（机械工程专业论文）新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究.pdf

硕士论文新型讶 摘要 迷你整体式保护器是冰箱压缩机保护器的一代新型产品，市场需求巨大。但该保护 器的生产以手工装配为主，自动化程度低，生产效率低，生产质量得不到保证，严重制 约了保护器的生产和应用，因此进行整体式保护器自动装配生产线技术的研究具有深远 意义。 本文在对压缩机保护器和及其自动化装配生产线技术发展现状的基础上，研究了基 于新工艺流程的整体式保护器自动装配线的总体技术方案，并将客户需求转化为系统功 能模块，对涉及到的主要技术难点和若干关键技术进行了深入的研究与探讨。采用虚拟 设计技术，对保护器自动装配生产线各功能模块进行了虚拟设计。提出了一种面向装配 的零件模型三级数命名方法，在实际应用中可以对工程技术文件进行有效的管理。利用 p r o e n g i n e e r 软件制作三维模型，进行虚拟装配从而生成虚拟样机。通过对虚拟样机的 干涉检验和机构运动分析，发现设计中的错误和不足并及时地反馈到设计环节。加工了 保护器自动装配系统中的底座组件自动装配原型样机，采用电气控制技术，研究了保护 器自动装配系统的控制技术。优化人机交互界面，提高了生产线的可操作性和运行效率。 该原型样机的实际运行表明，所研发的保护器自动装配生产线具有结构紧凑、操作简单、 成本低以及可靠性高等特点。 关键词：保护器，装配生产线，机械结构，虚拟设计，p l c 摘要硕士论文 i i 硕士论文新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 a b s t r a c t t h em i n ii n t e g r a lt y p ep r o t e c t o ri st h eg e n e r a t i o no fn e wp r o d u c t si nt h er e f r i g e r a t o r c o m p r e s s o rp r o t e c t o r , a n dt h em a r k e td e m a n do fp r o t e c t o ri sh u g e b u tp r o t e c t o ra s s e m b l y p r o c e s sw i 1m a n u a la s s e m b l ym a i n l yh a sal o wd e g r e eo fa u t o m a t i o na n dp r o d u c t i v i t ya t p r e s e n t ，a l s ot h eq u a l 时o fp r o t e c t o rc a nn o tb em a d es u r e ，w h i c hs e r i o u s l yr e s t r i c tt h e p r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o no fp r o t e c t o r s of o ra u t o m a t i ca s s e m b l yl i n e o fp r o t e c t o r t e c h n o l o g yr e s e a r c hi so ff a r - r e a c h i n gs i g n i f i c a n c e t h eo v e r a l lt e c h n i c a lp r o g r a mo ft h ep r o t e c t o ra s s e m b l ym a c h i n ei sd e s i g n e da c c o r d i n g t ot h ep r e s e n ts i t u a t i o no fp r o t e c t o ra n di t sa s s e m b l ym a c h i n e i nt h ew r i t i n gc l i e n td e m a n d i n t os y s t e mf u n c t i o nm o d u l e ，t h em a j o rt e c h n i c a ld i f f i c u l t ya n ds o m ec r u c i a lt e c h n o l o g yi s d i s c u s s e da n dd e t e r m i n et h eo p t i m a ld e s i g no ft h ep r o d u c t i o nl i n et e c h n o l o g ys y s t e m s t h i s p a p e rh a sp r