电动装置总成柔性装配线工艺研究

韩 松

扬州电力设备修造厂有限公司 江苏扬州 225003

目前，国内外电动装置行业发展快速，市场竞争愈发激烈，涉及领域也从发电、冶金、给排水等公共行业，拓展到核电、石化、军工等精密行业。质量和生产成本是电动装置的主要评价指标，在市场竞争能力方面起决定性作用［1-4］。降低成本，保证性能，并提升电动装置质量，已成为各生产厂家及终端客户的追求［5］。

笔者所研究的电动装置总成柔性装配线从立项到交付使用，并能批量生产，历时2年，其各项技术指标均达到设定目标要求。

1 产品结构

电动装置总成主要由驱动电机、蜗轮蜗杆传动机构、转矩控制机构、行程控制机构、手切换机构、手动组件、接线部件和操作罩盖部件等组成，如图1所示。

2 生产条件

现有车间场地为东西方向长50 m、南北方向宽15 m的一跨厂房，利用现有场地进行电动装置总成柔性装配线的布局设计，以满足装配及检测各工艺过程的设备安装，同时实现各工位物料的自动输送和线边物料配送等功能，保证产品质量，减轻劳动强度，提高生产作业效率。

3 关键技术

利用专用设备和工装安装轴承和密封件，保证装配质量和使用功能。电动装置总成中的滑动轴承和滚动轴承起支撑回转零部件的作用，密封件则起保护回转润滑密封和防漏的作用，对于保证旋转部件工作的可靠性、传动效率、精度、承载能力及工作寿命等都起着关键性作用。因此，在批量上线装配过程中，合理选择轴承和密封件的装配方法，保证装配质量和装配精度，是设计中需要解决的关键问题［6］。

图1 电动装置总成

利用自动检测技术，保证蜗轮蜗杆传动转矩的装调可靠性。电动装置总成不但要满足运行的基本性能和功能，而且要保证在不同环境下长期稳定运行。如果蜗轮蜗杆传动转矩功能失效，将会直接导致电动装置甚至阀门损坏。在电动装置总成装配完成后，必须对转矩功能进行100%检测。传统的检测方式是靠人工使用专用工具进行检测并调整，直到满足技术要求，操作方式复杂，效率低，劳动强度高，准确性差。如何实现电动装置性能和功能的自动检测，提高作业效率，降低劳动强度，保证产品质量，是需要解决的关键工艺技术难点。

通过对电控组件进行功能检控，可以保证电动装置就地、远方或总线控制的可靠性［7-8］。电动装置的电控组件相当于人的大脑，一旦功能失效，电动装置就好像成了植物人，不能正常按指令运行。目前对电控组件的功能检查都是依靠人工按操作步骤进行，如果出现步骤遗漏或跳步等问题，功能失效的风险就会增大，因此人为因素对其影响较大。如何实现可靠的电控组件功能检控，降低风险，保证控制功能的可靠性，也是需要解决的关键工艺技术难点。

通过对传动配合位置精度的调整，使传动达到最优与效率最高。传动部件的配合尺寸有公差范围，公差的累积会影响配合精度，如啮合、等高和同轴等。如果配合精度未达到设计要求，电动装置在运行过程中就会出现传动效率低、有异声、易损坏等问题。如何方便调整传动配合的位置精度，达到设计最优要求，是电动装置正常运行的重要条件［9-10］。

采用辅助专机，可方便电动装置总成的装配和调试，降低劳动强度，提高作业效率。辅助专机有自动拧紧机、自动翻转机、自动气密性机、自动加油机、自动拆螺丝机、机器人等。

4 工艺设计目标

工艺设计目标的重点如下：结合装配线，制订电动装置装配的工位和工序；实现在线自动检测电动装置的性能和功能；解决装配和调试过程中自动装夹、自动对接和自动翻转等关键技术。最终实现的目标是：数值化控制作业、扫码装配和调试，保证产品质量检测数据的可追溯性和质量问题的可分析性，提升产品质量，并提高产能，规范物料配送，同时使设备操作安全可靠。

4.1 自动抓取并安装轴承与密封件

在装配过程中，轴承和密封件不能损伤且需保持清洁，安装过程中位置要准确。采用专用设备和工装，既保证了压装位置精度，又消除了人为作业所产生的损伤和污染，同时保证了轴承和密封件的装配质量，提高了产品的整体水平。轴承与密封件安装分别如图2、图3所示。

