No1Feb
第1期(总第224期)
2021年2月机械工程与自动化
MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION
文章编号=672-6413(2021)01-0126-03
姚佩林
(上海希腾电子信息技术有限责任公司，上海201806)
摘要：设计了汽车安全侧气囊Z 型折叠设备，主要进行了折叠机构、旋转机构、跟随机构和粘贴机构的结构
设计和PLC 控制系统设计，并做了相关验证分析试验。试验结果表明：针对SAB 气袋的折叠压紧，其误差 范围小于2 mm ，全程自动化且折叠紧实，该设计方案满足汽车安全气囊的折叠要求。
关键词 ： 汽车安全气囊 ； 设计； 折叠设备中图分类号：U463.83 ：U491.6+1
文献标识码：A
0 引言
汽车安全侧气囊是汽车上必不可少的被动触发的 一种保护驾驶员或者乘客的安全保护装备，大多数汽 车上均配备侧气囊，因此气囊的质量以及被触发时的 弹出速度和压力会在很大程度上影响人的生命安全。 通常，气囊都是通过折叠方式放置在气囊安装袋里面 以减少所占用的空间［12。目前市场上主要
有3种气 囊折叠方式，分别是卷带、折袋以及堆袋。由于折叠方 式的不同，当气囊弹开时产生的危害也不一样，经过调 查研究，目前最常用的方式是折袋方式，因为这种折叠 方式弹出安全系数最高。但是，目前大多数气囊 折叠设备都是半自动化设备， 生产效率不高且精度低， 导致气囊安全系数降低。因此需要对目前已有的折叠 设备进行优化设计，提高其自动化程度、丰富其功能“ 提高折叠精度。
1气囊折叠设备工作原理及设计要求
气囊折叠设备的总体结构示意图如图1所示。该 设计主要通过折叠机构、旋转机构、跟随机构和粘贴机 构4部分来实现汽车安全气囊的自动折叠胶粘，即主 要通过 PLC 控制 系 统 控制 气 动 设备来 实 现 气 囊 的 旋 转、折叠、压紧、粘贴及顶出等5个动作。为了提高该 设备的自动化程度和气囊折叠效果，该设备中的左、右 旋转机构通过PLC 控制并行上下层交叉Z 折袋机构, 跟随机构通过气压调节依次推进预紧气袋折叠，粘贴 机构通过传感器将粘贴、顶出功能集成到系统之中 气囊折叠过程如图2 所示。 该设备的设计要求如下：(1) 将气袋展开固定，用气爪夹住气袋前端，开始 以宽度25 mm 〜30 mm 尺寸紧凑向上旋转。
(2) 保证气袋不发生刮伤、磨损。
(3) 叠袋过程中，气袋中间部位保持一定的张紧,
不能出现松弛。
(4) 能够实现柔性加工，可以实现左/右气袋两种 产品的折叠。
(5) 气袋叠袋过程实现自动控制(无人工干预)°
(6) 工艺布局要合理，从而保证操作者操作安全 方便。
(7) 自动控制系统应以PLC/HMI 与手动相结合 的方式实现。
图1气囊折叠设备总体结构示意图
2. 1 折叠机构设计
气囊折叠机构是由上Z 型折叠机构和下Z 型折 叠机构组成。工作时，通过上、下Z 型折刀交错配合 的方式实现平铺的气囊Z 型折叠，当上、下折刀进行 配合折叠时，相互插入彼此留有的空隙中，这样便形成 了 Z 型并且对气囊起到夹持作用。
(1)上Z 型折叠机构结构示意图如图3所示。该
收稿日期：2020-12-09；修订日期：2021-01-05
作者简介：姚佩林(1983-)，男，江苏盐城人，工程师，本科，研究方向：非标自动化设计
。
2021 年第 1 期姚佩林：一种用于汽车安全侧气囊Z 型折叠设备的设计
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机构主要由气缸、连接块、折刀、折刀固定板、角码、气 缸固定板和机架组成。气缸固定板通过角码
垂直安装 在机架上，在气缸固定板上安装有5个气缸，气缸的下 端通过连接块与折刀固定板相连接，折刀固定板上安 装有Z 型折刀。由于5把Z 型折刀为相互平行设置, 因此上边连接的气缸只能呈斜线设置。在工作时，由 于相互平行的Z 型折刀是交错运动的，因此在折刀固 定板之间安装有滑块和滑轨以实现交错运动。
(2)下Z 型折叠机构的结构与上Z 型折叠机构基 本一致，但是由于气囊Z 型折叠是通过上、下两个折 叠机构的配合工作实现的，因此在工作过程中会伴随 振动冲击，所以在下Z 型折叠机构的气缸固定板上均 匀设置了 4根支撑杆，用来平衡工作过程中的振动冲 击，提高了工作精度以及下Z 型折叠机构与台面的连 接强度。 下 Z 型折叠机构结构示意图如图 4 所示。
z 型折
图4下Z 型折叠机构结构示意图
折刀固定板-连接块'机架
气缸支撑杆
.气缸固定板
2. 2 旋转机构设计
旋转机构的作用是当汽车安全气囊展开且固定 后，通过上端的气爪夹住气袋的前端，以宽度25 mm 〜 30 mm 的尺寸向上旋转2圈，从而保证气袋前端旋 紧。该旋转机构包括左、右两个旋转机构且对称布 置［0］。图5为左、右旋转机构结构示意图，主要包括 气缸、电机、同步链、滑块和导轨。为了保证较高的工 作精度、响应速度以及工作稳定性，电机均采用伺服电 机。由于滚珠丝杠副具有传动效率高、运动平稳、使用
寿命长等特性，因此Y 方向上的传动采用“伺服电机+ 滚珠丝杠”的组合形式；由于同步链具有较高的传动 比、稳定的传送速度和较长的使用寿命，因此在X 方 向上采用“伺服电机+同步链”的组合形式进行传动。 为了进一步减少传动误差，气缸采用直线气缸，且为行 程可调式，有利于针对不同尺寸的气囊进行调节。2. 3 跟随机构设计
跟随机构的作用是为了保证折叠过程中气囊的张 紧以及防止折叠后由于内外压差造成气囊回复原貌。
图6为跟随机构结构示意图，主要由尼龙挡板、上固定
板、下固定板、支撑杆、气缸、导轨、滑块等组成。尼龙 挡板安装在保持架上，在保持架的另一边安装有气缸, 通过气缸驱动滑块在导轨上的移动来实现尼龙挡板对 气囊的压紧。由于压紧过程具有一定的阻力，为了提 高工作精度和连接强度，上、下固定板之间设置支撑 杆，且下固定板通过螺栓固定在台面上［1］。
