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[其他] 轮胎自动化线规划与实施

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发表于 2015-9-3 03:32:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车主机厂采用模块化集成输送轮胎总成已渐渐成为发展趋势,这种形式不仅有利于产能快速提升,而且保证了轮胎总成的质量。其工艺的全面革新使整车质量有了质的变化,提升了产品竞争力。
        为进一步提升轮胎装配质量水平,提高轮胎高速运动件的平衡精度,确保轮胎动态质量接近合资品牌,我们规划建设了一条轮胎自动生产线。其包括轮胎自动润滑、机器人自动装胎、匹配、充气、优化、动平衡以及动平衡复检。这样既能提高精度和质量水平,又能高效率地生产轮胎,减少人为因素对轮胎精度和劳动效率的影响,确保轮胎专业化生产,达到高水平质量保证,实现具有国际化水平的生产工艺。
        行业现状
        业内通常采用第三方物流承包轮胎总成配送方式,即轮胎、轮毂在第三方物流仓库,由第三方组装线进行组装,然后通过载重汽车运输到汽车主机厂,通过与主机厂的轮胎输送线对接,输送至生产线装配工位;或者直接在主机厂卸货雨棚处进行卸货,通过叉车或其他运输工具,二次驳运到装配线边进行取用。该方式有其优点:完全的模块化分出,交给第三方打理,从管理、物料、技术、质量、设备和财务等方面来看,产权、职责清晰,便于统一管理。但从汽车主机厂的规模、能力和财务等情况来看,有时投入产出比不见得能够保证主机厂和第三方取得双赢的结果。尤其对于自主品牌,异地建厂、产品规模和盈利等效应还没有呈现利好趋势时,存在着一定的风险和不确定因素。所以,我们需对这两种方式进行分析比较。
        如果采取目前行业使用的外包方式,规划一条年生产纲领为15万台车的生产线,综合考虑制造费用、存储租金、能源消耗、人员工资、设备折旧、轮胎润滑液以及各种管理费用和税费,可以算出,在满产能的情况下,单个车轮装配结算费用为11.79元。考虑到新工厂建成后存在着产能爬坡、递增的过程,不可能一下子达到满负荷生产,而单个轮胎装配结算费用最终价格为10~12元,这样的方案暂时无法接受。
       

轮胎自动化线规划与实施

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        图1  轮胎自动线3D效果

        最终我们采取了自购设备、自行装配和输送的方式,自我质量保证。结合我公司的现状、产能规划、质量控制和成本控制进行综合考量。该方案的3D效果图和工艺平面布置分别如图1、图2所示。
        该方案的轮胎自动化线包括:轮胎轮毂上料传送、轮胎自动润滑、轮胎轮毂叠加、轮胎轮毂机器人合装、轮胎轮毂对点匹配、轮胎总成自动充气、轮胎总成自动优化、均匀性检测、轮胎总成自动动平衡、打点和轮胎总成自动动平衡复检工序。
       

轮胎自动化线规划与实施

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        图2  工艺平面布置和现场实施俯视

        相关工序介绍
        1.轮胎轮毂选料、润滑工序
        在项目设计阶段进行相关数据收集,包括轮毂提供的参数(动/静不平衡量和胎圈座径向跳动的一次谐波值),轮毂的几何尺寸;轮胎提供的参数(动/静不平衡量以及径向力波动一次谐波值),轮毂的几何尺寸,胎圈压力实验数据;以及轮胎轮毂的存放、润滑要求(轮胎存放的温度不低于15℃,时间不少于6h,轮胎润滑好后3min内若没有进行安装,需要重新润滑,轮胎子口考虑选择自动喷雾式润滑等)。
        2.机器人自动装配工序
        首先我们需要知道装胎过程中主要解决的问题是要在大批量、长时间和多品种安装的情况下,确保不划伤轮胎和轮毂。因此规划选用的机器人自动装胎机需具有以下基本功能:可以进行两次装胎(单臂式),以便适合扁平率较低的轮胎;针对不同软硬度的轮胎,安装速度可调;具有强大的安全保护功能,采用瞬间增量保护方式进行保护;具有轮胎轮毂型号识别及纠正功能,必须保证轮胎轮毂的型号确认和机器人程序调用一致性,机器人自动装胎工序如图3所示。
       

