肖坤 邢汶平 吴贵生
安徽江淮汽车股份有限公司技术中心工艺工程院
【摘要】悬挂输送机系统在产量大、连续性的汽车零部件涂装生产线中应用较多，包括发动机、车桥、车架等涂装生产线。本文针对汽车车桥涂装生产线简要介绍提式悬挂输送机系统的原理、构成、特点以及在生产线上的工艺要求，并针对提式悬挂输送机系统的缺点进行探讨。
【关键词】悬挂输送机，连续式，汽车车桥，涂装生产线
0、引言
在汽车零部件涂装生产中，因工件尺寸较小、多品种、大批量生产，通常采用悬挂输送机系统进行生产。悬挂输送系统又分为提式悬挂输送系统和推式悬挂输送系统，一般推式悬挂系统又称为积放式悬挂输送系统，在非工艺过程中可以实现快速运输、积放存储，在工艺生产过程如前处理、电泳等工序，可以按照工艺节拍程序来运行，同时可以实现装卸料的自动化，但成本相对较高。而提式悬挂输送系统的牵引链通过水平、垂直或倾斜的改向装置构成与架空轨道线路相同的闭合环路，在架空轨道的倾斜区段内设有捕捉器，牵引链一旦断裂捕捉器即挡住滑架，防止物品下滑。但该输送系统不能将物品由一条输送线路转送到另一线路，同时速度较为单一，但此种输送系统结构相对简单，造价较低，运行稳定性较好。
针对车桥涂装生产线而言，因工艺流程相对简单，可采用提式悬挂输送机，实现车桥涂装过程中的上下件转挂，及车桥在前处理、喷漆、烘干等工序的工艺输送等功能要求。
1、提式悬挂输送机输送系统简介
1.1提式悬挂输送机输送系统基本原理
提式悬挂输送机系统一般在空载返回线上装载驱动装置提供动力，生产线过长时应考虑多驱动模式，通过牵引链条在架空轨道上运动，牵引链条上接有滑架，滑架连接有装载工件的吊具。在驱动电机的运行下，悬挂输送机连续性通过各道工序，并通过轨道升降、回转装置实现升降、转向等功能。
1.2提式悬挂输送机输送系统构成
提式悬挂输送机系统主要由牵引链条、滑架、吊具、架空轨道、驱动装置、拉紧装置、和安全装置等组成
1.3提式悬挂输送机系统优点、缺点
1.3.1优点
悬挂输送机与其他输送机相比较，具有如下优点：
1）能够形成复杂的空间线路，按照车桥涂装生产线上线、前处理、水分烘干、遮蔽、喷漆、流平、面漆烘干、下线等工序，较容易布置线路，工艺可调整性强。
2）线路可以很长，通过增加驱动装置数量，单驱动装置时可达400~500m，多驱动装置时可达1000~2000m，国内已有应用四级拖动的生产线实例。
3）不占用地面生产面积，依靠屋架、墙柱、设备钢立柱或室体横梁搭建空中轨道，且全线紧靠驱动装置拖动，动力消耗较小。
4）运行速度范围大，从0.015m/s到0.5m/s均可调节，并可以实现工件输送和各种工艺作业的高度自动化和机械化，组成连续性、有节奏的生产。
1.3.2缺点
1）全线系统金属材料耗量比较大，同时因空间线路存在复杂性，安装、维修和管理要求高。
2）提式悬挂输送机系统的结构简单、尺寸也较小，只能按照涂装工艺确定的单一的速度和固定的节距运行，很难实现工件节距和速度根据工艺需要进行变化和调整，如喷漆区域节距加大，烘干区域节距减小等。
本文以公司最新设计的一条前桥涂装线采用提式悬挂输送系统的设计输入、驱动、张紧等计算等进行分析和探讨。
2、提式悬挂输送机系统设计输入
车桥作为卡车零部件产品，涉及到机加工、涂装、总装等三大工艺过程，车桥在机加工车间完成部件加工后转到装配线组装完成，成品通过悬臂吊人工上线到涂装悬链输送机输送系统，完成涂装作业后，再通过自行小车系统，送至总装车间完成整车装配工作。
2.1 涂装设计参数确定
2.1.1产品及产能规划
作为卡车车桥涂装生产线，用于生产各类型车桥产品。此涂装线设计规划产能达年产10万台，产品最大尺寸在2200mm*500mm*500mm。按年工作时间250天，每天16小时计，设备开动率为90%，小时产能为：100000/250/16/0.9=27.8JPH，生产节拍为：3600/27.8=129.5s/台。
