涂裝車間基于自動化噴涂方案下雙鏈輸送技術分析

司世雄，宋江勇，張利男

(山西科技學院 智能制造工程學院，山西 晉城 048000)

0 引言

現代涂裝產業基本為機器人自動化作業，其噴涂產品的機械化輸送質量也需達到相應的標準要求。目前涂裝車間噴涂機械化輸送主要是工藝雙鏈傳動[1]，在實際工廠生產中鏈條運行存在著爬行卡頓、滑橇橇體打滑現象。這些問題會導致噴涂跟隨輸送系統上待噴涂的產品與噴涂機器人的運行速度不同步，導致噴涂到產品上的油漆不均勻，影響產品成型漆膜質量[2]。且鏈條在噴房高溫高濕的漆霧環境中，若工作運行狀態不良，則極易出現打滑，嚴重時會導致噴涂機器人輸送車身之間的間距報警，造成生產線停線[3]。涂裝車間采用自動噴涂，除了可以提升效率、穩定質量外，更有消除污染工位作業、提高涂料利用率和實現節能環保的作用?，F有汽車涂裝生產線底部的粗細密封和油漆內噴成為了主流新建線的標配。因此涂裝的高自動化率以及產品競爭的高品質要求都對機械化輸送系統的穩定性提出了更高的要求[4]。

1 雙鏈條輸送的設計結構

雙鏈條輸送結構主要由機首驅動機構、中間段軌道機構、機尾張緊機構和自動潤滑裝置四部分組成。

機首驅動機構主要由無動力導向輥子、驅動鏈輪和上下鏈條導軌等組成，如圖1所示。兩個驅動鏈輪由安裝在噴房室體外的驅動電機減速器通過傳動軸驅動，避免噴房室體內的惡劣環境對其壽命的影響。無動力導向輥子為滑撬駛出工藝鏈時提供導向，使其能正確步入下一個輸送設備。

1-無動力導向輥子；2-驅動鏈輪；3-上下鏈條導軌

中間段軌道機構由壁板和上下鏈條支撐導軌組成，如圖2所示。雙工藝鏈條在上下支撐導軌中循環運行，并起到導向支撐作用，防止鏈條運行平面與鏈輪的平面不一致，出現跑偏現象。軌道壁板在鏈條外側安裝，對鏈條具有防護作用，防止漆霧的污染[5]。

1-工藝鏈條；2-壁板；3-上下導軌；4-C型支座

機尾張緊機構[6]主要由兩個從動鏈輪、張緊裝置和無動力導向輥子組成，如圖3所示。無動力導向輥為撬體駛入工藝雙鏈提供導向。兩個從動鏈輪分別安裝在各自的滑塊上，鏈條在鏈輪、張緊擋條和彈簧的作用下處于張緊狀態，當載荷不一樣時，可以移動碟形彈簧的調節螺栓使鏈條改變原有的張緊狀態，使新的張緊狀態與當前載荷相匹配。

1-無動力導向輥子；2-從動鏈輪；3-張緊裝置

自動潤滑裝置根據驅動鏈輪的轉速對鏈條各板鏈之間的連接處、軸承處進行加油潤滑。加油嘴在鏈條一側各有兩個，一處潤滑內鏈板與滾筒(如圖4的1處位置)，另一處潤滑內板鏈與外板鏈(如圖4的2處位置)。自動潤滑裝置利用電子產品助力自動加注,保證潤滑周期,自動調控出油量,減少了鏈條故障,降低了鏈條的消耗[7],提高了設備可開動率。重視潤滑工作是保證生產線正常運轉、減少檢修時間、延長設備使用壽命的主要途徑之一。

圖4 自動潤滑的位置

在雙鏈輸送機構驅動軸的外伸部分安裝有跟蹤編碼器，輸送線上安裝有信號傳感器，可檢測機器人與輸送系統之間的連鎖跟隨運送。噴涂機器人系統負責與輸送系統的運動互鎖信號對接，自動接收這些信號，包含輸送系統產品工件的啟動運行、急停及準備就緒等，從而實現雙鏈輸送系統上工件的運動與機器人噴涂運動達到跟隨的效果。

2 噴漆工藝雙鏈在工作中易出現的問題及危害

噴漆工藝雙鏈在工作中易出現鏈條爬行抖動、撬體打滑這兩類問題，而在機器人自動高速的噴漆作業中，這兩類問題會引起車身噴涂質量問題及生產線因報警停線事件，從而影響車間的生產計劃。具體的影響如下：

(1) 鏈條的爬行抖動、運行速度不平穩，會產生有害的動載荷，給鏈輪、鏈條的使用壽命帶來不利的影響。

(2) 機器人自動噴涂車身過程中，車身在爬行抖動的鏈條上運行，機器人會默認以工藝鏈設計的鏈速進行均勻噴涂，會導致實際車身上的成型漆膜不均勻，出現光澤低、橘皮[8]等現象。

(3) 撬體在鏈條上打滑，嚴重時會導致待噴涂車身之間節距超出機器人允許的節距值，導致報警停線。

(4) 鏈條運行速度不穩定、抖動導致車身后背門顫動，使工裝夾具可能掉下，或者在機器人噴涂過程中干涉到旋杯[9]等噴涂工具。

3 問題分析及解決措施

3.1 鏈傳動工作原理及制造安裝分析

鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。鏈傳動有許多優點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現象，平均傳動比較為準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸??；所需張緊力小，作用于軸上的壓力??；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環境中工作。但是也有缺點，鏈傳動在工作過程中由于其“多邊形效應”[10]原理，鏈條及從動輪做周期性變速運動，其鏈條上的車身也會作變速運動，從而引起附加的動載荷。其動載荷的大小與鏈條和回轉零件的質量、加速度有關。

鏈條變速運動引起的動載荷Fd1為：

Fd1=mac.