o p o s e dan e wm e t h o do fn a m i n gf o rp a r tm o d e l sb a s e do na s s e m b l y , w h i c hc a n e f f e c t i v e l ym a n a g et h ep r o j e c ta n dt e c h n i c a lf i l e s i np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s u s i n gp r o e s o f t w a r et oc r e a t e3 dm o d e lf o rv i r t u a la s s e m b l ya n dv i r t u a lp r o t o t y p ei sg e n e r a t e d t h r o u g h t h ev i r t u a lp r o t o t y p ed e s i g na n dt e s t i n g ，f o u n dd e s i g ne r r o r st of e e d b a c kt ot h ed e s i g nt i m e l y t h ep r o t o t y p eo fa s s e m b l yl i n e ，u s i n gt h ee l e c t r o - p n e u m a t i cc o n t r o lt e c h n i q u et oe s t a b l i s ht h e c o n t r o ls y s t e m ，h a sb e e np r o c e s s e d t h ep r a c t i c a lo p e r a t i o no ft h ep r o t o t y p es h o w st h a tt h e m a c h i n eh a st h ef e a t u r e so fc o m p a c t ，o p e r a t i n ge a s i l y , l o w - c o s t ，h i g h e rr e l i a b i l i t ya n ds oo n k e yw o r d ：p r o t e c t o r , a s s e m b l yl i n e ，m e c h a n i c a ls t r u c t u r e ，v m u a ld e s i g n ，p l c i a b s t r a c t 硕士论文 i v 硕士论文新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 目录 摘要i a b s t r a c t i h 1 绪论。1 1 1 课题研究背景及意义1 1 2 自动装配技术在现代工业中的应用2 1 3 保护器及其装配设备发展现状4 1 3 1 压缩机与保护器简介4 1 3 2 保护器装配设备研究现状5 1 4 本课题研究的主要内容7 2 新型保护器自动装配总体技术研究9 2 1 新型保护器技术需求分析9 2 1 1 新型保护器整体结构分析9 2 1 2 新型保护器关键技术需求分析1 0 2 2 系统总体技术方案1 2 2 2 1 装配线设计流程1 2 2 2 2 新型保护器自动装配工艺研究1 3 2 2 3 装配线类型选择16 2 2 4 保护器装配线总体结构设计1 7 2 3 自动装配关键技术1 9 2 3 1 产品的输送与定位1 9 2 3 2 附件压接设计1 9 2 3 3 随行夹具循环系统2 0 2 4 主要机构设计方案2 0 2 5 本章小结2 1 3 底座组件自动装配技术研究2 2 3 1 底座组件装配工艺分析2 2 3 2 随行夹具循环系统2 4 3 2 1 随行夹具设计2 4 3 2 2 推料与移位模块设计2 7 3 2 3 取料机构模块设计2 8 3 3 附件压接结构设计2 9 v 目录 硕士论文 3 3 1 附件结构优化2 9 3 3 2 压接工作流程31 3 3 3 工作头设计31 3 3 4 压料头设计3 3 3 4 虚拟样机设计3 4 3 4 1 模型信息优化管理3 4 3 4 2 标准件库的建立3 7 3 4 3 建模与装配3 8 3 4 4 干涉分析3 9 3 4 5 工程图输出4 0 3 5 本章小结4 0 4 控制系统的设计与调试4 1 4 1 硬件设计4 1 4 1 1 硬件配置4 1 4 1 2 控制系统的硬件实现4 5 4 2 软件设计4 6 4 2 1 系统流程图设计4 6 4 2 2p l c 程序编制4 9 4 3 系统运行调试4 9 4 4 本章小结5 1 5 总结与展望5 2 5 1 总结5 2 5 2 展望5 3 致谢5 4 参考文献5 5 v i 硕士论文 新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 1 绪论 1 1 课题研究背景及意义 随着我国人民生活水平的不断提高，各类家电的应用在广大人民的生活中得到普及， 其中，冰箱给人们日常生活带来的方便以及对人们生活质量的提高所做出的贡献，得到 了人民群众的普遍认可。