重型汽車輪胎輸送線的設計與應用

朱陽兵

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型汽車輪胎輸送線的設計與應用

朱陽兵

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型汽車裝配過程中會采用多種機械化輸送技術，而重卡輪胎因為直徑大、重量重等特點，通常選擇輥道線進行輸送。本文根據裝配工藝流程，闡述輥道輸送線的主要部件結構及其特點，并結合公司重卡裝配線上的輪胎輸送線介紹其設計與校核方法。

機械化輸送技術 輥道線 結構特點 設計校核

CLC NO.:TH2/6_065Docum ent Code:AArticle ID:1671-7988(2014)06-69-05

引言

重型汽車輪胎因為直徑大、重量重等特點，在裝配過程中通常采用動力輥道線進行輸送，輥道線主要是把存儲區域的輪胎總成通過積放輥道、托盤升降機、轉載機等設備輸送到生產線輪胎裝配工位的兩側，然后用助力機械手把輪胎夾持住，按照工藝流程裝配到重型汽車的前后車橋上。

1、構特點

動力輥道輸送線自身設計有驅動裝置，采用雙鏈輪傳動，輥子轉動呈主動狀態，可以按照規定速度控制被輸送物品的運行狀態。雙鏈輪傳動的結構形式承載能力大，通用性好，適用于載荷大，速度高、啟動和制動比較頻繁的場合。

2、藝方案

在重型汽車輪胎存放區域，操作工人使用行車，按照生產要求把重卡輪胎吊放到積放輥道上，輪胎被輸送到升降機入口處輥道上(可積放)，當升降機托盤上無輪胎時，釋放器打開(打開時間由裝在升降機上的信號控制)，放行最前面的輪胎，同時阻止后一個輪胎運行，如此輪胎依次進入上件托盤升降機的托盤上，升降機自動將輪胎一次運送到空中積放輥道上，通過釋放器的作用，實現輪胎的積放和放行。在90°轉彎處，由頂升轉載機進行輪胎轉載，將輪胎輸送到另一方向輥道上運行，再經過積放輥道、頂升轉載機，將輪胎輸送到下件托盤升降機入口處積放。當下件升降機托盤上無輪胎時，釋放器打開(打開時間由裝在升降機上的信號控制)，放行最前面的輪胎，同時阻止后一個輪胎運行，輪胎依次進入下件托盤升降機的托盤上，升降機自動將輪胎不間斷運送到裝配線兩側的積放輥道上，在裝配線兩側末端處，由輪胎翻轉機夾持已經輸送到位的輪胎，翻轉機根據工藝要求把輪胎翻轉90°或者180°，然后采用機械手將輪胎夾持搬離輥道線裝配到前后橋上，翻轉機自動回位，完成輪胎的輸送。

3、案設計

3.1 產品參數

因該輸送線屬于柔性生產線，需滿足不同型號輪胎的輸送，產品參數見表1。3.2 輸送線參數及功能

按照工藝規劃，該輸送線設計成由升降機、輥道、轉載機、停止器、翻轉機組成的輸送線。輸送線設備包括上件SZ型托盤升降機1臺、下件SZ型托盤升降機2臺、積放輥道輸送機15條(長度不等)、頂升轉載機3臺、輪胎翻轉機2臺、釋放器11套、鋼結構及電控系統組成。工藝平面布局見圖1。

3.2.1 積放輥道輸送機

積放輥道由片架、旁板、拉桿、積放輥道組件、驅動裝置、12A鏈條、導向組件等部件組成。輥筒上裝配雙列鏈輪，調節輥筒組件一端的螺母通過軸套壓縮蝸卷彈簧，由套推壓輥筒內的角接觸球軸承，增加輥筒與摩擦片間的摩擦力，使得輥筒與鏈輪一道轉動，以實現輸送功能；當輪胎積放時(釋放器關閉，阻擋輪胎前進)，由于輥筒轉動的阻力增大，鏈輪與輥筒內的摩擦片打滑，鏈輪雖然繼續轉動，但輥筒停止轉動，從而避免輪胎與輥筒間的摩擦而損耗輪胎。輥道的傳動是通過相鄰輥筒鏈輪之間環形鏈條帶動實現，輥筒表面鍍鋅工藝。輸送機參數見表2。

表2 輸送機參數表

3.2.2 托盤升降機

托盤升降機由底座、中間架、頂架、驅動裝置、驅動軸系、張緊軸系、長短軸系、提升鏈條、托盤等組成。將多根方管固定在兩根專用鏈條上組成托盤，托盤按照一定間距安裝在四根提升鏈條上。