轮胎自动化线规划与实施

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        图3  机器人自动装胎工序

        3.轮胎和轮毂匹配工序
        在规划此工序时,需要针对我们现有的产品和将来的长远质量考虑,统筹分析;再通过对匹配机的原理和效果的了解,确定是否有必要采用轮胎和轮毂匹配设备。因为行业里面也有很多企业没有采用此设备。
        (1)轮胎偏心 轮胎不可避免地存在或多或少的偏心,轮胎偏心将导致轮胎在行驶时的跳动急剧增大。欧美一般认为轮胎胎冠每偏心1mm,对跳动的影响相当于轮胎残留50g剩余静不平衡量。偏心导致的跳动,使RFV(径向刚性变化)发生很大的改变。通过研究,发现轮胎偏心是产生RFV的最主要原因。
        (2)轮胎不平衡 轮胎不平衡也是出现问题的主要因素,轮胎的材料分布不均会导致轮胎存在不平衡量。轮胎在负载作用下力的跳动,涉及到了RFV、LFV(横向刚性变化)和TFV(牵引力变化),其中LFV和TFV在目前的安装工艺和水平上是没有办法进行改善的,但有的要求高的厂家在轮胎组装线上会对此参数进行测定并加以内部控制。
        (3)轮毂偏心 来料的轮毂的胎圈座可能存在着不是标准圆的情况,从而产生偏心。
        (4)轮毂的不平衡量 由于来料的轮毂质量分布不均匀导致的轮毂的不平衡量,包括动静平衡的不平衡量。
        正因为轮胎和轮毂均存在质量和几何尺寸的偏心不平衡问题,因此两者安装时,它们的质量不平衡相加减或几何偏心相加减。在轮毂和轮胎出厂之前,厂家一般会将相应的参数控制在要求之内,但由于存在相加的可能性,所以极有可能造成整个轮胎的相关参数偏大。
        我们有两种选择,要么选择轮毂和轮胎的质量高低点进行匹配,要么选择轮毂的几何尺寸跳动最大点和轮胎RFV一次谐波的最大点进行匹配。在这里,轮胎上没有采用纯外形几何尺寸的最高点,因为轮胎是易于变形的,单纯的几何尺寸最高点反映不出轮胎在路面行驶时的真实情况,而RFV是轮胎在压力情况下测出的,可真实反映轮胎在路面上运行的实际情况。而我们采用RFV一次谐波最大点,是因为目前轮胎的制造工艺基本已经保证轮胎的RFV一次谐波是由于轮胎本身的偏心造成的。因此,我们通过偏心补偿能改善轮胎的偏心情况;通过采用RFV的综合最大点可以改善轮胎的整体状况。
        采用质量的高低点进行匹配,可以达到以下两个效果:一是可以降低整个轮胎的不平衡量,节约了平衡块。此处的降低不平衡量和RRO(径向跳动)、RFV进行匹配降低原始不平衡量的含义是不一样的,我们可以通过后面的平衡机来保证整个轮胎的最终不平衡量达到要求,而RRO和RFV的匹配造成的原始不平衡量减少是其他工位不可代替的,也就是说,在这里质量的高低点只具有经济性,对轮胎的品质没有明显的提高。二是,由于环保的要求进一步提高,行业内要求采用锌块替代铅块,这样一方面降低了平衡块的体积,另一方面又提高了美观程度。鉴于以上两点,我们优先考虑采用质量的高低点进行匹配。通常情况下利用匹配机对钢轮或者16in(1in=2.54cm)以下的铝轮采用谐波点匹配,16in及以上的铝轮采用质量点匹配。
       