在全球范围内，冰箱的应用也十分普遍，已经成为了每家每户 不可或缺的必备家用电器。据统计，目前全球冰箱的年需求量约为1 8 亿台。虽然随着 全球经济的繁荣与萧条，其数值会有所波动，但总的来说，其市场是广阔的，前景是乐 观的。 压缩机是冰箱的关键部件，有“心脏”之称，其运行的可靠性与安全性是压缩机和 冰箱生产制造商共同关心的问题。压缩机的非正常运行，不仅会导致冰箱制冷系统正常 工作的中断，使食品的保鲜环境恶化，还可能烧坏电器导线的绝缘层，导致电器线路的 短路，对冰箱的其他工作部件造成永久性的损坏，严重时可能引发火灾事故的发生，严 重威胁着用户的财产安全和人身安全【l j 。为了冰箱能够安全工作，以及在电压不稳定或 压缩机运行不良等情况下及时切断电源，对压缩机进行保护，每台冰箱压缩机都要装配 一个保护器。特别是一些小型家用冰箱，基本都没有其他专门设置的保护装置，此时过 载保护器就成了压缩机保护的最后一道关卡。 目前，冰箱压缩机的外装保护器以美国t i 公司生产的4 t m 型保护器为典型。该产 品的生产实现了自动化、规模化生产，工艺成熟，质量稳定。另外如日本y a m a d a 公 司等，在生产装备和技术水平等诸方面也颇具规模，但与t i 相比尚存在差异。国内从 上个世纪八十年代开始引进冰箱压缩机保护器生产线等设备，同时，也有不少厂家开始 自主设计研发专门的生产设备并达到了相当规模。经过多年的探索与积累，目前产品的 生产规模和质量都已趋于成熟，并且存在较大的价格优势。 美国德州仪器公司生产的4 t m 型冰箱压缩机保护器的专利已经过期，同种型号的 保护器在国内外已有很多家生产商在生产，其利润空间已经很小，功能上也存在不少缺 陷，已经不能再适应市场激烈竞争的要求。针对这种情况，国内已有厂家开发出了新型 迷你型过热过流保护器，该新型冰箱压缩机保护器具有使用寿命长、功能可靠、价格低、 体积小、材料环保等优点，可以单独使用，作为4 t m 型保护器的替代产品，也可以与 低功耗p t c 起动器组合在一起，形成迷你型整体式保护器，兼有保护器和起动器的双 重功能，今后将逐步替代现有的整体式p t c 起动器。 由于该新型保护器刚研制成功不久，尚处在向市场推广阶段，目前的生产方式为手 1 绪论 硕士论文 工装配，日产量较低。为了应对日后市场的需要，必须进行自动化装配的大批量生产， 这就急需设计一条自动装配生产线，来满足生产的需要。本课题正是在这种情况下提出 来的。本课题研究成功后，其成果将直接面向市场，使该新型保护器的生产规模迅速扩 大，产品质量更加可靠，可以迅速抢占冰箱压缩机保护器市场，与国外同行业企业形成 竞争，提高国内冰箱压缩机保护器造企业的生产水平，增强我国民族企业在全球范围内 的市场竞争力。 1 2 自动装配技术在现代工业中的应用 我国是制造业大国，处在向制造业强国转型的阶段，仍然存在着不少严峻的问题。 目前，国内部分制造型企业采用的仍然是人工操作，工作效率低，劳动强度大，装配品 质过多地受到人为因素的影响。为改变产品手工装配的状况，提高装配品质与效率，必 须研究自动装配线的工艺方案，设计自动化程度高的生产线，使用先进的装配技术提高 产品质量，实现产品装配的自动化。 采用自动化技术来解决制约产品品质和产量提高的瓶颈装配工艺，对自动装配 线的总体方案进行设计，可实现由人工装配向自动化装配的转变1 2 j 。 企业人工装配所存在的主要问题包括【3 4 j ： 1 ) 自动化程度低。部分企业以人工操作作为生产的主要方式，其生产优势是可以 雇佣到廉价的劳动力。但是，随着科技的不断进步和发展，劳动力成本也将会不断提高， 其企业竞争优势也随之不断减弱。并且手工装配的工作效率低下，产品的装配品质得不 到保障，不能满足现代化大工业生产的要求。 2 ) 缺少智能化装配生产线。制造厂家一般将一些只能完成某个单个工序的生产设 备进行简单的空间组合，来达到整个产品的装配生产，各工序间缺少统一调度管理，生 产连贯性差，不适合规模化生产，已不能满足市场竞争的要求。 3 ) 国外先进的生产设备不适应中国国情。国外进口设备通常价格很高，国内很多 中小企业无力购买，而且由于地域的原因，改型和维护也非常不方便。有时国内的原材 料不适合在进口的设备上使用，以至于有的企业不得不将巨资进口的国外先进生产设备 闲置，造成资金与能源的巨大浪费。 产品的规模化生产，如果应用自动化生产线技术，并结合先进的生产工艺，可以有 效提高产品的生产效率。