重型汽车轮胎输送线的设计与应用

朱阳兵

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型汽车轮胎输送线的设计与应用

朱阳兵

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重型汽车装配过程中会采用多种机械化输送技术，而重卡轮胎因为直径大、重量重等特点，通常选择辊道线进行输送。本文根据装配工艺流程，阐述辊道输送线的主要部件结构及其特点，并结合公司重卡装配线上的轮胎输送线介绍其设计与校核方法。

机械化输送技术 辊道线 结构特点 设计校核

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

引言

重型汽车轮胎因为直径大、重量重等特点，在装配过程中通常采用动力辊道线进行输送，辊道线主要是把存储区域的轮胎总成通过积放辊道、托盘升降机、转载机等设备输送到生产线轮胎装配工位的两侧，然后用助力机械手把轮胎夹持住，按照工艺流程装配到重型汽车的前后车桥上。

1、构特点

动力辊道输送线自身设计有驱动装置，采用双链轮传动，辊子转动呈主动状态，可以按照规定速度控制被输送物品的运行状态。双链轮传动的结构形式承载能力大，通用性好，适用于载荷大，速度高、启动和制动比较频繁的场合。

2、艺方案

在重型汽车轮胎存放区域，操作工人使用行车，按照生产要求把重卡轮胎吊放到积放辊道上，轮胎被输送到升降机入口处辊道上(可积放)，当升降机托盘上无轮胎时，释放器打开(打开时间由装在升降机上的信号控制)，放行最前面的轮胎，同时阻止后一个轮胎运行，如此轮胎依次进入上件托盘升降机的托盘上，升降机自动将轮胎一次运送到空中积放辊道上，通过释放器的作用，实现轮胎的积放和放行。在90°转弯处，由顶升转载机进行轮胎转载，将轮胎输送到另一方向辊道上运行，再经过积放辊道、顶升转载机，将轮胎输送到下件托盘升降机入口处积放。当下件升降机托盘上无轮胎时，释放器打开(打开时间由装在升降机上的信号控制)，放行最前面的轮胎，同时阻止后一个轮胎运行，轮胎依次进入下件托盘升降机的托盘上，升降机自动将轮胎不间断运送到装配线两侧的积放辊道上，在装配线两侧末端处，由轮胎翻转机夹持已经输送到位的轮胎，翻转机根据工艺要求把轮胎翻转90°或者180°，然后采用机械手将轮胎夹持搬离辊道线装配到前后桥上，翻转机自动回位，完成轮胎的输送。

3、案设计

3.1 产品参数

因该输送线属于柔性生产线，需满足不同型号轮胎的输送，产品参数见表1。3.2 输送线参数及功能

按照工艺规划，该输送线设计成由升降机、辊道、转载机、停止器、翻转机组成的输送线。输送线设备包括上件SZ型托盘升降机1台、下件SZ型托盘升降机2台、积放辊道输送机15条(长度不等)、顶升转载机3台、轮胎翻转机2台、释放器11套、钢结构及电控系统组成。工艺平面布局见图1。

3.2.1 积放辊道输送机

积放辊道由片架、旁板、拉杆、积放辊道组件、驱动装置、12A链条、导向组件等部件组成。辊筒上装配双列链轮，调节辊筒组件一端的螺母通过轴套压缩蜗卷弹簧，由套推压辊筒内的角接触球轴承，增加辊筒与摩擦片间的摩擦力，使得辊筒与链轮一道转动，以实现输送功能；当轮胎积放时(释放器关闭，阻挡轮胎前进)，由于辊筒转动的阻力增大，链轮与辊筒内的摩擦片打滑，链轮虽然继续转动，但辊筒停止转动，从而避免轮胎与辊筒间的摩擦而损耗轮胎。辊道的传动是通过相邻辊筒链轮之间环形链条带动实现，辊筒表面镀锌工艺。输送机参数见表2。

表2 输送机参数表

3.2.2 托盘升降机

托盘升降机由底座、中间架、顶架、驱动装置、驱动轴系、张紧轴系、长短轴系、提升链条、托盘等组成。将多根方管固定在两根专用链条上组成托盘，托盘按照一定间距安装在四根提升链条上。