(1)

其中：m為緊邊鏈條的質量；ac為鏈條的瞬時加速度。

(2)

其中：vx為鏈條沿前進方向的水平分速度；R1為驅動鏈輪的分度圓半徑；ω1為驅動鏈輪的角速度；β為驅動輪上鏈條最后一節進入嚙合的圓周速度與水平線的夾角。

鏈條的速度v可以分解為前進的水平分速度vx和上下的顫動分速度vy，如圖5所示。

圖5 鏈條鏈輪嚙合示意圖

當β=±180°/Z1(Z1為驅動鏈輪齒數)時，最大ac為：

(3)

其中：P為鏈條節距，P=2R1sin(180°/Z1)。

從動鏈輪變速運動引起的動載荷Fd2為：

(4)

其中：J為整個從動系統轉化到從動鏈輪的等效轉動慣量[11]；R2為從動鏈輪的分度圓半徑；ω2為從動鏈輪的角速度。

從式(3)和式(4)中可以看出，齒數越少、鏈條節距越大、驅動輪轉速越高，則傳動所帶來的動載荷越大。但式(3)和式(4)計算公式忽略了實際現場安裝質量所帶來的阻力影響，動載荷數值大小宏觀上直接與鏈條運行速度變化的激烈程度有關。在實際現場鏈條運動速度越慢，其運行阻力越大，動載荷越大。

經過現場測試和對工藝鏈運行的觀察，發現中間段的壁板、上下導軌、鏈輪安裝精度較低，安裝對中性差造成鏈條有爬行現象。鏈條槽體內側壁板間距設計尺寸為100 mm，實測槽體內側壁板間距某些部位僅為98 mm。在這些偏差較大的部位，鏈條與導軌、導槽間的運動阻力較大，最終造成鏈輪中心線與導軌的中心線不重合，形成了“鏈齒切鏈”現象，如圖6所示。

圖6 “鏈齒切鏈”現象

經過對鏈輪、鏈條導軌的調整，槽體壁板的平面度修正，及重新調整張緊裝置，爬行現象不再出現。

3.2 潤滑分析

若在工作中潤滑位置發生錯誤，或者加入的潤滑油量大，在這種情況下會使鏈條中間的滾筒、導軌粘上油，則將使整個鏈條滾筒和導軌間的靜摩擦不足使其無法滾動，出現滑動、間歇式滑動及滾動現象[12]，短期內在滾筒上多增加潤滑油，可使兩者間的滑動摩擦因數減小，但從長遠角度分析，滑動狀態會加劇鏈條磨損，且生產過程中會浪費大量潤滑油。解決措施為：采用高壓高溫水槍對整個雙鏈及軌道進行沖洗，調整自動加油機的加油位置及加油量，并檢查整個鏈條滾筒軸承是否轉動靈活，使其在導軌上的運動狀態始終為良好的滾動狀態。

3.3 設計結構分析

輸送鏈上支撐工件的撬體有時會出現打滑，造成噴涂機器人系統對工件間距的報警。經過大量的觀察測量，撬體在進入工藝雙鏈時會上下波動。當撬體剛進入工藝雙鏈時，第一個與撬體接觸的C型支座在A～C之間運動(如圖7所示)，其在A～B區間時，由于從動鏈輪的“多邊形效應”，使撬體有一個向上的波動；在B～C區間由于此間段無導軌支撐，在車身載荷作用下撬體會有一個向下的波動，如此撬體在A～C區間存在的上下高度位置差，易使其發生打滑。

圖7 鏈條與機尾示意圖

設計工藝雙鏈時，應降低從動鏈輪及張緊裝置高度，前移導向滾輪位置。當撬體進入雙鏈時，兩者的第一個接觸位置已在導軌上，即C點沿工件運行方向以后的位置。剛轉過從動鏈輪的雙鏈，其上的C型支座也不再因高度差問題碰觸撬體，這樣撬體進入工藝雙鏈時不再會上下波動，也不再出現打滑現象。

4 結論

本文針對機器人自動噴涂下的工藝雙鏈易出現的問題進行了分析，得出其運行不良的主要原因有3個：設備安裝精度低所帶來的阻力、從動鏈輪及張緊裝置設計不合理及鏈條運行的“粘著打滑”。經過對以上三方面改進，工藝雙鏈的運行不再出現打滑、爬行等現象，本文采取的解決措施可供相關專業人士參考。