高速输送设备的优化设计

生产装备RODUCT0NEQ UMENT高速输送设备的优化设计摘要:在自动化焊装生产线上集成应用高速输送设备对降低焊装生产辅助时间及生产成本具有重要意义。阐述了高速输送设备的组成和关键设计技术，以及优化设计方法,内容涉及高速滚床的节拍分析、运动速度的优化分配、运动过程的伺服控制及运动规律曲线的优化设计等方面。关键词:高速输送设备自动化 白车身焊装线中图分类号:U463.82.05.文献标识码:B■一汽模具制造有限公司吴国峰艾学崇尚校高速输送设备在自动化焊装线上主要是用来柔性随行夹具.进行白车身在焊装工位间的快速精确地传输,其传输速度直接影响生产节拍、传输精度也会影响到白车身的焊接质量。高速传输对降低焊装工位辅助时间、提高有效生产时间缩短生产线长度等具有重要意义。对于年纲领20万辆以上的焊装生产线，工件传输时间约占总节拍的10%,高速传输高速滚床意味着可降低焊装线的工位辅助时间,有效焊接时间得到提升,焊接机器人数量得到减少,焊装生图1高速输送设 备的组成产线的长度缩短,从而有效节约工装成本投人及1.1 柔性随行夹具单车的焊接成本。柔性随行夹具是实现白车身在生产线工位间传送的载体,其上的功能部件可实现对白车身产1高 速输送设备的组成品的定位夹紧功能，可以保证白车身在传输过程焊装线高速输送设备主要由柔性随行夹具和中的位置精度。在生产线补焊工位可以替代地板高速滚床及电气控制系统组成,见图1。柔性随夹具对白车身进行定位。行夹具在高速滚床上通过摩擦滚轮产生的摩擦1.2 高速滚床力进行高速传输。高速滚床上的电机带动皮带高速滚床是实现随行夹具携带白车身在工位来驱动滚子转动。电气控制系统通过伺服控制间进行传输的输送休。它中吸动漆轮总成(图2)、中国煤化工系统实现对滚床传输的位置精度和传输速度的车型识别单单元、举升动精确控制。DHCNMHG力总成(图3,以又伴但采出成。68汽车工艺与材料AT&M2014年第5期.生产装备RODUCT0NEQUMENT齿形带传动轴组件2高速滚床设计的关键技术高速滚床具有传输速度快、停止精度高的特点,主要通过以下技术实现对滚床运动系统的优化控制。减速器输送框架电机2.1运动速度的优化分配技术图2驱动滚轮总成根据实际工况.相邻工位间的总传输距离为减速器.6m(图6),输送时间小于6s。输送时间T=加速传动轴时间+匀速时间+减速时间。建立输送设备的动力学模型(图7),进行设备运动过程的静态响应.南分析和运动停止后的残余振动分析。带轮图3举升动力总成。60001.3 电气控制系统电气控制系统根据输送工艺要求的硬件部分4 900包括:控制系统(PLC)、安全控制系统、变频器驱动图6相邻2 个工位输送滚床的平面布置系统(总线模板( Profibus DP)、接口模板(SSI))、射频识别系统( RFID)和读码器(WCS)等。硬件控制na图见图4。厂SEW编码器EF现场总线. MDX61B{70上位机PLCBTG血工高速滚床上编码图7动力学模型尺的读码器(SSI)信号格式输出滚床传输主要分为3个阶段:加速阶段、匀速图4硬件控制图阶段、减速阶段。若要在尽量短的时间内走完6m根据所生产的不同车型和生产节拍的快慢要的距离,同时减小减速阶段的残余振动,则需在加求确定电气软件控制方案(图5),电气控制系统可速度允许的范围内,尽量缩小加速阶段的时间,使实现自主调节运动规律和在线设定控制参数，以滚床传输在最短的时间内达到电机允许的最大传实现高速度、高精度的稳定传输。输速度。这样就可以为减速阶段分配尽可能多的时间,从而大大减小传输设备的残余振动，提高设回-0vr备的定位精度。如何对加速匀速和减速时间进- wm行分配是此项技术的关键点。根据高速滚床的加速度、速度、位移的函数分析得出:IPOS tPC;}o-[]:?