【《发动机翻转设备的研究现状及分析文献综述》5000字】

发动机翻转设备的研究现状及分析文献综述1.1发动机翻转设备的国内研究现状制造业直接体现了一个国家的生产力水平，是区别发展中国家和发达国家的重要因素，制造业在国家的国民经济中占有重要份额。新中国成立后，经过几十年的艰苦奋斗，我国已经形成了一套比较完善、合理的装配工业体系。近年来，中国制造正慢慢崛起，各种新式工程装备层出不穷，这些成就离不开装配工艺的进步和装配生产线的改进优化。对于柴油机装配行业，在装配生产线上对柴油机机体进行翻转操作是必要且常见的，经过这些年的发展，科学技术不断进步，这一操作也逐渐地从人工翻转转变为机械自动化翻转。翻转机发展早期，由于复杂化和高消费化等的原因，大多柴油机生产企业依靠国外进口设备，国内翻转机得不到快速发展。国外进口的发动机翻转设备虽然自动化程度较高，但是其价格高且结构复杂，如果使用过程中出现故障还需要专用的零部件和维修人员。就对柴油发动机机体进行翻转这一操作来说，在满足要求的前提下，机器应该尽可能简单，减小出错的可能性。生产中小型柴油发动机的公司，其首选的翻转机应该结构简单、操作方便，随着相关企业实力的提升，国内的翻转机也在不断发展。目前，翻转机的各种技术已经日渐成熟，就国内翻转机领域来看，我们已经研制出种类众多的翻转机。文献[8]中提到，在对缸体内部进行清理时也需要使用翻转装置来改善以往缸体地面放置，工人弓腰塌背手动清理的状况，进而减少劳动强度、提高生产效率。张志红根据用户的需求设计了一种缸体清理翻转装置（如图1-5）。不同于国外采用电磁吸盘吸附缸体的一个表面，考虑到我国的电力供应及车间安全防护，她采用机体曲轴孔和凸轮轴孔定位，两端卡紧的方案（张颖颖在其文献[9]中设计的机器上也采用了孔销配合夹紧再翻转的方法），实现了360°自由翻转、极大减轻工人劳动强度、提高车间清理效果恶效率安全可靠的目的。此外，因为目标缸体非大功率缸体，采用气缸夹紧即可满足稳定夹紧，较油缸具有结构简单、成本低廉、方便易维护的优点，同时配备快换工装板，可满足用户适用于多种缸体的要求。但是对于自动化清理部分，作者未进一步探讨，存在一些不完善之处。图1-5用于缸体清理的翻转机工件翻转装置对自动化生产线来说是必不可少的，其设计的好坏也直接影响着整条生产线的生产水平。目前市面上的翻转装置大多采用气压、液压传动系统控制。文献[10，11]里曹玉宝设计的工件翻转装置中的执行机构采用齿轮齿条与液压传动系统结合的方式实现工件的翻转（如图1-6），具有输出力大、惯性小等优点，并根据翻转装置将工件夹紧然后翻转180°的工作顺序设计了液压系统，对气压系统的设计有一定的参考意义。不过他采用齿条与翻转单活塞缸的活塞杆相连的方法，将活塞杆的直线运动通过齿轮齿条传动转化为圆周运动，完成工件翻转，这样翻转还需要借助液压缸的升降，从而增多液压系统工作步骤，增加工件翻转时间，影响生产效率，略有不足。此外，针对云内公司生产的系列柴油机的中型机体来说，采用气压传动系统夹紧更具有适用性。未来，自动化翻转设备乃至翻转机械手在自动化装配线上具有愈来愈广阔的应用前景。图1-6工件翻转装置总体结构示意图和执行机构剖视放大图文献[12]中针对传统的机械零件加工方法中大型工件翻转由人力手工完成的问题，为减小工人的劳动强度、提高生产效率，如图1-4所示，刘海影设计了一种简易的翻转装置，在自动化生产线上具有广阔的应用前景。此装置采用液压传动系统夹紧工件，链条链轮传动，让电机带动链轮旋转使链条牵引中间转盘实现工件180°翻转。从装置的整体结构上来看，这是一种笼式翻转设备，结构简单，采用液压传动，翻转过程平稳，惯性小。作者介绍到该装置应用多年来一直运行平稳，实际生产效果良好，并且对箱体类及其他非回转类零件的翻转也适用，有力地证明了笼式翻转机的实用性。不过该设备主要依靠上下方的两个液压缸提供很大的夹紧力固定机体保证翻转过程的平稳，如果在上下方轨道两边各设置挡板并连接在滑轨上，就能在两侧也提供固定支承，同时将两个液压缸替换为一个气缸来提供夹紧力，不仅能保证翻转过程的平稳，还简化了结构，降低安装成本。