汽车全自动侧围下线装框系统研制

【摘 要】汽车乘用车、面包车等类厢式车生产企业对于侧围的下线装框，尚有采用比较原始的双人手抬人工装框方式进行下线装框；也有采用悬臂机械手助力方式进行下线装框，这2种装框方式都存在劳动效率低和劳动强度大、人机工程伤害概率高等严重影响员工职业安全与健康的因素，同时还存在容易碰伤、碰凹零件等影响汽车白车身质量水平的质量缺陷。全自动侧围下线装框系统就是专门为解决上述问题而研制的。文章主要论述了自动化程度高的汽车全自动侧围下线装框系统的设计与流程结构体系，并研究了其现实应用效果及效益等。

【关键词】汽车侧围；自动下线系统；质量；汽车；自动化

【中图分类号】U468.22 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）07-0029-05

0 前言

随着科学技术的进步与发展和社会的不断进步，自动化设备、装备已经越来越多地替代一些现代企业中原始、笨拙的老式机械设备、装备，特别是对于一些比较笨重的零部件的装卸、加工、生产，在多数中、大型现代企业的生产车间，已经少见有原始的人力手抬、肩扛操作现象。毕竟，靠原始的人力手抬、肩扛操作，不仅劳动强度大，而且劳动效率低，这不仅不符合现代企业强调人性化的人机工程要求，也不符合现代企业高速度、高科技、高效率的企业快速发展的需要。而且，人力手抬、肩扛的操作现象比较容易造成笨重的零部件跌落划伤、砸伤操作工的安全事故；也容易造成零部件的凹凸、划伤缺陷，既存在严重的安全隐患，又不利于现代企业高效益、高质量的企业市场竞争需求。但是，这也并不表明人力手抬、肩扛搬运、装卸笨重零部件的现象已经在现代企业中灭迹。相反，在很多企业还是不乏人力手抬、肩扛搬运、装卸笨重零部件的现象。

比如目前，汽车乘用车、面包车等类厢式车生产企业对于侧围焊合总成（统称侧围）的下线装框，就有采用比较原始的双人手抬人工装框方式进行下线装框，也有采用悬臂机械手助力方式进行下线装框。侧围是一个重量约100 kg的零部件，以上2种装框方式存在劳动效率低和劳动强度大、人机工程伤害概率高等严重影响员工职业安全健康的因素，同时还存在容易碰伤、碰凹零件等影响汽车白车身质量水平的质量缺陷。上汽通用五菱汽车股份有限公司的全自动侧围下线装框系统就是专门为解决这个问题而研制的。

1 现状与开发思路

汽车侧围在汽车制造过程中的白车身拼装阶段是一个由多个零件组成的汽车部件，一般又称为侧围总成、侧围焊接总成等，重量约100 kg，生产过程中通常需要2位成年人才能正常搬抬移动。下面为了方便论述，我们将其统一称为汽车侧围或侧围。

目前，很多汽车生产企业采用的汽车侧围的下线方式主要有人力手抬、悬臂式简易机械手助抬、悬吊式简易机械助抬3种。

1.1 人力手抬

人力手抬的下线方式，就是在汽车侧围全部拼装焊接完成后，由2名操作工直接用手将汽车侧围从拼台上搬抬到汽车侧围的料架上。这是目前该企业最常用也是最原始、简单的一种下线方式，其特点是不用花费设备投资资金、见效快、方便快捷；但是也存在劳动强度大、生产成本高、容易造成碰凹零件等缺陷，且这种方式不符合现代企业人机工程要求，存在严重的安全隐患（比如零件滑落容易划伤、砸伤操作工的手脚和身体）。

1.2 悬臂式简易机械手助抬

悬臂式简易机械手助抬方式，就是利用悬臂式简易机械手助抬的方式将汽车侧围从拼台上搬运到汽车侧围的料架上。这是原始操作向机械操作发展的第一个阶段。悬臂式简易机械手助抬方式，一般一个人就可以执行将汽车侧围从拼台上搬运到汽车侧围的料架上的操作。但是，由于悬臂式简易机械手存在设计缺陷，导致机械手在操作中非常笨重，使用极为不便，所以安装不久后就被拆除。

