新能源汽車(chē)涂裝車(chē)間車(chē)身立體庫(kù)研制與應(yīng)用

劉振 賈昕宇 侯 強(qiáng) 張巖軍

（1.山西晉中理工學(xué)院 智能制造與車(chē)輛學(xué)院，晉中 030600；2.東杰智能科技集團(tuán)股份有限公司，太原 030032；3.中電建建筑集團(tuán)有限公司，北京 100120）

為了滿足新能源汽車(chē)企業(yè)高效率定制化的生產(chǎn)需求，基于有軌制導(dǎo)車(chē)輛（Rail Guided Vehicle，RGV）技術(shù)的自動(dòng)化立體庫(kù)在汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域得到越來(lái)越多的研究與應(yīng)用[1]。汽車(chē)生產(chǎn)輸送工藝路徑通常在水平方向采用軌道穿梭車(chē)，垂直方向采用升降機(jī)的組合自動(dòng)化立體庫(kù)結(jié)構(gòu)形式[2]。王璐瑤[3]、馬文凱[4]、陳國(guó)真[5]等對(duì)多層穿梭車(chē)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及性能仿真分析，瞿燕研究了庫(kù)架合一立體庫(kù)的載荷取值與仿真分析[6]，王靜雯[7]、單夢(mèng)蕊[8]等基于仿真研究了車(chē)身立體庫(kù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。文章以某新能源汽車(chē)涂裝自動(dòng)化立體庫(kù)為研究?jī)?nèi)容，研發(fā)設(shè)計(jì)了軌道穿梭車(chē)、升降機(jī)組合的車(chē)身立體庫(kù)輸送系統(tǒng)。通過(guò)工藝路徑及受載分析，證明該設(shè)計(jì)方案布置合理、運(yùn)行可靠。經(jīng)系統(tǒng)試運(yùn)行及生產(chǎn)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)滿足客戶使用需求。

1 自動(dòng)化立體庫(kù)工藝流程及設(shè)計(jì)方案

圖1 為車(chē)身出入庫(kù)工藝流程，主要流程如下。立體庫(kù)入口獲取車(chē)身?xiàng)l碼信息，進(jìn)行車(chē)輛跟蹤；立體庫(kù)根據(jù)生產(chǎn)指令為輸送系統(tǒng)提供路徑；穿梭車(chē)設(shè)置條碼信息讀取裝置，記錄車(chē)身信息。

圖1 車(chē)身出入庫(kù)工藝流程

1.1 立體庫(kù)貨架設(shè)計(jì)

車(chē)身立體庫(kù)主要由4 層貨架鋼結(jié)構(gòu)、軌道系統(tǒng)、維修葫蘆系統(tǒng)、穿梭車(chē)、升降機(jī)、電氣控制系統(tǒng)和倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)等組成，如圖2 所示。車(chē)身存儲(chǔ)位置位于立體庫(kù)兩側(cè)貨格，部分貨格上安裝有鋼平臺(tái)，鋼平臺(tái)上安裝輸送滾床，滿足貨格內(nèi)車(chē)身輸送需求。穿梭車(chē)軌道系統(tǒng)位于貨架每層中間，通過(guò)軌道支撐架與貨架螺接固定。一側(cè)軌道內(nèi)側(cè)安裝有滑觸線系統(tǒng)，穿梭車(chē)通過(guò)滑觸線進(jìn)行取電，穿梭車(chē)上安裝有讀寫(xiě)頭裝置，通過(guò)安裝于軌道上的條碼帶進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，實(shí)現(xiàn)穿梭位置的準(zhǔn)確定位。貨架兩側(cè)布置有5 臺(tái)升降機(jī)，升降機(jī)可滿足車(chē)身垂直方向的輸送需求。

圖2 立體庫(kù)貨架系統(tǒng)

1.2 穿梭車(chē)設(shè)計(jì)