當檢測開關檢測到升降機一個空托盤時，入口處輥道上的停止器打開，輥道將輪胎向升降機托盤上輸送，同時托盤前端恰好到達升降機入口處水平前行，兩者共同運行，將輪胎輸送到托盤上(雖然兩者速度不同，但因輥筒的積放型，與輪胎接觸的輥筒速度隨托盤速度自行調節到一致，不會與輪胎產生相互轉動)。

當托盤及輪胎全部進入升降機內(入口處有光電開關檢測保證安全)，托盤正好位于升降機四根提升鏈條中間是，四根鏈條恰好處于垂直運行狀態，同時將托盤及輪胎水平提升，托盤間隔根據升降機最快速度設定。

當托盤及輪胎上升到頂部時，四根鏈條恰好處于水平狀態，帶動托盤及輪胎水平向升降機出口移動，輪胎進入出口處輥道上，而托盤則向下翻轉，通過出口處的輥道運行將輪胎向前輸送。

托盤升降機旁設有操作控制臺，設自動手動轉換開關，升降機提升速度變頻可調。

托盤升降機與出口輥道信號連鎖，當出口輥道上輪胎數量滿位時，升降機自動停止運行，當出口輥道上輪胎數量不滿位時，升降機自動自動運行，因此不會出現輪胎多堵車的現象。升降機參數見表3。

表3 升降機參數表

3.2.3 頂升轉載機

表4 轉載機參數表

頂升轉載機由機架、履帶式鏈條、驅動裝置、頂升氣缸等組成，實現輪胎在兩條相互垂直的輥道線上的轉載。其安裝高度比其所處位置的輥筒工作面高度低10mm，氣缸頂升后履帶鏈條工作高度與另一輥道工作面高度一致，通過電機帶動履帶式鏈條運行，實現輪胎在兩條相互垂直的輥道線上的轉載。為了保證大小輪胎均能可靠實現自動轉載，將頂升轉載機的履帶式鏈條制成3排。轉載機參數見表4。

3.2.4 輪胎翻轉機

輪胎翻轉機由固定座、翻轉架、氣缸等組成。當輪胎進入翻轉工位后光電開關檢測到輪胎后，氣缸動作，將翻轉架翻轉一定角度，人工使用機械手將輪胎吊離翻轉架，光電開關檢測確認翻轉架上無輪胎時，氣缸收回，翻轉架回位。翻轉機參數見表5。

表5 翻轉機參數表

3.2.5 釋放器

由機架、連桿、阻擋器、氣缸組成，實現輪胎的積放與放行。由于輪胎直徑相差較大，釋放采用兩組氣缸動作的配合來達到積放大小輪胎的目的。

當輸送重型輪胎時，由于輪胎直徑大，通過線體下面的氣缸推動阻擋器，在連桿的作用下，阻擋器前面兩個阻擋滾輪向外翻轉，放行輪胎，同時后面的兩個阻擋滾輪向內翻起，阻隔后面的輪胎前行。

當輸送輕型輪胎時，除了前面所述的釋放器動作外，安裝在輥道上面的氣缸同時也動作，轉臂向外或者向內轉動，阻止或放行輕型輪胎。通過兩組氣缸的配合動作，實現小輪胎的輸送與積放。

表6 釋放器參數表

大小輪胎的識別可以根據生產管理信息系統實現，即將生產信息輸入輪胎線控制系統，根據不同車型輪胎的分組，由PLC來控制各個釋放器和分岔處的轉載機動作，實現大小輪胎的積放或釋放已經對生產線兩側左右輪胎數量的輸送（含備胎）。釋放器參數見表6。

4、輥道線方案主體設備節拍及功率計算

4.1 SZ型托盤升降機

采用多層托盤形式，托盤間距設定2667mm(鏈條20A-70)，生產節拍上件處t=20s/個，下件處t=40s/個(單班)，上下件升降機形式相同，按上件處升降機計算。

理論升降速度v=s÷t=2.667÷20*60=8.0m/s，設計速度：v=3~10m/min，變頻調速，按照10m/m in計算。

托盤數量6個，每個重量100kg/個；鏈條長度：80m，重量304kg；軸系重量：220kg；

驅動力：F=(100*6+304+220)*0.05+(100*6+304+ 220)*10=11296N；

力矩：T=F·r=865N.m；

功率：N=F·v/(1000*60*0.8)=2.35kw；

轉速：n=v/(π·d)=21 rpm；

電機選擇：K77DV100L4/BMG/HF/3.0kw/22 rpm；T=1330N.m。

4.2 積放輥筒(附件：輥筒設計方案)