-[上-Q(V. =a1 =a2{2n=2T-二-12O-T=1,+中国煤化工2S _T:TYHCNM HG'm图5 电气软件控制方案2014年第5期汽车工艺与材料AT&M| 69生产装备RODUC0NEQUIPMENT其中,a为加速时的加速度;为加速时间;r为匀响(图11)。速运动时间;a为减速时的加速度;h为减速时间;[匀速时间太短，导致电机散热时间不够,S为总行程;T为运动总时间。- -般不按短时过载计算速度-时间曲线见图8。从上面的关系式和图8可以看出，匀速阶段需要的时间与滚床的传大广时间输位移、电机允许的最大转速、滚床运行的总时节拍裕量太小，导致电机散热时间不够，间有关。要给减速阶段分配更多的减速时间,在一般不按短时过载计算滚床的传输位移和运行的总时间确定的情况下，图11速 度-时间曲线应尽量提高电机的最大输出转速。加、减速阶段2.2运动过程 的伺服控制技术的时间与滚床匀速阶段运行的最大速度和加速在实际工况下,一般要求质量为2.5 t的随行度有关。夹具在6s的时间内输送6m的距离,并且重复定位精度<0.2mm,因此对滚床运动过程的伺服控制技术是实现这一目标的关键。高速滚床采用位置编码器加编码尺对高速滚床的运动位置进行实时反馈,通过变频器控制电机来驱动滚轮实现对随行台车的速度及位置的精1s时间/s确控制。在输送设备上布置高精度的位置检测装图8速度-时间 曲线置(图12),将位置编码系统的各种信息输送到变，加速度a值是受限的,随行夹具和滚床包胶轮频器的特殊编码器里,通过软件编程对变频器的的最大摩擦系数8直接影响a值的选择,通过拉力特殊功能进行二次程序开发;通过PLC控制系统测量试验得到8值,见图9、图10。读取编码器的信息，反馈给变频器,再通过变频器垂直力传感器控制电机速度,以达到自动输送设备的高速传输压力F"、和精确定位。水平力传感器载安装板拉力F+模拟随行夹具材料槽快锁口弹簧锁舌-读码器动力传动装置支持力F000图9测定装置示意图四[速度:1.5 m/sk为直线的斜率员| r为包胶轮半径图12位置检测装置,08=kxr控制系统对变频器的设计要求:利用变频器压力F、的扩展单元,变频器的3个功能扩展接口模板为:图10测定数据分析电机编码器数据模板、SSI 及Profibus DP。接口模根据T、S、V和a的信息,可以按照以上所板将电机编码巽数据梢板5伺昭由机编码器进行中国煤化工述的设计原则设计出理想的运动规律曲线,但同连接电机D.HCNMHG馈给变频器,时要注意匀速时间和输送节拍对电机使用的影实现对电机的电压大重控利。控利沉程见图13。70| 汽车工艺与材料AT&M2014年第5期生户装备P RODUCTL0 NEQU1IPMEN可以发现加速度和扭矩存在突变点,即随行夹具[开始在高速输送的过程中,由于加速度的突然变化导越>手动<值致滚轮与滚床框架受到较大的冲击,产生噪声,加，自动位置.速度设定转大滚床的残余振动。同时,变频器输出电流的突然变化也影响了高速滚床的定位精度。为减小此| 电机运行||电机运行|外部编码器值折算冲击引起滚床的残余振动,提高滚床的定位精度,到电机内部脉冲数.. 外部编码.N对速度-时间曲线及电流-时间曲线进行了设计优实际值一目标值化,见图17.图18。电机停止 r[结束1.01图13控制流程从控制流程图可以分析出,变频器在启动、加速、平稳运行、减速、停止阶段都能够得到精准的0123456时间/s速度反馈信息,解决本方案对变频器系统的高速图15加速度-时间 曲线度传输功能。通过WCS采集的实时位置信息直接反馈给变频器,变频器根据反馈信息确定了位置00 F编码的具体位置,通过扩展模块(DFP11B)设置50 F100FProfibusDP的从站与PLC进行数据通讯,由PLC实时接收变频器中的编码器信息、位置编码信息,经过CPU逻辑运算.