当检测开关检测到升降机一个空托盘时，入口处辊道上的停止器打开，辊道将轮胎向升降机托盘上输送，同时托盘前端恰好到达升降机入口处水平前行，两者共同运行，将轮胎输送到托盘上(虽然两者速度不同，但因辊筒的积放型，与轮胎接触的辊筒速度随托盘速度自行调节到一致，不会与轮胎产生相互转动)。

当托盘及轮胎全部进入升降机内(入口处有光电开关检测保证安全)，托盘正好位于升降机四根提升链条中间是，四根链条恰好处于垂直运行状态，同时将托盘及轮胎水平提升，托盘间隔根据升降机最快速度设定。

当托盘及轮胎上升到顶部时，四根链条恰好处于水平状态，带动托盘及轮胎水平向升降机出口移动，轮胎进入出口处辊道上，而托盘则向下翻转，通过出口处的辊道运行将轮胎向前输送。

托盘升降机旁设有操作控制台，设自动手动转换开关，升降机提升速度变频可调。

托盘升降机与出口辊道信号连锁，当出口辊道上轮胎数量满位时，升降机自动停止运行，当出口辊道上轮胎数量不满位时，升降机自动自动运行，因此不会出现轮胎多堵车的现象。升降机参数见表3。

表3 升降机参数表

3.2.3 顶升转载机

表4 转载机参数表

顶升转载机由机架、履带式链条、驱动装置、顶升气缸等组成，实现轮胎在两条相互垂直的辊道线上的转载。其安装高度比其所处位置的辊筒工作面高度低10mm，气缸顶升后履带链条工作高度与另一辊道工作面高度一致，通过电机带动履带式链条运行，实现轮胎在两条相互垂直的辊道线上的转载。为了保证大小轮胎均能可靠实现自动转载，将顶升转载机的履带式链条制成3排。转载机参数见表4。

3.2.4 轮胎翻转机

轮胎翻转机由固定座、翻转架、气缸等组成。当轮胎进入翻转工位后光电开关检测到轮胎后，气缸动作，将翻转架翻转一定角度，人工使用机械手将轮胎吊离翻转架，光电开关检测确认翻转架上无轮胎时，气缸收回，翻转架回位。翻转机参数见表5。

表5 翻转机参数表

3.2.5 释放器

由机架、连杆、阻挡器、气缸组成，实现轮胎的积放与放行。由于轮胎直径相差较大，释放采用两组气缸动作的配合来达到积放大小轮胎的目的。

当输送重型轮胎时，由于轮胎直径大，通过线体下面的气缸推动阻挡器，在连杆的作用下，阻挡器前面两个阻挡滚轮向外翻转，放行轮胎，同时后面的两个阻挡滚轮向内翻起，阻隔后面的轮胎前行。

当输送轻型轮胎时，除了前面所述的释放器动作外，安装在辊道上面的气缸同时也动作，转臂向外或者向内转动，阻止或放行轻型轮胎。通过两组气缸的配合动作，实现小轮胎的输送与积放。

表6 释放器参数表

大小轮胎的识别可以根据生产管理信息系统实现，即将生产信息输入轮胎线控制系统，根据不同车型轮胎的分组，由PLC来控制各个释放器和分岔处的转载机动作，实现大小轮胎的积放或释放已经对生产线两侧左右轮胎数量的输送（含备胎）。释放器参数见表6。

4、辊道线方案主体设备节拍及功率计算

4.1 SZ型托盘升降机

采用多层托盘形式，托盘间距设定2667mm(链条20A-70)，生产节拍上件处t=20s/个，下件处t=40s/个(单班)，上下件升降机形式相同，按上件处升降机计算。

理论升降速度v=s÷t=2.667÷20*60=8.0m/s，设计速度：v=3~10m/min，变频调速，按照10m/m in计算。

托盘数量6个，每个重量100kg/个；链条长度：80m，重量304kg；轴系重量：220kg；

驱动力：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；

转速：n=v/(π·d)=21 rpm；

电机选择：K77DV100L4/BMG/HF/3.0kw/22 rpm；T=1330N.m。

4.2 积放辊筒(附件：辊筒设计方案)

