神华准格尔能源创新项目

神华准格尔能源创新项目卡车轮胎拆装远程操作装置设计方案阜新工大力为科技有限公司汇报目录一、项目研发目的二、主要研究内容三、矿用重型自卸车轮胎型号四、轮胎的轮辋结构型式五、轮胎拆装机功能原理与结构设计六、远程控制轮胎拆装机安装轮胎操作工艺路线七、轮胎拆装机拆卸轮胎操作工艺路线八、安全性分析九、设计研发进度计划一、项目研发目的：1、用机器人代替人工操作，提高轮胎安装的效率和精准性2、降低劳动强度，提高作业安全性二、主要研究内容：1、轮胎机械手拆装轮胎过程中，红外线自动对中操作系统的研究2、轮胎螺栓及楔块的拆装装置研究3、轮胎螺栓及楔块的拆装装置远程操作控制技术研究4、轮胎螺栓及楔块的拆装装置视频操作系统研究5、轮胎拆装装置中，各系统适应性，安全性分析三、矿用重型自卸车轮胎型号：进口矿用重型自卸车标配轮胎通常采用巨型工程子午线轮胎型号主要有以下几种：GB/T 2980-2001 37.00R57;40.00R57巨型矿用自卸车轮胎通常采用：（米其林、普利司通、固特异）56/80R63（560吨）；55/80R63；53/80R63；59/80R63（624吨）；56/80R63其中：56——胎宽56英寸；80——轮胎断面扁平比（高比宽）80% R——子午线轮胎；63——轮辋直径63英寸（1600mm）四、轮胎的轮辋结构型式一般为多件式平底宽轮辋，轮辋组件包括：钢圈（图中序号1所示）、锁圈（图中序号2所示）、垫圈（图中序号3所示）、挡圈（图中序号4所示）主要截面结构图：轮胎实际结构图：五、轮胎拆装机功能原理与结构设计轮胎拆装机由CAT988H装载机改装而成，只加装了轮胎操作机械手以及配套设备。

整车动力来自柴油发动机，液压系统利用原车液压系统，加装液压阀即可。

配有48V蓄电池为直流电机和摄像机、传感器、控制器及无线传输系统提供电能，配有一台小型空压机作为气动部件的动力来源。

整车定位采用红外线定位系统，采用绝对码盘记录角度值，控制通过编程操作的方式完成轮胎的拆装和螺母、压块的安装与拆卸。

安装轮胎时红外线定位原理：1、机械手抓取轮胎后，通过车体的水平摆动，左右平移，举、升动作，将机械手回转中心与电动轮轴回转中心对正。

2、将轮胎立起，通过机械手的上下平移，夹爪左右轻微摆动，调正轮胎中心对正回转中心。

3、车体在可见光引导下靠近轮轴，机械手进行微调，使轮胎和轮轴对正4、机械手向前平移，上轮胎，通过测距定上胎位置。

拧紧机械手装拆大压块工作原理：装配时，机械手夹爪一侧带定位销，定位抓取大压块后，臂体前伸将大压块二端螺栓孔套入螺栓中，然后拧紧螺母将大压块压入钢筒。

拆卸时，先松开螺母，靠顶丝将压块定出，卸去顶丝，定位抓取大压块，将其放入大压块料仓。

整机如图：轮胎拆装机可分为：装载机车体、轮胎机械手、红外线定位杆、拧紧机械手、远程无线视频传输系统、无线遥控数传系统、电气控制系统、液压系统、空压机系统。

1、装载机车体：初选车体为CAT988H装载机整机功率：373KW;载重量：12T;系统压力：7MPa(1)、车体具有举升、左右平移、前轮左右摆转功能(2)、改装后的车体加装空压机、电控系统、液压控制阀、视频显示2、轮胎机械手:由安装架，回转中心，上下平移架，平行四连杆大臂，伸缩小臂，旋转夹爪组成安装后轮胎机械手如图：(1) 、机械手通过安装架安装在装载机上，机械手回转中心固定在平移面板中心上，旋转油缸一端安装在平移面板上，通过旋转油缸带动可实现机械手绕回转中心回转一定角度。