依靠挡板的可调性也能适应不同型号的机体。这也是本论文中机体翻转吹干机的创新结构之一。文献[13]中，蒋芳等人提出一种实现单个平面内发动机360°翻转的装置，如图1-7所示，其翻转机构采用蜗轮蜗杆减速器，采用手轮转动。翻转机构通过支架总成与底座相连，如此一来，支架总成就承受着发动机与翻转机构的全部重量，在发动机启动过程中还会承受一定动载荷，故对支架的设计有较高要求。装置利用安装在连接盘上的定位槽板和定位连接套连接固定不同类型的发动机，以学校内相关专业学生拆装实践教学目的为主，对实际生产线上的翻转机有一定的参考意义。图1-7发动机360°翻转装置文献[14]中的毛开清等人则设计了一种与上方所述翻转装置结构接近的非标翻转机的翻转锁紧装置，可以使发动机在旋转到一定角度时锁紧，方便工人拆装与维修，可提高发动机翻转机的使用效率。其对以往的齿轮与楔形块上的齿条啮合进行锁紧的装置进行了重大改进，改进后的锁紧装置具有多角度翻转快速锁紧、结构新颖、易于上手等特点。不足的是由于是非标件，无法推广应用。文献[15]中，张红学，张华伟等人分析了几种针对大功率发动机机体（10~30t）的翻转设备，并从南车玉柴四川发动机股份有限公司的实际产品需求出发，对已有的回转框架式翻转台进行改进，采用电器与液压结合的驱动方式，设计了一种回转框架液压夹紧翻转台。他们指出：对大功率发动机的机体进行翻转时，会产生很大的翻转冲击力，这种情况下若采用链条这种纯机械驱动方式，会使链条寿命大大缩短；同时纯机械驱动中有使用到减速器，会造成电机与刚性联轴节中心错位，引起链条打滑。电机驱动链条式翻转台（如图1-8（a））与双立柱油缸驱动翻转台（如图1-8（b））未能同时解决以上两个问题。翻板式液压驱动机体翻转台（如图1-8（c））则将油缸置于地下，结构简单且不占空间，但在翻转过程中容易使铁屑和切削液流入地坑，故应用此方案时需加装滤网及水泵。回转框架液压夹紧翻转台（如图1-9）则解决了以上问题，且通用性强、机体安装方便、后期维护成本低，并使公司的发动机机体生产效率提高了20%左右。这种翻转设备与笼式翻转机结构类似，也间接证明了笼式翻转机的适用性。但此翻转设备未考虑加装吹干装置以去除机体内残留的切削液、清洗液等液体，有一定的不足。（b）（c）图1-8三种用于大型发动机缸体翻转的老式装置图1-9回转框架液压夹紧翻转台文献[16]中，刘翠等根据大连华根机械有限公司内柴油机缸盖自动化生产线上某些工位需要对缸盖进行翻转改变姿态的问题提出一种步距式翻转装置，采用了蜗轮蜗杆机构。翻转过程可理解为将缸盖定位在夹具上，用形如将书本平放在桌面上进行翻页的方式对缸盖进行翻转，使用可编程控制器，控制稳定可靠，很适合于汽车或发动机的自动装配线中。文献[17]针对目前发动机的翻转架大多仅限于单一方向具有很大局限性的问题，张建等设计了一种可多维360°翻转的发动机翻转架，对于发动机拆装与维修过程中需要多次改变其姿态的现状提出了建设性的方法。如图1-10所示，此装置利用2个与立柱相连的U形轨道滑轮形成的圆形滚动体在底部的圆形钢轨底座上滚动实现水平面（XY平面）内旋转，同时采用内外2组相互嵌套的蜗轮蜗杆结构实现竖直平面（XZ、YZ平面）内的旋转。此多维翻转架有一定的创新，不足的是旋转全都要靠手工完成，如果真的投入实际应用中，生产效果可能不理想。考虑到自动化布线的问题，翻转架完成三个平面内360°的自动化旋转几乎不可能，只能借助于机械手。图1-10可多维翻转的发动机翻转装置由以上可知，就对发动机机体翻转180°来说，笼式翻转机更适用，特别是它也能对大型发动机机体进行翻转。1.2发动机翻转设备的国外研究现状国外的工业化起步早，发展至今已经经历了很长一段时间，在机械制造的装备技术和机器设计方面都较领先于国内，特别是在翻转机的研发上，国外的许多公司（如美国的Bushman设备开发公司、Cherry公司，德国的BUSCH公司等）已生产出多种类型的翻转设备，应用范围包含模具、钢卷、汽车、发动机等多种零部件的90°、180°等多角度的翻转。