鋼筋深加工全自動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)吊具

韓曉敏，于海洋

（河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453400）

0 引言

在工業(yè)和信息化飛速發(fā)展的今天，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)4.0 時(shí)代，以此為背景，各生產(chǎn)制造企業(yè)都將智能化工廠建設(shè)作為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)工程。

建筑行業(yè)需要的鋼筋深加工零部件是行業(yè)的基礎(chǔ)部件，它的原材料有棒材螺紋鋼，盤卷鋼筋，鍍鋅卷材等，經(jīng)過(guò)深加工，成為套絲鋼筋、剪切后棒材鋼筋、梁筋（雙頭或單頭有彎勾）、鋼筋籠、桁架板、板筋（雙頭或單頭有彎勾）、拉筋（直條無(wú)彎勾）、鋼筋網(wǎng)片等各種零部件，以滿足建筑需求。

對(duì)于生產(chǎn)上述物料的自動(dòng)化智能化工廠建設(shè)，從原料進(jìn)廠卸車、堆垛、吊運(yùn)至工位、成品入庫(kù)、成品碼垛和裝車等動(dòng)作，都需要適應(yīng)以上物料特點(diǎn)的專用吊具系統(tǒng)，以適應(yīng)不同種類物料的夾持和搬運(yùn)。

下面介紹公司給國(guó)內(nèi)某企業(yè)設(shè)計(jì)和制作的鋼筋深加工智能化車間項(xiàng)目，提出不同物料吊運(yùn)時(shí)的吊具適應(yīng)性開(kāi)發(fā)思路。

1 原材料規(guī)格及吊運(yùn)需求分析

本項(xiàng)目共有三跨車間，分別采用不同原料生產(chǎn)不同類型的零部件。

（1）一車間。一車間以棒材螺紋鋼（圖1）為原料，生產(chǎn)套絲鋼筋、剪切后棒材鋼筋（圖2）、雙頭或單頭有彎勾的梁筋（圖3），以及鋼筋籠（圖4）。

圖1 螺紋鋼

圖2 鋼筋

圖3 梁筋

（2）二車間。二車間以盤卷鋼筋（圖5）和鍍鋅卷材（圖6）為原料，生產(chǎn)桁架板（圖7）。

（3）三車間。三車間以盤卷鋼筋為原料，生產(chǎn)雙頭或單頭有彎勾的梁筋、拉筋，以及鋼筋網(wǎng)片（圖8）。

圖4 鋼筋籠

圖5 盤卷

圖7 桁架板

圖8 鋼筋網(wǎng)片

3 個(gè)車間的物料都是以鋼材為基本材料，初看可以采用電磁吸盤作為物料吊運(yùn)吊具。但是，具體分析物料時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋼筋籠、桁架板和鋼筋網(wǎng)片等3 種物料，屬于鏤空結(jié)構(gòu)，若采用電磁吸盤作為吊具，電磁力可靠性差，有可能出現(xiàn)不能可靠吊起物料的情況。因此，對(duì)于這3 種物料，選擇采用夾具吊運(yùn)。另外，由于每個(gè)車間物料種類較多，但是原料和成品區(qū)只各有1臺(tái)起重機(jī)。因此需要具有吊具互換功能的吊具上架，再與下部吊具連接。確定好物料吊運(yùn)方法后，下面進(jìn)行吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和適用性分析。

2 國(guó)內(nèi)外吊具結(jié)構(gòu)對(duì)比及功能特點(diǎn)分析

2.1 吊具上架（圖9）

吊具上架實(shí)現(xiàn)的功能主要是連接起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩和下部吊具。結(jié)構(gòu)為上部動(dòng)滑輪組與橫梁連接，中部安裝回轉(zhuǎn)支撐，由三合一減速裝置驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)下部橫梁。下部橫梁安裝插銷式旋鎖裝置，由導(dǎo)板引導(dǎo)吊具上架與下部吊具定位。通過(guò)旋鎖裝置可與不同的下部吊具可靠連接。

