活塞销挡圈安装装置的设计*

王　璇，孙立琴，丁厚永

(大连豪森设备制造有限公司 a.机械设计部；b.经营部；c.研发部，辽宁 大连　116036)

活塞销挡圈安装装置的设计*

王璇a，孙立琴b，丁厚永c

(大连豪森设备制造有限公司 a.机械设计部；b.经营部；c.研发部，辽宁 大连116036)

摘要：汽车发动机活塞销、活塞销挡圈的装配是发动机装配过程中的一个重要环节。针对传统手动装配方式耗时费力，成本高的问题，设计并制造了一种活塞销挡圈自动化安装的装置。分析了其结构原理和工作过程，搭建了基于PC的软PLC的控制系统，通过现场总线和串口通讯实现了对现场设备的用监控，采工业以太网完成数据向上位机的快速传输，能够对现场工作状态进行实时监控并及时反馈故障数据，结果表明该装置安装速度快，合格率高，控制系统稳定可靠。

关键词：软PLC；活塞；挡圈

0引言

随着我国汽车市场的不断完善，要想满足当前的汽车市场需求，需提高汽车产品质量、创新设计和节约成本，而这些90%都是在设计开发阶段决定的，因此有必要在设计开发阶段引入新技术、新理论和新方法[1]。活塞连杆组件机构复杂，发动机活塞磨损及气缸活塞间隙变化研究发动机运转时，气缸活塞组的主要故障是由零部件磨损"烧蚀"结胶"积炭等引起的。活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销及连杆等组成。发动机活塞连杆的往复运动是通过连杆传递给曲轴的，以带动曲轴旋转输出功率。活塞销挡圈是发动机活塞连杆组中关键零件之一，在高温高压和润滑条件较差的环境中工作，阻挡活塞销轴向窜动的作用，其与活塞、活塞销、连杆、曲柄相互联系在一起，组成曲柄连杆机构，为汽车提供动力，而活塞销挡圈装配质量的好坏将直接影响到活塞销挡圈功能的发挥，甚至会影响到整台发动机的使用寿命[2-7]。汽车发动机不断地开发新技术一方面以满足日益严格的油耗要求，另一方面用户逐渐追求更加舒适的驾乘感受，同时，也正在推进轻量化、减小摩擦技术的实用化，其中的一个重要环节就是发动机活塞的精心设计和正确安装[8-9]。

1发动机机油加注装置的结构组成

为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构简单，设计巧妙，省人工、效率高的活塞销挡圈安装装置。

本文设计了一种活塞销挡圈安装装置，其结构主要包括：位于上机架上的上气缸1，在上气缸1工作端的底端开设有环形槽2，上气缸1的工作端位于活塞销套3内，沿活塞销套3的径向还开设有上挡圈通道4，在上气缸1的下方相配的设置有位于下机架上的下气缸5，下气缸5的工作端顶端设置有销柱6，在销柱6下方的下气缸5的工作端上还设置有活塞卡爪7，并且上述的销柱6与活塞销套3同轴。

1.上气缸 2.环形槽 3.活塞销套 4.活塞销套5.下气缸 6.销柱 7.活塞销塞卡 8.活塞销 9.活塞

图1发动机机油加注装置结构原理图

活塞销挡圈安装装置的工作过程如下：已经安装有活塞销的活塞在运送装置的带动下移动至下机架的上方，当活塞运动到位后，设置在下气缸工作端上的活塞卡爪会将活塞卡紧并定位，然后下气缸工作，其工作端顶端的销柱上行进入活塞销内的销孔，并带动活塞销向上运动，直至活塞销进入活塞销套内；在此之前，上挡圈已经通过上挡圈通道横向运动至活塞销套内，也就是说此时上挡圈已经位于上气缸的工作端与活塞销之间，然后上气缸和下气缸同时相向的施加压力，让上挡圈进入上气缸工作端下端的环形槽中，最后上气缸的工作端继续伸出，让上挡圈和活塞销同时下行并同时进入活塞中，完成活塞中活塞销和上挡圈的安装。

该结构形式的活塞销挡圈安装装置，其结构简单，设计巧妙，布局合理，解决了纯手工操作的方式所产生的效率低下、耗费人工等问题，可以快速将上挡圈安装到活塞销上，不仅可以节省大量的人力物力，同时还能够大大加快活塞的装配节拍，提高工作效率。这种装置的制作工艺简单，制造成本低廉，适合在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。工作流程图如图2所示。

