自行走上軸車的研制及應(yīng)用效果

祁玉斌 董加勇 孫連雨

（山東日發(fā)紡織機械有限公司，山東聊城，252000）

作為傳統(tǒng)勞動密集型的紡織行業(yè)，對可以明顯減少用工的智能生產(chǎn)模式有著更迫切的需求［1］。隨著國內(nèi)工業(yè)化程度的不斷提高，土地和人工成本在企業(yè)運營中占比越來越高［2］。為降低土地和人工成本的占比，大部分紡織企業(yè)在布置車間時選擇更合理的布局和更小的織機間隔距離，以減少占地和擋車工走動距離。緊湊的織造車間布局對于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計也是有益的［3］。采用智能上軸機器人系統(tǒng)［4］等可提高車間使用率和工人工作效率，降低工人勞動強度。但織機間距過小造成現(xiàn)有的織軸上軸設(shè)備無法進入。經(jīng)軸上機只能全人工操作，小幅寬的織機人工操作勉強還可以，而大幅寬的織機人工操作就相當費力，操作過程中還很容易造成操作人員受傷。為解決這一問題，開發(fā)了自行走上軸車，經(jīng)軸運輸過程中只需要1名操作人員即可輕松操作，上軸時由兩人配合完成?？棛C間通道只需要比經(jīng)軸邊盤直徑大20 cm即可。車間主通道大于經(jīng)軸總長度即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎進入織機間通道。

1 自行走上軸車結(jié)構(gòu)及原理

自行走上軸車根據(jù)織機經(jīng)軸上軸位置尺寸配合設(shè)計，可將經(jīng)軸直接送入織機經(jīng)軸架。經(jīng)軸舉升裝置可實現(xiàn)將經(jīng)軸從地面上升起并運輸至指定位置；紡織器材升降系統(tǒng)可實現(xiàn)滿載的綜框（綜條）、停經(jīng)條的吊運并隨車運輸。為節(jié)省空間，以上兩部分機構(gòu)均使用液壓及輪軸結(jié)構(gòu)，操作人員可輕松手動操作；驅(qū)動機構(gòu)采用電動驅(qū)動，手持操作器操作。因車體較長，驅(qū)動機構(gòu)分為前后兩個驅(qū)動機構(gòu)，由控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，可平穩(wěn)、準確驅(qū)動滿載整車進行移動，實現(xiàn)各個方向的移動和靈活的轉(zhuǎn)向。我們設(shè)計和研發(fā)的自行走上軸車如圖1所示。

圖1 自行走上軸車

1.1 車架

車架采用矩形方管，通過X形和三角形組合焊接而成，整體穩(wěn)定可靠。車架前后兩側(cè)留有安裝驅(qū)動輪組的空間，驅(qū)動輪上方安裝經(jīng)軸提升液壓單元和紡織器材提升驅(qū)動裝置，中間為運輸織軸留出充足空間。經(jīng)軸上方空間用于放置綜框（綜條）和停經(jīng)條，在行走時將其吊在提升裝置并固定在經(jīng)軸上。

1.2 運輸行走系統(tǒng)

運輸行走系統(tǒng)主要由萬向輪、驅(qū)動輪機構(gòu)、鉛酸電池組和控制操作系統(tǒng)等構(gòu)成。經(jīng)軸質(zhì)量一般都在1 t以上，大幅寬、大邊盤直徑有接近2 t的。為了保證上軸的適應(yīng)范圍，采用承重型萬向輪，并將其分布在車身四角，保證車體可平穩(wěn)行走。

為保證上軸車可以在狹小空間內(nèi)平衡行走和正確轉(zhuǎn)身，驅(qū)動輪采用全伺服驅(qū)動，絕對值編碼器檢測轉(zhuǎn)身角度。前后兩個驅(qū)動裝置分別由伺服電機和絕對值編碼組成單獨的PID控制系統(tǒng)，高精度、高響應(yīng)地跟隨手柄方向指令。確保行走方向準確、反應(yīng)靈敏。前后兩個驅(qū)動機構(gòu)可由控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)前轉(zhuǎn)向、后轉(zhuǎn)向、分別操作轉(zhuǎn)向、同步轉(zhuǎn)向、同步反向轉(zhuǎn)向、同步橫移和分別橫移操作。

手持操作器由功能選擇旋鈕、電源開關(guān)、急停按鈕和兩個操作桿組成。單動/聯(lián)動旋鈕可選擇兩個驅(qū)動裝置是否同步轉(zhuǎn)向，同步/反向旋鈕可選擇兩個驅(qū)動裝置是否向相反方向轉(zhuǎn)向；順行/橫移旋鈕可選擇車體主運行方向是沿車長度方向還是寬度方向；高/低速旋鈕可實現(xiàn)最高運行速度的切換，以適應(yīng)狹小空間的精確移動和空曠空間的長距離行走。電源開關(guān)可控制驅(qū)動機構(gòu)的電源，不使用時可關(guān)閉電源節(jié)省電池電量。急停按鈕可控制車體原地停止，禁用除電源開關(guān)外的所有操作。兩個操作桿可根據(jù)旋鈕所選擇的功能控制車體的行進方向和速度。

鉛酸電池組有全離線和半離線兩種充電方式，以保證操作安全和控制系統(tǒng)電氣安全。半離線充電時將充電控制旋鈕旋至充電位置，接觸器斷開供電回路，接通充電回路。全離線充電方式是將電池組從車上取下運至專用充電位置進行充電。此時可換備用電源組繼續(xù)進行工作。充電器采用智能充電器，充滿后可自動斷電并有燈光指示。

1.3 紡織器材升降系統(tǒng)

