多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线设计
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摘 要：随着“中国制造 2025”强国战略的实施，传统制造业大都向数字化工厂转型升级，其中生产线的升级改造是重中之重，尤其是电力开关设备的混线生产线随着质量要求的提高、工艺的改进和产品的多样化，对自动化生产线的柔性化需求越来越明显。本设计的自动化生产线主要解决柜体装配方式效率低下及其安全问题，解决换型作业方法准备时间长，工位台电机利用率低，装配工序劳动强度大问题提出的设计方案。
关键词：多品种低压开关设备;混线生产自动化生产线;作业方法
在低压开关成套生产设备技术领域，特别是涉及一种多品种低压开关设备混线生产存在如下问题：
（1）柜体的装配方式存在效率低和安全问题。柜体装配采用垂向装配方式，需要登高作业。作业过程作业者反复登高和调整扶梯位置，影响作业效率同时对作业者存在跌落的安全隐患。
（2）多品种产品混线生产，换型作业方法准备时间长。柜体装配采用水平装配方式，需要多种的辅助支撑件来完成电柜柜体装配。所以生产线需要配置多个专用工装每次换型需要更换工装，或者采用组合工装每次换型需要调整工装。
（3）生产线工序工位台电机利用率低。为了满足自动化输送的过程所以每个工位台配置一台电机，实际工位台电机只在转序时才会动作，其中 90%时间工位台停止作业者作业时间。
本设计针对解决以上现有技术存在的问题，能够适应多种规格低压开关设备混线生产，不需更换或调整工装，节省生产换型时间降低设备成本，同时改变现有低压开关柜体装配工艺，能够为作业者提供舒适的作业方式。
1 主要具体方案如下
该自动化生产线的主线包括电气系统控制柜以及与电气系统控制柜电连接的装柜机构、移动机构和助力机械手;装柜机构包括拼柜装置和顶升移载装置，拼柜装置两两对称位于主线的两侧，且顶升移载装置设置于主线同侧的两个拼柜装置之间，拼柜装置的内侧设置有货叉设备;移动机构包括转序小车、轨道和自动工位台，装柜机构通过转序小车与移动机构上的轨道连接，轨道两侧依次设置有若干自动工位台;助力机械手用于放置在部分自动工位台一侧。
拼柜装置包括机架、第一立柱、升降台和可重构工装，机架两侧通过设置于第一直线导轨内的第一滑塊固定有第一立柱，升降台固定在机架上，可重构工装依次与主轴法兰盘、蜗轮蜗杆回转支撑连接后固定在第一立柱上，蜗轮蜗杆回转支撑与电机连接。
可重构工装包括基座以及固定在基座上的第一电磁吸盘，定位销座固定于基座上的凹槽中，接近开关放置在基座孔内。转序小车的第二直线导轨上通过第二滑块固定安装有机构支撑板，机构支撑板上固定设置有若干用于安装传动轴的带座轴承，机构支撑板上还固定设置有电机支座，电机支座上安装有依次连接的调速电磁制动电机、联轴器和 T 形齿轮箱，T 形齿轮箱与传动轴转动连接;电机支座的一侧安装有电磁制动电机，电磁制动电机的输出端通过依次连接的齿轮、齿条对所述第二直线导轨进行驱动。自动工位台上固定有安装座，安装座上固定有 L 形齿轮箱，对接轴和链轮固定于 L 形齿轮箱的轴上，对接轴用于与传动轴进行对接。
助力机械手包括转动连接的连杆组件和第二立柱，气缸底座，固定在第二立柱上，气缸的活塞杆与连杆组件的一端固定用于驱动连杆组件运动，连接组件的另一端固定安装有仿形机械工装和用于人机交互的操作扶手。
仿形机械工装包括滑动导杆和工装基座，滑动导杆的一端滑动设置于工装基座的基座孔内且底端连接有弹簧，基座孔通过封盖进行密封，滑动导杆的另一端安装有第二电磁吸盘。
2 具体作业方法如下
过程1：完成开关设备柜体框架装配。
将柜体顶梁和底梁分别放置到拼柜装置的电磁吸盘上;可重构工装水平旋转到操作面时开始装配柜体立柱和辅助支撑件，作业者站在柜体一个工位面随着可重构工装的旋转完成柜体四个面的柜体框架装配;完成柜体框架安装后升降台升起拖住柜体框架，可重构工装上的电磁吸盘解除对柜体框架的固定;货叉设备从拼柜装置收取柜体框架，然后将柜体框架水平姿态翻转至竖直姿态转序;顶升移载装置可以将柜体框架垂向移动转序，同时单个顶升移载装置对接两个货叉设备;转序小车接收顶升移载装置输送的柜体框架，在生产线体左右两侧各放置一台顶升移载装置用于与转序小车对接。
过程2：开关设备零部件和电气元件的安装、接线以及出厂检验。
转序小车移动，将柜体框架转入下序自动工位台完成柜体辅助钣金件的装配;工序完成后转序小车接收开关柜体转入下序自动工位台;转序小车按照工序位置转序柜体，在生产线依次完成开关设备一次元器件、断路器、抽屉、二次元件、控制端子、门板等零部件的安装和控制回路、一次回路的接线，并进行出厂检验。
3 结语
本设计方案提出的多品种低压开关设备混线生产的自动化生产线及其作业方法，能够适应多种规格低压开关设备混线生产，改变了低压开关设备传统“垂直”作业方式，实现“水平”旋转拼柜作业高效和安全的新方法。可以在不停机的情况下单个工装实现4大类低压开关设备共18个品种的生产能力。
参考文献：
[1]管留生.低压成套开关设备和控制设备讲座 第2讲：低压成套开关设备和控制设备的结构[J].电世界，2006，47（05）：43-46.
[2]左宇昊.工业机器人在柔性生产线中的应用[J].科技风，2017（12）：18.
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