但不少企业还存在手工操作，装配的劳动量在制造的总量中占 有较大比重( 在机器制造业中约占2 0 ，仪器生产中大于5 0 t 5 j ) ，可见产品零部件的 装配仍然是我国制造业的薄弱环节。目前，多数厂家正在研发适合各自产品生产的装配 生产线，以实现产品装配的自动化。因此，对自动装配技术的研究具有现实意义和应用 前景。 2 硕士论文 新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 随着现代化制造技术的快速发展，全球经济一体化的进程加速，全球化市场竞争会 越来越激烈，只有自主进行自动装配线的研究与开发，设计符合我国基本国情的现代化 自动装配设备，才能改善目前我国同一领域技术落后的现状，在日益激烈的市场竞争中 占据有利地位。 线生产是按一定的节拍，将劳动对象顺序的通过各个工位，实现生产作业的重复和 连续，按照产品装配工艺的先后顺序将每个工位进行排列，产品按照预定的速度依次通 过每个工位，完成所有的装配工作，最终转化为成品【6 j 。线生产技术是基于科学管理和 劳动分工的思想建立起来的，它把产品的时间组织形式和空间组织形式结合起来，使时 空组织更加有效、完善、先进、合理【7 】。 在自动装配生产线中，产品依照规划好的装配路线，由传送机构依次输送至各个工 位位置，并按统一的装配动作进行各工序的相应操作，装配过程是多个简单动作集合的 周期性循环，通常有以下特征【8 ，9 】： 1 ) 工作效率高：由于分工的细化，每道工序都很简单，易于实现重复性操作； 2 ) 技术要求低：每道工序实现的功能少，结构简单，对操作者技术要求低，有时 不需员工的直接干预； 3 ) 节奏性强：在各道工序上，装配对象按相同的节拍进行生产，投入和产出的时 间间隔相同，生产速度容易控制； 4 ) 节拍相等：要求每个工位在一个循环周期内完成各自的装配动作； 5 ) 工艺过程顺序性、封闭性较好：产品在装配线上单向移动，顺序完成装配任务， 不受外界的干扰； 6 ) 生产过程连续性好：工作流程流畅，无产品积压，生产工作连续进行。 自动装配生产线是现代制造业的主要生产方式，其高效的生产模式得到多数生产厂 家的认可，是现代化制造业大规模生产的主要形式。在一些以装配制造为主要生产方式 的制造业中，如仪表、家电等，在全部零部件都已经制造完成，或通过向生产厂家定制 购买后，要进行各种不同的装配工作，最后在装配生产线上实现产品的生产。在此类以 装配制造为主要生产方式的制造业中，很大一部分的重要资源，如人力、设备、物料、 资金等，都是以装配线为中心，进行合理分布和配置的，以达到产品增值的目的【1 0 , 1 1 】。 装配线以其高效的生产方式组织形式，在现代化制造业中显现出了其巨大的生产优势， 得到多数生产厂家的高度认同，被广泛应用于各类装配制造型企业，用于替代传统的生 产工艺，为企业带来了巨大的经济效益。几乎在所要的制造型企业中，都可看到各式各 样的自动装配生产线的身影，简单产品的装配线可能只有数个装配工位，机构复杂、工 序多的产品可能会有几十个工位，以实现众多零部件的组装工作。 作为冰箱压缩机保护器的生产商，要想在市场竞争中处于优势，就必须采取保证质 量的低成本的大规模生产，而实现这一目的的最有效途径正是自动化装配。冰箱压缩机 3 l 绪论硕士论文 保护器属于低科技含量产品，同类产品在国内外有不少厂家在同时生产，产品的工作原 理已经定型，结构上的改进空间有限，厂家要想赢得市场，必须从产品的质量和价格方 面考虑。采用自动化装配生产线实现产品自动化装配可以确保装配质量，降低生产成本， 为企业赢得更广阔的市场，使企业在竞争中处于优势地位。 1 3 保护器及其装配设备发展现状 1 3 1压缩机与保护器简介 压缩机是冰箱电动制冷器的核心部件之一，其工作环境十分恶劣，如高温、高压、 电压不稳定、超负荷运行等，在这种条件下压缩机能否正常工作并得到可靠的保护，关 系到用户的财产安全和人身安全。 压缩机的安全隐患表现形式有多种，最主要体现在电气绝缘方面，此类安全隐患极 有可能造成人员触电或引起火灾等重大事故。造成此类安全隐患的原因很多，如压缩机 在生产制造过程中存在缺陷，加工工艺不合理，或者电机的运行环境散热不良，导致电 机温度升温过快，超过了安全值。一方面，过高的温度会导致导线绝缘层的老化，电气 绝缘性能受到破坏；另一方面，电机长时间工作于高温高压环境下，也会降低电机工作 的可靠性，缩短其使用寿命。压缩机非正常工作状况，包括可能导致其电机温升过高的 各种情况，主要是运行于非额定的条件下，如电网电压不稳定而导致的压缩机运行电压 过低、周围散热环境不佳或压缩机电机散热条件不良，以及各种机械传动不良原因引起 的电机堵转等【l2 1 。 虽然产品供应商在产品出厂时，都会配置相应的产品说明书，对产品的正确使用方 法和常见故障做了详细说明，但是冰箱在长时间持续通电运行中，其非正常工作工况还 是不可避免的。