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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告
課題名稱(chēng)
EA系列發(fā)動(dòng)機(jī)缸體氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
東風(fēng)汽車(chē)設(shè)備專(zhuān)用廠 （21廠）
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
T913-5
學(xué) 號(hào)
20090130531
學(xué)生姓名
熊靜靜
指導(dǎo)教師
趙國(guó)華
完成日期
2013.3.10
一、 課題來(lái)源、目的、意義
1． 課題的來(lái)源
本課題針對(duì)東風(fēng)汽車(chē)設(shè)備專(zhuān)用廠制造EA系列發(fā)動(dòng)機(jī)缸體裝配線中的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)在裝配過(guò)程中，通過(guò)翻轉(zhuǎn)機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)面的裝配、加工等工作。
2． 本課題研究目的
通過(guò)對(duì)本課題的研究，可以在裝配過(guò)程中，減少人工翻轉(zhuǎn)工件的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)，提高工作效率。翻轉(zhuǎn)機(jī)采用氣壓動(dòng)力完成工序所需的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。翻轉(zhuǎn)角度較為精確，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
3．本課題研究的意義
隨著企業(yè)裝配作業(yè)自動(dòng)化程度的提高，氣動(dòng)系統(tǒng)以其輕巧、價(jià)廉、無(wú)污染，電氣操作簡(jiǎn)便、快捷、省力的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正越來(lái)越被重視與推廣。EA系列發(fā)動(dòng)機(jī)缸體在裝配過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)將缸體由水平放置向垂直方面翻轉(zhuǎn)90°的翻轉(zhuǎn)操作。原先此操作均由人工完成，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。目前，設(shè)計(jì)一臺(tái)由氣動(dòng)系統(tǒng)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體翻轉(zhuǎn)機(jī)，以便自動(dòng)完成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的搬運(yùn)和翻轉(zhuǎn)。
二、 國(guó)內(nèi)外概況、預(yù)測(cè)和文獻(xiàn)綜述
眾所周知，工業(yè)化的基礎(chǔ)是機(jī)械化、自動(dòng)化，并隨著社會(huì)科技的發(fā)展，信息化也逐漸成為了工業(yè)化不可缺少的組成部分。在新的世紀(jì)里，科學(xué)技術(shù)必將以更快的速度發(fā)展，而它的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為“四個(gè)化”：柔性化、靈捷化、智能化、信息化。即使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產(chǎn)品的需要，使其與環(huán)境協(xié)調(diào)的柔性，使生產(chǎn)推向市場(chǎng)的時(shí)間最短且使得企業(yè)生產(chǎn)制造靈活多變的靈捷化，還有使制造過(guò)程物耗、人耗大大降低，高自動(dòng)化生產(chǎn)，追求人的智能于機(jī)器智能高度結(jié)合的智能化以及主要使信息借助于物質(zhì)和能量的力量生產(chǎn)出價(jià)值的信息化。
為了上能力，上水平，十年前東風(fēng)公司由美國(guó)康明斯公司引進(jìn)了先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)B系統(tǒng)4B和6B產(chǎn)品及技術(shù)，并引進(jìn)了先進(jìn)的摩抹滾輪裝配線。據(jù)說(shuō)，在美國(guó)康明斯公司該裝配線上的關(guān)鍵設(shè)備---180°翻轉(zhuǎn)機(jī)格外搶眼，它是一個(gè)跨線體龍門(mén)式的龐然大物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精良，外部罩有鋼絲網(wǎng)罩，并懸掛著“禁止拍照”的牌子，價(jià)格十分昂貴。
