费允锋1宋银灏1杨如正21火箭军工程设计研究院北京沈阳新松机器人自动化股份有限公司沈阳
摘要：针对大质量细长产品的长期贮存问题，设计了一套模块化辊道贮存系统，该系统由产品贮存辊道底座组件、动力移载辊道、传动系统、限位机构及自动移载动力对接机构等组成。提高了细长产品的贮存密度，且能实现产品的自动水平移载，提高了移载效率和安全性。该方式产品贮存过程中无需起重机进行吊转操作，压缩了人工操作空间，产品贮存间距由原来米级缩至厘米级，产品贮存数量提升2倍以上。该方式采用自动化设备，提高了贮存的自动化和智能化程度。
关键词：辊道；贮存；水平自动移载；动力对接
中图分类号：TH文献标识码：A文章编号：-（）11--05
0引言近年来，随着我国工业化进程的加快，大批工业生产线投入使用，生产线工序间的输送普遍采用了辊道输送装置等自动化设备，在多个运输路径上设置至少两相对侧的辊轮，沿着输送路径通过转动辊进行物品的输送，提高了汽车[1]、钢材[2]、玻璃[3]等制造行业的生产效率。目前辊道装置绝大部分应用于产品在工位间的输送与转运，而对产品的贮存和移载则分别采用贮存支架和起重机方式。现有的大质量细长产品贮存方式是利用支架贮存，在产品两端分别放置一个支架，相邻产品间距约为米级，用于保证产品移载时人工操作的空间及吊转的安全性。产品的移载采用起重机起吊方式，起重机操作人员将吊具吊至产品上方，地面操作人员将吊具与产品吊点连接紧固，然后将产品吊转至轨道车上，人工推动轨道车实现产品的运输。基于支架和起重机的贮存方式贮存密度低，贮存及移载操作复杂，并且吊转过程中存在安全隐患。
本文创新性地将辊道输送装置并排间隔设置，解决大质量细长产品的贮存问题。该方式提高了贮存密度，能够实现产品的自动水平移载，提高了移载效率和安全性。
1系统总体结构组成模块化辊道贮存系统主要由模块化贮存辊道[4]和自动移载动力对接机构[5]两大部分组成，如图1所示。
2模块化贮存辊道2.1结构组成根据场地空间贮存设备可以贮存不同数量的产品，下面以贮存3个产品的设备为例。模块化辊道贮存系统由产品贮存辊道底座组件、动力移载辊道、传动系统、限位机构等组成。采用双辊道同步传输驱动设计，实现产品贮存滚转支架在产品转运设备与产品贮存辊道的移载辊道之间的同步移载。每个产品贮存辊道可以存放三个或两个产品贮存滚转支架。每个产品贮存辊道两套为一组，根据不同规格产品的直径、长度，通过调整两贮存辊道间距，更换产品贮存滚转支架包箍即可实现。产品贮存辊道上传动系统通过手动离合装置的离、合实现各位置产品的移载输送，如图2所示。
1.模块化贮存辊道2.自动移载动力对接机构
图1模块化辊道贮存系统总体结构组成
2.2各部分组成2.2.1底座组件底座组件采用通用化设计，产品贮存辊道的前后两排及外侧、中间、里侧三列共六个底座组件互相通用。传动系统、动力移载辊道及限位机构安装固定在底座组件上，如图3所示。
图2模块化贮存辊道组成
底座组件由mm×80mm的矩形钢和20mm厚的钢板焊接成网格状，移载辊道支撑部分由46mm厚钢板焊接而成，整体强度和刚度满足使用要求，经过受力计算，在最大负荷作用下底座组件变形为0.01mm。
图3底座组件
2.2.2传动系统传动系统由对接法兰、辅助支撑、联轴器、减速器、外侧换向器、中间联轴器、中间离合器、中间换向器、里侧联轴器、里侧离合器及里侧换向器组成，见图4。
图4辊道传动系统
2.2.3动力移载辊道动力贮存辊道包含两排三列共六组动力移载辊道，每组动力移载辊道具有相同的零部件组成，实现了零部件的通用化。动力移载辊道安装于底座组件上，主要由辊轮、支撑轴、大齿轮、过渡齿轮、齿轮组和传动轴组成，如图5所示。