这就要求冰箱压缩机的材料自身要具备一定的承受能力，适应一定范围 内的过载、过热等异常工作条件，更重要的是，在上述可能的非正常工作状况发生时， 要有特殊的保护元器件对其提供可靠的保护，这对整个冰箱制冷系统的安全工作起着至 关重要的作用。 冰箱压缩机保护器作为压缩机的专门保护原件串联在压缩机工作线路中，能够实时 有效的跟踪压缩机工作温度的变化，在其工作电流增大时，自动切断压缩机工作回路， 对其提供准确可靠的保护。具体的讲，当压缩机运行与非标准工作状况时，如电网电压 太低、环境温度太高、电机超负荷运行、机械故障导致的电机堵转等，压缩机壳体温度 会升高超过额定值，此时，过载保护器感知到这一变化，就会动作，自动切断压缩机工 作电源，避免事故的发生【l 3 。 圆盘型突跳式双金属片过热过流保护器是外装式保护器的一种，因其工作稳定可靠、 结构设计简单、使用安全方便，成本价格较低等优点，成为目前冰箱制冷压缩机生产厂 4 硕士论文新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 家的首选产品，在市场上得到广泛应用【14 1 。图1 1 是其结构示意图。保护器安装在压缩 机外壳上，可以感受压缩机的壳体温度变化，当壳体温度过高时，双金属片因受热膨胀 而反转，切断工作回路电流，同时串连到电机公共端的发热丝会感知通过电机回路电流 的变化，当电流超过额定值时，同样会加热双金属片切断工作回路电流，因此具有过热 和过电流的双重保护功能。 电路简图 接线端子 双金属片 发热丝 外壳 图l 。1 圆盘型保护器结构示意图 随着压缩机工作性能的不断改善，对保护器的保护功能也在不断提出新的要求，市 场上也随之出现了一些新型保护器，如过热过载功能集于一体的埋入式保护器、接插埋 入式保护器、可熔性不复位保护器等，这些具有独特功能的保护器，满足了压缩机对特 殊性能保护的需要。近年来，节能环保的意识越来越深入人心，一些厂家已经把节能环 保作为企业发展战略的重要组成部分，开发节能环保产品，为社会节约资源能源，同时 也为企业创造价值。目前，国内已有厂家研发出一种新型迷你型保护器，并已开始为多 个厂家小批量供货，有望逐渐替代现有同类产品。新产品具有节能降耗、节约材料、使 用更环保材料的特点。将迷你型保护器和低功耗p t c 起动器组合在一起的迷你型整体 式保护器，通过降低散热量和减少热量传递方面的设计有效降低功率消耗，节能效果明 显。冰箱压缩机的重要发展趋势是模块化和小型化，其优点是重量轻、体积小、节约材 料。压缩机的模块化和小型化必然要求零部件的模块化和小型化。而迷你型热保护器和 低功耗p t c 起动器组合正好适应了这一发展趋势，目前已小批量投放市场，随着工艺 技术的不断完善和生产规模的不断扩大，必将成为今后冰箱压缩机保护器市场的主导产 品。 1 3 2 保护器装配设备研究现状 美国t i ( 美国德州仪器) 公司生产的4 t m 型保护器是目前冰箱压缩机保护器的典 型产品，其产品质量稳定，工艺成熟，已经实现了生产的自动化化和规模化。另外，如 日本y a m a d a ( 亚玛达) 公司和日本( 株) 生方制作所等，在生产装备、技术水平等 诸方面也各有优势。 美国德州仪器公司是最先研制冰箱压缩机保护器的厂家之一，其加工工艺、生产规 模和自动化程度在同行业生产商中均位于领先地位。如美国德州仪器公司自行设计研发 的保护器自动组装调校机是用于对3 4 英寸压缩机保护器进行组装和调校加工的专门设 备。该设备仅需一名工人往载具上放置工件，利用输送链条把载具上的工件按一定的工 重 l 绪论 硕士论文 作节拍间歇输送到具有相应装置的加工部位，实现各附件的自动组装，同时对工件自动 进行预热、调校、冷却、断开温度下限分选、断开温度上限分选、高压击穿检验等步骤， 最后将已加工的工件自动区分为良品与不良品，并分别排到不同的集料箱内。该设备具 有结构设计精巧合理，操作简单方便等优点，大部份操作及相关的参数显示是通过触摸 屏完成，设备的装配工艺先进，检测精度高，工作稳定可靠。它是生产与检测保护器性 能的关键设备。同时具有四种可选工作方式：( 1 ) 自动方式：自动装配完成的产品进入 下道工序，自动进行预热、调校、冷却、断开温度分选等项加工；( 2 ) 断开方式：不进 行调校，只对装配完成的产品进行预热、断开温度分选等项加工，在只需要进行断开温 度分选的情况下采用：( 3 ) 复位方式：不进行调校和冷却，先使预热区和调校区的温度 高于工件的断开温度，保证工件内的碟片动作，然后再进行复位温度分选。在只需要进 行复位温度分选的情况下采用此方式；( 4 ) 手动方式：可对各机构进行独立操作，适用 于对设备进行调试和维修的场合。该设备具有跟踪载具的功能，以及超温保护、漏电保 护、过压保护等功能。此外，设备采用双列载具并行载料输送，效率高。 自上世纪八十年代以来，国内一些厂家先后从国外引进了电冰箱压缩机保护器的关 键技术和生产设备，同时，依靠自行开发的技术加强自主研发力度，加大对生产设备和 工艺研制的投入成本。