(2) 、上下平移滑道固定在平移面板上，通过油缸实现轮胎机械手上下平移动作。

(3) 、平行四连杆大臂安装在上下平移架上，开口适合所有巨型轮胎的夹持尺寸。

(4) 、伸缩小臂安装在大臂上，可通过液压缸实现沿滑道前后移动。

(5) 、液压马达带动的旋转夹爪安装在伸缩小臂上，可带动轮胎沿二夹爪轴线翻转，设置为一端主动，一端被动。

(6) 、整个轮胎机械手为液压驱动，采用电磁比例控制，速度可控。

3、红外线定位杆：红外线传感器可采用德国SICK（施克）的DS60 DTO IR型可见光测距传感器。

检测距离达6m，可调，光斑直径小于12mm，检测精度高，工作电压DC18-30V,功率小于3W。

其中，红灯为发射光，黑灯为接收光，为漫反射型。

为拧紧机械手定位配置的传感器为反射型光电开关，靠拧紧机械手上的反光板作为定位点。

传感器信号处理方式：红外接收的模拟信号通过采集卡收集，经A/D 转换，成为数字信号，送至处理器处理，通过通讯进入程序，计算结果经D/A转换，成为电流/电压信号输出。

定位杆安装如图：(1) 、定位杆安装在回转中心上，安装有绝对编码器，以确定回转角度，便于螺栓定位(2) 、定位杆采用伸缩结构，由小伺服电机带动丝杠实现伸缩功能(3) 、二侧双红外线传感器安装在伸缩臂上，检测位置由旋转和伸缩来调整，另有一个反射传感器作为拧紧机械手的定位传感器。

(4) 、定位传感器安装采用错位安装，以确保在旋转时，二个定位圆在3mm以内，并可调。

4、拧紧机械手：机械手初始折叠状态：机械手完全打开状态：(1) 、拧紧机械手安装在回转中心外侧，二侧对称布置。

机械手通过电磁离合器实现机械手旋转的通断，机械手与固定中心轴的固定采用制动器。

(2) 、横臂采用伸缩结构，由小伺服电机带动丝杠实现伸缩功能(3) 、折叠臂由二个小液压缸带动大小臂折叠，并配有小臂伸缩功能，由伺服电机带动丝杠完成，以适应小臂工作时的长度精确调整，另气动拧紧机也有伸缩功能，便于装拆螺母。

母料仓，并带有二自由度螺母气动上料气缸和压块液压夹爪；(5)、螺栓和小压块的料仓由伺服电机带动推板进给；机械手采用二级伸缩设计；大压块料仓安装在抓胎机械手小臂上，90°摆出接送大压块，大压块的接送通过皮带传动实现。

(6) 、机械手角度控制方式利用定位杆的绝对编码器角度值；长度控制利用红外线测距功能或采用人工远程辅助操作均可(7) 、机械手动作的工位顺序和定位位置均由PLC程序控制5、远程无线视频传输系统：系统可整体外购（深圳塞夫格特电子SG-8000A型），采用便携式视频传输系统，传输距离为300米，工作电压DC12V,可配30万像素的摄像机，配置发射机和接收机各一台。

摄像机三台，二台针孔摄像机分别安装在二侧拧紧机械手上，对压块安装和螺母拧紧实施监控，另一台摄像机安装在固定框架上，监控轮胎安装对正。

针孔摄像机安装位如图所示：6、无线遥控数传系统：选用（北京中泰研创）无线数传系统，能实现传感器数据采集，工控机存储，数据处理，程序控制及调整，网络传输通讯以及上位机显示功能。

7、电气控制系统：电气控制系统采用（德国易福门）车载控制器，分为上下车控制，控制器系统安装在车上，车下具有遥控数传功能，通过切换，能实现车上控制器控制，移动控制台遥控操作。

8、液压系统：利用装载机自带的液压系统，配置电磁比例控制阀，实现各液压件的控制，因动作为顺序动作，所以流量满足使用要求。

9、空压机系统：为重型冲击气动扳手（扭力:500-2000Nm)和小气动部件配置小型螺杆空压机系统，排气量为1.5-2m3/min，气压为0.8MPa，配置电动控制阀，通过PLC程序实现电控。