摩擦滾輪裝配線是全套引進(jìn)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，而發(fā)動(dòng)機(jī)總成翻轉(zhuǎn)機(jī)卻是自引開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，要自引開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)這一關(guān)鍵設(shè)備與先進(jìn)的洋裝配相匹配，確實(shí)有難度，參看我們的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的翻轉(zhuǎn)，或許能得到些許啟發(fā)。EQ140汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配工藝方式不同，裝配線形式也有別，翻轉(zhuǎn)機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)裝配線不適合，要么結(jié)構(gòu)不良，故障多，還常掉總成；要么占地面積大，噪聲高，用戶(hù)不中意。再看看外地的柴油機(jī)廠家的情況吧，因品種多，批量不是很大，沒(méi)有適合大批量的專(zhuān)用翻轉(zhuǎn)機(jī)，只有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易的通用翻轉(zhuǎn)架，全靠人工翻來(lái)轉(zhuǎn)去。
隨著發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)的全面深入，對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)的壓力更大了。時(shí)間緊，難度大，缺參考，少借鑒，反復(fù)閱讀裝配工藝流程和技術(shù)協(xié)議書(shū)，細(xì)心研讀6B和4B產(chǎn)品總成圖以及相關(guān)產(chǎn)品零件圖，找出相關(guān)尺寸及4B和6B兩個(gè)產(chǎn)品在空間所占位置和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所需空間，確定兩個(gè)產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不能發(fā)生干涉的最小范圍，既要考慮4B和6B產(chǎn)品能通用，又要照顧到90°翻轉(zhuǎn)機(jī)能最大限度的通用。尤其是當(dāng)時(shí)的環(huán)境，用戶(hù)提供不了食物產(chǎn)品的情況下，絞盡腦汁，從構(gòu)思草圖到初步方案，從焊接結(jié)構(gòu)到鑄造結(jié)構(gòu)，加之用戶(hù)本身吃不透的多次變更，經(jīng)多次磋商和討論，通過(guò)加班加點(diǎn)、廢寢忘食，最終開(kāi)發(fā)出了立柱橫梁式柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)總成180°翻轉(zhuǎn)機(jī)。
180°立柱橫梁式翻轉(zhuǎn)機(jī)首輪開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)制造并一舉調(diào)試成功，同時(shí)也較成功地派生出了90°柴油發(fā)動(dòng)機(jī)總成的翻轉(zhuǎn)機(jī)。而且為后來(lái)的許多項(xiàng)目提供了模式或借鑒翻版。先后為專(zhuān)用設(shè)備廠和社會(huì)各用戶(hù)增添了不少有形或無(wú)形效益，也為汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展做出了自己的貢獻(xiàn)。據(jù)悉，美國(guó)180°翻轉(zhuǎn)機(jī)很復(fù)雜，很高大，精度很高，占地面積大，價(jià)錢(qián)昂貴，而我們的180°翻轉(zhuǎn)機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，較小巧靈活，占在地面積小，造價(jià)低，很能解決問(wèn)題。
三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及可行性分析
1.課題分析
隨著汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各汽車(chē)廠總裝線不斷進(jìn)行技術(shù)改造。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配式，需要上下、內(nèi)外各面裝配，于是發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)已成為不可缺少的重要設(shè)備。發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)，其原理是氣缸夾緊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)，氣缸松開(kāi)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使缸體移出翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。以上是機(jī)械動(dòng)作，所有動(dòng)作均通過(guò)PLC來(lái)控制。要求在裝配過(guò)程中，減少人工翻轉(zhuǎn)工件的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)，提高工作效率。
2.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