用于升降綜框（綜條）和停經(jīng)條的紡織器材升降系統(tǒng)采用輪軸絞盤裝置驅(qū)動鏈條提升升降桿，升降桿上裝有“之”字伸縮臂用于掛載綜框（綜條）和停經(jīng)條。“之”字臂可以通過改變角度將其上所掛載的綜框（綜條）和停經(jīng)條轉(zhuǎn)移至織機上方，以完成上機動作。輪軸絞盤裝置以較小的力量完成大扭矩輸出。鏈輪鏈條結(jié)構(gòu)將輪軸絞盤的旋轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)換為直線運行。鏈條拉動升降臂完成升降動作，利用輪軸絞盤的自鎖功能維持升降裝置在某一位置的靜止。

1.4 經(jīng)軸舉升系統(tǒng)

經(jīng)軸舉升系統(tǒng)采用手動液壓泵驅(qū)動，通過擺臂的擺動實現(xiàn)經(jīng)軸的舉升和向車中心的移動。液壓泵上的切換閥可實現(xiàn)手動操作油泵時油缸伸出與縮回的切換。擺臂的寬度可伸入經(jīng)軸的軸頸與驅(qū)動齒輪之間，確保舉起經(jīng)軸后經(jīng)軸位置固定。擺臂以車體長度方向調(diào)整位置，適應(yīng)不同幅寬織機的經(jīng)軸。調(diào)整采用頂絲固定，鍵軸結(jié)合定位。可單人方便調(diào)整位置，調(diào)整完成后鎖定可靠。

1.5 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用西門子S7-200smartPLC，通過RS485通訊采集操作器的指令和編碼器的檢測值，運算后控制4臺電機的運動實現(xiàn)整車運動。驅(qū)動輪采用兩臺電機驅(qū)動兩個輪子，如圖2所示，在兩個輪子中間是一個轉(zhuǎn)向軸。通過控制兩個輪子的速度差控制驅(qū)動輪的方向，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向的角度通過安裝在轉(zhuǎn)向軸上的編碼器進行檢測。控制系統(tǒng)根據(jù)手持操作器發(fā)來的轉(zhuǎn)向指令和編碼器檢測到的轉(zhuǎn)向軸位置，控制兩臺電機的速度差，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制。

圖2 驅(qū)動輪

手持操作器采用市場有售的成品外殼，安裝標準的控制按鈕，給控制系統(tǒng)發(fā)送方向、速度和運行模式指令，控制車體前進、后退、運行速度等。運行模式分為前輪轉(zhuǎn)向、后輪轉(zhuǎn)向、平移、平移前輪單動、平移后輪單動。具體如圖3所示。

圖3 手持操作器

2 自行走上軸車的工作流程

自行走上軸車工作時由人工手持操作器控制行進至經(jīng)軸存放位置，調(diào)整車體位置使經(jīng)軸舉升臂對準經(jīng)軸。操作液壓泵，使用舉升臂將經(jīng)軸舉起并移動到車體中間。操作紡織器材升降系統(tǒng)將穿好紗線綜絲的綜框（綜條）和穿好停經(jīng)片的停經(jīng)條采用工裝吊起。待經(jīng)軸上車后再將綜框（綜條）和停經(jīng)條與經(jīng)軸固定在一起，以保證運輸安全。利用手持操作器將帶有經(jīng)軸的車體行進至目標織機上軸位置。到達織機上軸位置后通過功能旋鈕和搖桿操作車體使經(jīng)軸準確到達經(jīng)軸架上軸位置。解開綜框（綜條）和停經(jīng)條與經(jīng)軸之間的固定連接，使用紡織器材升降系統(tǒng)將綜框（綜條）和停經(jīng)條升至可進入織機的高度。推動“之”字臂將綜框（綜條）和停經(jīng)條移動到織機上的指定位置，降下紡織器材升降裝置將綜框（綜條）和停經(jīng)條放入指定位置。放下綜框（綜條）和停經(jīng)條后將“之”字臂收回，將經(jīng)軸放在織機經(jīng)軸架上。上軸車開出織機騰出操作空間，以便進行之后的綜框（綜條）和停經(jīng)條安裝工作。

3 自行走上軸車實際應(yīng)用效果

自行走上軸車研發(fā)成功后投入了實際使用，使用過程中整機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，自行走上軸車行走裝置操作靈敏可靠，定位準確迅速，掛載經(jīng)軸、綜框（綜條）和停經(jīng)條穩(wěn)定可靠。紡織器材升降系統(tǒng)操作靈活、輕松。整體上軸動作可操作性強，操作安全方便，大大降低了上軸的勞動強度，提高了操作安全性。實際運行效果表明，自行走上軸車完全實現(xiàn)了預(yù)期功能。

自行走上軸車的行走區(qū)域主要在織機車間內(nèi)部，環(huán)境相對單一，無濺水、雨淋等情況。為節(jié)省空間，取消了大部分非必要鈑金罩殼。沒有鈑金罩殼使車體整體美觀性有所降低，但這也大大降低了制造成本，貼近用戶的需求，減小了維護保養(yǎng)的難度。

4 結(jié)語

目前織造行業(yè)中，紡織前道的穿經(jīng)工序完成穿紗的織軸，綜絲、停經(jīng)片以及鋼筘在運輸以及上機操作均要依靠人工進行，不利于工作效率的提升。我們公司研發(fā)的自行走上軸車可在織機高密度布置的車間完成織軸的裝卸及運輸。該上軸車結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了操作空間，整體上軸動作可操作性強，操作安全方便省力，降低了上軸工的勞動強度。該上軸車制造成本低，貼近用戶需求，維護保養(yǎng)難度小，為轉(zhuǎn)型升級的織造企業(yè)提供了新的選擇。