下所示：

（1）上料：操作工從螺母料架上面拿料，將螺母倒入振動上料器的料倉，通過振動將螺母進入送料轉盤。

（2）設備檢測到螺母數量足夠時，系統運轉；螺母通過送料器進入轉盤，轉盤持續轉動使螺母在落料滑道上排序完成，通過送料管下方的氣源，將螺母自動送入螺母排序盤。

（3）排序盤里螺母排滿后，系統停止運轉，不再送螺母，氣缸將送料管縮回，操作工將排序好的螺母取走，系統開始運轉。

3.1 設備機制

整個設備包括振動上料器、送料轉盤機構、螺母滑道、送料管、螺母排序盤、電控制柜。設備上料方式為操作工從螺母料架上取料，倒入料倉；振動上料器檢測到螺母數量達到預設值后，通過振動將螺母送進送料轉盤機構；送料轉盤機構通過電機驅動轉盤持續轉動，從振動上料器進入的螺母，通過送料轉盤內部軌道的排序，在螺母滑道上完成螺母排序；送料管安裝在螺母滑道末端；其下方的高壓氣源，將螺母沿著送料管自動送入螺母排序盤；待螺母排序盤中的螺母排滿后，氣缸驅動送料管自動縮回，操作工使用工裝取走已排序好的螺母。

如圖1所示，動送料器料倉內安裝有兩個用于檢測料倉使用容量的限位器，分別位于80%和10%部位。送料轉盤采用圓形形狀，豎直排布，通過下方的驅動輪帶動送料轉盤勻速轉動。送料轉盤內部軌道與一般的旋轉送料機構相似。但是為了避免螺母與軌道之間的磨損，振動上料器、送料轉盤、螺母滑道的內部表面涂有潤滑油脂。螺母滑道的下末端與送料管藕接，送料管下方可噴射高壓氣流，用于送料管內輸送螺母。送料管可在氣缸的作用下向左端伸縮。螺母排序盤在電控制柜的作用下，可圍繞中心進行限位旋轉。螺母排序盤可容納5枚螺母，當送料管落下一個螺母后，電機帶動螺母排序盤旋轉72度，直到螺母排序盤的5枚螺母排滿，電控制柜發送系統停止指令，系統停止送料，送料管縮回。

圖1 設備示意圖

3.2 設備邏輯控制

輪胎螺母自動排序監控設備控制邏輯示意如圖2所示。設備采用振動上料器的螺母數量達到80%后，自動觸發驅動電機進行振動送料；與此同時，驅動電機帶動驅動輪，維持送料轉盤地持續轉動送料。當振動上料器螺母數量低于10%后，電控制柜發送驅動電機停止指令；與此同時，設備停止送料。該設備采用持續監控螺母排序盤螺母數量的控制策略，當螺母排序盤未排滿時，送料管伸出落于螺母排序盤進行送料；當螺母排序盤排滿后，電控制柜給驅動電機發送停止指令，系統停止送料；與此同時，電控制柜通過氣缸控制送料管收縮，離開螺母排序盤。設備電控系統根據振動上料器和螺母排序盤的狀態，周期性地進行送料，進一步節省了能源。

圖2 控制邏輯示意圖

3.3 多種類螺母使用場景的應用方案

該設備采用模塊式設計，可依據用戶實際使用螺母的種類，增加或減少設備數量。其中一種設計方式為4x2上下兩層設計方式，結構小巧（如附圖3），可同時支持8種類型的螺母進行排序和監控排序，每個泵使用新型的控制系統相互獨立，互不干擾。不僅實現了汽車生產線輪胎螺母排序設備的模塊化，也提高了工廠的柔性化生產水平，適合于流水線同工位多種類螺母的篩選排序及監控的應用場景。

圖3 多種類螺母使用場景的模塊化組合示意圖

4 模塊化輪胎螺母自動排序監控設備對總裝的影響

在汽車主機廠平臺車型增加、多車型混線生產要求出現、人力成本攀升和生產交貨期縮短的壓力下，總裝車間對于先進裝配技術和自動化設備的敏感性大大提高，故應用自動化設備可以顯著提高裝配穩定性。

在總裝車間，隨著汽車生產工藝技術的不斷革新與優化，多個車型進行混線生產已是大型車企發展的必然趨勢?？傃b車間輪胎安裝工位需要安裝多種尺寸的輪胎螺母。隨著新車型的不斷增加，在輪胎安裝工位的緊固螺母種類也在持續增多。模塊化輪胎螺母自動排序監控設備對提升總裝效率有著積極的貢獻。

4.1 提高生產效率

在如今產品生產周期縮短及制造節拍加快的趨勢下，模塊化輪胎螺母自動排序監控設備實現應用之后，可以顯著提升裝配效率和降低制造成本。該設備投入應用后，可減少員工取料時間浪費。

4.2 方便設計靈活應用

模塊化輪胎螺母自動排序監控設備新采用模塊化設計，可有效匹配因后續螺母種類增加或刪減而導致的變化。該設備不僅實現了汽車生產線輪胎螺母排序設備的模塊化，也提高了工廠的柔性化生產水平，適合于流水線同工位多種類螺母的篩選排序及監控的應用場景。同時此設備占地空間小，更具有柔性，實用性極大。

5 結論

一條柔性化總裝線上，可能同時存在兩種甚至更多的車型，將錯綜復雜的裝配工藝完成得高效且精準是非常不容易的。同廠的不同車型，根據車的自重與排量的不同，輪胎螺母的數量規格都不同。在工位數量不增加的前提下，為了保證生產線的生產節拍，設計并使用一種支持多種類型的、小型化的、模塊化的、組合式的輪胎螺母自動排序及監控設備，已然成為提高總裝車間生產效率的重要措施。首先，模塊化輪胎螺母自動排序監控設備擁有監控提示，可減少員工取料時間浪費，加快生產節拍。其次，該設備柔性度高，適合于流水線同工位多種類螺母的篩選排序及監控的應用場景。增加總裝核心競爭力，引領智能制造的發展是未來總裝發展的必然趨勢，標準化、柔性化、監控化、模塊化的輪胎螺母自動排序監控設備，對總裝生產具有積極貢獻和創新意義。

Analysis the Effect of the Modular Monitor Equipment for Tire Nut Auto-sorting on Assembly

He Chenxi

( SAIC General Motors, Shanghai 200000 )

The modular Monitor equipment for tire nut auto-sorting with Monitor tips can effectively avoid reducing the cycle time, and product stability. The equipment has good practicability and flexibility. Also, it’s suitable for sorting and monitoring application scenarios of various types of nuts at the same station in the production line. This paper summarize the structure and mechanism of the modular Monitor equipment for tire nut auto-sorting and discuss the positive influence of this device on assembly efficiency.

Automobile; Tire nuts; Sorting; Monitor

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.041

U466

A

1671-7988(2021)02-126-03

U466

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1671-7988(2021)02-126-03

何晨曦，男，本科，現任上汽通用汽車有限公司整車制造工程總裝工藝工程師，負責先期工藝規劃與新項目在總裝車間的投產工作。在項目前期分析新車型在目標工廠的可制造性，推動設計或工藝改進滿足制造要求；在項目中期和后期負責車間工裝設備開發和落地及現場造車問題的推進和解決等工作。