2.1.2工艺流程涂装工艺流程为：上件-遮蔽-脱脂-水洗-防锈-水分烘干（80℃/10min)-遮蔽-产品识别-面漆喷涂-流平-面漆烘干-强冷-下遮蔽-检查-下件。
2.1.3确定工件节距和链速
经对工艺过程进行分析后，工件最大节距取决于喷涂过程所需的距离，车桥的产品尺寸最大为2200mm，同时采用机器人喷涂时，工件间需要预留800mm的机器人喷涂空间，最终确定工件节距为3000mm。
按生产节拍为129.5s/台，确定出输送链速度为1.39m/min。
2.2 输送系统的各工艺段高度确定
前处理：在脱脂、水洗过程中，因悬挂工件连续通过，各工艺段均采用喷淋工艺，为保证清洗效果，喷嘴需布满工件四。
烘干段：水分烘干及面漆烘干段室体结构相同，采用地面直通式烘干炉，烘干喷嘴布满工件四周。
人工遮蔽：人工作业岗位，不单独设置遮蔽室体，在进入机器人喷漆作业前对车桥某些部位（包括螺丝、孔等）进行遮蔽，防止喷上漆以便后期总装装配及使用。
喷漆：喷漆室采用水帘式喷漆室，分为机器人自动喷涂段及人工补喷段，自动喷涂段段共两台机器人，负责工件各单侧喷涂工作。
上下线：上线直接采用悬臂吊人工辅助从机加工线下线处吊挂到悬链上，下线也采用悬臂吊人工辅助下线，然后利用空中行车输送到存储区。
2.3输送系统的总图确定
涂装各工艺设计参数确定后，输送系统总图如下所示，全线由履带驱动装置提供动力，在工件上件前拐弯段设置张紧装置，各工艺段高度通过输送线轨道升降爬坡实现。
3、提式悬挂输送机系统的详细设计
3.1 张紧系统设计
3.1.1张紧系统的设计要点
张紧装置是用来改变悬挂输送机由于链条的磨损、温度升高时热胀冷缩所引起的链条长度的伸长而造成张紧的装置。车桥输送线采用重锤式张紧装置，它是由活动框架、支撑框架、滑轮、链轮、重锤及伸缩接头组成。
3.1.2张紧力的计算
假设输送机每米长度上的计算载荷在空载分支上为qk（Kg/m），而在负载分支上为qf（Kg /m），则
式中 Gk——负载滑架的自重量（Kg）；ql——单位长度上牵引链条的自重量（Kg ）；
Gn——空载滑架的自重量（Kg ）；n—— 吊挂间距T内的空载滑架数量；
T——吊挂间距（m）；Gf——吊具间距T内的负载量（包括吊具等）（Kg ）。
于是，输送机的最大计算张力Fmax可按逐点计算法确定
Fmax= F0γ+C*9.8(qf*Lf + qk* Lk )(1 + Aγ) +9.8*( qf + qk)( HP - HZ)
式中 Fmax——牵引链条最大张力（N）；F0——牵引链条的初张力，一般取1000N；
γ——局部阻力总作用系数 γ=ψx*ζy*λz
ψ——垂直转向处的阻力系数，一般取1.035；
ζ——水平转向处的阻力系数，一般取1.03；
λ——水平滚子阻力系数，一般取1.07；
x——垂直转向数量（一个垂直转向算2次）；
y——水平转向数量；z——水平滚子转向的数量；
C——直线段运动阻力系数，一般取0.025；
Lf——负载段水平投影长度（m）；Lk——空载段水平投影长度（m）;
A——经验系数。当x+y+z≤5时，A=0.5，当x+y+z＞5时，取A=0.35；
HP——上件点标高；Hz——下件点标高；
根据工艺布置图，确认x=0、y=12、z=1，则x+y+z=13＞5，A取0.35。
γ=ψx*ζy*λz =1.0312*1.07=1.525
车桥上线点、下线点标高一致，HP=HZ=1.4m，则HP-HZ=0
车桥和吊具总重460 Kg，滑架自重4 Kg，可得：
qk=(Gk+n Gn)/T + ql=（2*4+0）/3 + 9=11.7 Kg
qf= qk + Gf/T=11.7+460/3=165 Kg
其中，Lf =196m、 Lk=67m，最终计算出最大牵引力Fmax=13974N
根据计算出的输送机最大张力Fmax =14KN应小于链条的许用拉力原则，应选取输送机XT160规格型号，链条许用拉力为25KN＞Fmax。
