Аннотация: Конвейерная система Power & Free (P&F) — это полностью функциональное и гибкое оборудование для перемещения материалов. Она не только транспортирует заготовки, но также может сортировать и хранить различные заготовки, что делает её широко применимой в промышленном производстве. В данной статье представлен инженерный проект конвейерной системы P&F на примере сварочного цеха автомобильного завода.

Ключевые слова: энергонезависимая система, инженерное проектирование, автоматизация производства.

I. Обзор процесса

1. Производственная программа:
Пропускная способность линии А составляет 90 000 автомобилей за две смены. Пропускная способность линии В составляет 50 000 автомобилей за две смены. Общая пропускная способность системы P&F составляет 140 000 автомобилей за две смены. Максимальный вес кузова без кузова (BIW) составляет 500 кг.

2. Технологический процесс:

• Станция загрузки: Прошедшие сварку в сварочном цехе кузова автомобилей перемещаются на конвейерную ленту P&F.
• Зона хранения (зона накопления): Различные типы кузовов автомобилей могут храниться в классифицированных зонах.
• Конвейерная линия: транспортирует кузова, хранящиеся на конвейерах P&F, в покрасочный цех.

• Станция разгрузки: кузова автомобилей перемещаются с платформы P&F на конвейерную раму покрасочного цеха.

3. Строение растения:
Завод представляет собой легкую стальную конструкцию с равномерно распределенными технологическими нагрузками по всему цеху. Несущая сетка имеет шаг 1 точка на 8 м по длине цеха и шаг 1 точка на 3 м по ширине (перпендикулярно цеху). В результате получается сетка размером 3 м х 8 м, при этом каждая точка подъема поддерживает вертикальную нагрузку 4,5 т и горизонтальную нагрузку 0,8 т.

II. Определение трассы системы P&F и основного оборудования.

Компоненты системы: погрузочный подъемник/лифт, конвейерная линия, зона хранения, разгрузочный подъемник/лифт, система электрического управления.

1. Погрузочный подъемник/лифт (подъемник):
На линиях А и В в точке загрузки установлен один подъемник. Сегмент подъемника, включающий роликовый конвейер, поднимается на необходимую высоту и перемещает заготовку в нужное положение. Запорный клапан на линии P&F перед точкой ожидания открывается, и пустой держатель затягивается цепью к запорному клапану подъемника. Затем держатель устанавливается и фиксируется с помощью устройства позиционирования штифта держателя. Подъемник опускается, отделяя роликовый конвейер от заготовки, которая опускается на пустой держатель. Подъемник продолжает опускаться к точке приема. Запорный клапан сегмента подъемника открывается, и загруженный держатель затягивается цепью в линию хранения.

2. Конвейерная линия:
Маршрут спроектирован наиболее научно обоснованным способом, обеспечивающим отсутствие помех для другого оборудования в цехе. Маршрут соответствует требованиям к транспортировке и хранению кузовных деталей. Общая длина маршрута составляет около 2000 метров, с 6 приводными станциями, управляющими шестью отдельными конвейерными цепями.

3. Зона хранения:
Поскольку цех выпускает три основные серии продукции, а требуемая последовательность обработки автомобилей в покрасочном цехе отличается от производственной последовательности сварочного цеха, необходимо учитывать последовательность и хранение кузовов автомобилей. Исходя из фактических условий и доступного пространства в цехе, спроектированы три линии хранения для трех различных типов кузовов, каждая из которых способна вместить 20 кузовов. Также предусмотрен дополнительный экспресс-канал, позволяющий поступающим кузовам обходить зону хранения и направляться непосредственно в покрасочный цех по конвейерной линии.

4. Разгрузочный подъемник/лифт:
Загруженный контейнер перемещается цепью к упору подъемника, где устройство позиционирования штифта контейнера фиксирует его положение. Подъемник поднимается на необходимую высоту, поднимает кузов, и кузов отделяется от контейнера. Устройство позиционирования штифта контейнера отключается, упор контейнера открывается, и пустой контейнер перемещается цепью от разгрузочной станции. Затем кузов перемещается телескопической вилкой на поддон для малярных валиков.

