專用設(shè)備臺架自動裝箱流水線的研究與應(yīng)用

馬占宇 劉 軍

（中核<天津>機械有限公司，中國 天津 300300）

0 引言

某公司產(chǎn)品為一種專用設(shè)備臺架, 出廠合格率100%,專用設(shè)備臺架精密度高、造價高，且體積大、重量大、一次出貨量大，需要通過專列運輸交付客戶。為了避免臺架在運送中因晃動、 磕碰造成的質(zhì)量隱患，確保交付合格率100%, 臺架生產(chǎn)完成下線后要裝配在專用運輸箱中。 原有裝箱方式為人工手工裝配，除了臺架使用天車起吊和落位， 包括運輸箱體的蓋板（約70 kg）、四塊側(cè)板（約40 kg/塊）的拆、裝在內(nèi)的所有工序均為純手工作業(yè)，員工勞動強度大，過程安全隱患大，裝配效率低下。

目前，產(chǎn)品包裝機械正朝高速、多功能化及控制智能化的方向發(fā)展。 為滿足交貨期、降低工藝流通成本，未來包裝機械要求能夠進行高速生產(chǎn)。 同時對一些產(chǎn)品，還要求包裝機械和生產(chǎn)流水線相銜接，使包裝機械進一步智能化形成包裝流水線。隨著裝配技術(shù)的提升，裝配流水線也隨之迅速發(fā)展。 裝配線向模塊化、自動化、柔性化和虛擬化方向發(fā)展，以滿足多品種生產(chǎn)和自動化裝配要求；輸送設(shè)備向柔性輸送設(shè)備方向發(fā)展；螺栓緊固設(shè)備向定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角的多頭螺栓扭緊機方向發(fā)展；專用裝配設(shè)備向高精度、適應(yīng)性強、自動化方向發(fā)展，一臺專機應(yīng)能適應(yīng)2～3 種產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，以適應(yīng)多品種生產(chǎn)的要求；以靜扭扳手和定轉(zhuǎn)矩電動扳手替代沖擊式氣動扳手是裝配工具的發(fā)展趨勢；一些產(chǎn)量大、零件數(shù)量少的零部件裝配線趨于采用全自動裝配線。

公司通過對先進自動化裝配流水線中輸送設(shè)備、全自動裝配線、螺栓緊固設(shè)備的充分調(diào)研,研究和裝配了一條專用設(shè)備臺架自動化裝箱流水線，順利解決了上述問題。本文對專用設(shè)備臺架自動化裝箱流水線的方案設(shè)計、工藝流程和實現(xiàn)過程進行闡述。

1 工作內(nèi)容介紹

1.1 運輸箱的構(gòu)成及臺架在箱體中的固定方式

運輸箱由蓋板（吊裝環(huán)焊接其上）、左右短側(cè)板、前后長側(cè)板、底座、護杠構(gòu)成，通過連接螺栓固定。 臺架通過三塊連接板使用螺栓連接固定在箱體底座支撐架上。 運輸箱結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示,臺架固定示意如圖2 所示。

圖1 運輸箱結(jié)構(gòu)圖

圖2 臺架固定示意圖

1.2 作業(yè)過程

運輸箱在公司與客戶間反復(fù)流轉(zhuǎn)使用，運輸箱到達客戶端,客戶拆箱取出臺架產(chǎn)品后，將四塊側(cè)板、護杠和連接螺栓躺置于箱體底座中，蓋板置于其上并連接固定，多層摞放運回公司。因此，公司臺架裝箱之前先得進行拆箱，作業(yè)便由拆箱和裝箱2 環(huán)節(jié)組成。 過程如圖3 所示。

2 裝箱流水線設(shè)計

2.1 總體方案

裝配線可以分為多種類型， 根據(jù)其組織形式，可以分為傳統(tǒng)的直線和U 形線， 相比直線裝配線，U 形線裝配線能夠提供更靈活、更高效的生產(chǎn)[1]。根據(jù)公司臺架和運輸箱的具體形狀、尺寸、重量，需要完成的工作內(nèi)容、生產(chǎn)場地情況，裝箱線體采用U 形線布局，運輸箱輸送采用隨行輕軌車輸送，輕軌線體兩端設(shè)置移行機實現(xiàn)變向輸送。臺架由電瓶車從上序裝配車間運到本線臺架下料點，由本線的兩個空中桁架機械手在人工操作下抓取下料、分裝、并安裝到運輸箱內(nèi)。運輸箱的拆解和裝配分別在前進線與返回線對應(yīng)的位置,依靠懸掛助力工具抓取，并在兩線間搬運,直接完成拆解與裝配。整條線采用PLC 控制，并與工控機通訊，實現(xiàn)條碼掃描以及統(tǒng)計、記錄追溯資料等功能。 流水線整體布局如圖4 所示。

