高速輸送設備的優(yōu)化設計

生產(chǎn)裝備RODUCT0NEQ UMENT高速輸送設備的優(yōu)化設計摘要:在自動(dòng)化焊裝生產(chǎn)線(xiàn)上集成應用高速輸送設備對降低焊裝生產(chǎn)輔助時(shí)間及生產(chǎn)成本具有重要意義。闡述了高速輸送設備的組成和關(guān)鍵設計技術(shù)，以及優(yōu)化設計方法,內容涉及高速滾床的節拍分析、運動(dòng)速度的優(yōu)化分配、運動(dòng)過(guò)程的伺服控制及運動(dòng)規律曲線(xiàn)的優(yōu)化設計等方面。關(guān)鍵詞:高速輸送設備自動(dòng)化 白車(chē)身焊裝線(xiàn)中圖分類(lèi)號:U463.82.05.文獻標識碼:B■一汽模具制造有限公司吳國峰艾學(xué)崇尚校高速輸送設備在自動(dòng)化焊裝線(xiàn)上主要是用來(lái)柔性隨行夾具.進(jìn)行白車(chē)身在焊裝工位間的快速精確地傳輸,其傳輸速度直接影響生產(chǎn)節拍、傳輸精度也會(huì )影響到白車(chē)身的焊接質(zhì)量。高速傳輸對降低焊裝工位輔助時(shí)間、提高有效生產(chǎn)時(shí)間縮短生產(chǎn)線(xiàn)長(cháng)度等具有重要意義。對于年綱領(lǐng)20萬(wàn)輛以上的焊裝生產(chǎn)線(xiàn)，工件傳輸時(shí)間約占總節拍的10%,高速傳輸高速滾床意味著(zhù)可降低焊裝線(xiàn)的工位輔助時(shí)間,有效焊接時(shí)間得到提升,焊接機器人數量得到減少,焊裝生圖1高速輸送設 備的組成產(chǎn)線(xiàn)的長(cháng)度縮短,從而有效節約工裝成本投人及1.1 柔性隨行夾具單車(chē)的焊接成本。柔性隨行夾具是實(shí)現白車(chē)身在生產(chǎn)線(xiàn)工位間傳送的載體,其上的功能部件可實(shí)現對白車(chē)身產(chǎn)1高 速輸送設備的組成品的定位夾緊功能，可以保證白車(chē)身在傳輸過(guò)程焊裝線(xiàn)高速輸送設備主要由柔性隨行夾具和中的位置精度。在生產(chǎn)線(xiàn)補焊工位可以替代地板高速滾床及電氣控制系統組成,見(jiàn)圖1。柔性隨夾具對白車(chē)身進(jìn)行定位。行夾具在高速滾床上通過(guò)摩擦滾輪產(chǎn)生的摩擦1.2 高速滾床力進(jìn)行高速傳輸。高速滾床上的電機帶動(dòng)皮帶高速滾床是實(shí)現隨行夾具攜帶白車(chē)身在工位來(lái)驅動(dòng)滾子轉動(dòng)。電氣控制系統通過(guò)伺服控制間進(jìn)行傳輸的輸送休。它中吸動(dòng)漆輪總成(圖2)、中國煤化工系統實(shí)現對滾床傳輸的位置精度和傳輸速度的車(chē)型識別單單元、舉升動(dòng)精確控制。DHCNMHG力總成(圖3,以又伴但采出成。68汽車(chē)工藝與材料AT&M2014年第5期.生產(chǎn)裝備RODUCT0NEQUMENT齒形帶傳動(dòng)軸組件2高速滾床設計的關(guān)鍵技術(shù)高速滾床具有傳輸速度快、停止精度高的特點(diǎn),主要通過(guò)以下技術(shù)實(shí)現對滾床運動(dòng)系統的優(yōu)化控制。減速器輸送框架電機2.1運動(dòng)速度的優(yōu)化分配技術(shù)圖2驅動(dòng)滾輪總成根據實(shí)際工況.相鄰工位間的總傳輸距離為減速器.6m(圖6),輸送時(shí)間小于6s。輸送時(shí)間T=加速傳動(dòng)軸時(shí)間+勻速時(shí)間+減速時(shí)間。建立輸送設備的動(dòng)力學(xué)模型(圖7),進(jìn)行設備運動(dòng)過(guò)程的靜態(tài)響應.南分析和運動(dòng)停止后的殘余振動(dòng)分析。帶輪圖3舉升動(dòng)力總成。