摘要：電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)的核心部件，現(xiàn)有的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器是在固定支撐工裝上進(jìn)行裝配，存在無(wú)法移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、裝配困難、靈活性低、使用效率低等問(wèn)題。為解決電驅(qū)系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器的智能化、柔性化裝配需求，本文設(shè)計(jì)了一種帶翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的AGV，AGV通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的信號(hào)交互，能自動(dòng)在每個(gè)工位旋轉(zhuǎn)所需的角度，滿足人員裝配需求。結(jié)果表明：使用該AGV的裝配方式，提升了電驅(qū)系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器的裝配效率與靈活性；助力行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、AGV、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、AGV調(diào)度系統(tǒng)

一、引言

隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的推進(jìn)，推動(dòng)綠色低碳技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，提高能源利用效率和降低碳排放強(qiáng)度，新能源商用車領(lǐng)域正在進(jìn)行前所未有的技術(shù)蛻變和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)的核心部件，已成為傳統(tǒng)商用車企業(yè)、造車新勢(shì)力及關(guān)鍵零部件制造商競(jìng)相角逐的戰(zhàn)略要地。另外，隨著技術(shù)的不斷成熟，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已從早期的過(guò)渡產(chǎn)品，進(jìn)化為集多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)于一體的先進(jìn)解決方案，其優(yōu)異性能獲得市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，成為衡量企業(yè)技術(shù)實(shí)力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)尺[1]。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)新能源汽車的核心所在，直接影響其經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性等性能（新能源商用車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)綜述），電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速器、功率變換器、控制器四大部分[2]?，F(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器組裝方法是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器直接放置到固定平臺(tái)上進(jìn)行裝配，裝配過(guò)程中人員需要到處走動(dòng)，拿取零件進(jìn)行裝配，消耗勞動(dòng)力大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低。由于裝配過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器無(wú)法調(diào)整姿態(tài)，部分零件裝配困難，并且會(huì)導(dǎo)致裝配后質(zhì)量差，可能會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較大的噪聲等異常，從而影響乘車舒適性和安全性。

結(jié)合現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一款新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)與變速器裝配AGV，可實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)運(yùn)輸，也具備物料旋轉(zhuǎn)功能，可根據(jù)人機(jī)工程需求自動(dòng)調(diào)整裝配姿態(tài)，提高裝配效率，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)AGV及裝配線的高效、靈活、穩(wěn)定運(yùn)行。二

二、AGV車體設(shè)計(jì)

如圖1所示，該新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)與變速器裝配AGV，包括底盤，底盤一側(cè)設(shè)置有支撐架，支撐架一側(cè)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)工裝，同時(shí)支撐架內(nèi)部設(shè)置有零點(diǎn)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，檢測(cè)工裝零點(diǎn)位置。

圖1 AGV結(jié)構(gòu)示意圖

AGV車體四周設(shè)有擋皮，可防止小零件掉落到AGV車體底部，影響AGV運(yùn)行。其中，擋皮一側(cè)為軟質(zhì)聚氨酯與地面接觸，保證裝配過(guò)程中零件不進(jìn)入AGV底部，一側(cè)為不銹鋼壓板通過(guò)螺栓固定在底盤上保證擋皮牢固且美觀[3]。

如圖2所示，底盤底部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪、萬(wàn)向輔助輪和定向輔助輪，可保證AGV行進(jìn)。驅(qū)動(dòng)單元設(shè)置有壓縮彈簧，使驅(qū)動(dòng)輪與地面充分接觸并提供所需驅(qū)動(dòng)力，保證AGV運(yùn)行。萬(wàn)向輔助輪為雙排輪，增加AGV與地面的接觸面積，減小對(duì)地面的破壞，由于底盤下部設(shè)置2個(gè)萬(wàn)向輔助輪與2個(gè)定向輔助輪，以及一組驅(qū)動(dòng)輪，會(huì)導(dǎo)致部分輔助輪不著地的情況發(fā)生，進(jìn)而定向輔助輪設(shè)置為前后輪，輪中間增加銷軸，使得定向輔助輪前后輪可繞銷軸旋轉(zhuǎn)，保證定向輔助輪與地面充分接觸，進(jìn)而保證底盤上設(shè)置的輔助輪與地面充分接觸，進(jìn)一步減少對(duì)地面的破壞。

圖2 AGV底盤結(jié)構(gòu)示意圖

三、AGV旋轉(zhuǎn)工裝設(shè)計(jì)

