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畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
課題名稱
EA系列發(fā)動機缸體氣動翻轉(zhuǎn)機設(shè)計
課題來源
東風(fēng)汽車設(shè)備專用廠 （21廠）
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
T913-5
學(xué) 號
20090130531
學(xué)生姓名
熊靜靜
指導(dǎo)教師
趙國華
完成日期
2013.3.10
一、 課題來源、目的、意義
1． 課題的來源
本課題針對東風(fēng)汽車設(shè)備專用廠制造EA系列發(fā)動機缸體裝配線中的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，從而實現(xiàn)在裝配過程中，通過翻轉(zhuǎn)機對發(fā)動機缸體的翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)每個面的裝配、加工等工作。
2． 本課題研究目的
通過對本課題的研究，可以在裝配過程中，減少人工翻轉(zhuǎn)工件的勞動強度和危險，提高工作效率。翻轉(zhuǎn)機采用氣壓動力完成工序所需的翻轉(zhuǎn)動作。翻轉(zhuǎn)角度較為精確，提高產(chǎn)品的市場競爭優(yōu)勢。
3．本課題研究的意義
隨著企業(yè)裝配作業(yè)自動化程度的提高，氣動系統(tǒng)以其輕巧、價廉、無污染，電氣操作簡便、快捷、省力的獨特優(yōu)勢，正越來越被重視與推廣。EA系列發(fā)動機缸體在裝配過程中，需要實現(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，既費時又費力。目前，設(shè)計一臺由氣動系統(tǒng)控制的發(fā)動機缸體翻轉(zhuǎn)機，以便自動完成發(fā)動機缸體的搬運和翻轉(zhuǎn)。
二、 國內(nèi)外概況、預(yù)測和文獻綜述
眾所周知，工業(yè)化的基礎(chǔ)是機械化、自動化，并隨著社會科技的發(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)展趨勢可以歸納為“四個化”：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)推向市場的時間最短且使得企業(yè)生產(chǎn)制造靈活多變的靈捷化，還有使制造過程物耗、人耗大大降低，高自動化生產(chǎn)，追求人的智能于機器智能高度結(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)出價值的信息化。
為了上能力，上水平，十年前東風(fēng)公司由美國康明斯公司引進了先進的柴油發(fā)動機B系統(tǒng)4B和6B產(chǎn)品及技術(shù)，并引進了先進的摩抹滾輪裝配線。據(jù)說，在美國康明斯公司該裝配線上的關(guān)鍵設(shè)備---180°翻轉(zhuǎn)機格外搶眼，它是一個跨線體龍門式的龐然大物，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，價格十分昂貴。
摩擦滾輪裝配線是全套引進轉(zhuǎn)換設(shè)計，而發(fā)動機總成翻轉(zhuǎn)機卻是自引開發(fā)設(shè)計，要自引開發(fā)設(shè)計這一關(guān)鍵設(shè)備與先進的洋裝配相匹配，確實有難度，參看我們的汽油發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)，或許能得到些許啟發(fā)。EQ140汽油發(fā)動機的裝配工藝方式不同，裝配線形式也有別，翻轉(zhuǎn)機結(jié)構(gòu)對柴油機裝配線不適合，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，用戶不中意。再看看外地的柴油機廠家的情況吧，因品種多，批量不是很大，沒有適合大批量的專用翻轉(zhuǎn)機，只有結(jié)構(gòu)簡易的通用翻轉(zhuǎn)架，全靠人工翻來轉(zhuǎn)去。