传动轴一端和传动系统换向器的横向轴通过普通平键相连，另一端和齿轮组通过普通平键相连；齿轮组由两个齿轮组成，将连接轴传递的动力减速后传递到过渡齿轮；过渡齿轮和大齿轮啮合传动，将动力传递到六个大齿轮，每个大齿轮具有相同的转速；支撑轴通过两个圆锥滚子轴承固定在底座组件上，大齿轮和辊轮通过平键固定在支撑轴上，辊轮和大齿轮具有相同的转速；辊轮侧面采用弧面导向设计，保证移载过程平稳顺利进行。传动系统为动力移载辊道提供动力，传动系统主要由联轴器、离合器和换向器组成，见图6。离合器处于吸合状态时，动力经过离合器、换向器传递后驱动对应动力移载辊道转动；离合器处于分开状态时，换向器及对应动力移载辊道停止转动。
图5动力移载辊道
图6传动系统
2.2.4限位机构限位机构主要由挡块、限位座、弹簧、螺母、导向轴和限位轴组成，如图7所示。
图7限位机构
限位座固定在底座组件上，里面固定圆环形铜套，挡块可在铜套里自如滑动，挡块上端外侧为斜面；弹簧在挡块下面，保证挡块在下压后回到原位；螺母和挡块下端螺纹连接，调整螺母保证挡块的初始高度；导向轴一侧固定在挡块里，另一侧在限位座的槽里滑动，保证挡块在上下滑动时不会旋转；限位轴顶端常态下压紧挡块侧面，当挡块下压，限位轴进入挡块凹槽时将限制挡块上移。产品推入时贮存滚转支架下压挡块斜面，挡块下移20mm，入库结束弹簧压力保证挡块复位；贮存状态下挡块上沿高于贮存滚转支架下沿20mm，此时弹簧压力为50N；产品推出时人工用N的力将挡块下压28mm，限位轴顶端进入挡块侧面凹槽，限制挡块上移，推出完成后，人工扳动手柄使限位轴脱离挡块，挡块在弹簧力作用下复位。
2.3工作原理和关键技术2.3.1工作原理大质量细长产品在贮存时，前后支点由两个产品贮存滚转支架支承，每组产品贮存滚转支架下部有两根圆柱形导轨，该滚柱由产品贮存辊道支承。单组产品贮存辊道有6排2列共12个滚轮来实现大吨位的承载力，根据移载及贮存等不同工况对各滚轮的尺寸及位置进行精确计算，使各滚轮受力均匀，多滚轮承载技术减小了动力移载辊道的尺寸，延长了寿命。
每个滚轮端面采用弧面设计，产品移载过程中对产品贮存滚转支架下面两根圆柱形导轨进行弧面导向，减小了导向面的摩擦力，使移载力大幅减小，地面辊道电机及产品贮存辊道传动机构尺寸减小，保证了产品贮存及转运时的中心高度。每根辊道端部连有一组齿轮，通过过渡齿轮将每个辊道连接起来，合理的齿轮排布使得各辊道有良好的同步性，使移载过程平稳，同时保证各辊道受力均匀，提高了产品贮存辊道的寿命。同时，可根据不同规格产品的长度调整贮存辊道间距，满足不同产品辊道贮存的需求。
2.3.2前后辊道同步技术通过主控制器VCU下达传动命令至运动控制器MCU，运动控制器再下达指令分别给前后辊道电机伺服驱动器，然后前后电机伺服驱动器分别控制前后电机进行传动，在前后电机上分别装有负责位置反馈的编码器，可以实时地将前后各自的传动情况进行反馈。当前后编码器所反馈的位置数据出现一定偏差时，主控制器会下达指令，使传动过快的一方降低速度，或使传动过慢的一方提高速度，从而可以使前后电机实时进行位置同步控制。控制结构如图8所示。
图8前后辊道同步技术原理示意图
3自动移载动力对接机构为减少电气保障要素，细长产品贮存要求其贮存设备为机械式贮存，不允许有动力机构和电气设备。原贮存方式为固定货架贮存，运输设备采用的是手动机械轨道行车，产品出入库移载是利用起重机进行吊转。采用这种方式操作人员多、预留操作空间大、劳动强度大，同时还需起重机保障，操作效率低，吊装过程中存在不安全因素。鉴于此类产品的贮存量较大、操作安全性要求高的特点，本文针对该技术问题，设计了一种能够提高该类产品移载、输送效率的自动移载动力对接机构，从而降低人员劳动强度，保障系统安全可靠。
3.1结构组成辊道自动移载动力对接机构分为双侧对接头机构和单侧对接头机构。现以双侧对接头机构为例，其主要包括对接驱动机构、动力传动机构、安装底座及定位、限位装置等，见图9。
图9自动移载辊道动力对接机构组成
