智能双轨小车输送系统的设计及应用

黄小猛

武汉东研智慧设计研究院有限公司 武汉 430056

0 引言

机械化运输设备是涂装生产工业流水线的重要组成部分，贯穿于涂装生产的全过程，是现代化汽车车身涂装车间内的关键设备。机械化运输设备不仅完成被涂物的输送、转挂、储存的任务，同时还需满足涂装工艺要求，可装设可移动数据存储器来识别被涂物类型色种、识别废品、自动计数、根据给定的指令来进行生产等实现涂装线智能化的功能。本文以某客车表面处理车间前处理电泳线为例，重点阐述智能双轨小车输送系统在前处理电泳输送线上应用。

1 产品参数及工艺参数

工件最大外形尺寸为6 000 mm×2 500 mm×2 800 mm（L×W×H）。工件最大质量为1 500 kg，生产节拍为8 min/挂，年时基数250 d，采用二班制，8 h/班。工艺参数如表1所示。

表1 工艺参数

2 线路布置

线路布置根据产品结构特点和工艺需求情况而定，本案例中产品涵盖客车、商用车驾驶室、乘用车、小件铝合金和钢材质零件，考虑到工件外形尺寸较大，生产节拍时间长，为节约生产线占用面积，缩短生产线长度，采用间歇横移的双轨小车输送系统作为前处理电泳的输送系统。

前处理电泳双轨小车输送系统采用矩形布置，在前处理线和电泳线各布置1条输送双轨，在输送双轨的两端各安装1套自行小车平移装置，在前处理线入口端设置工件自动上件工位、在前处理线及电泳线末端分别设置备件及工件自动下件工位，平面布置如图1所示。

图1 前处理电泳线路布置图

线路初步布置完成后，须做可行性、通过性及运行节拍分析，根据分析结果再对线路布置图进行修正。

对于双轨小车输送系统生产节拍的核算，以单工位脱脂工位为例，该工艺过程槽中采用单工位完成。双轨小车输送系统双轨小车高速行走速度15 m/min，慢速行走速度5 m/min，高速升降速度12 m/min，慢速升降速度3 m/min；转轨车高速行走速度15 m/min，慢速行走速度5 m/min。

单工位工艺动作为：当小车进入脱脂工位停止后，头尾同步快速下降至一定高度，尾部慢速下降使车身倾斜一定角度后，头尾同步慢速入水直至全部浸入，摇摆1次，停留一段时间后，摇摆1次，头尾同步慢速起升至一定高度，头尾同步快速起升至规定高度，沥水一段时间后尾部慢速升起至车身水平，头尾同步慢速起升到位，小车行至下一工位。

行走时间计算为高速行走距离/高速行走速度+慢速行走距离/慢速行走速度，则上一工位行走至脱脂工位的时间t1为0.43 min。

先头尾同步快速下降1.79 m，再尾部慢速下降0.365 m，后头尾同步慢速下降3.165 m，则下降时间t2为1.33 min。

按上下摇摆1次计算，头部慢速下降0.365 m，尾部慢速上升0.365 m，则摇摆时间t3和停留时间t4为0.12 min和2.76 min；按上下摇摆1次计算，头部慢速上升0.365 m，尾部慢速下降0.365 m，则摇摆时间t5为0.12 min。

先头尾同步慢速上升2 m，再头尾同步快速上升2.4 m，沥水0.3 min后尾部慢速上升0.365 m，头尾同步慢速上升0.554 m上升到位，则上升时间t6为1.47 min。

工艺运行时间如图2所示，脱脂工位工艺时间为6.23 min。

图2 双轨小车输送系统单工位工艺动作图例

由以上分析可以得出，经过优化配置，每个工位的工艺工作时间未超出工艺节拍要求的8 min/挂。

参照前文所述脱脂工位工艺节拍计算方式，分别计算其他各工位工艺节拍，计算结果汇总如表2所示。

表2 前处理电泳各工位工艺节拍

根据表3计算的前处理电泳各工位工艺节拍，算出单车走完前处理电泳全程需要的时间为6+4+3.3+6.2+3.3+3.3+4.8+3.3+3.3+4.3+6.3+3.3+3.7+5.8+3.3+3.5+3.3+1.8+2=74.8 min，再除以生产节拍8 min，得出小车组数量需要10台。

3 结构形式

双轨小车输送系统一般由钢结构系统、轨道系统、行走小车、四带提升机构、滑触线供电系统、电气控制系统、吊具等组成，如图3所示。

图3 双轨小车输送系统结构

3.1 钢结构系统

钢结构系统包括立柱、辅梁、吊架、斜撑、检修通廊、爬梯等。对于立柱、辅梁、吊架、斜撑，考虑到双轨小车输送系统自身质量大，外加产品质量大，一般很难利用厂房结构进行吊挂，需设备自行立柱，搭建辅梁用于承载。在跨度较大或吊架较长时，为了增加钢结构系统的稳定性，须在立柱与立柱、吊架与吊架之间增加斜撑。

为了检修方便，一般在运行线路的全线设置检修通廊。检修通廊通过吊架吊挂在辅梁下方，通廊两边设置防护栏杆。检修通廊一般设置在运行线路两侧，两侧通过过线天桥连通，以便连成一个闭合回路。若因线路复杂或道岔较多检修通廊无法连成一片，应在断开处设置直爬梯。

