Automobile Technology & Material
车身零件积放式输送器的应用与设计
130013） （一汽模具制造有限公司，长春摘要：车身零件积放式输送器在焊装行业被广泛使用，主要用于料口人工上下件和自动区域衔接，应用形式多样，有水平托举式、水平悬挂式、倾斜式及竖直式等。对几种常见积放式输送器的结构特点和适用场合进行说明，并简要介绍此类设备的一般选型方法。此外，围绕典型的水平托举式积放链，阐述其具体结构组成和工作原理，并介绍其机械结构和电气控制设计的方法。
关键词：车身零件 积放式 选型方法 设计过程
中图分类号：U468.2+2 文献标识码：B 10.19710/J.cnki.1003-8817.20200188
DOI: 1 前言
近年来汽车市场竞争日趋激烈，汽车生产商不断探求新方法来提高自身竞争力，追求高自动化、高节拍已成为行业共识。在车身连接普遍使用自动机械手的今天，对于高纲领的自动化生产线来说，上料形式和区域衔接形式对其自动化程度和生产节拍的影响日渐凸显。
1
车身零件积放式输送器是 种集输送和缓存功能于一体的车身传输设备。其主要应用形式有
2
种：一是应用于自动线的人工上料口，二是应用于自动区间的零件传输。
对于高节拍的生产线，如果采用普通的单一夹具上料口，需要每个节拍上一次件，操作者就必须始终守在料口旁等待上件，否则就可能造成生产停顿。当采用积放式料口，因为其缓存功能，操作者可以在一个料口连续多次上件，零件自动到达取件位，操作者上件间隔拉长，这样就有时间完成其它积放式料口的上件。原本由多人完成的上
1
件工作由 人就能完成，提高了人员利用率，降低了生产成本。该设备还可用于自动区域之间的零件传递。因为其具备工件缓存功能，这样即使前序出现短时间停台，后序通过消耗缓存零件而不必连带停台；反之，当后序短时停台，前序生产零
件可以进入输送器缓存，也不必连带停台。这样能够有效减少前后区域之间的停台等待，提高生产线开动率，进而保证高节拍。随着积放链在焊装车间的应用越来越普遍，国内外的车身装备厂家提供了不少产品备选，其产品在功能性、工艺性和可靠性上均已比较成熟。2 积放式输送器的结构形式
4
焊装线积放链常见形式有 种，分别是水平托举式、水平悬挂式、倾斜式和竖直式，此外还有具备转弯和升降功能的设备产品。
2.1 水平托举式积放链
1，水平托举式积放链通常通过支腿固定
如图到地面上，料车托举车身零件在设备上层传输和积放，并通过下层返回，设备两端可实现料车向上和向下翻转。2.2 水平悬挂式积放链
2）与水平托举式结构
水平悬挂式积放链（图大体相同，不同之处在于零件悬挂于积放链下方，设备本体通过横梁架装在钢结构上。两者虽结构相似，但一般不能互换使用，主要受限于停止器位置及逆止器方向。
2.3 倾斜式积放链
3）采用料车斜置，一般用于
倾斜式积放链（图人工挂载较长的零件或者区域空间受限的情况。2.4 竖直式积放链4）采用料车竖直放置的结构竖直式积放链（图形式，其不仅具备倾斜式积放链工艺特点还加强了设备的柔性。这是因为料车始终保持竖直，不需要上下翻转，零件可在设备上循环输送。从空中俯视，料车在整个循环过程中运行轨迹始终保持水平。2.5 带转弯和升降功能的积放链
当现场空间受限或不便操作时，也可采用带5
转弯和升降功能的积放链，如图 所示。
3 积放式输送器的应用选型
积放链的应用选型涉及基本参数、料车工装设计和控制系统设计等。
3.1 积放链基本参数的确定
积放链的基本参数一般包括设备长度、宽度、料车数量、运行速度、停止器数量和位置等。
通常料车数量根据使用需要而定，人工上件的积放链需要考虑料车数量是否满足操作节拍，区域间衔接的积放链需要考虑生产线物流和车型传递等，同时也需要考虑现场空间。设备具体参数信息按照设备厂家提供的选型表逐一填写即
2 1）和
可，选型表一般包含 部分，即参数列表（表
6），参数列表用文字说明各项参数的
设备图例（图意义，设备图例则借助图片及标注展示各项参数对应的设备尺寸等以便于用户理解。
料车工装的设计
料车工装除需考虑零件挂载需求外，还需考虑设备料车的负载能力。料车的负载分为工装和
2
车身零件 部分，工装与料车刚性连接，始终随料车运动。通常情况下，设计工装需要计算料车空载（即只承载工装）和带件情况下的质量和中心分布，以及料车空载式的翻转力矩等。设备厂家会