图2　工作流程图

软PLC是指在PC机的平台上面用软件来虚拟一台PLC，通过软件方法实现传统PLC的计算、控制、存储以及编程等功能，同时通过I/O驱动模块以及现场总线等物理设备完成现场数据的采集以及信号的输出。能够解决传统PLC产品硬件体系结构的封闭性和各传统PLC产品间互不兼容的局限性问题，性价比高，软PLC技术已经成为工业领域研究的热点，在各个领域也在推广应用[10-14]。软PLC的控制架构同传统PLC的控制架构不一样，如图3所示。

图3　传统PLC与软PLC的控制结构

2基于PC的软PLC控制系统设计

软PLC综合了计算机和传统PLC的强大功能，其数据传输速度，运算速度、图形交互功能都得到了很大的提高，能够满足现场调试和正常操作的人性化要求。

控制系统采用自动半自动控制方式，控制器选择西门子的PC677及其ET200SI/O模块，主要完成活塞的夹紧动作，上下气缸的移动和施压，最后释放压力，松开加紧，将发动机输送到下一个工序。采用工业以太网的通讯方式来实现各个控制层级之间的数据传输，将该控制系统并入整个控制环网中，实现DCS控制。部分控制程序如图4所示。

图4　部分控制程序块图

活塞挡圈装配是发动机装配线上一个关键环节，针对该装配工艺过程搭建的控制系统如图5所示。控制核心为西门子的PC677，同时控制6个工位，通过通讯模块，每个工位现场有一台PC477，主要用来对监视设备的运行状态和故障报警显示，以及ET200SI/O模块，RFID射频识别装置等。

图5　控制系统原理图

3通讯与组态

本文采用集散控制理论，现场拟采用集中控制，下位机采集现场数据"并对数据进行处理后将现场设备的工作状态通过串口传输给上位机进行分析、存储、显示和报警，上位机根据现场采集的数据对下位机进行控制[13]。实时监控整个发动机装配主线的所有工位，并显示部分工位的状态。通过质量数据的采集、查询改善发动机质量的改进、维护和追溯。

控制系统的核心为PC677，通过16口网关保持各级系统的通讯和数据传输，活塞挡圈装配通过自动控制，核心控制部件集成在一个控制柜内，现场所有数据通过现场总线传输给PC677，PC677通过以太网接入整个装配线的控制环网，将数据上传给上位机数据信息管理系统，通过组态可以实现各层级数据之间的数据传输并实时显示设备的运行状态和故障报警，部分组态界面如图6所示。

图6　部分组态界面

4总结

为解决汽车发动机活塞销、活塞销挡圈装配环节中采用传统的手动装配方式耗时费力，成本高的问题，设计并制造了一种活塞销挡圈进行自动化安装的装置。通过搭建基于PC的软PLC的控制系统，采用多种通讯方式实现了对现场设备的监控和数据传输，能够对现场工作状态进行实时监控并及时反馈故障数据，该装置安装速度快，合格率高，控制系统稳定可靠。

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(编辑赵蓉)

The Design of the Equipment for the Piston Pin Ring Installation

WANG Xuana，SUN Li-qinb，DING Hou-yongc

(a.Mechanical Design Department;b.Business Department;c.Research and Development Department, Dalian Haosen Equipment Manufacturing Co., Ltd.，Dalian Liaoning 116036, China)

Abstract：The assembly process of automobile engine piston pin and piston pin retainer is an important link in the process of engine assembly .Traditional manual method is time consuming and high-cost .An engine piston pin and piston pin retainer installation device can assemble automatically is designed and manufactured to solve the issue above .Structure principle and working process was analyzed and the soft PLC control system on the basis of PC was established .The monitoring information of field devices was realized by industrial Ethernet and the data was fast uploaded to the upper computer by the industrial Ethernet. The control system is able to Implement Real-time monitoring and Feedback failure data .The practice shows that the Installation is fast and the percent of pass is high, adaptable, stable and reliable control system was reliable.

Key words：soft PLC; piston; check ring

文章编号：1001-2265(2016)06-0146-03

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.06.040

收稿日期：2015-07-13；修回日期：2015-08-11

*基金项目：辽宁省科技创新重大专项(201408001)

作者简介：王璇(1971—)，女,辽宁大连人，大连豪森设备制造有限公司工程师，研究方向为变速箱装配线设计与制造，(E-mail)wangxuan@haosen.com.cn。

中图分类号：TH122;TG506

文献标识码：A