轮胎自动化线规划与实施

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        图4  轮胎自动动平衡工序

        4.轮胎总成自动充气工序
        根据现有的轮毂规格尺寸和可扩展的轮毂规格,我们选择不同尺寸的充气环组合,并将生产的变动、更换充气环的时间和便利性考虑进去,选择人工或自动的更换充气环的方式。通常先采用单环自动充气机,一个环适合3种尺寸轮胎充气,如果需要6种尺寸连续自动充气,则采用2台充气机串联的方式。自动充气机的充气精度要求如下:目标压力若小于0.3MPa,则充气压力精度控制为±0.015MPa;目标压力若不小于0.3MPa,充气压力精度控制为±0.02MPa。这样选型自动充气机,适宜性和可扩展性都比较强,质量控制也很好,满足要求。
        5.轮胎总成优化工序
        在轮胎安装工艺上,我们需要考虑优化机上排除轮胎子口与胎圈座之间间隙的空气,确保轮胎子口和轮毂胎圈座紧密结合。另外,轮胎总成通过优化机的施力挤压,模拟真实路面的情景再现,消除了轮胎总成的内应力,解决了轮胎几何(径向力)跳动问题。质量平衡稳定问题在两个方面得到了改良,并为后序轮胎总成的动平衡测试打下了良好基础,轮胎平衡性更规范、科学。
       

轮胎自动化线规划与实施

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        图5  轮胎动平衡复检工序

        6.轮胎总成做均匀性检测工序
        均匀性设备可以测试轮胎在负载的情况下,各种力及波动的变化以及轮胎跳动的变化。一般来说,测试的参数包括正反转两个方向径向力波动、正反转方向侧向力波动、径/侧向力波动的1~10次谐波分析、轮胎的锥度效应、轮胎带束层跑偏情况、轮胎负载下径向/轴向的跳动情况、径向/轴向跳动的谐波分析以及径向跳动一次谐波最高点标识等。
        轮胎均匀性设备能准确反映轮胎的品质,偶尔能在高档车生产企业看到此设备。此次我公司此次虽暂没有采用这台设备,但在线体规划时,预留了后期线体升级,增加了此设备的空间和其他配套设施。
        7.轮胎总成动平衡工序
        动平衡工序的整个轮胎自动线的关键和核心工序。通过实验证明,假设在外径为650mm的轮胎上存在1g静剩余不平衡量,当汽车以120km/h的速度行使时,1g剩余静不平衡量所产生的离心力大概为16.7N。所以选择好的动平衡设备和掌握其核心作用,规划、管理好该设备至关重要。在选择平衡机时,需要确定以下几个方面:与轮胎平衡机精度及使用寿命有关的因数、平衡机的支撑方式和平衡机夹具的方式;轮胎的中心孔及轮胎的几何尺寸影响;平衡机的计算测量系统、平衡块及人为操作因数等。平衡机的升降平台需采用伺服电动机控制,针对不同轮胎进行精确的平台下降控制,避免轮毂直接撞击夹具支撑。另外可以针对不同轮胎型号进行限定值设定,要求平衡机精度确认,需采用装夹标准转子匹配40~60g砝码检测后重复精度极差2g来验证。平衡机的传感系统需要保证是双通道测量系统,减少温度、湿度以及振动的影响。最后通过平衡测试后的修正工位来确保每个修正面的修正点正对着操作者的位置,这是由带有激光位置指示、带有伺服电动机旋转定位的。人工采用手动压力工具,确保粘贴平衡块的压力保证,如果需要可以采用全自动粘贴平衡块挤压装置。轮胎自动动平衡工序如图4所示。
        8.动平衡复检机工序
        动平衡复检机的选型要求跟动平衡机一样。考虑到节拍平衡和工艺需求,我们将复检工艺独立出来,一方面平衡工时节拍,一方面进行专项检查,作为KEEPER质量控制点,针对不同轮胎型号进行限定值的设定。不达标的轮胎总成通过不合格通道排出,合格的轮胎总成直接通过在线通道输送至装配工位,进行排序装配。轮胎动平衡复检工序如图5所示。
        结语
        轮胎总成自动装配线的规划与实施在吉利公司尚属首例,它的使用减少了线边轮胎数量及零部件库存数量,降低了库存浪费,改观了现场5S;进行了很好的防错,降低了员工的失误次数,减少了轮胎划伤,提高了产品质量;因减少了动作浪费,降低了员工劳动强度,很好地提升了工作效率及生产节拍。
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