隨著發(fā)動機裝配線轉(zhuǎn)化設(shè)計的全面深入，對翻轉(zhuǎn)機的壓力更大了。時間緊，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，細心研讀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兩個產(chǎn)品在空間所占位置和翻轉(zhuǎn)運動時所需空間，確定兩個產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)運動不能發(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)機能最大限度的通用。尤其是當時的環(huán)境，用戶提供不了食物產(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)，加之用戶本身吃不透的多次變更，經(jīng)多次磋商和討論，通過加班加點、廢寢忘食，最終開發(fā)出了立柱橫梁式柴油機發(fā)動機總成180°翻轉(zhuǎn)機。
180°立柱橫梁式翻轉(zhuǎn)機首輪開發(fā)設(shè)計制造并一舉調(diào)試成功，同時也較成功地派生出了90°柴油發(fā)動機總成的翻轉(zhuǎn)機。而且為后來的許多項目提供了模式或借鑒翻版。先后為專用設(shè)備廠和社會各用戶增添了不少有形或無形效益，也為汽車行業(yè)的發(fā)展做出了自己的貢獻。據(jù)悉，美國180°翻轉(zhuǎn)機很復(fù)雜，很高大，精度很高，占地面積大，價錢昂貴，而我們的180°翻轉(zhuǎn)機結(jié)構(gòu)較簡單，較小巧靈活，占在地面積小，造價低，很能解決問題。
三、系統(tǒng)設(shè)計方案及可行性分析
1.課題分析
隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各汽車廠總裝線不斷進行技術(shù)改造。汽車發(fā)動機在裝配式，需要上下、內(nèi)外各面裝配，于是發(fā)動機翻轉(zhuǎn)機已成為不可缺少的重要設(shè)備。發(fā)動機翻轉(zhuǎn)機，其原理是氣缸夾緊，電機驅(qū)動翻轉(zhuǎn)，氣缸松開，電機驅(qū)動滾輪轉(zhuǎn)動，使缸體移出翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。以上是機械動作，所有動作均通過PLC來控制。要求在裝配過程中，減少人工翻轉(zhuǎn)工件的勞動強度和危險，提高工作效率。
2.系統(tǒng)方案設(shè)計
本課題的系統(tǒng)設(shè)計方案為發(fā)動機翻轉(zhuǎn)機設(shè)計。課題要求當發(fā)動機裝在托盤上，在生產(chǎn)線上進行流水作業(yè)時，為了完成各個面的加工、裝配工作，需要在某個工位將其翻轉(zhuǎn)至需要的角度；當托盤帶著發(fā)動機運動至一特定位置時，采用傳感器測量，通過氣動翻轉(zhuǎn)機開始實行自動化翻轉(zhuǎn)。
方案一：發(fā)動機的提升靠翻轉(zhuǎn)機上的提升氣缸帶動，該提升氣缸帶動橫梁，從而提起發(fā)動機。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，這樣可簡化翻轉(zhuǎn)機的機構(gòu)，取消其夾緊機構(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)該裝置是通過翻轉(zhuǎn)機上的垂直移動氣缸，通過兩個垂直導(dǎo)向桿，帶動橫梁上下移動。從而帶動擴架，最終帶著發(fā)動機上下移動。
(2)翻轉(zhuǎn)機的氣壓系統(tǒng)中氣壓缸設(shè)置了雙向緩沖裝置,采用了同步動作回路,使翻轉(zhuǎn)機翻轉(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能高效準確地對發(fā)動機進行裝配工作,提高生產(chǎn)效率，這就對發(fā)動機的二次定位提出了較高的要求；同時為簡化翻轉(zhuǎn)機的機構(gòu)，該舉升定位裝置就是為滿足這一要求而設(shè)計的。
舉升定位裝置應(yīng)用于發(fā)動機裝配輸送線中，其功能是將托盤精確定位、舉升脫離線體后，協(xié)助單機完成對發(fā)動機進行工作。該設(shè)備主要由動力裝置(舉升氣缸)、舉升機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、定位機構(gòu)等幾部分組成。
該方案工作原理：