2.2 固定長(zhǎng)度棒材吊具

固定長(zhǎng)度棒材主要用于原料卸車、堆垛。吊運(yùn)物料為棒材螺紋鋼。國(guó)外常規(guī)采用手動(dòng)夾鉗吊具（圖10），人工完成物料的夾持和松卸。自動(dòng)化起重機(jī)采用電磁吊具（圖11），結(jié)構(gòu)為電磁掛梁，由4 塊電磁鐵吊掛在橫梁下固定點(diǎn)，橫梁上有4 個(gè)角型件，可與吊具上架通過(guò)旋鎖裝置可靠連接。可通過(guò)程序控制完成物料的吊運(yùn)。

2.3 長(zhǎng)度可變棒材吊具

長(zhǎng)度可變棒材主要用于套絲鋼筋，剪切后棒材鋼筋，雙頭或單頭有彎勾的梁筋等長(zhǎng)度變化棒材和線材成品吊運(yùn)；國(guó)外常規(guī)采用手動(dòng)夾鉗吊具（圖12），人工完成物料的夾持和松卸；對(duì)于不同長(zhǎng)度物料，需要更換人工調(diào)整吊點(diǎn)位置來(lái)滿足不同長(zhǎng)度物料的吊運(yùn)。

自動(dòng)化起重機(jī)采用的吊具如圖13 所示，結(jié)構(gòu)為吊點(diǎn)可變化的電磁掛梁，由4 塊電磁鐵吊掛在橫梁下，中間2 塊電磁鐵固定，其間距能適應(yīng)長(zhǎng)度最短物料。外面2 塊電磁鐵安裝在可移動(dòng)橫梁吊架上，由三合一減速裝置驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，使電磁鐵橫梁吊架移動(dòng)，調(diào)整電磁鐵間距，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度物料的吊運(yùn)。上部橫梁上有4 個(gè)角型件，可與吊具上架通過(guò)旋鎖裝置可靠連接。

圖9 吊具上架

圖10 夾鉗吊具

圖11 電磁吊具

圖12 多吊點(diǎn)夾鉗

圖13 可變距電磁吊具

2.4 圓柱形材料吊具

圓柱形材料吊具主要用于原料卸車、堆垛。吊運(yùn)物料為盤卷鋼筋和鍍鋅卷材。國(guó)外常規(guī)采用夾鉗吊具（圖14）和托盤吊具（圖15），人工完成物料的夾持和松卸；對(duì)于不同直徑的物料，需要人工調(diào)整吊具直徑參數(shù)來(lái)滿足不同直徑物料的吊運(yùn)。

圖14 盤卷吊具

自動(dòng)化起重機(jī)采用電磁吊具（圖16），結(jié)構(gòu)為單塊電磁鐵掛梁，由一塊電磁鐵吊掛在橫梁下固定點(diǎn)，電磁鐵與物料接觸面采用弧形結(jié)構(gòu)，增大接觸面積，安全可靠；橫梁上有4 個(gè)角型件，可與吊具上架通過(guò)旋鎖裝置可靠連接。

2.5 鋼筋籠專用吊具

圖15 鍍鋅卷夾鉗

圖16 弧面電磁吸盤

鋼筋籠吊具主要用于鋼筋籠成品吊運(yùn)、堆垛。國(guó)外常規(guī)采用鋼筋籠掛鏈，由橫梁下的鏈條兜起鋼筋籠進(jìn)行吊運(yùn)。整個(gè)過(guò)程需要人員進(jìn)行物料吊掛，操作麻煩，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

自動(dòng)化起重機(jī)采用鋼筋籠夾具（圖17），結(jié)構(gòu)為雙鉗臂抱夾掛梁，由兩組鉗臂吊掛在橫梁下固定點(diǎn)，鉗臂通過(guò)液壓推桿開(kāi)閉，與物料采取抱夾托起結(jié)構(gòu)，不對(duì)物料夾持，只是托起鋼筋籠，鋼筋籠夾不會(huì)變形，安全可靠；橫梁上有4 個(gè)角型件，可與吊具上架通過(guò)旋鎖裝置可靠連接。

