柴油机连杆螺栓实现智能化拧紧设计

马明建，王亚楠

（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261001)

柴油机连杆螺栓实现智能化拧紧设计

马明建，王亚楠

（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261001)

公司WP10/12大功率柴油机共有6个缸进行工作，其连杆活塞机构是重要的动力部件，连杆螺栓共计6组，操作人员把紧连杆螺栓时按照柴油机工作顺序进行依次拧紧，人工进行操作，工作量大，生产效率低，易造成零部件的磕碰伤。

连杆螺栓；自动拧紧；设计制造

针对目前人工操作拧紧的弊端，车间根据工艺和技术对比，确定对项目进行自主改造设计，利用ABB机器人设备对连杆进行自动拧紧，经过结构设计、图纸绘制、零件加工、部件组装、自行编制程序及现场调试过程，设计制造出连杆螺栓拧紧机自动把紧单元。

1 设计背景及意义

1.1 设计背景

"2+2"连杆拧紧机是人工手持式，需要对6组连杆螺栓分别拧紧，操作者进行两次手动盘车，分别对1、6缸，2、5缸，3、4缸的连杆进行依次拧紧，劳动强度高、定位精度差、生产节拍不稳定。

主要存在以下问题。

（1）工序配备6人（3班），且劳动强度大。

（2）螺栓拧紧质量依靠人工检测确认，费时，易出现产品质量问题。

（3）WP10/WP12机型转换时，需要操作者跨越滚道进行WP10/WP12机型的拧紧。

1.2 设计意义

（1）减低员工劳动强度，减少装配人员3人。

（2）提升工序效率，减少操作时间5秒。

（3）修旧利废改造，节约成本约100万元。

2 设计方案

根据现场实际情况和工艺技术要求，曲柄连杆自动把紧单元主要有自动盘车单元、线体辊道定位装置、机器人拧紧单元组成。

结构采用机器人带动拧紧轴对连杆螺栓进行拧紧，根据工艺要求分6次拧紧。

盘车机构完全自行设计、加工制作、装配调试，并配有615/618机型检测，夹紧定位可靠，满足机器人拧紧时盘车要求。

图1 连杆自动盘车拧紧机构机构简图

自动盘车单元由立柱、支撑板、十字滑台、盘车机构、柴油机定位压紧机构几部分组成，如图1。

双立柱与支撑板组成龙门结构跨越辊道线，以斜拉支撑稳固其刚性；十字滑台由直线导轨、驱动气缸、气缸支架、气缸连接支架组成，实现X滑台的伸出、缩回，Z滑台的上升下降。X滑台安装盘车减速机实现盘车功能。

WP10/WP12两种机型盘车高度的选择，由Z滑台上的调整螺杆与支撑板上安装的气缸、死挡块和活挡块实现。

盘车机构由盘车电机、花键轴、盘车爪、挡盘、信号盘、弹簧组成，整套装置安装于X滑台上，滑台伸出盘车爪与曲轴连接，信号盘实现基准确认，挡盘上的120度均分感应块实现盘车精准分度。

柴油机定位压紧机构安装于立柱支撑板上，由主体支架、双行程气缸、导柱、压板和直线轴承组成。通过双行程气缸实现WP10/WP12机型两种高度的压紧及定位。

线体辊道定位装置由二次定位板、定位气缸、气缸安装座、定位销轴、含油轴承、端盖几部分组成。实现柴油机托盘的定位功能。

机器人拧紧单元由ABB机器人、拧紧轴固定板和拧紧轴组成，拧紧轴固定板实现拧紧轴的安装以及与机器人的连接，见图2、3。

3 理论设计计算

根据设计行程要求和十字滑台行程要求，选用FESTO的DNC-100-350-PPV-A和DNC-50-50-PPV气缸作为Z滑台和X滑台的驱动元件。直线导轨HJG-D30×1350和MSA25E-500作为Z滑台和X滑台的传动部件。

图2 机器人位置区域简图

图3 ATLAS拧紧轴固定板

柴油机定位压紧机构根据WP10/WP12机型曲轴装配中心55mm高度差，选用烟台三信定制的CDQ2B63-100的双行程气缸作为驱动元件，LM25UU直线轴承作为支撑导向。

挡铁气缸选用体积小的带导向的SMC的CUK25-25D气缸。其它气动元件选用SMC的VT307-5G-01电磁阀、亚德客4V210-08和4V230C-08电磁阀作为控制元件。

4 工作原理及性能分析

图4是ABB机器人拧紧过程中移动的动作顺序，通过ABB机器人自身PLC控制系统与线体及ATLAS拧紧系统进行信号通讯，完成整个过程的拧紧动作。

在试验调试时，对机器人程序动作调整，制作样棒依次对WP10、WP12两种机型的拧紧位置进行精调，保证其重复拧紧位置可靠。

图4 连杆螺栓自动拧紧系统动作顺序图

盘车机构调试，微调盘车爪与曲轴定位销结合量；根据刻线标记调整盘车原点及分度位置可靠。WP10/WP12两种机型分别调试，检验其稳定性。

设备工艺验证、安全验证、拧紧轴扭矩验证等工作，合格后设备进入生产运行监控阶段。跟踪监控设备运行情况完善细节，操作者保证自检、批次抽检工艺和质量跟踪，并作运行情况记录（图5）。

图5 改造后效果图

5 创新点

（1）结构采用机器人带动拧紧轴对连杆螺栓进行拧紧，根据工艺要求分6次拧紧完毕。

（2）自主设计盘车机构，满足机器人拧紧时盘车要求。

（3）自主设计拧紧轴固定架，满足ATLAS拧紧轴装配要求，完成零部件绘图、加工以及装配。

（4）自行调试机器人、盘车运行程序，并分别对615、618机型拧紧，完成拧紧动作要求。

（5）机体压紧定位系统、托盘定位系统都自行设计。

（6）自行完成把紧单元与总装线体信号对接，调试安装。

6 推广应用价值

连杆螺栓拧紧机单元是自主设计开发制造自动盘车机构,并首次将机器人系统应用连杆螺栓拧紧的应用型自动拧紧专机。

项目的实施不仅提升了生产效率，降低了人工劳动强度，也保证了产品质量，真正实现了产品的过程保证，达到了精益生产自动化、省人化的要求。项目的实施为团队积累了丰富的改造设计经验，为相关设备制造厂家提供设备改造的管理经验。

U262.11

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：1671-0711（2017）09（下）-0106-02