总之，国外翻转机技术起步早，成熟度高，应用场合已渗透在各个行业[19-21]。美国Bushman设备开发公司生产的一款CL型翻转机结构如图1-11所示，其主要组成部分是封闭或不封闭的柱状外形轮廓和驱动装置。工作原理为：由电机带动链轮链条传动系统绕着柱状外形轮廓进行翻转。该装置一般用于模具、钢卷等大型零件的90°翻转，承载能力强。图1-11CL型翻转机在德国大众汽车的总装车间里，使用了一款悬挂式半环包围型翻转机，如图1-12所示。该装置将车辆悬挂起来，可实现待组装车辆的竖直平面内翻转和水平面内翻转，同时也方便工人对其底盘及其他死角位置进行安装操作，自动化程度高，技术较先进。对该设备的结构大小及夹持的方式进行改进后也可适用于大中型发动机的装配翻转，但是设备的成本会较高且通用性较差。图1-12悬挂式半圆包围型翻转机目前国外的翻转机应用更多的是全自动化设备。德国宝马（BMW）公司的柴油机装配生产线上采用了一种机械手来完成发动机缸体的翻转，如图1-13所示。其工作原理为：当发动机被运输至预定位置时，机械手经丝杠导轨下移，两侧夹取臂夹紧缸体后机械手再上移，接着由夹取臂来完成发动机的180°翻转再将其放置到托盘上，最后机械手再回到初始位置，发动机被托盘输送走，下一个待翻转发动机进入预定位置。这条柴油机装配线的自动化程度高，连缸体底部涂胶用于油底壳的装配也是由机械手自动完成。这大大提高了柴油机的装配效率和质量，不过机械手的价格一般比较高昂。图1-13机械手对发动机进行翻转很久以前我们就知道，工业机器人能被用来有效地完成重复且简单的工作，提高生产率，而大多数场合，机器人仅限于完成重复的简单工作。目前，设计用于夹持工件的装配夹具，并结合合理的机械结构、在分析了柴油机装配过程中的工作运动后设计的获取装配作业信息的视觉系统而完成的装配机器人也是国外正大力研究的方向[22]。现在的翻转机基本都朝着自动化方向发展，一条包含机械手等多种自动化设备的柴油机装配线更适合于大产量的厂商，在中等产量的柴油机装配线上，一种成本较低、自动化程度高的翻转机更受青睐。综上，可见自动翻转机作为一种可以减轻工人劳动强度、提高生产率的设备，在越来越多的装配线（特别是汽车、发动机装配线）上已必不可少。同时，鼠笼式翻转机凭借其独特的优点，在发动机装配线中应用广泛。本文采用笼式翻转设备的结构，并结合用于吹干机体的喷头，优化设计的鼠笼式机体180°翻转吹干机，采用一些创新设计，对发动机装配线的自动化改造、发动机产量的提升、翻转机通用性的增强有一定的帮助。参考文献[1]周锡.柴油机装配线非标翻转装备设计与研究[D].重庆大学,2015.[2]曹文东.发动机装配线生产瓶颈工序的研究[D].吉林大学,2011.[3]HoleVJ,RajhansaNR.Performanceevaluationofanengineassemblylinethroughsimulation[C]//AppliedMechanicsandMaterials.TransTechPublicationsLtd,2014,612:111-115.[4]刘全双,张微,周春月,胡凯,李春萍,王亚飞,俞道云,闫文俊,张怡军,武凯歌,侯红显,王学峰,祁伟,刘亚辉,杨辉.发动机机体装配过程与分析[J].黑龙江科技信息,2016(07):72.[5]赵伟,刘晓冰,许登峰.制造生产模式的演变与敏捷制造[J].工业工程,1999(03):13-17.[6]郑晓霞,畅俊.制造生产模式的演变与敏捷制造[J].科学之友(B版),2009(04):102-103.[7]龚成平.发动机拆装翻转架的设计与传动部位分析[J].山东工业技术,2017(08):3-4.[8]张志红.缸体清理翻转装置的设计[J].铸造设备研究,2008(06):1+38.[9]张颖颖.发动机缸体翻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