60001.3 電氣控制系統電氣控制系統根據輸送工藝要求的硬件部分4 900包括:控制系統(PLC)、安全控制系統、變頻器驅動(dòng)圖6相鄰2 個(gè)工位輸送滾床的平面布置系統(總線(xiàn)模板( Profibus DP)、接口模板(SSI))、射頻識別系統( RFID)和讀碼器(WCS)等。硬件控制na圖見(jiàn)圖4。廠(chǎng)SEW編碼器EF現場(chǎng)總線(xiàn). MDX61B{70上位機PLCBTG血工高速滾床上編碼圖7動(dòng)力學(xué)模型尺的讀碼器(SSI)信號格式輸出滾床傳輸主要分為3個(gè)階段:加速階段、勻速圖4硬件控制圖階段、減速階段。若要在盡量短的時(shí)間內走完6m根據所生產(chǎn)的不同車(chē)型和生產(chǎn)節拍的快慢要的距離,同時(shí)減小減速階段的殘余振動(dòng),則需在加求確定電氣軟件控制方案(圖5),電氣控制系統可速度允許的范圍內,盡量縮小加速階段的時(shí)間,使實(shí)現自主調節運動(dòng)規律和在線(xiàn)設定控制參數，以滾床傳輸在最短的時(shí)間內達到電機允許的最大傳實(shí)現高速度、高精度的穩定傳輸。輸速度。這樣就可以為減速階段分配盡可能多的時(shí)間,從而大大減小傳輸設備的殘余振動(dòng)，提高設回-0vr備的定位精度。如何對加速勻速和減速時(shí)間進(jìn)- wm行分配是此項技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。根據高速滾床的加速度、速度、位移的函數分析得出:IPOS tPC;}o-[]:?-[上-Q(V. =a1 =a2{2n=2T-二-12O-T=1,+中國煤化工2S _T:TYHCNM HG'm圖5 電氣軟件控制方案2014年第5期汽車(chē)工藝與材料AT&M| 69生產(chǎn)裝備RODUC0NEQUIPMENT其中,a為加速時(shí)的加速度;為加速時(shí)間;r為勻響(圖11)。速運動(dòng)時(shí)間;a為減速時(shí)的加速度;h為減速時(shí)間;[勻速時(shí)間太短，導致電機散熱時(shí)間不夠,S為總行程;T為運動(dòng)總時(shí)間。- -般不按短時(shí)過(guò)載計算速度-時(shí)間曲線(xiàn)見(jiàn)圖8。從上面的關(guān)系式和圖8可以看出，勻速階段需要的時(shí)間與滾床的傳大廣時(shí)間輸位移、電機允許的最大轉速、滾床運行的總時(shí)節拍裕量太小，導致電機散熱時(shí)間不夠，間有關(guān)。要給減速階段分配更多的減速時(shí)間,在一般不按短時(shí)過(guò)載計算滾床的傳輸位移和運行的總時(shí)間確定的情況下，圖11速 度-時(shí)間曲線(xiàn)應盡量提高電機的最大輸出轉速。加、減速階段2.2運動(dòng)過(guò)程 的伺服控制技術(shù)的時(shí)間與滾床勻速階段運行的最大速度和加速在實(shí)際工況下,一般要求質(zhì)量為2.5 t的隨行度有關(guān)。夾具在6s的時(shí)間內輸送6m的距離,并且重復定位精度<0.2mm,因此對滾床運動(dòng)過(guò)程的伺服控制技術(shù)是實(shí)現這一目標的關(guān)鍵。高速滾床采用位置編碼器加編碼尺對高速滾床的運動(dòng)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋,通過(guò)變頻器控制電機來(lái)驅動(dòng)滾輪實(shí)現對隨行臺車(chē)的速度及位置的精1s時(shí)間/s確控制。在輸送設備上布置高精度的位置檢測裝圖8速度-時(shí)間 曲線(xiàn)置(圖12),將位置編碼系統的各種信息輸送到變，加速度a值是受限的,隨行夾具和滾床包膠輪頻器的特殊編碼器里,通過(guò)軟件編程對變頻器的的最大摩擦系數8直接影響a值的選擇,通過(guò)拉力特殊功能進(jìn)行二次程序開(kāi)發(fā);通過(guò)PLC控制系統測量試驗得到8值,見(jiàn)圖9、圖10。