穿梭車(chē)是立體庫(kù)輸送系統(tǒng)中水平輸送車(chē)身的主要設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)巷道內(nèi)貨架車(chē)身的存取及車(chē)位之間的移動(dòng)，主要由驅(qū)動(dòng)裝置、升降裝置、貨叉伸縮系統(tǒng)、滑觸線及安全檢測(cè)系統(tǒng)等組成，如圖3 所示。驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、行走導(dǎo)向系統(tǒng)、取電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、位置檢測(cè)系統(tǒng)、安全檢測(cè)以及控制系統(tǒng)組成。舉升裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)同步帶驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)升降框架上下舉升動(dòng)作。升降框架固定有直線導(dǎo)軌，保證其豎直上下運(yùn)動(dòng)的直線度。移載伸縮叉固定在升降框架上，與升降裝置配合完成存取車(chē)任務(wù)。位置系統(tǒng)采用二維碼定位方式進(jìn)行認(rèn)址。行走系統(tǒng)采用高強(qiáng)度尼龍輪，降低走輪對(duì)軌道的磨損和運(yùn)行過(guò)程中的噪聲。取電系統(tǒng)采用滑觸線并布置在軌道內(nèi)側(cè)面，在運(yùn)行過(guò)程中受導(dǎo)輪保護(hù)，保證其供電的穩(wěn)定性。

圖3 穿梭車(chē)系統(tǒng)

1.3 立體庫(kù)受載分析

車(chē)身立體庫(kù)作為密集型存儲(chǔ)設(shè)備，單位面積鋼結(jié)構(gòu)受載較大，因此立體庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行受載分析具有重要意義。利用PKPM 鋼結(jié)構(gòu)分析軟件，對(duì)立體庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化受載分析得到應(yīng)力比結(jié)果，如圖4 所示。由圖4 可以看出，車(chē)身庫(kù)立柱最大應(yīng)力比為0.3，發(fā)生在立柱底部，即立柱最小安全系數(shù)為3.3。通常重型貨架承重后的安全系數(shù)為1.5，滿足要求。

圖4 立體庫(kù)貨架受載應(yīng)力比

2 立體車(chē)身庫(kù)的實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)立體車(chē)身庫(kù)的設(shè)計(jì)及各部件選型計(jì)算，生產(chǎn)制造出一套設(shè)備并應(yīng)用于某新能源涂裝車(chē)間車(chē)身庫(kù)輸送線。車(chē)身庫(kù)每個(gè)庫(kù)位物品質(zhì)量為1 t，所有構(gòu)件采用熱軋型鋼。考慮運(yùn)輸和安裝方便，立柱分段制作、現(xiàn)場(chǎng)拼裝為整立柱，需要保證整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性。車(chē)身庫(kù)片架及軌道均為螺接固定可調(diào)，保證穿梭車(chē)軌道的安裝精度。軌道上平面度和導(dǎo)向扭轉(zhuǎn)度不大于2 mm，調(diào)整后需要緊固防止松動(dòng)。移載機(jī)伸縮叉螺接固定在底架上，伸縮叉電機(jī)配置絕對(duì)值編碼器，用于控制組件運(yùn)行、減速、加速、停止等動(dòng)作。伸出位及返回位也設(shè)置接近開(kāi)關(guān)，作為冗余檢測(cè)信號(hào)。在伸縮叉組件端頭設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，用于安全限位。移載機(jī)設(shè)置漫反射開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)庫(kù)區(qū)是否有車(chē)，防止移載叉撞車(chē)。位置系統(tǒng)采用二維碼定位方式認(rèn)址，定位精度3 mm。在移動(dòng)軌道上粘貼二維碼帶，穿梭車(chē)高速運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)傳輸絕對(duì)地址，保證臺(tái)車(chē)速度平穩(wěn)和定位準(zhǔn)確。經(jīng)過(guò)安裝、調(diào)試、試生產(chǎn)，第1、3、4 層穿梭車(chē)節(jié)拍為30 s，第2 層穿梭車(chē)節(jié)拍為15 s，整體節(jié)拍為105 s，證明該立體庫(kù)設(shè)備可以滿足車(chē)身的存儲(chǔ)、輸送工藝及節(jié)拍需求。車(chē)身立體庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖5 所示。

圖5 車(chē)身立體庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)安裝

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析某新能源汽車(chē)涂裝車(chē)間車(chē)身立體庫(kù)的工藝路線，設(shè)計(jì)研制了一套自動(dòng)化車(chē)身立體庫(kù)，可以滿足涂裝車(chē)間車(chē)身存取的工藝需求。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行試生產(chǎn)，證明設(shè)備運(yùn)行可靠，可以為新能源汽車(chē)自動(dòng)化立體庫(kù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考。