如圖3所示，旋轉(zhuǎn)工裝[3]包括旋轉(zhuǎn)組件和與旋轉(zhuǎn)組件連接的壓緊組件。

圖3 AGV旋轉(zhuǎn)工裝結(jié)構(gòu)示意圖

如圖4所示，旋轉(zhuǎn)組件包括旋轉(zhuǎn)安裝板、旋轉(zhuǎn)減速機(jī)以及與旋轉(zhuǎn)減速機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)安裝板的一側(cè)通過(guò)螺栓安裝在支撐架上，另一側(cè)通過(guò)螺栓安裝有回轉(zhuǎn)支撐，回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)圈設(shè)置有內(nèi)齒和與內(nèi)齒嚙合的齒輪，齒輪通過(guò)螺栓安裝在旋轉(zhuǎn)減速機(jī)上，旋轉(zhuǎn)減速機(jī)通過(guò)螺栓安裝在旋轉(zhuǎn)安裝板上，且旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)螺栓安裝到旋轉(zhuǎn)減速機(jī)上。

圖4 旋轉(zhuǎn)組件7的結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)裝配作業(yè)完畢后，AGV控制系統(tǒng)下發(fā)指令，旋轉(zhuǎn)電機(jī)工作，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)壓緊組件旋轉(zhuǎn)，當(dāng)壓緊組件旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)感應(yīng)塊旋轉(zhuǎn)，當(dāng)感應(yīng)塊旋轉(zhuǎn)到零點(diǎn)感應(yīng)開(kāi)關(guān)處，零點(diǎn)感應(yīng)開(kāi)關(guān)有信號(hào)，AGV控制系統(tǒng)下發(fā)指令旋轉(zhuǎn)電機(jī)停止，使得壓緊組件每次工作完成均可返回零點(diǎn)位，方便下個(gè)裝配循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行。

如圖5所示，壓緊組件包括翻轉(zhuǎn)架，翻轉(zhuǎn)架上設(shè)置有感應(yīng)塊，支撐架上設(shè)置有用于與感應(yīng)塊信號(hào)感應(yīng)的零點(diǎn)感應(yīng)開(kāi)關(guān)。

圖5 壓緊組件8的結(jié)構(gòu)示意圖

翻轉(zhuǎn)架上還設(shè)置有橡膠墊一，壓板上設(shè)置有橡膠墊二。翻轉(zhuǎn)架與物料接觸的部分安裝橡膠墊一，同樣壓板與物料接觸的部分安裝橡膠墊二，橡膠墊一與橡膠墊二保護(hù)裝配物料不會(huì)被壓壞，保證物料在裝配完畢后不會(huì)有外觀損傷。

沿AGV旋轉(zhuǎn)工裝A-A位置剖視圖如圖6所示。旋轉(zhuǎn)安裝板與回轉(zhuǎn)支撐之間設(shè)置有密封條一，回轉(zhuǎn)支撐與翻轉(zhuǎn)架之間設(shè)置有密封條二，密封條一和密封條二使得回轉(zhuǎn)支撐與旋轉(zhuǎn)安裝板、翻轉(zhuǎn)架緊密貼合無(wú)縫隙，保證潤(rùn)滑油不外漏，延長(zhǎng)回轉(zhuǎn)支撐與齒輪的使用壽命。

圖6 沿AGV旋轉(zhuǎn)工裝A-A位置剖視圖

沿AGV旋轉(zhuǎn)工裝B-B位置剖視圖如圖7所示。翻轉(zhuǎn)架上設(shè)置有定位絲座和壓板，壓板通過(guò)壓緊螺栓安裝在定位絲座上。定位絲座通過(guò)螺栓及翻轉(zhuǎn)架內(nèi)設(shè)置的銷孔固定，保證定位絲座的位置精度，另外，定位絲座采用熱處理材料，保證定位絲座能承受一定范圍內(nèi)的剪切力及拉力，保證工裝使用過(guò)程中的穩(wěn)定性及安全性，壓板放置到兩個(gè)定位絲座上并通過(guò)壓緊螺栓壓緊，進(jìn)而可壓緊裝配物料。

圖7 沿AGV旋轉(zhuǎn)工裝B-B位置剖視圖

定位絲座內(nèi)孔尾部設(shè)置為通孔，頭部設(shè)置為絲孔，壓緊螺栓頭部設(shè)置為螺紋，中部設(shè)置為光軸，壓緊螺栓通過(guò)螺紋固定在定位絲座上，并通過(guò)壓緊螺栓設(shè)置的光軸與定位絲座設(shè)置的通孔配合，使得定位絲座與壓緊螺栓有較好的剛度配合，進(jìn)而保證旋轉(zhuǎn)工裝在帶著裝配物料旋轉(zhuǎn)時(shí)的安全性。四