7）和工装的
提供料车能承担的负载分布区间（图质量-重心高度要求（图8）。
2器人（简称机上机下）。这 种使用方式采用的控制和安全形式有明显不同，此外，按照具体工况每条积放链的使用形式可能略有不同。3.3.1
人上机下的积放链人上机下的积放链的上件端位于自动区围栏外侧，下件端在自动区内。操作者在上件端，空料车停在上件位，人工上件后通过拍按钮使得带件的料车向前传输，之后料车自动运行，经过缓存区通过仿形门到达下件位，机器人取件后料车向下翻转通过返回区返回上件端。料车的自动运行过程由程序设定，通过接近开关、检件开关和气动阻挡器等来实现。为了防止料车在翻转过程中伤人，上件端一般设有防护罩。
料车在进入下件端和返回上件端之前经过仿形门。下件端之前的仿形门用于检测工件是否摆放到位，零件不到位时会触发仿形门报警，防止因零件姿态原因造成下件端机器人无法取件或取件时发生碰撞。上件端之前的仿形门主要是为了防止人在料车翻转时与其过近，当人通过该仿形门靠近料车翻转区间时设备应自动停止运行。
3.3.2
机上机下的积放链
1 2
机上机下的积放链位于 个自动区内或者个自动区之间，上下件都有机器人完成，设备自动运行，正常工作时无需人为干预。同人上机下的积放链相比，料车的运行完全由程序设定，也是由检件开关、接近开关和气动阻挡器来实现运转。
3.4 其它注意事项
1
积放链是 个机械系统，各种使用工况对设备的要求不同，各个厂家的产品也各有其优劣。下面介绍一些影响设备的调试和使用的细节问题。
3.4.1
检件开关的选用多车型共线生产是车身制造的发展趋势，线体的柔性化对积放链的车型检测提出更多要求，光电开关是目前常用的检测方法。光电开关多种多样，
4
技术参数千差万别，选用时有 点需要注意。
a.光斑太大容易出现其它设备（如机器人抓具）干扰积放链运行或者开关对零件细节识别精度不够等问题，因此积放链选用的光电开关以激光光源为最
4mm
佳，其照射在工件表面只有一个直径 左右的点。
b.光电开关的检测距离需要根据工件和开关
的距离而定，各个厂家有各自不同的分档。根据工件的检测难度不同，光电开关的检测距离可以选择检测距离是否可调，对混线生产的积放链通常建议选用检测距离可调的光电开关。
c.部分光电开关支持窗口检测模式，即用户可
以在开关的测量范围内选择触发开关的距离区间，此类开关一般应用在多车型共线且零件识别特征不明显或出现层叠的情况。
PNP NPN 2
d.开关一般分 和 种输出形式，有的产品可互换。选择开关前需要结合线体的通讯协议确定信号输出形式。
3.4.2
上件端的料车存放数量通常情况下，料车返回上件端的翻转过程用时较长，如果上件端只有一个空料车的存放空间，
2
则容易造成前后 次上件之间需要等待空料车从积放链下层经过翻转运行到上件位，部分用户对此不能接受。这时可以采用双料车位形式的上件
9
端，如图 所示。上件位的料车上件放行后，后面上件等待位的料车可以快速到达上件位，避免了等待，有利于提高上件速度。3.4.3
停止器的数量
10）用来控制料车前进或停止，在
停止器（图
1
积放链的缓存区和返回区会出现 个停止器阻挡多个料车的情况。由于停止器的阻挡能力有限，在选用积放链时需要注意停止器的最大阻挡数量，必要时增加阻挡器，避免出现缓存区无法排空
介绍水平托举式积放链（以下简称积放链）的设计过程。设计前需要确定积放链的运行参数，如速度、宽度、长度等。
4.1 托举式积放链的结构组成及运动原理
11）由基架、驱动系统、
水平托举式积放链（图限位机构（多个）、料车（多个）、润滑系统、控制系
7
统和防护系统等 个部件组成。
积放链以普通三相异步电动机作为动力源，链条作为主要传动介质，在工作过程中电机带动
12
链条始终保持运转。如图 所示，每个料车底部
4
都装有 个滚轮，用来承担料车及其上部的负载。料车的水平运动靠链条推动阻尼链轮实现，其前进或停止通过气缸驱动挡块的旋转来控制。阻尼链轮由普通链轮和磁滞阻尼器构成，当阻力不大时，阻尼器可以防止链轮旋转，这样链轮就可在链条推动下带动料车水平行走；而当料车受到挡块阻挡，阻力超过阻尼器的阻尼上限，阻尼链轮开始旋转，料车会停止运动，直至挡块移开。
13）,