III. Структурные особенности и характеристики основного оборудования системы P&F

Система транспортировки использует односекционный конвейер P&F шириной 4 дюйма с толкающими головками, проходящий над рельсами. Основные компоненты включают приводной блок, натяжное устройство, цепь, тележку/ведомую тележку, толкатель, прямой рельс, горизонтальный криволинейный рельс (ролковые повороты), вертикальный криволинейный рельс, стрелки, несущую конструкцию, ограничители, диспетчеры (декодеры), защитные сетки и другие стальные конструкции. Конструктивные формы следующие:

1. Приводной блок
Приводной агрегат выполнен в линейной форме. Линейная приводная станция оснащена независимой гусеничной цепью для привода тяговой цепи. Направляющая гусеничной цепи имеет большую дугообразную форму для минимизации колебаний тяговой цепи и обеспечения плавного хода. Линейная приводная станция состоит из неподвижной и плавающей рам. Приводной двигатель использует частотно-регулируемое управление и оснащен устройством защиты от перегрузки.
Линейный привод гусеничного типа включает в себя раму станка, плавающую раму, редукторный двигатель и приводную цепь. Двигатель напрямую приводит в движение редуктор через муфту и оснащен линейной (вращающейся) плавающей механической защитой от перегрузки. Прочная опорная рама обеспечивает достаточную движущую силу приводного механизма. Регулируемое натяжное колесо и механизм поддержки цепи упрощают и облегчают установку и регулировку зазора зацепления цепи. В случае перегрузки линейная плавающая механическая защита от перегрузки может своевременно подать сигнал и отключить питание. На приводном механизме установлена ​​смотровая площадка для легкого доступа ко всем компонентам. Точки смазки удобно расположены для ручной смазки.

2. Натяжное устройство
Конвейер P&F использует пневматический механизм натяжения с роликовыми опорами между неподвижной и плавающей рамами. Концевые выключатели установлены на обоих концах натяжного устройства для защиты от недостаточного натяжения цепи и чрезмерного хода натяжного устройства. Выбрано пневматическое натяжное устройство с ходом s=800 мм, обеспечивающее возможность приема цепи длиной, равной одному шагу толкателя. После регулировки неиспользуемый ход натяжного устройства составляет не менее 50% от общего хода. Натяжное устройство оборудовано смотровой площадкой.

3. Цепь, тележка (рабская тележка) и толкатель
В тяговой цепи используется стандартная кованая съемная цепь из стали 45Mn2. Цепь X-458 имеет разрывную нагрузку и допустимое натяжение 216 кН и 15 кН соответственно, с теоретическим шагом 102,4 мм. Цепь должна работать без рывков и скачков.
Тяговая цепь поддерживается опорными тележками. Корпус тележки представляет собой высокопрочную цельнокованую деталь. Опорная тележка собирается с помощью болтов. Ролики представляют собой цельноподшипниковые колеса (полный шариковый комплект без сепаратора), обеспечивающие умеренный зазор, низкое сопротивление, трехслойную лабиринтную защиту уплотнения и внешний ниппель для смазки под давлением, что делает их пригодными для использования в условиях высоких температур и агрессивных сред. Компоновка тележки рациональна и согласована с вертикальными и горизонтальными витками тяговой цепи. С обеих сторон толкателя следует использовать двухгрупповую опору.
Используется четырехколесная грузовая тележка, состоящая из одной передней тележки, одной задней тележки, двух средних тележек, одной буферной тяги, одной жесткой тяги и одной тяги управления. Передняя тележка грузовой тележки является тяговой. Передняя тележка взаимодействует с ограничителем и задней тележкой для реализации функций остановки и накопления. Средние тележки используются для поддержки несущего груза. Два комплекта соединительных штифтов могут удерживать несущий груз. Один комплект соединительных тяг с буферной функцией обеспечивает длину накопления и реализует буферизацию несущего груза. Передняя и задняя тележки изготовлены из высокоточной литой стали. Корпус тележки и боковые пластины соединены высокопрочными болтами и контргайками для обеспечения безопасности и надежности тележки. Грузовая тележка отвечает требованиям простоты установки, гибкости эксплуатации, рациональной конструкции, прочности, долговечности и удобства обслуживания. Он обладает умеренным зазором, низким сопротивлением, хорошей герметизацией и внешним смазочным ниппелем напорного типа.