图2 轴承安装

图3 密封件安装

4.2 自动检测设备

性能和功能的可靠是保障电动装置正常运行的必要条件，必须100%进行检测。采用测试系统进行电动装置在线自动检测，系统软件应按照流程实现一键式操作。按照程序设定好的顺序，逐一测试。测试合格后，进行下一步测试。测试完每一项，均应记录数据，确保在故障情况下能实现自我保护，并可以切换到手动操作。测试系统采用分布式测试系统，各测试台为单个数据采集单元，采用单独的数据采集控制模块对各项数据进行采集和处理。各测试单元测试数据经过网络连接，传送至大屏幕实时显示，并传送至上位机数据库进行保存和处理。采用模块化设计，将各个数据采集单元模块整体集成，自留网络接口，测试系统通过网络相连。自动检测系统如图4所示。

4.3 柔性化装配作业

电动装置总成柔性装配线需满足八种型号产品的装配作业，装配线的托盘、夹具和工具品种较多，而且还要根据生产订单的需要随时切换装配品种。因此，在新的工艺设计中，必须考虑以上问题，满足品种切换方便、工件装夹便捷、存储占用空间最小化和制造成本最低化的要求。通过反复研究和优化，决定托盘采用增加过渡盘的方式，统一与线体的连接接口；夹具采用活块式，可根据工件的形状差异进行调整；工具采用分级和分段的方式，将八种型号产品总成相类似的工序提前进行统计规划，尽量在相同工位上使用相同的工具。

图4 自动检测系统

4.4 利用辅助专机实现自动化作业

电动装置总成柔性装配线利用机器人进行上下料操作和装配，保证装配总成的位置精度要求。利用自动拧紧机进行各类连接螺栓的拧紧作业，保证拧紧力矩。利用自动翻转机代替人工翻转作业，减轻劳动强度。利用自动气密性机和自动加油机，提高工作效率。辅助专机的使用，能更好地实现自动化作业的设计要求，达到提升产品质量的目标。

4.5 信息捆绑、读取和追溯

电动装置总成柔性装配线在每个托盘上安装射频识别卡，同时在必要的工位配置扫描枪和读写头，将装配人员信息和零件装配信息等与装配件进行有效捆绑，实现相关信息的追溯。在装配作业过程中，将所有需要的装配信息都保存到射频识别卡中。在每个作业工位设置显示屏，显示屏显示当前作业的工艺要求，提醒操作者完成装配作业，如图5所示。

图5 作业工位显示屏

5 物流与工位器具的设计

在电动装置总成装配工艺设计中，物流及工位器具也是重点之一。要求充分利用现有场地，最大化实现物料的定量化上线，通过工位器具准确输送零部件上线，尽可能满足操作者在生产作业中能以最近距离拿取工件，减少作业中扭转取工件的作业方式。对连接螺栓、弹性垫片、挡圈等批量性标准件物料，按照品种单件需求数量，采用设定的标准料盒进行装载，直接放置到工位器具中。操作人员在各自的作业工位可近距离拿取标准件进行装配，提高了作业效率。定量配送物料的方式可以杜绝装配作业过程中的错装和漏装，提高品种装配的保障能力。对质量达到5 kg的零件，均采用机械手臂进行吊装作业，减轻操作人员的劳动强度。

通过工艺分析及论证，在新装配线工艺设计中，电动装置总成柔性装配线实现了蜗轮蜗杆传动机构、转矩控制机构、行程控制机构、手切换机构、手动组件、接线部件和操作罩盖部件等的分装再输送上线功能。工艺实施后，提高了装配线的作业效率，减少了主装配作业区的物料存放及转运。将部件所需的物料在各自的分装区进行集中定置摆放，有效利用场地空间，实现物料定置、定量和物流顺畅的目标。

通过对物料工位器具摆放及物料上线方式的设计管控，实现了定时定量的物料配送，减小了物流运行成本，降低了装配现场的制品数量，进而降低了生产成本。

新的电动装置总成柔性装配线列入生产序列投入使用后，作业人员均可在两步以内完成物料的拿取，操作者可以在个人的作业工位上直立便捷地取用物料，降低了劳动强度，提升了生产效率。

6 结束语

新装配工艺设计在电动装置总成柔性装配线上的成功应用，有效解决了电动装置总装过程中的技术难点，降低装配过程中操作者的作业劳动强度。装配质量达到了设计目标，各项技术指标均100%合格，采用系统数据使工艺参数可追溯，采用制造执行系统执行远程作业控制，提高了生产现场的管控水平。