多工位汽车座垫发泡生产线气动系统的设计

陈红锋

（武汉中轻机械有限责任公司，武汉 430056）

1 引言

加入WTO后的中国现代制造业，正在迎来工业自动化发展的勃勃生机。现代气动技术与电子技术的结合为大规模工业自动化生产线提供了更多的技术选择与应用平台。以汽车制造业为例，焊装生产线、夹具、输送设备、组装线、涂装线、发动机、轮胎及汽车内饰生产线上，气动技术无所不在，大显身手。气动是以空压机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，能实现各种生产的自动控制，是一种低成本自动化技术。

多工位座垫发泡环形生产线属于轻工机械行业，为聚氨酯高压发泡的机械设备。主要用来生产轿车及高级客车的座垫，能适应各种车型不同的座垫模具，实现各种产品混线生产。集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体，是机电一体化产品，自动化程度高，通过互联网可以实现远程监控，诊断故障并修复程序故障。

多工位座垫发泡生产线根据用户产量与场地要求可分为16工位、20工位、24工位、26工位、30工位、38工位、50工位等。

图1 ZL1738座垫发泡生产线平面图

多工位环形输送线在伺服电机的驱动下，经过链轮链条传动，搭载数十辆模具台车，以10s/台车的速度连续运行，满足汽车座垫的发泡生产要求。环形输送线主要由原料注射系统、环形输送线、模具台车和破泡装置等部分组成。环形输送线的输送链条牵引搭载多台模具台车，在运动中经过倾斜、模具台车排气脱模、开盖、取制品、清理模具、喷脱模剂、注射、合盖、充气锁模，完成汽车座垫的发泡生产（如图1）。多工位座垫发泡生产线的气动控制系统是整个生产线的重要部分。气动系统控制的动作包括：输送链条的张紧、开盖安全检测动作、台车的空气供给动作、模具的锁模动作及模具中子的动作。

2 多工位座垫发泡生产线气动系统的组成

以武汉某公司38工位座垫发泡生产线的气动控制系统说明如下：ZL1738汽车座垫发泡生产线的气动系统原理如图2所示，该气动系统采用模块化设计，主要由4部分组成：输送链条的张紧及检测回路、开盖安全检测回路、台车的空气供给回路、台车的动作回路。

图2 气动系统工作原理图

空气品质不良是气动系统出现故障的主要因素，它会使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低，由此造成的损失会大大超过气源处理装置的成本和维护费用。因此气动系统的每个回路都设计了气源处理元件，以保证气源的洁净稳定，延长气动元件的使用寿命。所有回路都应用了残压释放阀，在系统维修时，释放残压保证维修安全。

该系统中主要元件采用进口元件，保证了产品质量。

3 气动系统工作原理

3.1 输送链条的张紧及检测回路

以往的生产线链条张紧的常规设计是用螺杆顶紧从动边，定期调整螺杆预紧链条。此方式用于连续自动化生产线影响了产能，需要经常停机检修，张紧链条。也有的设备采用液压缸来张紧链条，但压力控制较复杂且存在漏油隐患，成本也很高，不经济。此生产线设计采用气缸直接推动从动链轮方式对链条施加张力，随时对链条预紧，使链条始终保持较好的工作状态。在气缸回路上安装压力开关，将其设定为未达到设定压力时生产线报警，同时设计2个位置接近开关，实现气-电信号转换，张力过大时报警停线，以免损坏设备。

3.2 开盖安全检测回路

生产线的开盖动作由异面空间轨道完成。轨道初始部位设计活动铰链结构，活动组件用带磁性开关的气缸支撑（如图3），当台车气囊内压缩空气未排出而模具未脱模时，超负荷力使气缸缩回，气缸上的磁性开关感应，发出报警信号使生产线停车以免拉坏轨道。以往的生产线没有此装置，在实际生产中经常出故障，台车上盖锁钩没完全打开就进入开盖轨道，对轨道造成严重损坏，修复时间较长，影响生产，经济损失严重。此装置使用后，若台车上盖锁钩没完全打开就进入开盖轨道，气缸被压，活塞杆退回，磁性开关反应并发出报警信号，操作人员可立即处理故障，随即恢复生产。

3.3 台车的空气供给回路

图3 开盖轨道初始部位简图

座椅发泡生产线中，模具台车的动作是关键，它关系到制品质量和整条线的生产效率，而模具台车又是在连续地作环形运行，因此模具台车的动作靠气动控制最安全可靠。如何将压缩空气送上运行的台车？有的生产线上配备几台空压机安装在台车上跟着一起走，它的缺点是需要安装环型供电滑触线和台车与台车间的连接管束，这样使生产线结构复杂并增加故障点。还有的生产线应用了一套始终供气装置：就是利用旋转接头将气源引入生产线，空气管道随生产线一起运动，此方法用于非轨道开合盖的生产线较多，如用于轨道开合盖生产线就不行，因为空气管路会与开合盖轨道发生干涉。此生产线设计了一个专门的供气小车给台车供气，其动作原理（见图2）是牵引气缸7在电磁阀8的控制下处于伸出状态→台车运行至此挂住牵引板（供气小车随台车同步运行）→到供气位置电磁阀9动作控制供气嘴气缸10伸出与台车受气嘴耦合→电磁阀5、6得电向台车供气→到供气结束位置→电磁阀8、9换向供气嘴气缸缩回，牵引气缸缩回→电磁阀11动作，小车回程气缸将供气小车送回初始位置→电磁阀8动作牵引气缸伸出等待下一个台车。

系统设计了压力控制回路：一是控制气源压力，避免出现过高压力，导致配管及元件损坏，确保气动系统的安全；二是控制使用压力，给元件提供必要的工作条件，保持元件的性能和气动回路的功能，控制执行元件所要求的输出力和运动速度。

在充气小车到位处设计了一个液压缓冲器12，用来吸收冲击能量，并能降低小车机械撞击噪声。吸收小车运动动能，限制小车的移动位置，从而提高劳动生产率，优化生产环境。

3.4 台车的动作回路

台车的动作回路包括锁模动作及模具中子动作的回路。锁模动作为气囊14充气锁模，气囊排气则脱模，系统设计了设定压力为0.6MPa的安全阀，保证系统压力安全。模具动作的回路为全气控动作（见图2），模具有2个中子气缸，因此，回路中设计了2个7L储气罐各给一个气缸提供气源，当中子气缸需要动作时，生产线上相应的机械撞块触碰机控阀18、23，气控阀19、21工作，中子气缸伸出或缩回，完成全部动作。

4 结语

气压传动以其洁净、小型轻量化、集成化等突出优点，作为易于推广、普及的机电一体化技术的代表，广泛应用于机械、化工、电子、轻工、汽车等现代制造领域。

实践证明在多工位汽车座椅发泡生产线中，此气动控制系统的应用使得生产线结构简单，降低了生产线的设计制造和使用成本，性能可靠，维护方便。实现了机电一体化控制，达到了国际先进水平。减少了能耗，获得了良好的经济效益。

［1］陆鑫盛，周洪.气动自动化系统的优化设计［M］.上海：上海科学文献出版社，1999.

［2］（德）DEPPERT W.气动技术低成本综合自动化［M］.李宝仁译.北京：机械工业出版社，1999.

［3］SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［4］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.