當托盤（放置有發(fā)動機）運行到舉升定位裝置上方時,該工位處的占位接近開關(guān)向舉升氣缸發(fā)出占位信號，由舉升氣缸上的磁性開關(guān)控制舉升氣缸動作，通過舉升機將內(nèi)裝托盤舉升到位。在此過程中，定位機構(gòu)可準確地對內(nèi)裝托盤進行定位，并使內(nèi)裝托盤脫離線體；同時由導(dǎo)向機構(gòu)保證舉升動作的平穩(wěn)性。舉升到位后，舉升氣缸上的磁性開關(guān)向翻轉(zhuǎn)側(cè)移機發(fā)出舉升到位信號，翻轉(zhuǎn)機工作,完成既定動作后，并將該信號通過接近開關(guān)發(fā)給舉升氣缸，由磁性開關(guān)控制舉升氣缸動作，使舉升機構(gòu)下降將內(nèi)裝托盤放回到輸送線體上，此時托盤已脫離舉升回轉(zhuǎn)裝置，由輸送滾輪將內(nèi)裝托盤傳送到下一個工位。舉升回轉(zhuǎn)裝置在原始位置等待下一個托盤。以此循環(huán)往復(fù)。
該方案械設(shè)備特點：
一般翻轉(zhuǎn)機在夾緊單元夾緊工件后，要提升一定高度，使工件與托盤拉開一定距離，留出翻轉(zhuǎn)空間。夾緊單元的提升是利用電機加齒輪、齒條的方式實現(xiàn)。夾緊單元整體的側(cè)移也是利用電機加齒輪、齒條的方式實現(xiàn)，工件的翻轉(zhuǎn)是利用伺服電機加齒形帶的方式實現(xiàn)的。本翻轉(zhuǎn)機有以下幾點特點：
①取消了翻轉(zhuǎn)機上的提升動作，改由舉升定位裝置實現(xiàn)。而舉升定位裝置采用氣缸舉升，沒有提升電機，使翻轉(zhuǎn)側(cè)移機結(jié)構(gòu)得到簡化；
②翻轉(zhuǎn)動作采用旋轉(zhuǎn)氣缸加液壓緩沖器及機械擋塊控制翻轉(zhuǎn)前后位置，結(jié)構(gòu)簡單，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沒有齒輪、齒條的加工，機械加工成本降低；
⑥沒有電機，特別是沒有伺服電機，使電器控制難度及電器成本大大降低；
⑦使用費及維護成本得到降低；
⑧全部電磁閥裝在一個集裝板上，避免了電磁閥因數(shù)量較多而產(chǎn)生凌亂現(xiàn)象。
難點：
①整體動作復(fù)雜，動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題需要解決；
④兩翻轉(zhuǎn)氣缸的同步問題需要解決。
綜上，兩種方案都能實現(xiàn)發(fā)動機在生產(chǎn)線上的翻轉(zhuǎn)，但方案二中的該種翻轉(zhuǎn)機一般采用龍門結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度高，行走裝置及提升重量較大，外購件成本高，電器控制難度大，維修調(diào)試困難。故綜合比較下選擇方案一.
4、 預(yù)計達到的要求及預(yù)計的關(guān)鍵技術(shù)
1.預(yù)計需達到要求、技術(shù)指標
在發(fā)動機裝配過程中，通過翻轉(zhuǎn)機對發(fā)動機缸體的翻轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)每個面的裝配、加工等工作，以減少人工翻轉(zhuǎn)工件的勞動強度和危險，提高工作效率。翻轉(zhuǎn)機由人工完成工件的進出，采用氣壓動力完成工序所需的翻轉(zhuǎn)動作。翻轉(zhuǎn)角度較為精確。
2.預(yù)計的關(guān)鍵技術(shù)
1）保證發(fā)動機翻轉(zhuǎn)的各點位位置精度，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、課題研究進展計劃
序號
設(shè)計（論文）各階段名稱
日 期
1
熟悉、分析畢業(yè)設(shè)計的具體技術(shù)要求；調(diào)研、查閱相關(guān)文獻資料和設(shè)備；初步制定課題方案完成開題報告。
14/1-10/3
2
確定課題總體方案。進行方案的優(yōu)劣分析、比較；最終選擇確定應(yīng)用方案.
11/3-24/3
3
翻譯與專業(yè)相關(guān)外文資料一份;進行具體的設(shè)計、計算、數(shù)據(jù)處理，最后完成總體設(shè)計的總圖。
25/3-14/4
4
進行傳動系統(tǒng)設(shè)計、計算；進行主要零部件的設(shè)計計算。
15/4-28/4
5
整理設(shè)計資料；撰寫完成畢業(yè)設(shè)計論文。
29/4-12/5
6
整理、檢查、匯總畢業(yè)設(shè)計資料、交畢業(yè)設(shè)計資料.
13/5-26/5
7
準備畢業(yè)答辯并整理資料。
27/5-2/6
六、應(yīng)閱讀的主要參考文獻
1．《機械工程設(shè)計手冊》 機機械工業(yè)出版社，2010年。
2《裝配輸送自動線設(shè)計手冊》 機機械工業(yè)出版社，2009年。．
3..郭景坤，董芳亮。大型自動翻轉(zhuǎn)機的設(shè)計研究[J].一重技術(shù)，2009,132（6）：20-22
4.曾岸，成國真，何文杰。液壓自動翻轉(zhuǎn)機的研制[J].機械開發(fā)，1998，（4）23-25