汽车制造中非标准设备的设计

崔庆林，杨德斌

（1湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉430068；2湖北省机电研究设计院，湖北 武汉430070）

"非标设备"是指非标准设备，不是按照国家颁布的统一的行业标准和规格制造的设备，而是根据特殊的用途需要专门设计制造的且外观或性能不在国家设备产品目录内的设备。某种意义上来讲非标准设备可以定义为"因批量小或要求特殊而需要专门设计和制造的设备"。随着市场经济的发展，非标准设备的市场化程度相应提高，它不再局限于企业内部的技术改造和配套设备的范围，而是成为在市场出售的重要工业商品。非标准设备的设计和制造，基本上是由为数众多的中、小型机械制造企业所承担，这标志着我国非标准设备已发展到新的高度。但非标准设备大多是单件或小批量生产。在设计、制造的过程中，不可能像标准设备那样有足够的设计经验数据和完整的制造工艺工装，以及必要的试制、试验，这给设计工作带来很大的困难。所以在进行非标设备的设计时多以积木式的设计方法，以CAD／CAE为实现手段，把部件根据需求当成积木一样去摆放，再用计算机进行模拟，以减少成本和出错率［1］。

现以汽车发动机生产线为例对汽车制造装备中的非标设备的设计思路和方法进行探讨。

1 明确设计目的

1.1 没有应用该设备前的生产状况

发动机生产线5个安装工位，每个工位在发动机两侧站一个操作工，发动机由专用夹具悬挂于主生产线上，距离地面约700 mm。每个工人身后放置一个物料箱用于盛放装配零件，由2名工人专门开叉车负责装配零件的供给。由于生产线采用不同型号发动机混装的形式，工人要记住每种发动机所对应的零件型号，如果把零件装错，会影响整车出厂甚至造成严重损失［2］。

1.2 设备要完成的动作要求

设计一套设备，省去工人身后的物料箱和专人的物料配送，改成物料随生产线一起运动。根据要求设计一套物料的上线机构和下线机构。

2 设备的具体设计

2.1 上线机构的设计

2.1.1 上线机构运动方案的确定 根据工作任务设计设备的动作方案如下：AGV牵引3辆物料车来到等待区→AGV脱钩离开→上料气缸推着第一辆物料车前进→脱钩装置使第一辆车和第二辆车分离→第一辆车被推上移动平台→牵引杆升起装置把物料车的牵引杆升起→移动平台移动到上线位置→推料气缸将物料车推下平台→待装配的发动机推动物料车一起前进。如此往复。上线机构见图1。

2.1.2 移动平台的设计 根据上线机构的运动方案，用积木式的设计方法对设备进行总体设计后再拆分各个机构。由于上线机构辅助机构比较多，下面只说明上线机构中的关键部分。在整个上线机构中移动平台的设计是关键。移动平台的主要作用是把物料车平移到生产线的指定位置，以便于待装发动机推动物料车前进。移动平台由以下几个部分组成：

1）移动平台本体，用于承载物料车和其他辅助机构；

2）气动马达，用于给移动平台提供动力，其中在气动马达选型的时候要注意功率、扭矩、转速这三个关键参数的选择；

3）移动平台行走轮，行走轮安装于平台底部由气动马达通过链传动带动平台移动；

图1 上线机构简图

4）推料下平台气缸，该装置用于平台到达指定工位后推动物料车走下移动平台到指定位置；

在清楚了移动平台的组成后根据积木式的设计方法将这些部件一一组装到平台本体上，以完成移动平台的总体设计.移动平台的方案见图2。

图2 移动平台

2.2 下线机构的设计

2.2.1 运动方案的确定 和上线机构不同，由于场地空间的限制，下线机构不能采用直线式的移动平台，并且物料车要在下线位置旋转1800以便AGV牵引回集配区。根据工作任务设计设备的动作方案如下：物料车到达下线位置后推车上转台气缸推动物料车上旋转台→旋转台旋转1800→牵引杆放下气缸把牵引杆放下→推车下平台气缸把物料车推下平台到等待区→依次动作直到第三辆物料车到达等待区由AGV牵引回集配区。方案图确定后各个机构将按照方案图的布置进行积木式摆放。下线机构的方案见图3。

图3 下线机构

2.2.2 旋转平台的设计 由于下线机构中让物料车旋转1800进入等待区是关键，所以在此只介绍旋转平台的设计。旋转平台的方案见图4。

图4 旋转平台

旋转平台依然采用气动马达作为动力，需要指出的是：气动马达的安放位置与移动平台不同，为了旋转时不至于卡死，气动马达的中心要与以轴承座为中心的圆的半径重合。

3 总结

非标准设备的设计制造，受制约的因素多，设计难度大，要一次设计、制造成功并能通过长时间工作考验十分不易，要求完美无缺就更困难。在非标设备的设计过程中，可以根据现有的条件及新的工艺要求拟定快速便捷可靠的结构方案。在以上案例中，采用积木式设计方法，先对设备进行总体设计，在设计时将各个机构像搭积木一样地拼装到方案图中以实现设备的动作要求。

［1］赵 建.如何做好非标自动化设备的设计［J］.企业导报，2013（04）：293.

［2］王 玥，张 永，毛海军.汽车生产线物流仿真研究［J］.物流技术，2009，28（01）：127－129.

［3］李富成.旋转双叶片气动马达主要参数设计计算［J］.凿岩机械气动工具，1997（03）：14.