3.2各部分组成3.2.1对接驱动机构对接驱动机构包括对接驱动电机、减速器、滑动平台、滚珠丝杠副等，见图10，滑动平台与安装底座用直线导轨连接，对接驱动电机驱动滚珠丝杠副转动带动滑动沿直线导轨滑动。该传动副也可采用齿轮齿条副、带轮皮带副等传递形式。
图10对接驱动机构
3.2.2对接传动机构对接传动机构安装在对接驱动机构的滑动平台上，对接传动机构包括地面辊道驱动电机、驱动轴、弹簧、定位销及导向销等，通过电机带动驱动轴经对接法兰座将动力传递给地面贮存辊道，见图11。导向销端面采用锥形轴设计，与对接法兰座锥形孔匹配设计的定位销安装在定位销座上，定位销数量可根据具体负载确定，定位销座可沿驱动轴滑动，定位销端面有锥形导向结构。
图11对接传动机构
3.2.3对接法兰与导向销定位、限位装置包括行程开关、接近开关机械限位部件（见图12），用于对接过程中到位检测机限位保护。对接法兰座与地面贮存辊道动力传动机构通过弹性联轴器连接，适应一定限度内的动力对接机构与地面动力传动设备的不同轴。法兰座中间为孔形结构，孔端部采用锥形设计，在法兰端面外部均布若干定位销孔。定位销孔孔与对接传动机构定位销匹配设计。
图12对接法兰与导向销
3.3工作原理和关键技术3.3.1工作原理动力对接机构主要有两个功能，一是通过完成导向销与对接法兰座的对接（即动力传动机构与地面无动力贮存辊道对接），二是通过动力传动机构上的地面辊道驱动电机转动，带动驱动轴、定位销实现将动力传递给无动力传动机构。接近开关检测滑动底座是否到位，行程开关起安全保护作用。
对接驱动电机驱动减速器、丝杠旋转，带动滑动平台实现动力传动机构的平移，驱动轴端的导向销插入对接法兰座的锥形定位孔，通过锥面导向实现连接轴与地面辊道传动机构的对接法兰定位，导向销定位后，定位销与连接法兰端面接触，在导向销插入对接法兰座设计深度后，若定位销没对正对接法兰的销孔时，弹簧将压缩，定位销缩回，此时地面辊道驱动电机带动驱动轴旋转一定角度，定位销在弹簧弹力和旋转动作共同作用下自动插入对接法兰座的销孔。动力对接部位采用弹性设计，适应一定限度内的不同轴对接。
3.3.2动力自动对接技术产品转运设备与贮存辊道对接停车时，转运设备前后方向误差±5mm，左右方向误差±5mm，本文通过转运设备上的对接机构与贮存辊道上的传动机构对接实现动力传递。
产品转运设备端的对接机构超低速旋转并伸出，与产品贮存辊道端的对接机构对接，自动导引机构为锥形结构，转运设备端为锥形轴，产品贮存辊道端为锥形孔，保证在产品转运设备停姿态最恶劣情况下锥形轴导入锥形孔，通过弹性联轴器实现对接机构同心；当弹性销轴插入销孔后，控制系统检测电流变大，地面辊道电机停止旋转，进给电机运行到设定距离停止进给。设计可实现对接误差周向±10mm。动力传递机构通过两个销轴实现，销轴未进入销孔前，销轴的对接力由销轴后端的弹簧提供。
4结束语基于模块化辊道方式的贮存系统采用模块化的贮存辊道实现大质量细长产品的高密度贮存，产品间距比传统贮存方式减少1m左右，可缩至0.1m，产品贮存容量提升2倍；产品贮存过程中无需对产品进行吊转操作，采用水平移载方式，提高了贮存效率和安全性；辊道贮存方式采用自动化设备，提高了贮存的自动化和智能化程度。
参考文献[1]周围，王冠雄，唐士伟，等.机动辊道和移载输送车系统的研发和设计[J].汽车实用技术，（5）：-.[2]王玉飞.轧钢生产线输送辊道的设计[J].企业技术开发，，34（3）：8-11.[3]于久生，运学峰，刘杰，等.浮法玻璃四支撑输送辊道的安装与调试[J].玻璃，（3）：22-25.[4]费允锋，杨如正，张宏，等.辊道贮存装置：中国，9.9[P].[5]费允锋，杨如正，李国文，等.移载辊道动力对接机构、移载辊道装置和移载贮存设备：中国，.5[P].[6]李敬刚.流水线生产输送辊道线优化改造[J].机械研究与应用，，30（1）：-.[7]杨可桢，程光蕴.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，.