1.3 悬吊式简易机械助抬

悬吊式简易机械助抬方式，就是利用悬吊式简易机械助抬的方式将汽车侧围从拼台上搬运到汽车侧围的料架上。悬吊式简易机械助抬方式也是一个人即可以操作悬吊式简易机械将汽车侧围从拼台上搬运到汽车侧围的料架上。这种方式目前有逐步取代人力手抬方式的趋势。悬吊式简易机械助抬方式的特点是设备成本低、操作方便灵活，并且在一定程度上减轻了人机工程伤害和避免了部分安全隐患等。但是，这种方式并未实现自动化，最多只能算是半自动化，其还是存在劳动强度大、生产成本高、容易碰凹零件等缺陷，而且也不符合现代企业人机工程要求。所以，汽车侧围的下线操作现状亟待改进。

2 全自动侧围下线装框系统的基本结构与工作原理

鉴于目前汽车侧围的各种下线方式都不同程度地存在劳动强度大、生产成本高、容易造成碰凹零件等缺陷，而且不符合现代企业人机工程要求，所以上汽通用五菱汽車股份有限公司研制出一种自动化程度高，在工作中完全不需要人员参与的全自动侧围下线装框系统。该全自动侧围下线装框系统最大的优势就是在将汽车侧围从拼台上搬运汽车侧围的料架上的全部操作完全是自动化的，不需要任何人员参与。

全自动侧围下线装框系统的技术动作流程如下：全自动侧围下线装框系统由平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构、料框自动移动装置组成，采用PLC编程程序控制方式控制系统的平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构、料框自动移动装置的动作、行程，包括行程方式、动作方式、行程距离等，采用电、气、液压等动力源驱动电机、气缸、液压缸等原动力设备带动蜗杆、绞索、齿条、铰链等传动设备执行系统的行程、动作，其特征是平移机构坚固连接固定座，夹持机构、升降机构、翻转机构坚固连接平移机构，料框自动移动装置通过PLC控制电路关联平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构；工作时，人按下系统的启动按钮，系统即可完成侧围下线装框工作的全过程。系统的自动下线装框工作动力源是电、气、液压等的任意组合或单一种类；原动力设备是电机、气缸、液压缸等任意组合或单一种类；传动设备是蜗杆、绞索、齿条、铰链等任意组合或单一种类；执行方式是动力源驱动原动力设备带动传动设备执行系统平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构、料框自动移动装置的动作、行程。同时，系统采用可编程控制器（PLC）控制、人工操作手柄按钮控制的任意组合以控制系统平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构、料框自动移动装置等的动作、行程。系统的平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构、料框自动移动装置等的动作、行程设置有安全行程限位装置；料框自动移动装置设置满框防错装置，满料的料框未移出时，系统将不能被启动进行工作。系统中的平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构和料框自动移动装置是一个相互坚固地连接在一起和相互关联的整体机构装置；全自动侧围下线装框系统的料框自动移动装置相对于全自动侧围下线装框系统的平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构也可以作为一个另外独立设置的独立机构装置。

全自动侧围下线装框系统采用的技术方案如下：全自动侧围下线装框系统由平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构、料框自动移动装置5个部分组成，采用先进的PLC现代编程程序控制方式控制系统的动作、行程（包括行程方式、动作方式、行程距离等），采用蜗杆、绞索或齿条、铰链等机械传动方式进行系统的行程、动作传动。工作时，工作人员按下系统的启动按钮，系统的PLC指令中心首先指令平移机构载运系统的平移机构、夹持机构、翻转机构、升降机构进入侧围拼台起吊侧围区域，完成；PLC指令中心指令升降机构下降夹持机构使夹持机构进入夹持区域，完成；PLC指令中心指令夹持机构伸出夹持杆对侧围进行夹持，完成；PLC指令中心指令升降机构对夹持机构和侧围进行提升吊起，完成；PLC指令中心指令平移机构载运侧围平移至翻转区域，完成；PLC指令中心指令翻转机构将平躺的侧围翻转立起，完成；PLC指令中心指令夹持机构退回下夹持杆，完成；PLC指令中心指令平移机构将直立的侧围载入料框相应物料放置格位，完成；PLC指令中心指令升降机构下降把侧围放置到料框相应物料放置格位安放平稳，完成；PLC指令中心指令料框自动移动装置将料框向前移动一个物料放置格位，使空的物料放置格位进入装载位置进行等待，完成；PLC指令中心指令平移机构载运的平移机构、夹持机构、翻转机构、升降机构平移回到翻转区域，完成；PLC指令中心指令夹持机构退回上夹持杆，完成；PLC指令中心指令翻转机构将直立的夹持机构翻转为平躺，完成。以上指令完成后，系统即完成一次侧围下线装框工作的全过程，等待下一轮操作工再按下系统的启动按钮，系统将又开始新一轮的装框工作。

