汽车发动机缸盖自动装配生产线设计

白治新

（黑龙江省腾飞建筑安装有限责任公司，哈尔滨150000）

0 引 言

近些年来汽车行业迅猛发展，其中发动机是汽车的灵魂所在，发动机的质量性能如何至关重要，如何降低发动机生产成本，并保证质量性能是目前面临的课题。国外工业发达国家多采用全自动化装配生产线，而国内受制于资金和技术所限，一部分有实力的汽车厂商实现全自动化，还有一部分停留在半自动化阶段。

根据目前情况，本着提高生产效率、提高质量和互换性、节约成本的思想尝试设计一种自动化生产线，主要要解决生产线工艺的设计、装配生产线的布局、传动系统和动力系统设计等问题。目前的难题是提高汽车发动机自动装配生产线的水平，因为从汽车工业发展来看，发动机的装配程度已经限制了汽车自动化生产的水平。选建生产线时要着重考虑生产线的型式、条数、长度、劳动量等因素，以便达到最优结果。

1 发动机缸盖自动装配生产线总体方案设计

1.1 生产工艺的设计

根据国内外现有成型的装配工艺，整个流程设计（如图1）为：1）进出气门的装配。在完成发动机缸盖加工以后，按顺序先安装进出气门，注意气门必须排列规整，气门对正后，机械手压弹簧，将锁夹置于气门杆凹槽处。反之弹簧压紧锁夹，楔型嵌入斜面并锁住。发动机缸盖如图2所示，进出气门结构如图3所示。2）进出气门的装配检验。检验锁块位置的正确，丢失或锁夹没有嵌入槽内属不合格产品返厂返修，反复检验,合格为止。3）进出气门的清洗。除去气门的杂质和灰尘对于气密性而言极其重要，经过对比振动清洗和高压空气清洗的优劣，最终确定采用高压空气清洗气门达到标准。4）进出气门的清洗检验。检验清洗气密性是至关重要的一道工序，合格则进入下一工序，不合格则返回，直到合格为止。4）螺栓的装配。本工序为自动安装螺栓的工步，通过振动整料器使垫片和螺栓对准发动机缸盖上的螺孔,用机械手放置入垫片，然后拧紧螺栓。5）螺栓的装配检验。检验螺栓装配效果，分析各种装配错误的情况，并由高度传感器检测。

图1 流程设计图

图2 发动机缸盖

1.2 装配生产线的总体设计

根据设计任务书中的工艺要求，生产节拍为60 s，综合考虑生产线的占地、生产节拍、工人工作的最佳高度等因素，整个生产线的整体布局如图4所示。

图4 装配生产线总体设计

2 主要零部件设计

2.1 传动设计

生产线运转是一个连续的工作过程, 这里选用链传动,因为这样可以利用中间的空隙，两链轮中间可以安放停止气缸和提升气缸。把发动机盖放在一个托盘上,托盘放在传动链上,依靠摩擦力使发动机和托盘随传动链的滚动而实现连续生产。电动机选用带有减速器的类型，则电动机输出轴可通过链传动把转矩和功率传给辊子轴之间交替通过链传动来传递功率，具体形式如图5所示。

图5 传动设计图

电动机1连接一链轮，通过链传动把动力传给长链轮轴6，长链轮轴6带动链轮2和辊子3转动，同时使生产线另一端的链轮轴同步驱动。一个链轮轴上安装2个链轮，通过链轮的交替传动，带动所有的链轮轴5转动，从而辊子得以转动，通过摩擦使托盘和发动机缸盖向前运动。

2.2 停止气缸和提升装置

通过链传动可以保证整个生产线连续工作，但在各个工序上必须要有一段停顿的装配检验时间。根据工艺要求每道工序完成时间为60 s。也就是说除去托盘和发动机缸盖在2个工位之间行走的时间外, 在每道工序上托盘和发动机缸盖必须停留50 s左右。这就要求有一个停止气缸来定位各工序工件的精确位置。选用合适的停止气缸在需要停止的工位上固定托盘，这样可以准确地定位托盘。当前，市场上有这种停止气缸装置出售。选择的停止气缸的型号为RSH50-20DL。