经过十几年的摸索与不懈努力，已有不少生产厂家达到了相当的 技术水平与生产规模。目前国内的生产，不但在价格方面有绝对的优势，而且产品质量 和技术水平等方面也已趋于成熟。但在自动化与智能化方面仍与国外厂家存在一定差距， 国内厂家的生产类型仍以劳动密集型为主，采用单人单机操作，每台专用设备仅能完成 某一特定工序的装配，整体装配连贯性差，工序间的上料、卸料和搬运工作占用了大量 的劳动力，自动化程度低，未能形成大批量生产。国内冰箱压缩保护器的生产能力不能 满足市场的需求，严重滞后于冰箱压缩机的国产化要求，保护器市场缺口部分仍需依赖 进口解决【1 5 】。目前，国内一些电冰箱压缩保护器生产厂家和设备生产商已将目光瞄准了 该产品自动装配设备的设计，并纷纷投入大量人力和物力开发研制，并积累了不少宝贵 经验0 广州龙邦科技有限公司生产的压缩机保护器极板压入机可以把保护器三个极板压 紧到壳体中，压力可手动调节。整台设备由工作台、气缸、压力冲头、电磁阀与气源套 件、计数器和安全保护系统等几部分组成，每个工作台有两个操作工位，工作台骨架采 用钢结构，计数采用到位开关触发，数字显示，对射式红外传感器可用于防止人手进入 冲头位置，具有安全保护功能。该设备是专门针对国内装配效率低下的现状研制开发的， 可以代替传统的手工操作，将保护器的三个极板压紧到壳体中，大大降低了工人的劳动 强度，提高了产品的装配质量和生产效率。 为了实现双金属片组装的自动化，佛山市博利特机电设备有限公司设计生产了保护 器碟片铆接机，用来将成型后的碟片与螺杆铆接在一起。振动料斗把螺杆进行自动排列， 6 硕士论文 新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 通过擒纵气缸控制螺杆进入到工位上，接着在保护器外螺杆的另一端装上锁紧螺母并以 合适的预紧力将螺杆锁紧。该公司自主研发的保护器碟片装入机，可以将铆入螺杆的双 金属碟片拧入保护器中，然后检测碟片的装入高度。保护器碟片装入机采用回转式工作 台，在一个周期内，六个工位同时工作，因此只需原来约六分之一的时间，极大的提高 了生产率；而且整个过程只有碟片放入需要人手操作，动作简单，操作容易：全机大量 采用经证明成熟可靠的技术，并且使用了各种传感器来检测工作位置，保证各机构都到 位的情况下全机才能运转，使整机的可靠性达到了很高的水平。电气控制由p l c 完成， 所有运动部件都装有各种传感器来检测运动部件的位置，如所有气缸都装有两只磁性接 近开关，分别检测工作位置和复位位置，只有当运动部件都处于复位位置，传感器发出 信号后，p l c 才控制高精度间歇分割器带动旋转工作台转到下一工位。 另外，广州邦泽自动化设备有限公司设计生产的热保护器预组装机实现了保护器的 双金属片组件与壳体的自动组装与调整。它由保护器夹具、气动压头、自动装紧装置、 工作台和电气控制箱等几部分组成，以p l c 为控制核心，步进电机为组装执行机构， 能智能化控制保护器预组装全过程，包括组装方式、速度设定、自动计数、不合格报警 提示等，采用了触摸屏作为人机界面，既美观又直观。最大生产率可达单班2 0 0 0 0 个。 1 4 本课题研究的主要内容 通过前面对冰箱压缩机保护器自动装配设备研究现状分析可知，目前对冰箱压缩机 保护器装配设备的研究主要集中于专用装置的研究，每台专用设备仅能完成某一特定工 序的装配，且上料工作仍需人工完成，很少有针对整个保护器整体装配工艺研制的设备， 这就导致了保护器整体装配连贯性差，装配设备过多，占用大面积厂房，工序间的上料、 卸料和搬运工作占用了大量的劳动力，浪费了大量的人力和物力，增加了制造成本。因 此，如何对传统的冰箱压缩机保护器装配工艺进行改善，使得整个保护器装配线更加紧 凑，成了本课题必须解决的问题。 其次，本课题研究的自动装配生产线的装配对象是市场上新出现的新型迷你型保护 器，在结构和工艺上都与老产品存在很大差异，以往的生产设备已经不能完成新型保护 器的装配要求。由于该新型保护器刚研制成功不久，尚处在向市场推广阶段，目前的生 产方式为手工装配，为了应对日后市场的需要，必须进行自动化装配的大批量生产，这 就急需设计一条自动装配生产线，来满足生产的需求。目前，国内外尚无专门用于此新 型产品装配的生产线，只能分析老型保护器的装配工艺和技术方法，结合同领域装配线 的设计经验，重新研究和设计一条适合该新型保护器自动装配的新型生产线。这是本课 题研究的主要内容。 再有，在最短的时间内用最少的人力和物力生产出优质的产品，是生产商在日益激 7 l 绪论硕士论文 烈的市场竞争中占据优势地位的关键。如何将先进的计算机辅助技术用于实际的工程领 域，用现代的设计理念和方法作为指导，实现工程问题解决的规范性、科学性、高效性， 这也是本课题所要研究的内容之一。 针对上述问题，本论文将研究一种新型的冰箱压缩机保护器自动装配工艺流程，并 研发一种基于该工艺的新型保护器装配设备，预期加工速度可以达到3 0 只分钟，达到 满足市场对该新型保护器的生产需求的目的。 