3 全自动侧围下线装框系统详解与效益分析

下面结合图1和全自动侧围下线装框系统的结构做进一步说明。

全自动侧围下线装框系统中的平移行程导轨与固定座坚固地连接，主固定架与平移主动轮轴平移平衡轮轴坚固地连接，平移机构电机与平移主动轮轴驱动传动连接，平移主动轮轴平移平衡轮轴与主固定架轴承连接，升降滑杆套与主固定架坚固地连接，升降滑杆与升降滑杆套滑动间隙连接，升降滑杆与升降主体支架坚固地连接，升降电机与升降主体支架驱动传动连接，升降主体支架与夹持机构主体支架轴承连接，夹持机构、翻转机构联动轴与翻转机构、夹持机构传动齿轮坚固地连接，翻转机构电机与翻转机构、夹持机构传动齿轮驱动传动连接，夹持机构左上夹持蜗杆与夹持机构左上夹持头传动连接，夹持机构左上夹持电机与夹持机构左上夹持蜗杆驱动连接，夹持机构右上夹持蜗杆与夹持机构右上夹持头传动连接，夹持机构右上夹持电机与夹持机构右上夹持蜗杆驱动连接，夹持机构下夹持蜗杆与夹持机构下夹持头传动连接，夹持机构下夹持电机与夹持机构下夹持蜗杆驱动连接（如图1所示）。

平移主动轮轴、平移平衡轮轴分别与第一平移行程导轨、第二平移行程导轨滚动移动连接。翻转机构、夹持机构传动齿轮是一个四分之一齿轮（如图2所示）。

料框自动移动装置主体箱被坚固地连接，料框自动移动装置蜗杆与料框自动移动装置主体箱轴承连接，料框自动移动装置电机与料框自动移动装置蜗杆驱动连接，料框自动移动装置蜗杆与料框自动移动装置主动滑块传动连接，料框自动移动装置主动滑块与料框自动移动装置主体箱滑动间隙连接，料框自动移动装置横向定位滑块与料框自动移动装置横向定位滑杆滑动间隙连接，料框自动移动装置横向定位滑杆坚固地连接（如图3所示）。

料框自动移动装置主动滑块料框锁紧螺栓与料框自动移动装置主动滑块螺栓拧紧连接。料框自动移动装置横向定位滑块（28）是一个卡扣结构的装置（如图4所示）。

如图5所示，全自动侧围下线装框系统实施电路图中，平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构、料框自动移动装置的行程均设置有防错限位装置，人工控制手柄（33）、可编程控制器PLC（36）并联，人工控制手柄（33）、可编程控制器PLC（36）、电路总开关（34）、电源（35）串联；人工控制手柄（33）、可编程控制器PLC（36）、自动控制启动开关（37）、平移右限位器（41）、平移机构电机（5）、平移左限位器（42）、升降上限位器（43）、升降机构电机（8）、升降下限位器（44）、夹持机构左上夹持上限位器（45）、夹持机构左上夹持电机（13）、夹持机构左上夹持下限位器（46）、夹持机构右上夹持上限位器（47）、夹持机构右上夹持电机（16）、夹持机构右上夹持下限位器（48）、翻转竖立限位器（49）、翻转机构电机（18）、翻转平躺限位器（50）、夹持机构下夹持上限位器（51）、夹持机构下夹持电机（21）、夹持机构下夹持下限位器（52）、料框自动移动装置前限位器（39）、料框自动移动装置电机（26）、料框自动移动装置后限位器（40）、料框自动移动装置复位开关（38）串联；平移右限位器（41）、平移机构电机（5）、平移左限位器（42）、升降上限位器（43）、升降机构电机（8）、升降下限位器（44）、夹持机构左上夹持上限位器（45）、夹持机构左上夹持电机（13）、夹持机构左上夹持下限位器（46）、夹持机构右上夹持上限位器（47）、夹持机构右上夹持电机（16）、夹持机构右上夹持下限位器（48）、翻转竖立限位器（49）、翻转机构电机（18）、翻转平躺限位器（50）、夹持机构下夹持上限位器（51）、夹持机构下夹持电机（21）、夹持机构下夹持下限位器（52）、料框自动移动装置前限位器（39）、料框自动移动装置电机（26）、料框自动移动装置后限位器（40）、料框自动移动装置复位开关（38）并联，料框自动移动装置后限位器（40）、料框自动移动装置电机（26）、料框自动移动装置复位开关（38）串联。

