温传勇

（海南新晟蓝科技有限公司，海南 海口 571300）

0 引言

工具对工作完成起着重要的作用，得心应手的利器更能起到事半功倍的作用。

1 课题背景

汽车制造厂每年研发新车型，新车型研发的后期需要对车型进行试制，动力系统的试制是新车型试制的重要内容之一，动力系统的试制需要将发动机总成在车辆上反复进行拆装，以便进行相关测试，获取相关数据[1]。动力系统的主体是发动机总成，由发动机、发电机、空调压缩机、变速箱、方向机、前悬挂横梁、左前半轴、右前半轴等主要部件组成，发动机总成的重量约为260kg。

在生产车间，发动机总成的安装由专用设备自动导引小车（automated guided vehicle, AGV）协助完成，装配流程如图1 所示。

图1 AGV 小车系统装配流程

图中带箭头的虚线平行四边形表示AGV 小车的行走路线和行走方向，站点位置用于AGV 小车停靠和位置校正，AGV 小车用于发动机总成和后桥总成两大车辆底盘配件的运输和装配；带箭头的实线表示底盘装配线的运行方向，底盘吊架载着待装配的车身悬空运行于底盘装配线上[2]；AGV 小车辅助转配的简要流程如下。

（1）空载的AGV 小车在0# 站点停靠，进行AGV小车快速充电，同时等待工人吊装发动机总成，发动机总成吊装完毕后，AGV 小车在AGV 系统的控制下前进至1#站点停靠，等待工人吊装后桥总成，装载完成发动机总成和后桥总成后，AGV 小车在1# 站点等待AGV 系统的发车指令。

（2）底盘装配线的载车吊架进入AGV 小车作业区后，AGV 系统调度处于1#站点的AGV 小车发车，AGV小车平行侧移进入底盘装配线底下的装配区，自动前进跟踪车身底下的光靶并保持与车身运行同步。

（3）前后两组工人开始分别操作AGV 小车发动机总成和后桥总成的举升台，将发动机总成和后桥总成升高并完成与车身的螺丝对孔，然后紧固相应的螺丝，最后复位举升台下降回原位。

（4）完成装配作业的AGV 小车从装配区平行侧移出来，在4#站点停靠，等待下一个循环作业的指令。

（5）AGV 小车同步底盘装配线的载车吊架，在底盘装配线运行中完成发动机总成和后桥总成的装配，整个装配作业区的作业时间在3min 以内。

在试制车间，新车型的拆装没有紧迫的时间要求，没有配备流水生产线及AGV 小车系统这样昂贵的装配设备，发动机总成的拆装主要采取以下两种方式[3]。

第1 种方式是工装台拆装。如图2 所示，车辆悬挂在汽车举升机上，安装发动机总成时，把载有发动机总成的工装台推到汽车举升机底下，通过下降车辆高低使发动机总成进入其动力仓，再通过挪动工装台对齐发动机总成与车辆动力仓孔位，最后紧固连接螺栓；拆卸发动机总成时，先下降车身，用工装台接住发动机总成，接着松开连接螺栓，最后把车辆升高推出载有发动机总成的工装台。

图2 工装台拆装方式

这种方式的不足主要有如下两点：①工装台无法举升，只能通过操作汽车举升机进行升降，而举升机的升降速度是固定的，不容易进行准确定位，另外车辆重量较重，通过升降车辆进行定位存在一定的危险性。②汽车举升机上的车辆无法水平移动，螺栓孔对位只能通过缓慢挪动笨重的工装台完成，操作难度大，且工装台高度低，操作人员需下蹲作业，容易疲惫。

第2 种方式采取液压台拆装，如图3 所示，车辆悬挂在汽车举升机的某一高度，安装发动机总成时，推入载有发动机总成的液压升降台，该升降台类似千斤顶，通过脚踩方式举升方式将发动机总成送入车辆动力舱，再通过挪动液压升降台对齐发动机总成与车辆动力仓孔位，最后紧固连接螺栓；拆卸发动机总成时，液压升降台举升接住发动机总成，接着松开连接螺栓，最后下降即可。