论文的主要研究内容是实现对冰箱压缩机保护器自动装配生产线的技术研究和开发。 具体内容如下： ( 1 ) 针对传统加工成本高，方法效率低等缺点，研究一种新型的保护器自动装配工 艺流程，合理安排保护器的装配工序、工艺路线和工位数，提高单位时间内的保护器装 配数量，并且降低装配的成本。分析保护器装配过程中各单元的运动规律和功能要求， 确定各执行机构的运动要求，研究保护器自动装配技术的总体方案。 ( 2 ) 对新型保护器装配工艺中的底座组件自动装配这一关键技术进行深入研究。根 据保护器装配工艺要求，研制可以实现其动作的结构简单、成本低的装配机构，保证保 护器的快速高质量装配。 ( 3 ) 采用虚拟样机技术方法进行整体设计，根据虚拟样机校核分析的结果，对原始 方案逐步改进，达到优化理论设计的目的，并最终获得最佳设计结果。 ( 4 ) 完成基于保护器自动装配原型样机的零件加工并进行整机组装。确定控制系统 整体结构，设计电气控制回路，采用电气一体化控制技术实现对保护器装配线各动作模 块的系统控制。并对自动装配线进行系统调试，检验工作系统的可靠性和各动作机构的 动作协调性，解决调试中出现的问题，实现冰箱压缩机保护器自动装配线的正常运行。 硕士论文 新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 2 新型保护器自动装配总体技术研究 2 1 新型保护器技术需求分析 2 1 1 新型保护器整体结构分析 冰箱压缩机过热过流保护器对冰箱压缩机的安全运行起到保护作用。老产品圆盘型 保护器只能对冰箱压缩机的过载起到保护作用，即当冰箱压缩机运行电压低于额定值引 起的电流过大，或由于机械故障引起的压缩机壳体温度过高等不良状况，自动切断压缩 机的电流回路，使压缩机免于损坏。当运行电压回到额定值并且压缩机壳体温度降到安 全值以下时，保护器再自动接通压缩机工作回路，使冰箱制冷系统恢复正常运行。冰箱 在开始通电起动时，起动电流一般会高于正常运行电流，达到了保护器的动作电流，如 果不对其采取相应措施，冰箱压缩机将无法正常起动。老产品圆盘型保护器一般是给压 缩机再配置一个起动器，防止冰箱压缩机起动时保护器动作。 新型迷你型保护器可以有效避免上述情况。它既可以单独使用，起到与老产品圆盘 型保护器功能完全相同的过热过流保护作用，而且可以与p t c 芯片组合在一起，组成 兼有起动器功能的迷你整体式保护器，从而减少了冰箱压缩机的配件数，降低了产品的 总体生产成本，使冰箱压缩机运行更稳定，可靠性更高。 新型迷你型保护器核心部件的组成如图2 1 所示，它由塑料底座、静触片、动触片、 插脚、瓷座和电热丝等零件组成。它可以单独与双金属片、垫圈和磁珠组装在塑料壳体 内作为冰箱压缩机的过热过流保护器使用，其保护功能与老产品圆盘型保护器完全相同， 而且体积小，电热丝装置在瓷座内，瓷座耐压、耐高温，不会起火。 2 3 4 5 6 1 一插脚2 动触片3 静触片4 电热丝5 瓷座6 塑料底座 图2 1 新型迷你型保护器核心部件的组成 9 曩口口 一 口置 2 新型保护器自动装配总体技术研究硕士论文 保护器核心部件也可以与双金属片、垫圈、磁珠、p t c 芯片、起动器引脚组装在整 体式保护器的塑料壳体内，组成兼有起动功能的迷你型整体式保护器，如图2 2 所示。 它仅比迷你保护器多了一个p t c 芯片和两个起动器引脚，却同时实现了对冰箱压缩机 的起动和保护作用，其功能是两种压缩机配件的集合，结构上由于将两者设计成整体式， 共同使用同一个塑料外壳，节省了材料，产品整体成本大幅度降低，产品结构也更加紧 凑。因此，迷你型整体式保护器重量轻、体积小、节约材料等优点，符合冰箱压缩机及 其零部件小型化和模块化的发展趋势，将逐步替代现在的圆盘型保护器和p t c 起动器， 成为今后冰箱压缩机保护器配件市场的主导产品。 留i 一鹣i 譬1 46 1 _ 垫圈2 磁珠3 双金属片4 下壳体5 底座组件6 上壳体 图2 2 新型迷你型整体式保护器 2 1 2新型保护器关键技术需求分析 图2 1 所示的新型迷你型保护器核心部件是保护器整体机构中最重要的部分，是保 护器可靠工作的保障，也是产品装配中最难实现自动化的部分。它由塑料底座、静触片、 动触片、插脚、瓷座和电热丝等零件组成。电热丝串连在冰箱压缩机工作回路中，可以 感应到压缩机工作回路中电流的大小，如果压缩机工作回路电流增大，电热丝产生较多 的热量，使靠近电热丝的双金属片迅速升温，当双金属片温度达到反转温度时，通过磁 珠顶开动触片，使保护器的静触点和动触点分离，断开冰箱压缩机工作回路，对压缩机 起到保护作用。当工作回路电流增大或运行环境温度升高时，静触点和动触点能否有效 地断开，是保护器能否起到保护作用的关键。为了使静触点和动触点在过载时可靠地断 开电路，必须确保产品的装配质量。静触点和动触点分别焊接在静触片和动触片上，而 静触片和动触片都装配在塑料底座上，由此可见底座组件的装配质量对保护器的可靠性 起到决定性作用。 