本課題的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)計(jì)。課題要求當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝在托盤(pán)上，在生產(chǎn)線上進(jìn)行流水作業(yè)時(shí)，為了完成各個(gè)面的加工、裝配工作，需要在某個(gè)工位將其翻轉(zhuǎn)至需要的角度；當(dāng)托盤(pán)帶著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)至一特定位置時(shí)，采用傳感器測(cè)量，通過(guò)氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)開(kāi)始實(shí)行自動(dòng)化翻轉(zhuǎn)。
方案一：發(fā)動(dòng)機(jī)的提升靠翻轉(zhuǎn)機(jī)上的提升氣缸帶動(dòng)，該提升氣缸帶動(dòng)橫梁，從而提起發(fā)動(dòng)機(jī)。其方案圖2.1如下所示：
垂直導(dǎo)向桿
橫梁
頂部框架
提升氣缸
圖2.1 方案一的方案圖
方案二：在翻轉(zhuǎn)工位布置一舉升定位裝置，這樣可簡(jiǎn)化翻轉(zhuǎn)機(jī)的機(jī)構(gòu)，取消其夾緊機(jī)構(gòu)部分有上升、下降功能。其方案如圖2.2所示。
圖2.2 方案二的方案圖
3. 可行性分析
方案一：
(1)該裝置是通過(guò)翻轉(zhuǎn)機(jī)上的垂直移動(dòng)氣缸，通過(guò)兩個(gè)垂直導(dǎo)向桿，帶動(dòng)橫梁上下移動(dòng)。從而帶動(dòng)擴(kuò)架，最終帶著發(fā)動(dòng)機(jī)上下移動(dòng)。
(2)翻轉(zhuǎn)機(jī)的氣壓系統(tǒng)中氣壓缸設(shè)置了雙向緩沖裝置,采用了同步動(dòng)作回路,使翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)平穩(wěn),提高系統(tǒng)的安全性和可靠性;
方案二：
在裝配線上，為了使與之相配的單機(jī)能高效準(zhǔn)確地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行裝配工作,提高生產(chǎn)效率，這就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的二次定位提出了較高的要求；同時(shí)為簡(jiǎn)化翻轉(zhuǎn)機(jī)的機(jī)構(gòu)，該舉升定位裝置就是為滿足這一要求而設(shè)計(jì)的。
舉升定位裝置應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配輸送線中，其功能是將托盤(pán)精確定位、舉升脫離線體后，協(xié)助單機(jī)完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作。該設(shè)備主要由動(dòng)力裝置(舉升氣缸)、舉升機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)等幾部分組成。
該方案工作原理：
當(dāng)托盤(pán)（放置有發(fā)動(dòng)機(jī)）運(yùn)行到舉升定位裝置上方時(shí),該工位處的占位接近開(kāi)關(guān)向舉升氣缸發(fā)出占位信號(hào)，由舉升氣缸上的磁性開(kāi)關(guān)控制舉升氣缸動(dòng)作，通過(guò)舉升機(jī)將內(nèi)裝托盤(pán)舉升到位。在此過(guò)程中，定位機(jī)構(gòu)可準(zhǔn)確地對(duì)內(nèi)裝托盤(pán)進(jìn)行定位，并使內(nèi)裝托盤(pán)脫離線體；同時(shí)由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)保證舉升動(dòng)作的平穩(wěn)性。舉升到位后，舉升氣缸上的磁性開(kāi)關(guān)向翻轉(zhuǎn)側(cè)移機(jī)發(fā)出舉升到位信號(hào)，翻轉(zhuǎn)機(jī)工作,完成既定動(dòng)作后，并將該信號(hào)通過(guò)接近開(kāi)關(guān)發(fā)給舉升氣缸，由磁性開(kāi)關(guān)控制舉升氣缸動(dòng)作，使舉升機(jī)構(gòu)下降將內(nèi)裝托盤(pán)放回到輸送線體上，此時(shí)托盤(pán)已脫離舉升回轉(zhuǎn)裝置，由輸送滾輪將內(nèi)裝托盤(pán)傳送到下一個(gè)工位。舉升回轉(zhuǎn)裝置在原始位置等待下一個(gè)托盤(pán)。以此循環(huán)往復(fù)。
該方案械設(shè)備特點(diǎn)：
一般翻轉(zhuǎn)機(jī)在夾緊單元夾緊工件后，要提升一定高度，使工件與托盤(pán)拉開(kāi)一定距離，留出翻轉(zhuǎn)空間。夾緊單元的提升是利用電機(jī)加齒輪、齒條的方式實(shí)現(xiàn)。夾緊單元整體的側(cè)移也是利用電機(jī)加齒輪、齒條的方式實(shí)現(xiàn)，工件的翻轉(zhuǎn)是利用伺服電機(jī)加齒形帶的方式實(shí)現(xiàn)的。本翻轉(zhuǎn)機(jī)有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：
①取消了翻轉(zhuǎn)機(jī)上的提升動(dòng)作，改由舉升定位裝置實(shí)現(xiàn)。而舉升定位裝置采用氣缸舉升，沒(méi)有提升電機(jī)，使翻轉(zhuǎn)側(cè)移機(jī)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化；