六、远程控制轮胎拆装机安装轮胎操作工艺路线：(节拍：45分钟）（一）、轮胎安装前的准备1、确认机械手（工作手）和定位杆（传感器）处于水平折叠状态和初始位置（定位杆绝对编码器处于零位，与机械手定位点重合）。

2、机械手小臂伸出，前倾抓取轮胎，使轮胎抓取点在轮胎中心线附近，并使气门嘴方向与安装方向基本相符。

3、机械手处于水平位置，将车开至正对自卸车轮轴的位置工序状态如图：（二）、机械手回转中心对正自卸车轮轴中心1、定位杆（伺服电机带丝杠运动）上下沿导轨伸出至车轴轮缘处，伸出长度由程序按不同车型的轮轴直径给定。

2、使二个测距传感器一个在轮缘上，一个在轮缘下，通过传感器测量的距离值标定位置，测量夹角为45°角四点（即二条线），通过程序和人工辅助的方法，将车轴中心与机械手回转中心初步对正，属于粗调正。

（为后续的轮胎直立定位做粗调正工作）中心定位精度设定为：半径3mm工序状态如图：（三）、轮胎中心对正机械手中心1、将轮胎立起，小臂缩回，将机械手打开，使其轴线与机械手回转中心平行。

（这时机械手可随同定位杆同时绕回转中心旋转）2、调整定位杆长度，使二端外侧传感器处于轮胎钢筒的轮缘上，内侧传感器处于轮缘内部的长度。

3、上下平移机械手，回转中心不动（左右靠设计及安装保持对称）4、测量四个象限位的距离值和中心位，结合人工观察，使轮胎中心与机械手中心对正。

（四）、微调轮胎位置，准备装胎1、调整定位杆长度和旋转定位杆，使其二个传感器可见光从轮胎安装孔中射出，人工辅助将轮胎向前直行至离轮轴大约300mm的位置，通过对角螺栓的位置确定轮胎中心与轮轴中心重合。

2、调整定位杆长度和旋转定位杆，使传感器可见光从气门嘴边缘射出，旋转回转中心，使轮胎气门嘴位置与轮轴位置对正。

（五）、机械手前伸安装轮胎1、传感器测量螺栓距离，定位杆收缩跟踪测量辐板的距离。

2、机械手前臂水平伸出，将轮胎安装孔穿过螺栓。

3、传感器测量螺栓距离和轮胎辐板距离差值，使辐板与轮轴安装板距离3mm时，停止推进。

（六）、拧紧机上压块和螺栓1、定位杆旋转，定位机械手的固定定位点，机械手电磁离合器合上，机械手和定位杆按绝对编码器的测量角度旋转，找到螺栓位。

2、压块料仓伺服电机带动丝杠前移1个工位，气爪前伸，旋转，回退，抓取压块，再前伸，旋转，对正送料点，然后，进给气缸前移将压块扣入螺栓，并压入挡圈槽内。

（对大压块的安装见轮胎拆卸工艺）3、螺母料仓将螺母压入气动拧紧机，气动拧紧机旋转前伸，将螺母拧入螺栓，按扭力传感器设定的预紧力拧入螺母4、机械手按编制的程序对角拧入螺母，气门嘴位置，按事先定位杆测量的角度值让开，这样依次安装好预紧螺母。

5、拧紧螺母方式与上同，只是扭力传感器的设定压力要高。

（七）、轮胎安装结束动作安装好轮胎后，将机械手与定位杆收回到初始位置，轮胎拆装机退出。

七、轮胎拆装机拆卸轮胎操作工艺路线：1、将拆装车开至轮胎前300mm，将回转中心对正轮胎中心。

2、夹持机械手前伸夹持轮胎。

3、大压块料仓摆出到程序位置，供机械手放置大压块使用。

4、大压块料仓运输皮带顶起，当传感器测料时反转5、拧紧机按坐标位旋转，按程序依次拆卸螺母并顶出大压块，用液压夹爪定位抓取大压块，退回后将压块放入料仓，最后拆卸二端二个螺母和压块。

大压块料仓如图：6、夹持机械手向后平移拆下轮胎，车后退，拧紧机械手和定位杆归零位，将胎放平，驶离。

八、安全性分析轮胎拆装的安全隐患来自于在轮胎的抓取和装拆过程中，轮胎内气压泄露，造成钢圈飞出，砸到人员及设备。