图5左、右旋转机构结构示意图
滑块
导轨
•气缸
下固定板
尼龙挡板
上固定板
支撑杆____
图6跟随机构结构示意图
2. 4 粘贴机构设计
粘贴机构的作用是对折叠后的气囊进行粘贴，保 证气囊保持折叠压紧状态。 图 7 为粘贴机构结构示意
图，胶带安装在下压固定气缸的连杆上，且与传感器相 连。 粘贴机构整体通 过上 固 定 板安 装 在台 面 下 方， 为 了连接可靠，下方设置4个支撑杆和支撑块。当气囊 由铺开状态变为折叠状态后， 连杆开始工作， 胶带开始 粘贴。当传感器检测到胶带粘贴完成后，下方的气缸 工作将气囊通过顶块顶出，完成整套折叠工序。
图7粘贴机构结构示意图
3气囊折叠设备控制系统设计
该设计中，控制系统采用S7-1200 PLC 控制单元，并配备触摸屏进行信息的交互。当系统工作时，外 部传感器和磁性开关将数据信号传递给PLC 控制单 元，经过控制单元的诊断分析，PLC 发出相应指令对 各电磁阀进行控制。人机界面如图8所示，上面有各 种数据显示以及复位、自动、手动、伺服、启动、停止等
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机 械 工 程 与 自 动 化2021 年第 1 期
按钮，外部可以通过触摸屏实现对气囊折叠机的各类 操作。
控制系统工作流程为：上电复位一各工位气缸/电 机复位一人工上料一双手启动一气缸伸出将气袋夹 住一电机联动将气袋上卷一跟随气缸伸出顶住气袋一 夹爪松开退出一上/下层气缸交叉伸出将气袋Z 型折 叠一跟随气缸同步推进将气袋固定防止松开一末端定 型气缸伸出将气袋四周限位一各气缸松开复位一伺服 联动复位一自动胶带粘贴一顶出光幕区域检测胶带有 无f 检测合格各气缸复位f 装袋f 完成f 机构复位f 结束。
S
2000/12/31 D2UC SAB 气袋自动折叠机
设备状态：I 呼
旋转速度：ooo. o] ° /」
气袋松紧度：I 0. 00 [左平移伺服：|当前位置:| I 左旋转伺服当前位置 I 右平移伺服：|当前位置:_ I 右旋转伺服：|当前位置:|oooo. 0 I 酗型号—I 未选型I 严加期设备节拍：]000.0 | 总数量： |oooooooo|；| 0000. 0 —n 目标位置：| 0000. o|nm O 已归位
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图8气囊折叠设备人机交互界面
4试验验证
对该设备样品进行制造、安装、调试后，进行了生 产试验，主要对SAB 气袋(兼容左右件)进行折叠压 紧。该产品具体尺寸为578 mm (长)X 337 mm (宽), 安全气囊袋卷成宽度为30士5 mm 的Z 型，并装入固 定的气囊壳内。气囊折叠状态示意图如图9所示。
图9气囊折叠状态示意图
、
/
/
//
\----------、
\
80 ±10汽车的安全气囊
/
80+10
25±10
70 ±10试验结果如图10所示。生产试验证明，该设备折 叠的气囊宽度误差小于2 mm，全程自动化且折叠紧 实， 满足汽车安全气囊折叠要求。5 结语
本气囊折叠设备的左、 右旋转机构通过 PLC 控制
并行上下层交叉 Z 折袋 机 构 ， 跟随机 构 通 过 气 压 调 节 依次推进预紧气袋折叠等功能集成到系统之中。其优 点是：①上下折叠机构同时运行，保证了折叠过程中的 压力；②左右旋转机构同时运行，保证了旋转宽度的准 确性以及气囊前端平整性；③上下折叠机构交错工作 时，跟随机构同时运动，保证了折叠气囊压紧可靠性; ④粘贴机构自动胶粘，提高了胶粘精度以及稳定性。 通过生产实践对该设备进行试验，运行过程中，该设备 功能齐全，系统路畅，满足具体产品的生产要求，达到 设备设计要求，证明该设计具有可行性。
图10气囊折叠生产试验
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Design of Z-Type Folding Device for Automobile Safety Side Airbag
YAO Pei-in
(Shanghai Systence Electronics Co . , Ltd. , Shanghai 201806, China )
Abstract : The Z-folding equipment for automobile side airbags is designed , and the structure design of folding mechanism , rotating mechanism ， fo l owing mechanism and pasting mechanism and PLC controlsystem design are mainly carried out ， and relevant verificationanalysisexperimentsaredone Thetestresultsshowthat ：forthefoldingandcompressionofSABairbags ， theerror range is less than 2 mm ， andthe whole processisautomated andthefoldingistight This design scheme meetsthefolding requirementsofautomobileairbags
Keywords ：carairbag ；design ；
foldingdevice
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