按輪胎由分岔點到裝配主線右側頂升移栽機前的距離(最遠距離)8m，根據節拍(40s)計算，理論速度v=12 m/min，可慮故障的可能性，設計速度v1=15 m/m in，輪胎可以積放存儲。按照升降機托盤間距計算，輥道輸送輪胎時間T=10.7?20s。下面為不同長度輥道電機減速機選型計算過程。

4.2.1 長度為L=8000m

輥筒直徑ф90*5，單重22kg，數量30個，總重量660kg，積放輪胎數量(最大輪胎)6個，單重100kg。

則：驅動力：F=(100*6+660) *10*0.075*2= 1890N；

力矩：T=F·r=85m；

功率：N=F·v/(1000*60*0.8)=0.6kw；

轉速：n=v/(π·d)=53 rpm；

選擇電機：R37DT80N4 /0.75kw/57rpm；T= 127N.m。

4.2.2 長度為L=3550m

輥筒直徑ф90*5，單重22kg，數量13個，總重量286kg，積放輪胎數量(最大輪胎)3個，單重100kg。

則：驅動力：F=(100*3+286) *10*0.075*2= 879N；

力矩： T=F*r=40m；

功率： N=F*v/(1000*60*0.8)=0.27kw；

轉速：n=v/(π*d)=53 rpm；

電機選擇：R37DT71N4 /0.37kw/57rpm；T= 63N.m。

4.2.3 長度為L=5840m

輥筒直徑ф90*5，單重22kg，數量22個，總重量484kg，積放輪胎數量(最大輪胎)5個，單重100kg。

則：驅動力：F=(100*5+484) *10*0.075*2= 1476N；

力矩：T=F*r=67m；

功率：N=F*v/(1000*60*0.8)=0.46kw；

轉速：n=v/(π*d)=53 rpm；

電機選擇：R37DT80N4 /0.55kw/56rpm；T= 94N.m。

4.3轉載機 (工藝節拍20s)

停止器打開： t1=1.5s；

輪胎進入轉載機 t2=1.5m/15m/m in=6s；

氣缸頂升時間(H=50mm) t3=1.5s；

輪胎移出轉載機 t4=1.5÷15=6s；

氣缸下降時間(H=50mm) t5=1.5s；

總節拍時間T= t1+t2+t3+t4+t5=16.5s﹤20s。

5、輥筒及轉軸強度核算

5.1 積放輥筒

輥筒直徑ф90*5，自重14kg，工件重100kg。假定全部由一個輥筒承載，支撐間距(輥筒內軸承支撐)L=1250mm，則輥筒承受彎矩M 1=0.25*（14+100）*1.25*10=357N.m，其他輪胎產生的橫向力矩M 2=85 N.m，聯合力矩M=367 N.m，彎曲應力σ =M/W=367*1000/26890=13.65MPa﹤σ-1=161MPa。

安全系數S=σ-1/σ=11.8

5.2 ф20軸強度校核

按照輥筒最大負荷（100kg）計算，兩端軸承處負荷為50kg，距旁板支點間距為100mm，力矩M 1=50*0.1*10=50N.m，彎曲應力σ=M 1/W=50* 1000/785=64 MPa﹤σ-1=161 MPa。

安全系數S=σ-1/σ=2.51。

根據以上核算，輥筒及轉軸都符合安全要求。

6、應用效果

以上是我公司自主設計并應用到總裝車間內的輪胎輸送線，已經投入使用多年，使用狀態良好，很好的滿足了生產需求。選取幾個主要部件如下示意圖2、3、4所示。

[1] 趙經文，王鐸.理論力學【M】.北京：高等教育出版社，1997.

[2] 成大先.機械設計手冊（第5版）【M】.北京：化學工業出版社，2010.

[3] 黃學群.運輸機械選型手冊（第2版）【M】.北京：化學工業出版社，2011.

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Zhu Yangbing
( Anhui Jiang Huai Automobile Corp, Anhui Hefei 230601)

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Mechanical transm ission technology；roller line；structural characteristics；design verification

TH2/6_065

A

1671-7988(2014)06-69-05

朱陽兵，高級工程師，總裝工藝專家，研究方向：汽車裝配工藝的規劃設計、機械化輸送技術研究及汽車裝配物流的規劃設計、汽車零部件配送中心的規劃設計及實施工作。