司世雄，宋江勇，张利男
(山西科技学院 智能制造工程学院，山西 晋城 048000)
现代涂装产业基本为机器人自动化作业，其喷涂产品的机械化输送质量也需达到相应的标准要求。目前涂装车间喷涂机械化输送主要是工艺双链传动[1]，在实际工厂生产中链条运行存在着爬行卡顿、滑橇橇体打滑现象。这些问题会导致喷涂跟随输送系统上待喷涂的产品与喷涂机器人的运行速度不同步，导致喷涂到产品上的油漆不均匀，影响产品成型漆膜质量[2]。且链条在喷房高温高湿的漆雾环境中，若工作运行状态不良，则极易出现打滑，严重时会导致喷涂机器人输送车身之间的间距报警，造成生产线停线[3]。涂装车间采用自动喷涂，除了可以提升效率、稳定质量外，更有消除污染工位作业、提高涂料利用率和实现节能环保的作用。现有汽车涂装生产线底部的粗细密封和油漆内喷成为了主流新建线的标配。因此涂装的高自动化率以及产品竞争的高品质要求都对机械化输送系统的稳定性提出了更高的要求[4]。
双链条输送结构主要由机首驱动机构、中间段轨道机构、机尾张紧机构和自动润滑装置四部分组成。
机首驱动机构主要由无动力导向辊子、驱动链轮和上下链条导轨等组成，如图1所示。两个驱动链轮由安装在喷房室体外的驱动电机减速器通过传动轴驱动，避免喷房室体内的恶劣环境对其寿命的影响。无动力导向辊子为滑撬驶出工艺链时提供导向，使其能正确步入下一个输送设备。
1-无动力导向辊子；
2-驱动链轮；
3-上下链条导轨
中间段轨道机构由壁板和上下链条支撑导轨组成，如图2所示。双工艺链条在上下支撑导轨中循环运行，并起到导向支撑作用，防止链条运行平面与链轮的平面不一致，出现跑偏现象。轨道壁板在链条外侧安装，对链条具有防护作用，防止漆雾的污染[5]。
1-工艺链条；
2-壁板；
3-上下导轨；
4-C型支座
机尾张紧机构[6]主要由两个从动链轮、张紧装置和无动力导向辊子组成，如图3所示。无动力导向辊为撬体驶入工艺双链提供导向。两个从动链轮分别安装在各自的滑块上，链条在链轮、张紧挡条和弹簧的作用下处于张紧状态，当载荷不一样时，可以移动碟形弹簧的调节螺栓使链条改变原有的张紧状态，使新的张紧状态与当前载荷相匹配。
1-无动力导向辊子；
2-从动链轮；
3-张紧装置
自动润滑装置根据驱动链轮的转速对链条各板链之间的连接处、轴承处进行加油润滑。加油嘴在链条一侧各有两个，一处润滑内链板与滚筒(如图4的1处位置)，另一处润滑内板链与外板链(如图4的2处位置)。自动润滑装置利用电子产品助力自动加注,保证润滑周期,自动调控出油量,减少了链条故障,降低了链条的消耗[7],提高了设备可开动率。重视润滑工作是保证生产线正常运转、减少检修时间、延长设备使用寿命的主要途径之一。
图4 自动润滑的位置
在双链输送机构驱动轴的外伸部分安装有跟踪编码器，输送线上安装有信号传感器，可检测机器人与输送系统之间的连锁跟随运送。喷涂机器人系统负责与输送系统的运动互锁信号对接，自动接收这些信号，包含输送系统产品工件的启动运行、急停及准备就绪等，从而实现双链输送系统上工件的运动与机器人喷涂运动达到跟随的效果。
喷漆工艺双链在工作中易出现链条爬行抖动、撬体打滑这两类问题，而在机器人自动高速的喷漆作业中，这两类问题会引起车身喷涂质量问题及生产线因报警停线事件，从而影响车间的生产计划。具体的影响如下：
(1) 链条的爬行抖动、运行速度不平稳，会产生有害的动载荷，给链轮、链条的使用寿命带来不利的影响。
(2) 机器人自动喷涂车身过程中，车身在爬行抖动的链条上运行，机器人会默认以工艺链设计的链速进行均匀喷涂，会导致实际车身上的成型漆膜不均匀，出现光泽低、橘皮[8]等现象。
(3) 撬体在链条上打滑，严重时会导致待喷涂车身之间节距超出机器人允许的节距值，导致报警停线。
(4) 链条运行速度不稳定、抖动导致车身后背门颤动，使工装夹具可能掉下，或者在机器人喷涂过程中干涉到旋杯[9]等喷涂工具。
3.1 链传动工作原理及制造安装分析
链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比较为准确，工作可靠，效率高；
传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；
所需张紧力小，作用于轴上的压力小；
能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。但是也有缺点，链传动在工作过程中由于其“多边形效应”[10]原理，链条及从动轮做周期性变速运动，其链条上的车身也会作变速运动，从而引起附加的动载荷。其动载荷的大小与链条和回转零件的质量、加速度有关。
链条变速运动引起的动载荷Fd1为：
Fd1=mac.