料车每次到达输送器的一端时（图 料车滚轮会在导向槽的导引下进入圆弧轨迹；与此同时，料车中部的齿形板与轴上的环形链条进入啮合，料车在环形链条的带动下完成翻转动作。翻转完成后，齿形板与环形链条脱离，料车仍然只靠阻尼链轮带动前进。这样的运动设计既能保证料车正常传输又避免其在缓存时给系统造成过大负载，降低了系统能耗，增强了系统可靠性。积放链的控制方案
4 1
积放链由 个功能区组成 个封闭循环，分别是上件区、缓存区、下件区和空料车返回区，各区
3
之间主要通过 组机械限位机构隔开。每个区的末端位置都有接近开关，用于检测是否有料车在位。各区前端也有接近开关，用来检测料车是否存满，当料车存满，前端接近开关将通过控制区域前端的机械限位阻止料车进入该区。在上件区和机械手抓件区还装有光电开关，用来检测料车上是否已放工件。上件区的光电开关用来判断该区末端位置的料车是否带件，有件则开关触发，料车可以继续前进进入缓存区，否则等待上件；抓件区的光电开关用来控制机械手是否可以进行取件动作。此外，在系统必要位置需要加安全开关以保
14
护操作人员及设备。图 为积放链检测开关布
4
局示例，图中的检测开关用 位代号表示，代号前
2 2
位用于区分位置和功能，后 位为检测开关编
2 ，“1S”代
号。代号前 位中 表设备关键位置状态
检测开关，“2S”代表上件区料车检测开关，“2Z”代表上件区零件检测开关，“3S”代表缓存区料车检测开关，“3Z“代表缓存区零件检测开关，“4S”代表下件区料车检测开关，“4Z”代表下件区零件检测
开关。
4.3 关键设计步骤
4.3.1
电机选型积放链的驱动系统由电机、链条、链轮及轴等部分构成，设备工作时电机持续带动链条转动。
3 2 1
链条为 排并列式，其中 排用于链轮间传动，另排用于驱动料车。以下是电机选型步骤。
a.确定电机减速比i。πdn i= 0 （1）
v
式中， v为链条行走速率，根据用户规划要求一
4.2 ～9 m/min
般为 ；d为驱动链轮分度圆直径，与连接结构设计有关；n 为电机额定转速，一般取
0
1 450 rpm。根据计算结果，参照电机选型样本选取接近值作为减速机减速比。b.计算电机输出扭矩T 。
D
3电机机械负载主要来源于 个方面：料车行走驱动力（即磁滞阻尼器极限扭矩）、料车翻转扭矩负载和传动机构摩擦力。摩擦力可以忽略。综上，电机负载扭矩T 公式如下。
D
=2 + mgr （2） T NT
D 0
式中，N为料车个数；T 为磁滞阻尼器极限扭矩；m
0为单个料车及其负载总质量；R为单个料车及其负载重心与翻转轴间距。
c.计算电机功率
P。n 0k
= 2π TD 3
P （ ）
60i
1.2～2。
式中，k为使用系数，一般取根据计算结果，参照电机样本选择电机功率，确定减速机型号及相关附件。
4.3.2
传动链条选型3积放链采用的是 列组合链条，依据电机的输出扭矩折算成拉力乘以一定的安全系数后可计算出链条的拉力负载，计算公式如下：
K·TD
= （4）
F
R
式中，F是链条承受拉力；K是安全系数，一般取
4～5。
根据相关样本，确定链条的规格型号。
4.3.3
基架
6061
积放链的基架采用 铝型材，其上安装有支撑架、料车导轨、链条导轨及其他部件。主框架铝型材根据使用要求设计截面形状尺寸，委托专业型材厂家制造。料车导轨采用合金钢板材，要求平面度高，耐磨性好。链条导轨采用超高分子
量聚乙烯(UHMWPE)，具备优异的耐磨性，同时有
利于设备的轻量化。
1m
积放链的框架由支腿撑起，间隔 左右，为防止型材的形变影响料车运行，设计过程需要对其做
15、图16
变形和应力分析，分析示例如图 所示。4.3.4
料车托盘料车用于积放链与工装夹具的连接，对于工装的重复定位精度具有决定性影响。因此，对料车托盘的加工一致性和整体刚性都有很高要求。
同时，为提高单托盘的承载能力以及降低设备整体能耗水平，托盘要尽量做到轻量化。托盘主体采用钢质钣金结构，重量轻，刚性好。5 结束语积放式输送器在车身焊装领域的应用已经十
· 63 ·分普遍，其在提高自动化车身生产线的开动率，优化人力成本等方面作用明显。以线间缓存为基础的拉动式生产方式为国际先进汽车制造企业所采用，积放链是其中不可或缺的关键环节。近年来，国内汽车制造商也加强了积放链的应用，收到良好效果。国内的线体集成商和装备制造企业也纷纷投入资源进行积放链的自主开发，对打破国外车身装备公司的技术垄断、服务自主车企意义重大。在可预见的未来发展中，积放链仍将是车身制造业的一项重要装备。