2.2 工藝流程

在滿足作業(yè)過程和線體設(shè)計生產(chǎn)節(jié)拍要求下，結(jié)合所有裝配動作工時測算結(jié)果，對各工位能夠安排的作業(yè)內(nèi)容進行優(yōu)化組合， 確定了裝配線體的工藝流程，如表1 所示。

2.3 實現(xiàn)過程

2.3.1 上料系統(tǒng)

運輸箱凈重550 kg、臺架凈重1 000 kg、裝箱后成品重超2 500 kg，人力無法完成上料。 鑒于1 工位成品運輸箱下線、空運輸箱上線落位精度較低，為提高上下線、成品周轉(zhuǎn)及碼放效率，此工位使用叉車完成上下料。臺架吊入箱體行程固定，動作單一，與天車相比，龍門桁架機械手定位精度高，更靈活、速度更快，4、5、6 工位使用桁架機械手完成起吊和運輸。 拆、裝蓋板、側(cè)板靠人力完成強度大、安全隱患高，2、3、8、9 工位使用轉(zhuǎn)臂起重吊具輔助完成蓋板和四塊側(cè)板的提放及移動。

圖3 臺架裝箱作業(yè)

圖4 流水線總體布局

表1 流水線體工藝流程

2.3.2 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)由輕軌輸送線、輕軌車、移行系統(tǒng)和驅(qū)動裝置組成。 輸送線為平行鋼軌，通過膨脹螺栓直接在地面上固定并調(diào)平，包括前進線和返回線。 輕軌車在輕軌輸送線上運行，通過掛鉤兩兩首尾相連形成列車，由驅(qū)動裝置帶動整條列車一起運動。 運輸箱放在輕軌車的定位塊上，操作者可以在塌臺與輕軌車上行走及操作。移行系統(tǒng)負(fù)責(zé)在前進線與返回線之間傳輸輕軌車， 輕軌車驅(qū)動裝置將輕軌車從6/10 工位輸送至移行機上，脫鉤機構(gòu)頂起，使6/10 工位與前一工位相連輕軌車脫鉤，分離對接裝置將輕軌車?yán)揭菩休斔蛙嚿?，移行輸送車橫向移動，將輕軌車輸送至返回/前進線側(cè)，分離對接裝置將輕軌車推動前行并與前面輕軌車對接，輕軌車驅(qū)動裝置將輕軌車從移行輸送車上拉出，移行輸送車返回上料線側(cè)。

2.3.3 控制系統(tǒng)

流水線體控制系統(tǒng)采用PLC 控制與工控機通信技術(shù)，在無人干預(yù)下，流水線體桁架機械手、輕軌輸送線和移行系統(tǒng)自動運行，完成設(shè)定動作[2]。通過控制面板設(shè)置線體工作節(jié)拍，通過條碼掃描系統(tǒng)實現(xiàn)臺架和運輸箱條碼的掃描錄入，建立對應(yīng)關(guān)系，便于追溯查詢，通過液晶顯示裝置實現(xiàn)各工位的裝配信息、產(chǎn)量完成情況和線體故障的動態(tài)顯示和報警。

2.3.4 安全防護裝置

流水線體周圍配備0.5 米高工作踏板，供操作者行走和工作，整體采用角鋼及花紋鋼板焊接，塌臺邊緣裝有護欄，防止操作者掉落。 移行機及危險區(qū)域采用鋁型材框架甲鋼絲網(wǎng)防護， 配備光電檢測裝置，防止危險發(fā)生。過道處設(shè)置鋼管防撞梁，以免損傷設(shè)備。

3 應(yīng)用情況

經(jīng)過方案設(shè)計、論證和確定，零部件加工，線體安裝調(diào)試和驗收， 公司成功裝配了自動裝箱流水線，投入使用至今運行良好，達到了專用設(shè)備臺架自動化裝箱、裝箱效率提升和人員勞動強度降低的目標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）裝箱線體采用水平矩形線排列方式，運輸箱的拆解和裝配在前進線與返回線對應(yīng)工位同時工作，實現(xiàn)了運輸箱拆裝過程的無縫對接，節(jié)省了箱體部件的緩存區(qū)域，縮短了裝箱節(jié)拍。 裝箱時間由每箱960 s降為600 s，效率提高37.5%。

（2）臺架下料及裝箱，蓋板與四塊側(cè)板的拿取、落位均由機械手、起重吊具輔助完成，氣動擰緊機代替普通扳手完成連接螺栓緊固，人員勞動強度和安全隱患大幅下降，產(chǎn)品質(zhì)量得到有效保障。