讀取編碼器的信息，反饋給變頻器,再通過(guò)變頻器垂直力傳感器控制電機速度,以達到自動(dòng)輸送設備的高速傳輸壓力F"、和精確定位。水平力傳感器載安裝板拉力F+模擬隨行夾具材料槽快鎖口彈簧鎖舌-讀碼器動(dòng)力傳動(dòng)裝置支持力F000圖9測定裝置示意圖四[速度:1.5 m/sk為直線(xiàn)的斜率員| r為包膠輪半徑圖12位置檢測裝置,08=kxr控制系統對變頻器的設計要求:利用變頻器壓力F、的擴展單元,變頻器的3個(gè)功能擴展接口模板為:圖10測定數據分析電機編碼器數據模板、SSI 及Profibus DP。接口模根據T、S、V和a的信息,可以按照以上所板將電機編碼巽數據梢板5伺昭由機編碼器進(jìn)行中國煤化工述的設計原則設計出理想的運動(dòng)規律曲線(xiàn),但同連接電機D.HCNMHG饋給變頻器,時(shí)要注意勻速時(shí)間和輸送節拍對電機使用的影實(shí)現對電機的電壓大重控利?？乩脸桃?jiàn)圖13。70| 汽車(chē)工藝與材料AT&M2014年第5期生戶(hù)裝備P RODUCTL0 NEQU1IPMEN可以發(fā)現加速度和扭矩存在突變點(diǎn),即隨行夾具[開(kāi)始在高速輸送的過(guò)程中,由于加速度的突然變化導越>手動(dòng)<值致滾輪與滾床框架受到較大的沖擊,產(chǎn)生噪聲,加，自動(dòng)位置.速度設定轉大滾床的殘余振動(dòng)。同時(shí),變頻器輸出電流的突然變化也影響了高速滾床的定位精度。為減小此| 電機運行||電機運行|外部編碼器值折算沖擊引起滾床的殘余振動(dòng),提高滾床的定位精度,到電機內部脈沖數.. 外部編碼.N對速度-時(shí)間曲線(xiàn)及電流-時(shí)間曲線(xiàn)進(jìn)行了設計優(yōu)實(shí)際值一目標值化,見(jiàn)圖17.圖18。電機停止 r[結束1.01圖13控制流程從控制流程圖可以分析出,變頻器在啟動(dòng)、加速、平穩運行、減速、停止階段都能夠得到精準的0123456時(shí)間/s速度反饋信息,解決本方案對變頻器系統的高速圖15加速度-時(shí)間 曲線(xiàn)度傳輸功能。通過(guò)WCS采集的實(shí)時(shí)位置信息直接反饋給變頻器,變頻器根據反饋信息確定了位置00 F編碼的具體位置,通過(guò)擴展模塊(DFP11B)設置50 F100FProfibusDP的從站與PLC進(jìn)行數據通訊,由PLC實(shí)時(shí)接收變頻器中的編碼器信息、位置編碼信息,經(jīng)過(guò)CPU邏輯運算.將控制指令通過(guò)ProfibusDP總線(xiàn)傳輸至變頻器執行。變頻器在接受到啟動(dòng)指令時(shí)間1s后,根據IPOS程序(圖14)自動(dòng)運算4個(gè)階段的系圖16扭矩-時(shí)間曲線(xiàn)統參數,完成滾床高速輸送和精確定位功能。2.01.5-國o.s-圖17速度-時(shí)間曲線(xiàn)8t6-”圖14變頻器的IPOS 程序2.3運動(dòng)規律 曲線(xiàn)的優(yōu)化設計技術(shù)圖18.電流-時(shí)間 曲線(xiàn)中國煤化工根據速度-時(shí)間曲線(xiàn)繪制加速度-時(shí)間曲線(xiàn)在加速0HCNMH(酒數進(jìn)行圓滑(圖15)和扭矩-時(shí)間曲線(xiàn)(圖16),從圖15、圖16中過(guò)渡,并且盡重延長(cháng)域速P「反的時(shí)同,這樣可以大2014年第5期汽車(chē)工藝與材料AT&M| 71.生產(chǎn)裝備PRODUcTIONE QUIPMEN T大減小滾床在運行過(guò)程中的沖擊和慣性力。但.