新能源汽车涂装车间车身立体库研制与应用

刘振 贾昕宇 侯 强 张岩军

（1.山西晋中理工学院 智能制造与车辆学院，晋中 030600；2.东杰智能科技集团股份有限公司，太原 030032；3.中电建建筑集团有限公司，北京 100120）

为了满足新能源汽车企业高效率定制化的生产需求，基于有轨制导车辆（Rail Guided Vehicle，RGV）技术的自动化立体库在汽车生产领域得到越来越多的研究与应用[1]。汽车生产输送工艺路径通常在水平方向采用轨道穿梭车，垂直方向采用升降机的组合自动化立体库结构形式[2]。王璐瑶[3]、马文凯[4]、陈国真[5]等对多层穿梭车仓储系统进行了设计及性能仿真分析，瞿燕研究了库架合一立体库的载荷取值与仿真分析[6]，王静雯[7]、单梦蕊[8]等基于仿真研究了车身立体库的设计优化。文章以某新能源汽车涂装自动化立体库为研究内容，研发设计了轨道穿梭车、升降机组合的车身立体库输送系统。通过工艺路径及受载分析，证明该设计方案布置合理、运行可靠。经系统试运行及生产验证，该设计满足客户使用需求。

1 自动化立体库工艺流程及设计方案

图1 为车身出入库工艺流程，主要流程如下。立体库入口获取车身条码信息，进行车辆跟踪；立体库根据生产指令为输送系统提供路径；穿梭车设置条码信息读取装置，记录车身信息。

图1 车身出入库工艺流程

1.1 立体库货架设计

车身立体库主要由4 层货架钢结构、轨道系统、维修葫芦系统、穿梭车、升降机、电气控制系统和仓库管理系统等组成，如图2 所示。车身存储位置位于立体库两侧货格，部分货格上安装有钢平台，钢平台上安装输送滚床，满足货格内车身输送需求。穿梭车轨道系统位于货架每层中间，通过轨道支撑架与货架螺接固定。一侧轨道内侧安装有滑触线系统，穿梭车通过滑触线进行取电，穿梭车上安装有读写头装置，通过安装于轨道上的条码带进行数据读取，实现穿梭位置的准确定位。货架两侧布置有5 台升降机，升降机可满足车身垂直方向的输送需求。

图2 立体库货架系统

1.2 穿梭车设计

穿梭车是立体库输送系统中水平输送车身的主要设备，可以实现巷道内货架车身的存取及车位之间的移动，主要由驱动装置、升降装置、货叉伸缩系统、滑触线及安全检测系统等组成，如图3 所示。驱动装置由驱动电机、传动系统、行走导向系统、取电系统、供电系统、位置检测系统、安全检测以及控制系统组成。举升装置由驱动电机带动同步带驱动偏心轴转动，驱动升降框架上下举升动作。升降框架固定有直线导轨，保证其竖直上下运动的直线度。移载伸缩叉固定在升降框架上，与升降装置配合完成存取车任务。位置系统采用二维码定位方式进行认址。行走系统采用高强度尼龙轮，降低走轮对轨道的磨损和运行过程中的噪声。取电系统采用滑触线并布置在轨道内侧面，在运行过程中受导轮保护，保证其供电的稳定性。

图3 穿梭车系统

1.3 立体库受载分析

车身立体库作为密集型存储设备，单位面积钢结构受载较大，因此立体库设计过程中进行受载分析具有重要意义。利用PKPM 钢结构分析软件，对立体库钢结构进行简化受载分析得到应力比结果，如图4 所示。由图4 可以看出，车身库立柱最大应力比为0.3，发生在立柱底部，即立柱最小安全系数为3.3。通常重型货架承重后的安全系数为1.5，满足要求。

图4 立体库货架受载应力比

2 立体车身库的实际应用

根据立体车身库的设计及各部件选型计算，生产制造出一套设备并应用于某新能源涂装车间车身库输送线。车身库每个库位物品质量为1 t，所有构件采用热轧型钢。考虑运输和安装方便，立柱分段制作、现场拼装为整立柱，需要保证整体强度与稳定性。车身库片架及轨道均为螺接固定可调，保证穿梭车轨道的安装精度。轨道上平面度和导向扭转度不大于2 mm，调整后需要紧固防止松动。移载机伸缩叉螺接固定在底架上，伸缩叉电机配置绝对值编码器，用于控制组件运行、减速、加速、停止等动作。伸出位及返回位也设置接近开关，作为冗余检测信号。在伸缩叉组件端头设置限位开关，用于安全限位。移载机设置漫反射开关，用于检测库区是否有车，防止移载叉撞车。位置系统采用二维码定位方式认址，定位精度3 mm。在移动轨道上粘贴二维码带，穿梭车高速运行时实时传输绝对地址，保证台车速度平稳和定位准确。经过安装、调试、试生产，第1、3、4 层穿梭车节拍为30 s，第2 层穿梭车节拍为15 s，整体节拍为105 s，证明该立体库设备可以满足车身的存储、输送工艺及节拍需求。车身立体库现场安装如图5 所示。

图5 车身立体库现场安装

3 结语

通过分析某新能源汽车涂装车间车身立体库的工艺路线，设计研制了一套自动化车身立体库，可以满足涂装车间车身存取的工艺需求。经过现场实际运行试生产，证明设备运行可靠，可以为新能源汽车自动化立体库设计及应用提供参考。