3.2 驱动系统设计
3.2.1驱动系统的设计要点
悬挂输送机的驱动装置一般放置在线路张力的最大处，即重载段的末端，使整个线路上不得出现负张力。车桥线全长为263m，设置一个驱动装置。
3.2.2驱动功率的计算
驱动功率（kW）按下式计算
P=FVmax/1000η
式中 F——驱动链轮上的圆周力（N）；Vmax——输送机最大速度（m/s）；
η——传动机构效率，取η=0.70-0.80。
F可采取近似计算确定
F= Fmax—F0
其中，Fmax——牵引链条最大张力（N）；F0——牵引链条的初张力，一般取1000N；
将Fmax、F0、Vmax数值代入计算公式可得P为0.414kW，为保证电机正常启动，选取减速电机（以西门子为例）规格型号为DF148Z48-M90S4/r=2.5min-1/P=1.1 kW。
3.3牵引链条
牵引链条是用来传递动力的重要构件，选择与否得当，将直接影响输送机的寿命及性能。而且由于悬挂输送机的线路为空间线路，要求牵引链条在水平方向和垂直方向都应具有很好的挠性。牵引链条通常采用可拆链和双绞接链，上述汽车车桥线输送机系统为XT160型号，选用可拆链，链条节距为153.2mm规格，安全系数＞10。
3.4滑架
可拆卸链条的滑架用来支撑货物的吊具，并使它沿着架空轨道运行，或者用来支持链条质量，以免链条产生过大的挠度，前一种称为载重滑架，后一种称为空载滑架。
3.5吊具
吊具是用来放置被输送货物的一种装置，所以要按货物的性质、形状、大小和工艺特点进行设计。吊具的结构形式繁多，如可制成架子、槽、吊钩、杠杆式夹头、链式拉杆和吊带等各种形状。汽车车桥吊具可采用吊钩方式，简单实用。
3.6架空轨道
提式悬挂输送机的线路均为单线线路，可拆线链的架空轨道采用16#工字钢。架空轨道可以固定后连接在屋架上、墙上、柱子上或借用室体横梁等。
3.7回转装置
转向装置的作用，是使悬挂输送机在水平面内转向，且大多采用转向链轮、滑轮或滚柱组来实现。
对于采用可拆链作为牵引构件的输送机，常用标准齿廓的链轮作为转向装置。这种转向装置阻力小，对链条磨损小，使用寿命长。车桥线水平面基本全部采用90°水平转向，除面漆烘干内90°水平转向需采用滚柱组转向装置外。
3.8安全装置
安全装置的作用是保证输送机本身及工人的操作安全，在驱动轮上或传动装置中装设一个保险销，在超过计算牵引力20%~30%时，销子即被切断。
当牵引链条断裂或偶然松脱时，位于上升段或下降区段的牵引链条、滑架及吊具就会在自重的作用下滚向下方而造成事故，为了防止这种情况发生，在上升区段和下降区段，均应装有特种安全装置——捕捉器。
4、运行存在问题及建议措施
提式悬挂输送机在运行使用中应定期注意维护保养工作，一是链条润滑工作，二是张紧装置自动补偿能力。前者因链条通过烘房后，润滑油因高温挥发，导致输送机工作在欠润滑状态，严重时造成链轮与轴互相摩擦损耗，损坏输送机并出现卡链甚至拖不动的故障，建议设置自动注油器并设兼职润滑工定期进行润滑，保证输送机较好状态正常运行；后者因输送机一直处于不停运行状态，链节磨损使链条逐渐变长，当磨损累计到一定程度，变长链条导致张紧装置丧失自动补偿能力，链条堆链造成卡链故障，建议安排维修工定期检查张紧装置的补偿能力，必要时卸掉部分链节，使张紧装置具有足够的自动补偿能力，保证输送机正常运行。
5、结语
作为连续式的输送方法，提式悬挂输送机系统设备结构简单、尺寸较小，在汽车零部件大批量生产中应用较广。此外，为满足在节奏上完全不同的单独运输线路和工艺线路，并使货物能够自动寄送、储存，则可采用采用积放式悬挂输送机，但成本也相应提高较多。因此，需综合考虑生产和投资，选择合适的悬挂输送机系统输送线。
文章发表于《现代涂料与涂装》2016年第6期
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