②翻轉(zhuǎn)動(dòng)作采用旋轉(zhuǎn)氣缸加液壓緩沖器及機(jī)械擋塊控制翻轉(zhuǎn)前后位置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便、可靠；
③垂直夾緊缸采用帶鎖氣缸，夾緊安全可靠；
④全部結(jié)構(gòu)采用氣缸加直線導(dǎo)軌的方式，結(jié)構(gòu)緊湊，重復(fù)精度高；
⑤沒(méi)有齒輪、齒條的加工，機(jī)械加工成本降低；
⑥沒(méi)有電機(jī)，特別是沒(méi)有伺服電機(jī)，使電器控制難度及電器成本大大降低；
⑦使用費(fèi)及維護(hù)成本得到降低；
⑧全部電磁閥裝在一個(gè)集裝板上，避免了電磁閥因數(shù)量較多而產(chǎn)生凌亂現(xiàn)象。
難點(diǎn)：
①整體動(dòng)作復(fù)雜，動(dòng)作程序需要合理考慮；
②如何在有限的空間內(nèi)合理布置各氣缸；
③垂直夾緊單元的同步問(wèn)題需要解決；
④兩翻轉(zhuǎn)氣缸的同步問(wèn)題需要解決。
綜上，兩種方案都能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)線上的翻轉(zhuǎn)，但方案二中的該種翻轉(zhuǎn)機(jī)一般采用龍門(mén)結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度高，行走裝置及提升重量較大，外購(gòu)件成本高，電器控制難度大，維修調(diào)試?yán)щy。故綜合比較下選擇方案一.
4、 預(yù)計(jì)達(dá)到的要求及預(yù)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)
1.預(yù)計(jì)需達(dá)到要求、技術(shù)指標(biāo)
在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中，通過(guò)翻轉(zhuǎn)機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)每個(gè)面的裝配、加工等工作，以減少人工翻轉(zhuǎn)工件的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)，提高工作效率。翻轉(zhuǎn)機(jī)由人工完成工件的進(jìn)出，采用氣壓動(dòng)力完成工序所需的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。翻轉(zhuǎn)角度較為精確。
2.預(yù)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)
1）保證發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)的各點(diǎn)位位置精度，保證翻轉(zhuǎn)角度誤差小。
2）如何保證各步驟有序工作的控制技術(shù)。
五、課題研究進(jìn)展計(jì)劃
序號(hào)
設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng)
日 期
1
熟悉、分析畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體技術(shù)要求；調(diào)研、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和設(shè)備；初步制定課題方案完成開(kāi)題報(bào)告。
14/1-10/3
2
確定課題總體方案。進(jìn)行方案的優(yōu)劣分析、比較；最終選擇確定應(yīng)用方案.
11/3-24/3
3
翻譯與專(zhuān)業(yè)相關(guān)外文資料一份;進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理，最后完成總體設(shè)計(jì)的總圖。
25/3-14/4
4
進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算；進(jìn)行主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。
15/4-28/4
5
整理設(shè)計(jì)資料；撰寫(xiě)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
29/4-12/5
6
整理、檢查、匯總畢業(yè)設(shè)計(jì)資料、交畢業(yè)設(shè)計(jì)資料.
13/5-26/5
7
準(zhǔn)備畢業(yè)答辯并整理資料。
27/5-2/6
六、應(yīng)閱讀的主要參考文獻(xiàn)
1．《機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社，2010年。
2《裝配輸送自動(dòng)線設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社，2009年。．
3..郭景坤，董芳亮。大型自動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J].一重技術(shù)，2009,132（6）：20-22
4.曾岸，成國(guó)真，何文杰。液壓自動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)的研制[J].機(jī)械開(kāi)發(fā)，1998，（4）23-25