間,經(jīng)歷了完全國外引進(jìn)、國外設計國內制造、國是,利用正弦函數對加速度曲線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化設計,在內自主設計制造等三個(gè)階段的發(fā)展,技術(shù)水平已達到與梯形曲線(xiàn)同樣大小的最大速度幅值時(shí),相獲得了飛速提升，部分關(guān)鍵部件的技術(shù)性能指標應地需要加速度幅值變大,或者延長(cháng)加速時(shí)間段已接近國際先進(jìn)水平,高速輸送設備作為自動(dòng)化的時(shí)間,這樣就會(huì )減小減速階段的時(shí)間,從而加大焊裝生產(chǎn)線(xiàn)的重要組成部分,已實(shí)現了完全自主減速階段的幅值。再根據給定的V、T、S的信息，設計并制造,其較高的傳輸速度和停止精度可以重新規劃加速階段、勻速階段、減速階段的時(shí)間分滿(mǎn)足自動(dòng)化焊裝線(xiàn)的實(shí)際需求。高速輸送設備的配,得到最佳的運動(dòng)規律設計。自主研發(fā),推動(dòng)了國產(chǎn)自動(dòng)化裝備技術(shù)水平的提升,為自主汽車(chē)事業(yè)的發(fā)展做出了貢獻。匱3結束語(yǔ)我國汽車(chē)焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)在過(guò)去的20年(上接第67頁(yè))運輸到焊裝車(chē)間PC區的轉運工位器具。運輸路下個(gè)件的存放，,此類(lèi)工位器具多用于頂蓋,前途較遠,主要考慮單件或者總成件在運輸過(guò)程中后底板等工位。其優(yōu)點(diǎn)為不需要人工進(jìn)行支撐桿避免磕碰、劃傷等,使裝卸件方便、提高工作效的手動(dòng)翻轉,提升了工作效率并消除了安全隱患。率。選擇方法同專(zhuān)用工位器具。旋轉式工位器具是通過(guò)工位器具的旋轉,使5結束語(yǔ)站在踏臺上就可以完成取件工作,相對升降機構成本低很多,且方便實(shí)用,但需注意上下工位之間工位器具的合理選擇和靈活運用,使焊裝車(chē)取放件的操作高度差。該方式工位器具多用于主間物流配送準時(shí)、準確、準量及合理有效;提高了線(xiàn)區域、側圍區域等踏臺較高的工位。焊裝車(chē)間物流轉運效率,降低了操作者勞動(dòng)強度,懸臂式分層工位器具制作簡(jiǎn)單,可分層擺放，改善了車(chē)間的工作環(huán)境。工位器具的通用化、規存放件數量多,需注意對零件的限位,防止轉運過(guò)范化,對焊裝車(chē)間實(shí)現整體物流配送、柔性化生程零件滑落。多用于加強梁類(lèi)零件轉運。產(chǎn)、生產(chǎn)效率提高、生產(chǎn)成本降低起到至關(guān)重重要4.3通用工位器具選擇作用。通用料車(chē)可用于結構強度較好的零部件的轉參考文獻:運，且可在新老車(chē)型替換時(shí)通用。[1]柏杰,陸薇,黃杰,等.神龍汽車(chē)有限公司物流技術(shù)應用通用料架主要用于PC區尺寸較小零件、標準[J]工業(yè)工程與管理, 2000(2):49 -53.件、低值易耗品等的存放,分層擺放,充分利用立.[2]朱峰,李建江.淺談工位器具的設計方法[]工程機械，2009(6).體空間,提高物流區域空間利用率。通用料箱也主要用于PC區零部件的存放,質(zhì)[3]楊慶宏.工位器具在單體液壓支柱大修中的應用[].機械量大于15kg或零件尺寸(單方向)大于600mm的[4]馮琴.工位器具的作用及實(shí)施要點(diǎn)[]摩托車(chē)技術(shù),2002研究與應用, 2006(2).建議使用鐵料箱。(11).中國煤化工4.4外委工位器具選擇YHCNMHG 圜外委工位器具是外委廠(chǎng)家將單件或者總成件72| 汽車(chē)工藝與材料AT&M2014年第5期