将控制指令通过ProfibusDP总线传输至变频器执行。变频器在接受到启动指令时间1s后,根据IPOS程序(图14)自动运算4个阶段的系图16扭矩-时间曲线统参数,完成滚床高速输送和精确定位功能。2.01.5-国o.s-图17速度-时间曲线8t6-”图14变频器的IPOS 程序2.3运动规律 曲线的优化设计技术图18.电流-时间 曲线中国煤化工根据速度-时间曲线绘制加速度-时间曲线在加速0HCNMH(酒数进行圆滑(图15)和扭矩-时间曲线(图16),从图15、图16中过渡,并且尽重延长域速P「反的时同,这样可以大2014年第5期汽车工艺与材料AT&M| 71.生产装备PRODUcTIONE QUIPMEN T大减小滚床在运行过程中的冲击和惯性力。但.间,经历了完全国外引进、国外设计国内制造、国是,利用正弦函数对加速度曲线进行优化设计,在内自主设计制造等三个阶段的发展,技术水平已达到与梯形曲线同样大小的最大速度幅值时,相获得了飞速提升，部分关键部件的技术性能指标应地需要加速度幅值变大,或者延长加速时间段已接近国际先进水平,高速输送设备作为自动化的时间,这样就会减小减速阶段的时间,从而加大焊装生产线的重要组成部分,已实现了完全自主减速阶段的幅值。再根据给定的V、T、S的信息，设计并制造,其较高的传输速度和停止精度可以重新规划加速阶段、匀速阶段、减速阶段的时间分满足自动化焊装线的实际需求。高速输送设备的配,得到最佳的运动规律设计。自主研发,推动了国产自动化装备技术水平的提升,为自主汽车事业的发展做出了贡献。匮3结束语我国汽车焊接自动化生产线在过去的20年(上接第67页)运输到焊装车间PC区的转运工位器具。运输路下个件的存放，,此类工位器具多用于顶盖,前途较远,主要考虑单件或者总成件在运输过程中后底板等工位。其优点为不需要人工进行支撑杆避免磕碰、划伤等,使装卸件方便、提高工作效的手动翻转,提升了工作效率并消除了安全隐患。率。选择方法同专用工位器具。旋转式工位器具是通过工位器具的旋转,使5结束语站在踏台上就可以完成取件工作,相对升降机构成本低很多,且方便实用,但需注意上下工位之间工位器具的合理选择和灵活运用,使焊装车取放件的操作高度差。该方式工位器具多用于主间物流配送准时、准确、准量及合理有效;提高了线区域、侧围区域等踏台较高的工位。焊装车间物流转运效率,降低了操作者劳动强度,悬臂式分层工位器具制作简单,可分层摆放，改善了车间的工作环境。工位器具的通用化、规存放件数量多,需注意对零件的限位,防止转运过范化,对焊装车间实现整体物流配送、柔性化生程零件滑落。多用于加强梁类零件转运。产、生产效率提高、生产成本降低起到至关重重要4.3通用工位器具选择作用。通用料车可用于结构强度较好的零部件的转参考文献:运，且可在新老车型替换时通用。[1]柏杰,陆薇,黄杰,等.神龙汽车有限公司物流技术应用通用料架主要用于PC区尺寸较小零件、标准[J]工业工程与管理, 2000(2):49 -53.件、低值易耗品等的存放,分层摆放,充分利用立.[2]朱峰,李建江.浅谈工位器具的设计方法[]工程机械，2009(6).体空间,提高物流区域空间利用率。通用料箱也主要用于PC区零部件的存放,质[3]杨庆宏.工位器具在单体液压支柱大修中的应用[].机械量大于15kg或零件尺寸(单方向)大于600mm的[4]冯琴.工位器具的作用及实施要点[]摩托车技术,2002研究与应用, 2006(2).建议使用铁料箱。(11).中国煤化工4.4外委工位器具选择YHCNMHG 圜外委工位器具是外委厂家将单件或者总成件72| 汽车工艺与材料AT&M2014年第5期