何晨曦

浅析模块化轮胎螺母自动排序监控设备对总装的影响

何晨曦

（上汽通用汽车有限公司，上海 200000）

模块化轮胎螺母自动排序监控设备拥有监控提示，实现了轮胎工位不同类型螺母供料的自动排序及监控，优化了汽车生产线轮胎工位的生产工艺，提高了轮胎螺母供料效率，具有很好的拓展性。该设备具有很好的实用性和灵活性，可适用于流水线同工位多种类螺母的筛选排序及监控的应用场景。文章归纳总结模块化轮胎螺母自动排序监控设备的结构与机制，论述模块化轮胎螺母自动排序监控设备的应用对安装效率的积极影响。

汽车；轮胎螺母；排序；监控

1 汽车轮胎螺母的概述

1885年德国奔驰公司制造了世界上第一台三轮汽车，从此轮毂成为汽车车轮最为重要部件，对于汽车的整体行驶稳定性、安全性、可靠性、平顺性、牵引性及外观形象都有着重要的影响，轮胎螺母更是必不可少的紧固零件了。

轮胎螺母是用来固定汽车外轮毂的专用螺母，因为轮胎螺母的不确定性，所以目前仍没有国家标准，但是一般型号和普通六角螺母大致，也是有M12-M42中间的各种型号。硬度分为4级到12级不等，表面处理一般分为镀彩锌和镀白锌两种，且一般为冷电镀锌。轮胎螺母和普通六角螺母相比较，轮胎螺母一般都比同等规格的六角国标螺母要厚，而且一般都为细牙，螺纹牙距也大致为1.5毫米和2.0毫米两种，外形和六角螺母一样都为等边六角形，不过在螺母的一头会有一个锥度，锥度的里面有的会有一个台阶用来放置尼龙垫圈作为锁紧用，有的则没有台阶；而有的轮胎螺母在锥形部位有个法兰，且一般外部有法兰的，内部才会有一个台阶放置尼龙垫圈，而一般的大致为六角螺母带锥形。部分轿车为追求轮毂美观，其轮胎螺母为如同盖型螺母一样有个盖子，而有的外形呈多层台阶状，均是为了汽车轮毂整体美观而刻意设计的，和一般轮胎螺母效果一样。

同厂的不同车型，根据车的自重与排量的不同，轮胎螺母的数量规格都不同。不同螺母的螺丝机构、轴向力、螺纹扭矩、螺纹摩擦系数、端面摩擦系数、端面扭矩等等都不相同。生产过程中，总装车间轮胎安装工位需要安装多种尺寸的轮胎螺母。

2 汽车轮胎螺母排序监控技术的必要性

2.1 生产现状

随着汽车生产工艺技术的不断革新与优化，多个车型在总装车间进行混线生产已是大型车企发展的必然趋势，使得总装车间轮胎安装工位需要安装多种尺寸的轮胎螺母。同时，随着新车型的不断增加，在轮胎安装工位的紧固螺母种类也在持续增多。目前国内整车制造厂尚无此类轮胎螺母排序设备。

2.2 研究驱动

一方面，在工位数量不增加的前提下，为了保证生产线的生产节拍，设计并使用一种支持多种类型的、小型化的、模块化的、组合式的轮胎螺母自动排序及监控设备，已然成为提高总装车间生产效率的重要方向。

另一方面，随着同一工厂产品平台的不同，轮胎螺母种类在持续增加，需要研究小型的螺母排序机，以提高生产效率。

2.2.1轮胎螺母排序监控设备的可行性

为了完成以上优化目标，需要一种模块化的，可通过组合方式实现多种类型螺母自动排序及监控的设备，其实现了轮胎工位不同类型螺母供料的自动排序及监控，优化了汽车生产线轮胎工位的生产工艺，提高了轮胎螺母供料效率，具有很好的拓展性。

2.2.2轮胎螺母排序监控设备的实用性

在新项目导入时期，轮胎螺母种类多，由于产品国产化原因，有些螺母无法统一，使得现有震荡设备占地空间大。受限于工位空间，故需要更小巧，更精益的轮胎螺母排序机，同时包含监控措施。

3 模块化轮胎螺母自动排序监控设备的方案

模块化轮胎螺母自动排序监控设备的方案如下所示：

（1）上料：操作工从螺母料架上面拿料，将螺母倒入振动上料器的料仓，通过振动将螺母进入送料转盘。

（2）设备检测到螺母数量足够时，系统运转；螺母通过送料器进入转盘，转盘持续转动使螺母在落料滑道上排序完成，通过送料管下方的气源，将螺母自动送入螺母排序盘。

（3）排序盘里螺母排满后，系统停止运转，不再送螺母，气缸将送料管缩回，操作工将排序好的螺母取走，系统开始运转。

3.1 设备机制

整个设备包括振动上料器、送料转盘机构、螺母滑道、送料管、螺母排序盘、电控制柜。设备上料方式为操作工从螺母料架上取料，倒入料仓；振动上料器检测到螺母数量达到预设值后，通过振动将螺母送进送料转盘机构；送料转盘机构通过电机驱动转盘持续转动，从振动上料器进入的螺母，通过送料转盘内部轨道的排序，在螺母滑道上完成螺母排序；送料管安装在螺母滑道末端；其下方的高压气源，将螺母沿着送料管自动送入螺母排序盘；待螺母排序盘中的螺母排满后，气缸驱动送料管自动缩回，操作工使用工装取走已排序好的螺母。