(1)
其中：m为紧边链条的质量；
ac为链条的瞬时加速度。
(2)
其中：vx为链条沿前进方向的水平分速度；
R1为驱动链轮的分度圆半径；
ω1为驱动链轮的角速度；
β为驱动轮上链条最后一节进入啮合的圆周速度与水平线的夹角。
链条的速度v可以分解为前进的水平分速度vx和上下的颤动分速度vy，如图5所示。
图5 链条链轮啮合示意图
当β=±180°/Z1(Z1为驱动链轮齿数)时，最大ac为：
(3)
其中：P为链条节距，P=2R1sin(180°/Z1)。
从动链轮变速运动引起的动载荷Fd2为：
(4)
其中：J为整个从动系统转化到从动链轮的等效转动惯量[11]；
R2为从动链轮的分度圆半径；
ω2为从动链轮的角速度。
从式(3)和式(4)中可以看出，齿数越少、链条节距越大、驱动轮转速越高，则传动所带来的动载荷越大。但式(3)和式(4)计算公式忽略了实际现场安装质量所带来的阻力影响，动载荷数值大小宏观上直接与链条运行速度变化的激烈程度有关。在实际现场链条运动速度越慢，其运行阻力越大，动载荷越大。
经过现场测试和对工艺链运行的观察，发现中间段的壁板、上下导轨、链轮安装精度较低，安装对中性差造成链条有爬行现象。链条槽体内侧壁板间距设计尺寸为100 mm，实测槽体内侧壁板间距某些部位仅为98 mm。在这些偏差较大的部位，链条与导轨、导槽间的运动阻力较大，最终造成链轮中心线与导轨的中心线不重合，形成了“链齿切链”现象，如图6所示。
图6 “链齿切链”现象
经过对链轮、链条导轨的调整，槽体壁板的平面度修正，及重新调整张紧装置，爬行现象不再出现。
3.2 润滑分析
若在工作中润滑位置发生错误，或者加入的润滑油量大，在这种情况下会使链条中间的滚筒、导轨粘上油，则将使整个链条滚筒和导轨间的静摩擦不足使其无法滚动，出现滑动、间歇式滑动及滚动现象[12]，短期内在滚筒上多增加润滑油，可使两者间的滑动摩擦因数减小，但从长远角度分析，滑动状态会加剧链条磨损，且生产过程中会浪费大量润滑油。解决措施为：采用高压高温水枪对整个双链及轨道进行冲洗，调整自动加油机的加油位置及加油量，并检查整个链条滚筒轴承是否转动灵活，使其在导轨上的运动状态始终为良好的滚动状态。
3.3 设计结构分析
输送链上支撑工件的撬体有时会出现打滑，造成喷涂机器人系统对工件间距的报警。经过大量的观察测量，撬体在进入工艺双链时会上下波动。当撬体刚进入工艺双链时，第一个与撬体接触的C型支座在A～C之间运动(如图7所示)，其在A～B区间时，由于从动链轮的“多边形效应”，使撬体有一个向上的波动；
在B～C区间由于此间段无导轨支撑，在车身载荷作用下撬体会有一个向下的波动，如此撬体在A～C区间存在的上下高度位置差，易使其发生打滑。
图7 链条与机尾示意图
设计工艺双链时，应降低从动链轮及张紧装置高度，前移导向滚轮位置。当撬体进入双链时，两者的第一个接触位置已在导轨上，即C点沿工件运行方向以后的位置。刚转过从动链轮的双链，其上的C型支座也不再因高度差问题碰触撬体，这样撬体进入工艺双链时不再会上下波动，也不再出现打滑现象。
本文针对机器人自动喷涂下的工艺双链易出现的问题进行了分析，得出其运行不良的主要原因有3个：设备安装精度低所带来的阻力、从动链轮及张紧装置设计不合理及链条运行的“粘着打滑”。经过对以上三方面改进，工艺双链的运行不再出现打滑、爬行等现象，本文采取的解决措施可供相关专业人士参考。
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