按轮胎由分岔点到装配主线右侧顶升移栽机前的距离(最远距离)8m，根据节拍(40s)计算，理论速度v=12 m/min，可虑故障的可能性，设计速度v1=15 m/m in，轮胎可以积放存储。按照升降机托盘间距计算，辊道输送轮胎时间T=10.7‹20s。下面为不同长度辊道电机减速机选型计算过程。

4.2.1 长度为L=8000m

辊筒直径ф90*5，单重22kg，数量30个，总重量660kg，积放轮胎数量(最大轮胎)6个，单重100kg。

则：驱动力：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；

转速：n=v/(π·d)=53 rpm；

选择电机：R37DT80N4 /0.75kw/57rpm；T= 127N.m。

4.2.2 长度为L=3550m

辊筒直径ф90*5，单重22kg，数量13个，总重量286kg，积放轮胎数量(最大轮胎)3个，单重100kg。

则：驱动力：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；

转速：n=v/(π*d)=53 rpm；

电机选择：R37DT71N4 /0.37kw/57rpm；T= 63N.m。

4.2.3 长度为L=5840m

辊筒直径ф90*5，单重22kg，数量22个，总重量484kg，积放轮胎数量(最大轮胎)5个，单重100kg。

则：驱动力：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；

转速：n=v/(π*d)=53 rpm；

电机选择：R37DT80N4 /0.55kw/56rpm；T= 94N.m。

4.3转载机 (工艺节拍20s)

停止器打开： t1=1.5s；

轮胎进入转载机 t2=1.5m/15m/m in=6s；

气缸顶升时间(H=50mm) t3=1.5s；

轮胎移出转载机 t4=1.5÷15=6s；

气缸下降时间(H=50mm) t5=1.5s；

总节拍时间T= t1+t2+t3+t4+t5=16.5s﹤20s。

5、辊筒及转轴强度核算

5.1 积放辊筒

辊筒直径ф90*5，自重14kg，工件重100kg。假定全部由一个辊筒承载，支撑间距(辊筒内轴承支撑)L=1250mm，则辊筒承受弯矩M 1=0.25*（14+100）*1.25*10=357N.m，其他轮胎产生的横向力矩M 2=85 N.m，联合力矩M=367 N.m，弯曲应力σ =M/W=367*1000/26890=13.65MPa﹤σ-1=161MPa。

安全系数S=σ-1/σ=11.8

5.2 ф20轴强度校核

按照辊筒最大负荷（100kg）计算，两端轴承处负荷为50kg，距旁板支点间距为100mm，力矩M 1=50*0.1*10=50N.m，弯曲应力σ=M 1/W=50* 1000/785=64 MPa﹤σ-1=161 MPa。

安全系数S=σ-1/σ=2.51。

根据以上核算，辊筒及转轴都符合安全要求。

6、应用效果

以上是我公司自主设计并应用到总装车间内的轮胎输送线，已经投入使用多年，使用状态良好，很好的满足了生产需求。选取几个主要部件如下示意图2、3、4所示。

[1] 赵经文，王铎.理论力学【M】.北京：高等教育出版社，1997.

[2] 成大先.机械设计手册（第5版）【M】.北京：化学工业出版社，2010.

[3] 黄学群.运输机械选型手册（第2版）【M】.北京：化学工业出版社，2011.

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Design and app lication of heavy duty truck tire conveying line

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

Heavy duty automobile assembly process can use a variety of mechanical transm ission technology, and heavy truck tyres for large diameter, heavy weight, usually choose roller line transportation. Based on the assembling process, structure of main parts and expounds the features of roller conveyor line, combined w ith the assembly line, heavy truck tire conveying line introduced the design and checking method.

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

TH2/6_065

A

1671-7988(2014)06-69-05

朱阳兵，高级工程师，总装工艺专家，研究方向：汽车装配工艺的规划设计、机械化输送技术研究及汽车装配物流的规划设计、汽车零部件配送中心的规划设计及实施工作。