4. Путь (прямой путь)
Рельс состоит из трех секций профилированной стали, соединенных сваркой, а соединение секций осуществляется болтами. Для цепного пути используется сталь I10, а для троллейбусного пути — специальная швеллерная сталь сечением 4 дюйма.

5. Горизонтальный криволинейный путь (повороты с роликами)
Горизонтальный поворотный участок цепного пути на горизонтальном криволинейном участке оборудован роликовыми изгибами для обеспечения правильной траектории тяговой цепи и правильного зацепления между толкателем и тележкой. На горизонтальном поворотном участке тяговая цепь будет контактировать с роликами роликовых изгибов, обладающими определенной твердостью. Ролики установлены в специально изготовленной канавке для колес. Ролики оснащены герметичными подшипниками с внешними масляными ниппелями для регулярной смазки. Угол горизонтального криволинейного участка определяется общей компоновкой пути. Материал, используемый для изготовления горизонтального криволинейного участка, тот же, что и для прямого участка пути.

6. Вертикальный изогнутый путь
Поверхность вертикальной изогнутой дорожки гладкая, и ее кривизна не влияет на натяжение цепи. Кривизна дорожки определяется в соответствии с технологическими требованиями.

7. Стрелки (переключатели)
Выключатели делятся на переключающие и сходящиеся.

• Переключатели направления: используются для разделения одной линии на две. Выбор направления движения при прохождении грузовой тележки через переключатель автоматически контролируется ПЛК в электрощитовой через электромагнитный клапан, пневматический цилиндр и рычаг переключателя в пневматическом блоке переключателя.
• Сходящиеся стрелки: Это неуправляемые стрелки, используемые для объединения двух линий в одну. Грузовая тележка проходит через сходящуюся стрелку, при этом сама тележка раздвигает язычок стрелки.

8. Сборочный узел носителя
Несущая конструкция состоит из передней тележки, двух средних тележек, задней тележки, передних и задних шатунов, а также самого несущего механизма (шаблона).

9. Пробка
В качестве ограничителя используется роликовая стопорная пластина с приводом от пневматического цилиндра. При срабатывании ограничителя он останавливает передний толкатель тележки несущего узла после его отсоединения от толкающего штока тяговой цепи, тем самым устанавливая его в нужное положение. Эта система оснащена устройством обнаружения положения ограничителя.

10. Защитные сетки и другие стальные монтажные конструкции.
В качестве неотъемлемой части системы в местах прохождения конвейерной линии установлены защитные сетки. В монтажной стальной конструкции используется независимая ферменная подвесная схема.

IV. Проектирование электрической системы управления цепью P&F

В качестве ядра системы управления используется ПЛК Siemens серии S7, оснащенный модулями связи Ethernet и модулями связи полевой шины. Перед автоматическим запуском линии срабатывает звуковой сигнал тревоги. Главная цепь всех двигателей системы оборудована низковольтными автоматическими выключателями. Схема управления, совместно реализованная с помощью ПЛК и частотных преобразователей, обеспечивает высокоскоростное/низкоскоростное и прямое/реверсивное движение двигателей. Одновременно схема управления частотного преобразователя обеспечивает выходной сигнал при перегрузке, коротком замыкании, обрыве фазы и других функциях защиты двигателей.

Для сбора входных сигналов с места эксплуатации и обмена информацией с линией регулировки и покрасочным цехом используется технология полевой шины. Эта технология отличается превосходной открытостью и полным, строгим сетевым протоколом. Главная станция ПЛК и подчиненные ей рабочие станции образуют сеть Profibus-DP через шину, обеспечивая надежное чтение и запись данных между ПЛК и подстанциями, и, в конечном итоге, гарантируя автоматизированное производство и автоматическое управление параметрами процесса для всей линии посредством программирования. Состояние всего полевого оборудования также может сначала передаваться на ПЛК, а затем на главный компьютер для централизованного мониторинга через сеть полевой шины. Схема управления проста, структура лаконична, а техническое обслуживание удобно. Кроме того, шкаф управления оснащен сенсорным экраном для отображения рабочего состояния оборудования и для быстрого поиска неисправностей.

