多車型切換焊裝夾具氣路控制系統

控制系統    時間:2014-03-12 17:12:13
多車型切換焊裝夾具氣路控制系統簡介
隨著汽車市場競爭的日益激烈,各大汽車廠商推出新車型的周期越來越短,利潤空間被逐步壓縮。為平衡利潤和車型周期之間的關係,汽車各大工藝的生產線逐步向多元化和……
多車型切換焊裝夾具氣路控制系統正文

隨著汽車市場競爭的日益激烈,各大汽車廠商推出新車型的周期越來越短,利潤空間被逐步壓縮。為平衡利潤和車型周期之間的關係,汽車各大工藝的生產線逐步向多元化和共線模式發展,追求著高速度、高柔性化和高自動化,其中尤以焊裝線為甚。焊裝線的控制系統主要以氣控為主,對於大型共線模式的焊裝線而言,氣控系統設計的合理與否直接影響整條生產線的節拍、成本、操作性和安全性等問題。
氣動技術
氣動技術是以空氣壓縮機為動力源,以壓縮空氣為工作介質,利用壓縮空氣的壓力和流動進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術,是實現各種生產控制、自動控制的重要手段。在工業應用中,氣缸是應用最為廣泛的一種啟動元件,採用如下原理:在圓柱形的容器中,活塞受到壓縮空氣的壓力作用,活塞上固定著活塞桿,活塞桿將活塞的運動傳遞到圓柱形容器外面。
氣動技術具有以下特點:氣動裝置結構簡單,安裝維護方便,壓力等級低,使用安全;工作介質取之不盡、用之不竭,成本低且不污染環境;輸出力及工作速度容易控制,易實現高速驅動;可靠性高,使用壽命長;空氣有壓縮性,能量可儲存,可集中供應,遠程輸送;全氣控控制可對應防火、防爆和防潮能力;執行元件速度易受負載影響;輸出力偏小。
氣控系統
各種自動機械和自動化生產線大多是按程序工作的。所謂氣動程序控制系統(氣控系統),就是根據生產過程的要求,使被控制的執行元件按預先規定的順序協調動作的一種自動控制方式。
氣控系統可分為5個模塊(見圖1),分別為能量供給;通過信號元件指示狀態(感測器);對控制信號進行處理(處理器);通過最終控制元件驅動執行器;通過執行元件完成工作(執行器)。為了控制系統工作,需要建立複雜的邏輯結構並滿足轉換條件,這就需要氣動或部分氣動系統中的處理器、感測器、控制元件和執行元件相互協作。

一個完整氣控系統的功能元件包括空氣壓縮機、后冷卻器、氣罐、主過濾器、乾燥機、FRL、殘壓釋放閥、壓力開關、方向控制閥、調速閥、氣缸以及壓力感測器、流量感測器和消音器等輔助元件(見圖2)。
其中,空氣壓縮機到乾燥機屬於氣源部分,後面元件屬於氣控部分。氣控部分的元件組成了信號流的控制路徑,從信號輸入開始直到執行裝置,根據從信號處理裝置獲得的信號,控制元件控制執行裝置的運動方式,是整個氣控系統的核心。
基本氣控系統的設計
按鈕閥、方向閥和氣缸3個元件可以構成一個最基本的氣動迴路,如圖3所示的氣動迴路始終處於通氣狀態:
1.當手控閥C壓緊時,閥B收到來自右側的瞬間信號,aDb構成迴路,此時氣缸處於打開狀態;
2.當手控閥A壓緊時,閥B收到來自左側的瞬間信號,cDd構成迴路,此時氣缸處於夾緊狀態。
以此思路進行擴展,若多個氣缸的動作一致,則所有氣缸全部並聯至閥B即可實現預期動作;若多缸且行程不一致時,為每一種行程設計一個類似ABCD迴路,並聯至主氣路上即可實現預期動作,此類設計方法為設計師所常用。但是當整個氣路系統中存在較多的行程種類或氣缸存在複雜的交叉使用情況時,使用此法進行設計會造成氣路冗餘、閥體過多、工作效率低下以及易出現操作失誤等問題。多車型切換工位是一種典型的兼有行程複雜、氣缸頻繁共用的氣控系統,對於此類氣控系統的設計必須尋求更為簡潔高效的方法。
多車型切換氣控系統的設計
以江淮汽車的某生產工位為例,此工位共集成了R002、R003和R004三種車型,且R002與R003的部分氣動元件存在共用現象。
圖4為該工位局部功能模塊的簡圖。該工位的氣缸存在多種不同行程,且相互之間存在借用現象,情況複雜。對該工位的氣缸行程種類進行統計,共有12種類型,若簡單採用前述並聯至主氣路的方式,則至少需要24個按鈕。如此龐大的按鈕站極易造成操作失誤,並給生產效率帶來負面影響。
為了簡化氣控系統,必須對所有的氣缸進行分類,以大的功能模塊代替原先的小功能模塊。鑒於該工位的生產模式是以車型為單位展開的,可以嘗試將每一車型的模塊劃分至統一類別,對車型之間相互交叉的氣缸採用功能閥進行切換。如圖所示,利用方向控制閥的換向性對每一車型模塊進行單獨控制。
當圖中閥c收到左側信號時,即整個氣路開始接受工作指令,此時記憶閥a、b的擰緊或鬆弛可起到切換車型的作用。
記憶閥b首先收到來自閥c的氣動信號,若此時閥b處於打開狀態,則R004模塊接受信號,閥a沒有信號輸入,即R004的氣控系統處於待命狀態,整個控制系統僅控制有關R004車型的氣動元件,此時該工位的生產車型為R004;若此時閥b處於壓緊狀態,則R004模塊的夾具均無信號輸入,處於卸載狀態。
記憶閥a接受信號:當閥a接收到信號時,C端始終有信號,R002與R003的共用模塊一直處於待命狀態;若閥a處於壓緊狀態,則R003模塊接受信號,R003的氣控系統處於待命狀態,整個控制系統控制R003的專用氣動元件與R003和R002的共用氣動元件,此時該工位的生產車型為R003;若閥a處於打開狀態,則R002模塊接受信號,R002的氣控系統處於待命狀態,整個控制系統控制R002的專用氣動元件和R002與R003的共用氣動元件,此時該工位的生產車型為R002。
上述設計通過對記憶閥的巧妙使用把每個車型的氣動元件和共用部分的氣動元件分別分成一個個大模塊,在操作過程中可通過對每個模塊的切換實現車型切換,然後在每個車型的子控制系統下對相應的氣動元件進行操控,解決了前述按鈕閥過多、操作複雜等問題。
結語
隨著汽車工業的不斷發展,各大汽車廠商推出新車型的頻率不斷加快,汽車生產線各工位的壓力逐漸增加。為了適應市場的發展潮流,研發人員必須與時俱進,不斷變通思進,在利潤和效率間尋找平衡點,為自主汽車品牌乃至整個汽車行業的發展貢獻力量。   

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