如图1所示，动送料器料仓内安装有两个用于检测料仓使用容量的限位器，分别位于80%和10%部位。送料转盘采用圆形形状，竖直排布，通过下方的驱动轮带动送料转盘匀速转动。送料转盘内部轨道与一般的旋转送料机构相似。但是为了避免螺母与轨道之间的磨损，振动上料器、送料转盘、螺母滑道的内部表面涂有润滑油脂。螺母滑道的下末端与送料管藕接，送料管下方可喷射高压气流，用于送料管内输送螺母。送料管可在气缸的作用下向左端伸缩。螺母排序盘在电控制柜的作用下，可围绕中心进行限位旋转。螺母排序盘可容纳5枚螺母，当送料管落下一个螺母后，电机带动螺母排序盘旋转72度，直到螺母排序盘的5枚螺母排满，电控制柜发送系统停止指令，系统停止送料，送料管缩回。

图1 设备示意图

3.2 设备逻辑控制

轮胎螺母自动排序监控设备控制逻辑示意如图2所示。设备采用振动上料器的螺母数量达到80%后，自动触发驱动电机进行振动送料；与此同时，驱动电机带动驱动轮，维持送料转盘地持续转动送料。当振动上料器螺母数量低于10%后，电控制柜发送驱动电机停止指令；与此同时，设备停止送料。该设备采用持续监控螺母排序盘螺母数量的控制策略，当螺母排序盘未排满时，送料管伸出落于螺母排序盘进行送料；当螺母排序盘排满后，电控制柜给驱动电机发送停止指令，系统停止送料；与此同时，电控制柜通过气缸控制送料管收缩，离开螺母排序盘。设备电控系统根据振动上料器和螺母排序盘的状态，周期性地进行送料，进一步节省了能源。

图2 控制逻辑示意图

3.3 多种类螺母使用场景的应用方案

该设备采用模块式设计，可依据用户实际使用螺母的种类，增加或减少设备数量。其中一种设计方式为4x2上下两层设计方式，结构小巧（如附图3），可同时支持8种类型的螺母进行排序和监控排序，每个泵使用新型的控制系统相互独立，互不干扰。不仅实现了汽车生产线轮胎螺母排序设备的模块化，也提高了工厂的柔性化生产水平，适合于流水线同工位多种类螺母的筛选排序及监控的应用场景。

图3 多种类螺母使用场景的模块化组合示意图

4 模块化轮胎螺母自动排序监控设备对总装的影响

在汽车主机厂平台车型增加、多车型混线生产要求出现、人力成本攀升和生产交货期缩短的压力下，总装车间对于先进装配技术和自动化设备的敏感性大大提高，故应用自动化设备可以显著提高装配稳定性。

在总装车间，随着汽车生产工艺技术的不断革新与优化，多个车型进行混线生产已是大型车企发展的必然趋势。总装车间轮胎安装工位需要安装多种尺寸的轮胎螺母。随着新车型的不断增加，在轮胎安装工位的紧固螺母种类也在持续增多。模块化轮胎螺母自动排序监控设备对提升总装效率有着积极的贡献。

4.1 提高生产效率

在如今产品生产周期缩短及制造节拍加快的趋势下，模块化轮胎螺母自动排序监控设备实现应用之后，可以显著提升装配效率和降低制造成本。该设备投入应用后，可减少员工取料时间浪费。

4.2 方便设计灵活应用

模块化轮胎螺母自动排序监控设备新采用模块化设计，可有效匹配因后续螺母种类增加或删减而导致的变化。该设备不仅实现了汽车生产线轮胎螺母排序设备的模块化，也提高了工厂的柔性化生产水平，适合于流水线同工位多种类螺母的筛选排序及监控的应用场景。同时此设备占地空间小，更具有柔性，实用性极大。

5 结论

一条柔性化总装线上，可能同时存在两种甚至更多的车型，将错综复杂的装配工艺完成得高效且精准是非常不容易的。同厂的不同车型，根据车的自重与排量的不同，轮胎螺母的数量规格都不同。在工位数量不增加的前提下，为了保证生产线的生产节拍，设计并使用一种支持多种类型的、小型化的、模块化的、组合式的轮胎螺母自动排序及监控设备，已然成为提高总装车间生产效率的重要措施。首先，模块化轮胎螺母自动排序监控设备拥有监控提示，可减少员工取料时间浪费，加快生产节拍。其次，该设备柔性度高，适合于流水线同工位多种类螺母的筛选排序及监控的应用场景。增加总装核心竞争力，引领智能制造的发展是未来总装发展的必然趋势，标准化、柔性化、监控化、模块化的轮胎螺母自动排序监控设备，对总装生产具有积极贡献和创新意义。

Analysis the Effect of the Modular Monitor Equipment for Tire Nut Auto-sorting on Assembly

He Chenxi

( SAIC General Motors, Shanghai 200000 )

The modular Monitor equipment for tire nut auto-sorting with Monitor tips can effectively avoid reducing the cycle time, and product stability. The equipment has good practicability and flexibility. Also, it’s suitable for sorting and monitoring application scenarios of various types of nuts at the same station in the production line. This paper summarize the structure and mechanism of the modular Monitor equipment for tire nut auto-sorting and discuss the positive influence of this device on assembly efficiency.

Automobile; Tire nuts; Sorting; Monitor

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.041

U466

A

1671-7988(2021)02-126-03

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何晨曦，男，本科，现任上汽通用汽车有限公司整车制造工程总装工艺工程师，负责先期工艺规划与新项目在总装车间的投产工作。在项目前期分析新车型在目标工厂的可制造性，推动设计或工艺改进满足制造要求；在项目中期和后期负责车间工装设备开发和落地及现场造车问题的推进和解决等工作。