Система управления сварочным цепным оборудованием P&F состоит из одной главной панели управления (ГПУ), трех панелей дистанционного управления (ПДУ) и девяти операционных станций (ОС). ГПУ — это главная панель управления сварочным цепным оборудованием P&F; ПДУ — это шкафы управления электрооборудованием P&F RCP01, RCP02 и RCP03; ОС — это операционные станции BS01, BS02, BS03, BS04, BS05, BS06, BS07, BS08 и BS09. При этом операционные станции BS01, BS03 и BS09 оснащены сенсорными экранами.

Цепная приводная система P&F состоит из 6 приводных двигателей: M1, M2, M3, M4, M5 и M6.

Процедура запуска цепной линии P&F:

Замкните главный автоматический выключатель внутри сварочной цепи P&F, чтобы подать питание на RCP01, RCP02 и RCP03 → Замкните автоматические выключатели внутри RCP01, RCP02 и RCP03, чтобы подать питание на ПЛК, электроприборы внутри RCP01, RCP02 и RCP03, а также на операционные станции BS01–BS09 → Замкните автоматические выключатели внутри операционных станций, чтобы подать питание на ПЛК и электроприборы внутри операционных станций → Если все в порядке, питание управления можно отключить ключом, и загорится индикатор питания управления → Перейдите на удаленную станцию ​​RCP01, выберите режим работы линии: «Полуавтоматический», «Техническое обслуживание» или «Автоматический» → Замкните автоматические выключатели двигателей внутри пульта дистанционного управления, чтобы обеспечить запуск приводных двигателей M1, M2, M3, M6, M4 и M5, приводящих в движение цепную линию. → Перейдите на пульт дистанционного управления RCP01 и нажмите «Запуск системы».

Если выбран режим «Техническое обслуживание», загорается индикатор запуска системы. Если выбран режим «Полуавтоматический» или «Автоматический», цепной привод начнет работать автоматически, и загорится индикатор запуска системы.

Процедура остановки цепной линии P&F:

Перейдите в панель дистанционного управления RCP01 и нажмите «Остановка системы». Цепной трос остановится, и загорится индикатор «Остановка системы».

Режимы работы цепной линии: «Полуавтоматический», «Техническое обслуживание» и «Автоматический». Если режим работы линии — «Техническое обслуживание», то подъемники LF1, LF2 и стопоры могут управляться вручную для отладки обслуживающим персоналом. Если режим работы линии — «Полуавтоматический» или «Автоматический», то все диспетчеры и стопоры могут работать только во время движения цепной линии. Если цепная линия переходит в аварийный режим, все диспетчеры и стопоры сохраняют свое текущее состояние до перезапуска линии.
В случае отказа оборудования немедленно нажмите кнопку аварийной остановки на панели дистанционного управления, пульте управления или блоке кнопок. После устранения неисправности запуск цепной линии возможен только после нажатия кнопки «Сброс неисправности».

Тест производственных показателей:

Нажмите кнопку «Индикатор проверки»; загорятся все индикаторы, раздастся звуковой сигнал. Отпустите кнопку, чтобы остановить проверку.

В настоящее время подвесные конвейеры, используемые автопроизводителями, предназначены не только для транспортировки заготовок и кузовов автомобилей; они представляют собой полноценную механическую и электрическую систему управления с очень высокой степенью автоматизации. Они могут поддерживать параллельное производство различных типов кузовов и обеспечивать транспортировку и хранение кузовов в соответствии с производственными требованиями. Перегрузочная станция требует точного позиционирования и автоматической передачи. Вся конвейерная система P&F может точно доставлять готовые кузова из сварочного цеха в покрасочный цех без необходимости ручного труда.