在全自动侧围下线装框系统工作时翻转立起的侧围零件处于夹持机构左上夹持头、夹持机构右上夹持头与夹持机构下夹持头的夹持状态，当系统退回夹持机构下夹持头后，零件才被平移机构载入料框。侧围零件被平移机构载入料框的移动方向是自左向右穿越而入。料框的移动方向是前后移动，相对于侧围零件属于横向移动；料框自動移动装置主动滑块与料框立柱螺栓锁紧接触连接；料框自动移动装置横向定位滑块与料框横杆卡扣接触连接；只有侧围零件在料框零件格位存放安稳后，全自动侧围下线装框系统的可编程控制器PLC才会指令料框自动移动装置电机驱动料框自动移动装置蜗杆带动料框自动移动装置主动滑块拖移料框前行一个零件格位解除侧围零件对系统的平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构平移移动的阻挡，使系统的平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构可以顺利地退回到系统翻转区域，即系统的平移机构、夹持机构、升降机构、翻转机构的起始工作位置，等待下一轮对侧围零件的下线装框工作；如果料框装满，必须用人工方式把满料的料框移出料框自动移动装置工作区域位置，再按下料框自动移动装置复位开关使料框自动移动装置电机驱动料框自动移动装置蜗杆带动料框自动移动装置主动滑块回复到初始装框位置，并放入新的空料框，这时，全自动侧围下线装框系统又可以开始新一轮的侧围下线装框工作。

全自动侧围下线装框系统实现了全程全自动化的作业，作业过程不需要任何人员参与。

企业使用全自动侧围下线装框系统后，优化了目前汽车侧围下线方式。若以悬吊式简易机械助抬汽车侧围下线方式改进为例，将悬吊式简易机械助抬汽车侧围下线方式改进为使用全自动侧围下线装框系统，每班次生产可以减少1位操作工，若是三班倒运行，侧围生产就可以减少3位操作工。

若该企业员工的薪酬水平标准为48 854元/人·年的效益计算，将悬吊式简易机械助抬汽车侧围下线方式改进为使用全自动侧围下线装框系统后，该企业每年可以节约员工薪酬成本48 854元/人·年×3人=146 562元人民币。

根据全自动侧围下线装框系统的投资成本预算，建设全自动侧围下线装框系统的费用为5万元左右，所以投资后半年即可收回投资。

由于全自动侧围下线装框系统的定位夹紧、输送机构、升降系统、托持机构之间动作的匹配和互锁靠电气、液压、气动控制是集机、电、液为一体的全自动侧围下线装框系统，全程无需任何人员参与控制循环，工作效率高，生产安全可靠，经济实用。而且，全自动侧围下线装框系统是一个通用性较高的系统结构流程，该全自动侧围下线装框系统的结构流程完全可以适用于任何汽车侧围的自动下线装料架或直接输送到总拼台进行白车身焊装。在具体应用时，只要根据系统流程结构稍微制定符合现场实际的全自动侧围下线装框系统各部流程结构的结构具体尺寸，即可以实现系统的全部实际应用。

4 结语

通过对上述全自动侧围下线装框系统的分析，可以得出以下几点结论。

全自动侧围下线装框系统是一个全自动化的汽车侧围自动下线装置，不仅自动化技术水平高，而且能更好地保证产品制程过程的生产质量，实现了自动工作全过程，彻底解决了目前悬吊式简易机械助抬等汽车侧围下线方式劳动强度大、生产成本高、容易碰凹零件等缺陷，适用于任何汽车车型的侧围自动下线过程，大大节约了企业的成本，具有广泛的应用价值和推广价值。

参 考 文 献

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[责任编辑：钟声贤]