图3 液压台拆装方式

这种方式的不足也主要有如下两点：①液压升降台需要人工不停踩踏进行举升，速度缓慢，操作过程费力又费时。②液压升降台由一条油缸和底座构成，比较单薄，载上发动机总成后将头重脚轻，另外发动机总成重心不居中，存在使液压举升机发生侧翻的安全隐患。

2 课题对策

针对现有试制阶段发动机总成拆卸过程中存在的安全、效率和操作便利性问题，结合流水生产线发动机总成的装配工艺，研究设计出如下发动机总成变速举升台系统。

2.1 系统构成

如图4 和图5 所示，发动机总成变速举升台采用AGV小车的举升套筒作为机械主体，由三相电动机提供动力，变频器实现变速，可编程逻辑控制器（programmable logic controller, PLC）进行整体控制，手控盒进行升降操作[4]，具体功能参数如下。

图4 设备构成及上升到位

图5 设备构成及下降到位

（1）举升套筒由4 级钢圆筒构成，大筒套小筒，圆筒间通过导槽定向滑动，从下往上，第1 级圆筒固定在底座上，第2-4 级圆筒通过传动链条相互连接，电动机通过齿轮驱动圆筒中心的螺杆，螺杆驱动第2 级圆筒进而链条驱动第3-4 级圆筒，如此实现第2-4 级圆筒的联动上升与下降。

（2）底盘十字架上分别安装万向带锁紧器重载导轮，方便推动与锁定，整个机构重量约为发动机总成的2 倍，确保了举升台的稳定性，杜绝了头重脚轻导致侧翻的安全隐患。

（3）举升台最大静载1000kg，最大举升重量350kg，下限高度900mm，上限高度1800mm，举升行程900mm，满足已知所有车型的试制要求。

（4）举升台由变频器实现9cm/s 快速和4.5cm/s 慢速可变速升降，通过手控盒操作先将发动机总成快速送入车辆动力舱再慢速进行调整，大大提高了拆装效率。

（5）如图6 所示，承载发动机总成的工装托盘解锁后可水平浮动，沿车长方向可平行移动±105mm，沿车宽方向可平行移动±75mm，绕几何中心可旋转角度±10°，轻松实现螺栓孔对位，大大提升了操作便利性。

图6 工装托盘浮动参数

（6）采用PLC 逻辑控制器进行控制，简化控制电路的同时又提升了系统运行的稳定性，系统的编辑、查错和扩展性更加简便。

2.2 控制原理

如图7 所示，发动机总成变速举升台系统的控制原理如下[5]。

图7 控制系统原理

（1）系统电源为外接三相电源，分别经断路器后供电变压器、变频器和三相异步电动机抱闸。

（2）变压器将380V 交流电降压为220V 交流电，分别经断路器后供电PLC 逻辑控制器和开关电源。

（3）开关电源将220V 交流电降压整流为24V 直流电，经断路器后供电蜂鸣报警器和传感器。

（4）变频器设置2 组运行频率，根据PLC 输出快速/慢速指令进行频率输出，控制三相异步电动机快速/慢速运转，实现举升台的快速/慢速升降，当出现变频器故障，实时向PLC 反馈故障信号。

（5）手控盒操作按钮有急停按钮、慢速上升按钮、快速上升按钮、慢速下降按钮、快速下降按钮，其中上升按钮和下降按钮均采用两档位结构，即按下第一档为慢速，继续按下第二档为快速。

（6）PLC 逻辑控制器实时接收急停信号、限位传感器信号、变频器故障信号、接触器动作信号，根据手控盒的按钮指令，对变频器进行相对应的控制，实现升降台快速或慢速升降，同时确保升降过程的安全性。

2.3 使用评价

通过实地调研和精心设计，发动机总成变速举升台制造调试后投入试制车间使用，试制人员在使用一段时间后反馈设备运行稳定、操作方便、显著提升发动机总成试制工作效率，设备使用达到预期设计效果。

3 结语

在生产生活中，既要善于发现问题，更要善于解决问题，流程的优化、工具的改进创新有助提高生产的效率和能力。