四、AGV工作原理

使用AGV裝配時(shí)，其壓緊組件在零點(diǎn)，零點(diǎn)感應(yīng)開(kāi)關(guān)有信號(hào)時(shí)AGV行進(jìn)，保證AGV行進(jìn)過(guò)程中的安全性，AGV行進(jìn)到需裝配物料本體落裝位，裝配物料本體落裝到翻轉(zhuǎn)架上，操作人員將壓板推到與裝配物料接觸位置，操作人員將壓緊螺栓打緊，使裝配物料固定在工作位置。操作人員按AGV上設(shè)置的放行按鈕，AGV繼續(xù)行進(jìn)到裝配工作位，操作人員進(jìn)行零部件裝配，AGV調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)MES系統(tǒng)傳遞的工位信息，自動(dòng)將物料旋轉(zhuǎn)到該工位裝配所需的角度，操作人員也可以按AGV上的旋轉(zhuǎn)按鈕，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。AGV控制系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)工作，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)，翻轉(zhuǎn)架上設(shè)置有通孔通過(guò)螺栓固定在回轉(zhuǎn)支撐上，當(dāng)回轉(zhuǎn)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)而帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料旋轉(zhuǎn)功能，方便裝配人員裝配。AGV運(yùn)行效果圖如圖8所示。

圖8 AGV運(yùn)行效果圖

五

五、實(shí)踐應(yīng)用

如圖9所示，設(shè)計(jì)的AGV已在國(guó)內(nèi)某商用車電驅(qū)橋車間落地應(yīng)用，填補(bǔ)了行業(yè)空白。根據(jù)物流種類不同，AGV自帶翻轉(zhuǎn)工裝的人工作業(yè)面高度在900mm~1000mm，且工裝根據(jù)工位需求自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到合適的作業(yè)角度，滿足人機(jī)工程，提升用戶體驗(yàn)。

圖9 AGV實(shí)物圖

與傳統(tǒng)的固定支架裝配方式相比，AGV可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間及裝配工藝靈活調(diào)整運(yùn)行路線，且路線修改比較簡(jiǎn)單，具有較高的柔性化；AGV可以根據(jù)MES系統(tǒng)下發(fā)的工位信息和物料信息自動(dòng)調(diào)整物料翻轉(zhuǎn)角度，并且將物料信息傳遞到每個(gè)工位，如擰緊工位的機(jī)器人可以根據(jù)AGV調(diào)度系統(tǒng)傳遞的物料信息，自動(dòng)調(diào)整擰緊機(jī)的扭矩，對(duì)螺栓進(jìn)行自動(dòng)擰緊。除了個(gè)別工位需要人工裝配外，擰緊工位等關(guān)鍵工位均已實(shí)現(xiàn)AGV與機(jī)器人的自動(dòng)對(duì)接裝配，由原來(lái)的地?cái)偸窖b配升級(jí)為AGV柔性裝配線后，裝配線節(jié)拍由原來(lái)的55min/件加快到10min/件，年產(chǎn)量可達(dá)15000臺(tái)，節(jié)約人工12人，極大地提高了工作效率。六

六、結(jié)論

通過(guò)新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)與變速器裝配AGV的研發(fā)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，給商用車電驅(qū)橋裝配行業(yè)提供了一種更高效、更柔性化的解決方案。使用AGV作為柔性裝配產(chǎn)線的載體，既能實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)運(yùn)輸，也具備物料旋轉(zhuǎn)功能，可根據(jù)人機(jī)工程需求自動(dòng)調(diào)整裝配姿態(tài)，也可以與線邊機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)接裝配，提高裝配效率，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度；AGV車體四周設(shè)有擋皮，可防止小零件掉落到AGV車體底部，影響AGV運(yùn)行；AGV萬(wàn)向輪及定向輪為雙排輪，減小對(duì)地面的破壞，定向輪設(shè)置中間鉸接式，可以保證腳輪與地面良好接觸，進(jìn)一步減小對(duì)地面的破壞。

此方案的實(shí)際使用結(jié)果對(duì)國(guó)內(nèi)外商用車電驅(qū)橋的裝配具有重要的指導(dǎo)意義，有助于提高相關(guān)行業(yè)向智能化、柔性化方向發(fā)展。

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2024-06-28.