同时，托盘随辊子的滚动而前进，到对应的工位时，由于停止气缸作用使托盘和发动机停止前进，传感器立即给托盘底下的提升气缸发出信号，提升气缸接到信号后立即上升。

根据工艺要求气缸向上运动将托盘举升5 mm，待工序完成后，传感器再给气缸发出信号，气缸回程，然后托盘被放下继续随辊子前进，进入下一工序。

每个工位处的提升装置可用液压缸或气动缸来控制驱动,但考虑工厂有集中供给的高压空气，同时进出气门的清洗和检验也都要用到高压空气，所以所有控制装置统一选用气动装置。其中由于各个工序对发动机缸盖和托盘所施加的力的大小、方向、作用点和转矩都不同，所以一般来说所选的气缸也不应该相同，由于本设计载荷工位的受力情况相差不多，所以为了简单方便 只按照载荷最大的工序选择一种气缸。载荷最大的工序为进出气门的清洗检验工序，其最大载荷为980 N，根据最大载荷选择气缸。选用的气缸型号为TAIO 10A-6 FB80B50，其基本尺寸：缸径D0=80 mm；行程S=50 mm。

2.3 托盘

托盘用于盛放发动机缸盖，选用碳钢材料。另外考虑生产线的通用性问题，决定采用2层托盘，上面一层用于固定盛放发动机，下面的托盘与辊子接触，可以配合以其他的托盘盛放其他型号的发动机。上托盘和发动机缸盖之间、上下托盘之间用定位销定位。考虑到发动机缸盖气门气密性检验和气门清洗过程中有高压空气通过，所以上托盘之间必须有可以排除空气的缝隙。本设计用4个突起支撑发动机缸盖。上托盘和下托盘之间用2个螺栓连接。具体的托盘结构如图6所示。

2.4 返修轨道的设计

气门的装配工序完成后，需要进行气门装配检验工序，检验气门装配是否合格。若装配不合格则需要进行返修。返修后再送回到生产线中进行下一工序。返修可为人工返修，也可以再设计一套返修设备。而返修轨道可以选择有动力的辊子输送机，也可以选用无动力的辊子输送机。具体形式有3种构想。

图6 托盘的结构

1）选用无动力的辊子输送机若发动机缸盖经检验不合格需要返修时，完全通过人工手动把托盘拉进返修轨道。进行人工返修后，由工作人员把托盘沿轨道推进生产线重新进行检验，若还是不合格，则重复上述返修直到检验合格为止。选用无动力输送机道的返修轨道如图7所示。

图7 方案一 无动力辊子返修轨道

2）选用有动力辊子传送轨道，当发动机缸盖经检验不合格时，提升助推装置将提升托盘和不合格的发动机缸盖并将其推入返修轨道。当碰到迁移托盘时有动力辊子停止输送动力，则托盘一个接一个地在辊子输送机上排好, 排满后,托盘触发传感器，传感器2发出信号,通知专门工作人员前来修理, 然后再逐个由工作人员手动开动送回输送机，把修好的发动机缸盖送回生产线1重复进行检验工序，若仍然不合格，则重复上述返修工序，直到合格为止。轨道设计如图8所示。

3）用机械手实现。若发动机缸盖经检验不合格需返回重修时,机械手接到一个信号,把发动机和托盘一起抓离生产线,放到一边, 由工作人员统一修理后,再一个一个抓回生产线,重复2工序。轨道和设备设计如图9所示。

上述3种方案的分析比较：1）选用无动力辊子省电、设备简单、造价低廉，但完全人工操作，要有专人负责，发动机有问题立刻手动拉离生产线，自动化程度较低，需要工人全天看守，对工人的要求较高，很容易由于工人的疏忽造成事故。2）选用有动力辊子集中人工返修设备相对复杂,浪费电力，但不用专人操作，半自动化。集中修理，不易出

图8 方案二 有动力辊子输送机返修轨道

图9 方案三 用机械手

事故。3）选用机械手集中返修，设备复杂,造价高,但自动化程度很高，对人的要求不高，工作人员可以根据自己的时间安排定期进行返修即可。

综合考虑各种因素，我国的劳动力资源相对较充足，价格也相对较低。而设备的价格相对高得多，所以我们选用无动力辊子输送机，完全人工返修，即选用方案1。

3 结 论

该设计着重研究了发动机装配自动生产线的工艺流程和具体的结构和部件的设计过程。主要设计完成了一条符合我国国情的汽车发动机自动装配生产线。本课题针对传动结构，如何在低载荷、无冲击的情况下既保证传动精度又能尽量地减少成本展开了研究。在理论上对我国发动机缸盖装配生产线的发展和改建具有一定的参考价值。