本文所研发的冰箱压缩机保护器自动装配系统，是为了实现保护器中底座组件这一 关键部件的准确、快速、可靠组装。冰箱压缩机保护器底座组件装配图如图2 - 3 所示。 保护器底座组件共有四部分组成，分别是塑料底座、静触片、动触片和插脚。塑料底座 1 n 硕士论文 新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 是基础件，静触片、动触片和插脚三个附件都装配在塑料底座上，三个附件都属于钣金 件，且只有插脚几何形状较规则，静触片和动触片都属于几何形状较不规则的钣金件， 其结构分别如图2 4 和图2 5 所示。 图2 3 新型保护器底座 图2 4 静触片结构图 日飞= 亘可匿- 一* ” 图2 5 动触片结构图 一画一面 2 新型保护器自动装配总体技术研究 硕士论文 产品技术需求分析是一项十分重要的工作，用户对产品的满意程度和产品市场销量 情况，很大程度上取决于对客户需求定义的准确与否，如果需求分析做得不够充分，很 可能造成产品开发的失败【l 引。产品技术需求分析的目的不仅仅是为客户提供优质服务， 满足客户眼前的需求，更应着重于发现客户的潜在需求，生产出具有潜在市场价值的产 品【1 7 】。影响企业创新设计的因素之一是对客户需求分析的好坏，因此需求分析越来越受 到企业的高度重视。 获取用户对产品的各种需求信息后，要对这些信息进行整理、分类和分析，明确客 户对产品各项指标的具体要求。冰箱压缩机保护器进行自动装配生产线的研究，是为了 提高保护器单位时间内的产量，使装配完成的产品具有更高的装配精度和可靠性。在研 究其具体技术方案以及结构设计之前，通过对客户需求的研究分析，总结出冰箱压缩机 保护器生产厂家对保护器自动装配生产线的技术需求如下： ( 1 ) 能够完成装配任务 该自动装配生产线可适用于冰箱压缩机新型保护器的基本装配任务，能够自动完成 保护器各零件的组装工作。 ( 2 ) 全自动的连续装配 保护器装配过程中各工位的各项操作，均由执行机构自动完成，无需人工干预，自 动化程度高，各执行机构的动作连续性和协调性可通过控制系统有效调节。 ( 3 ) 较低的设计和制造成本 综合运用现代先进的设计方法，缩短产品设计和制造周期，在产品设计阶段对设计 方案进行分析，优化产品结构，尽量减少物理样机的修改，最大限度的降低保护器装配 生产线的设计和制造成本。 ( 4 ) 紧凑的机械结构 根据各工位执行机构的运动规律，合理安排保护器装配线各机构的布局，简化装配 线各动作机构，使设计的装配线结构紧凑，占用车间厂房面积小，使用方便。 ( 5 ) 友好的人机交互界面 生产中所要执行机构的动作、产品数量统计、运行时间等人机交互工作与手工调整 操作，可在触摸屏上显示和控制，装配线应能实现单步可控操作，方便生产中对生产质 量的控制和调整。 2 2 系统总体技术方案 2 2 1装配线设计流程 设计应优先考虑用户的使用需求，设计的优劣也应由需求的满足程度来衡量。方案 设计是在明确需求后进行的。为了得到整体的最优设计方案，通常把整个技术系统作为 1 2 硕士论文新型冰箱压缩机保护器自动装配技术研究 设计对象，使用系统的各个要素对系统进行工程分析和综合，最终使系统内部保持一致 和协调【l s , 1 9 。 冰箱压缩机保护器自动装配生产线系统以p l c 为控制核心，能够满足保护器自动 装配生产的要求，保护器自动装配要有较高的生产率，稳定的生产性能，良好的可操作 性。为了达到上述要求，必须根据装配的实际需要确定设计的有关原则，根据各执行机 构的工作特点进行分析设计，然后综合使用现代设计理论方法对各功能模块进行分析， 使系统各要素保持协调一致【2 0 ，2 1 1 。本生产线的拟定方案设计流程如下： ( 1 ) 根据保护器手工装配的特定，研究自动装配生产线的工艺流程，确定装配生产 线的整体结构方案； ( 2 ) 根据保护器的实际结构特点，设计能够实现具体装配任务的各个功能模块，对 各功能提出具体设计方案，使用合理的现代设计方法对各个模块进行详细设计，根据各 模块的装配功能要求和对产品装配质量的控制，对方案进行分析和修改； ( 3 ) 进行虚拟样机仿真设计，通过虚拟装配和运动仿真检验各执行机构的动作协调 性，对设计中的不足和错误及时发现并修改，经过多次的反复修改，实现设计方案的最 优化，最终完成自动装配生产线的设计。 ( 4 ) 根据各功能模块的功能需求，研究装配控制系统结构，设计气动回路，控制各 模块在空间和时间领域协调有序的运行。 整体设计方案流程如图2 6 所示。 图2 6 设计流程方块图 2 2 2新型保护器自动装配工艺研究 保护器自动装配生产线工艺过程的拟定是设计任务的第一阶段，也是装配线设计的 基础。工艺过程的合理性，在很大程度上影响着装配线机构的运动方式、装配线的体积 大小、设备的整体结构和保护器的装配质量【2 2 】。 在整