3.2 轨道系统

轨道系统包括轨道支撑架、辅梁、轻轨等。轨道支撑架在轨道系统中起承上启下作用，上部通过可调节支架与钢结构辅梁连接，下部连接轨道辅梁，轻轨利用轨道压板和连接板安装固定在轨道辅梁上。

3.3 双轨小车组

双轨小车组包括行走小车、四带提升机构等。每台双轨小车组都自带3台驱动电动机，形成一个独立的运动控制单元，其中1台电动机用作上部行走小车的行走驱动，另外2台用于四带提升机构的升降驱动，可异步控制，使工件随吊具前后倾斜或摆动。

四带提升机构在本系统中起承上启下的作用，上部通过4根吊杆与行走小车相连，下部通过4根皮带（内嵌钢丝）与吊具相连。四带提升机构上安装有防撞开关，保护车组间发生碰撞时能及时停止，避免造成更严重事故。

3.4 滑触线供电系统

滑触线供电系统包括滑触线、取电小车、滑线槽等。滑触线通常选择U形组合式，为多排平行布置，安装在滑线槽内。取电小车必须与滑触线相匹配，起到在滑触线和动力系统、控制系统之间传递电力及信号的作用。

双轨小车输送系统的滑触线一般为6～10排，其中4排为动力线，其他是信号线。由于智能双轨小车输送系统的动作比较复杂，如槽内升降、槽间行走、吊具摇摆升降等，故选择10排U形滑触线。

取电小车用于获取动力电源和进行信号的交换，取电小车上集成有集电器，并设置有导向轮，通过双轨小车上的拨杆带动其在滑线槽内行走移动。

滑线槽分固定滑线槽和活动滑线槽，固定滑线槽安装固定在轨道辅梁上，活动滑线槽吊挂安装在转轨车上。为保证取电小车在固定滑线槽与活动滑线槽间可靠过渡，要求固定滑线槽和活动滑线槽对接精度较高，为此特殊设计了一种带柔性连接支架的活动滑线槽总成，通过设置柔性的连接支架以及具有缓冲功能的撞块支座，避免了滑线槽在移动对接过程中产生的撞击与振动，减少电气元器件的损坏，延长零部件的使用寿命，降低维护成本；且通过设置对接定位装置，确保活动滑线槽与固定滑线槽之间的精准对接，提高设备运行的可靠性。

3.5 电气控制系统

前处理电泳双轨小车输送系统以PLC为系统控制核心，PLC根据各控制装置和采集传感器提供的状态信息，按照相应的程序和指令，通过现场总线发出控制信号至各台小车的主控制箱，再通过现场模块控制变频器和控制装置，并由其控制动作执行机构完成设定的动作，其控制系统示意如图4所示。

图4 双轨小车输送系统控制系统示意

3.6 吊具

吊具一般由皮带固定总成、上下限位检测机构、折叠架组件、定位杆、吊具框架、吊腿组件、接油（灰）盘等组成。吊具包括吊具和产品直接固定的形式以及带橇入槽即吊具与橇体相连的形式，选择何种形式取决于涂装车间系统布置情况。吊具须遵循以下原则：

1）吊具与产品或吊具与撬体能可靠锁紧，防止工件在入槽时漂浮，发生工件掉槽事故。吊具要有足够的强度，吊具上框架和吊臂设计时必须考虑产品兜水的情况。

2）皮带固定总成用于四带提升机构升降驱动的皮带连接固定，内部设有弹簧缓冲装置，使皮带免受过大冲击载荷，延长皮带使用寿命。

3）上下限位检测机构主要检测吊具是否上升到位，调节对角设置的上下限位检测机构，使吊具上升到位后保持水平，避免和室体顶棚发生干涉。

4）折叠架组件用于电泳导电电缆的固定，随着吊具起升下降能收放自如，上部连接固定于四带提升机构承载框架下表面，下部连接固定在吊具上框架上表面。上端与四带提升机构承载框架连接的部位必须做好绝缘措施，否则电泳通电时会造成系统短路。

5）定位杆在吊具升到上限位行走高度时起作用，将吊具与车组刚性连接起来，以减少吊具上升到位后的等待时间和行走时的晃动。定位杆由2套定位套和定位插销组成，对角布置。定位套固定在四带提升机构承载框架下表面，定位插销固定在吊具上框架上表面。锁紧装置必须简单实用，安全可靠，易于清理。

6）吊具框架和吊腿铰接，吊腿可在一定角度范围内摆动。

7）接油（灰）盘是起到防止电动机减速器齿轮润滑油、轴承润滑油脂和室体外灰尘污染工件和槽液的作用。接油（灰）盘在吊具框架上满铺，材质为不锈钢，耐酸碱腐蚀。

4 结论

双轨小车输送系统是集机械、电气、计算机于一体的自动化输送系统，采用PLC控制小车行走升降、定位和移载，可自动完成前处理电泳工艺处理的不同动作及上、下、摆动工件，且整个过程实现自动控制，智能化程度大大提高。电泳双轨小车输送系统承载能力大，运行稳定性好，节拍适应范围广泛，自动化程度高，并可提高产品质量，对于宽体重载大型工件来而言是适合的输送设备。

目前，我国正在加快推进智能制造，支持有条件有基础的企业加大技术改造投入，持续推动工艺革新、装备升级、管理优化和生产过程智能化。智能双轨小车输送系统满足提高产品可靠性和高端化发展等需要，可广泛应用于工程机械、客车、轻工等行业智能成套生产线以及新技术与工艺结合的模块化生产单元，实现建设精益生产、柔性生产的智能车间和工厂。