2.6 鋼筋網(wǎng)片專用吊具

鋼筋網(wǎng)片專用吊具主要用于鋼筋網(wǎng)片成品吊運(yùn)、堆垛。國(guó)外常規(guī)采用的吊具如圖18 所示，吊具由4 或6 個(gè)鉗腿組成。吊運(yùn)時(shí)，鉗腿插入鋼筋網(wǎng)片網(wǎng)眼空隙中并收縮，依靠鉗腿的傾角托起網(wǎng)片。不同網(wǎng)片要調(diào)整鉗腿距離。

圖17 鋼筋籠夾具

圖18 鋼筋網(wǎng)片夾具1

圖19 鋼筋網(wǎng)片夾具2

自動(dòng)化起重機(jī)采用的吊具如圖19 所示，結(jié)構(gòu)為四鉗腿掛梁，每?jī)蓚€(gè)鉗腿連接在可伸縮支架上。支架在導(dǎo)槽內(nèi)由三合一減速裝置驅(qū)動(dòng)鏈條傳動(dòng)，帶動(dòng)支架伸縮來(lái)調(diào)整鉗腿間距以適應(yīng)不同寬度物料的吊運(yùn)，與物料采取托起結(jié)構(gòu)，不對(duì)物料夾持，只是托起鋼筋網(wǎng)片，不會(huì)將鋼筋網(wǎng)片夾變形，安全可靠；橫梁上有4 個(gè)角型件，可與吊具上架通過(guò)旋鎖裝置可靠連接。

2.7 桁架板專用吊具

桁架板專用吊具主要用于桁架板成品吊運(yùn)、堆垛。國(guó)外無(wú)專用吊具。一般采用鉤子鏈條鉤掛在桁架板鋼筋上，進(jìn)行吊運(yùn)。

自動(dòng)化起重機(jī)采用的吊具如圖20 所示，結(jié)構(gòu)為六鉗腿掛梁，橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)。中間2 個(gè)鉗腿固定縱向移動(dòng)伸縮支架的導(dǎo)槽上，兩邊2 個(gè)鉗腿連接在可縱向移動(dòng)伸縮的支架上，支架在導(dǎo)槽內(nèi)由三合一減速裝置驅(qū)動(dòng)鏈條傳動(dòng)。導(dǎo)槽又連接在可橫向運(yùn)動(dòng)的伸縮支架上，支架在又一層導(dǎo)槽內(nèi)由三合一減速裝置驅(qū)動(dòng)鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)支架伸縮。通過(guò)縱橫向機(jī)構(gòu)調(diào)整鉗腿間距，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度和寬度物料的吊運(yùn)，吊運(yùn)物料采取托起結(jié)構(gòu)，不對(duì)物料夾持，只是托起桁架板，不會(huì)將桁架板夾變形，安全可靠；橫梁上有4 個(gè)角型件，可與吊具上架通過(guò)旋鎖裝置可靠連接。

3 吊具自動(dòng)供電裝置

圖20 桁架板夾具

上述自動(dòng)化吊具都屬于電動(dòng)型，需要電力驅(qū)動(dòng)。由于本項(xiàng)目為全自動(dòng)，無(wú)人化操作，更換吊具時(shí)需要能夠自動(dòng)接通電源。這就需要在吊具上架和吊具之間設(shè)置電源自動(dòng)接通裝置（圖21）。采用彈性供電裝置，一端安裝在吊具上架，另一端安裝在吊具上。當(dāng)導(dǎo)板引導(dǎo)吊具上架與下部吊具定位并連接后，彈性供電裝置被壓下，此時(shí)就可以接通電源，實(shí)現(xiàn)更換吊具時(shí)，無(wú)需人工自動(dòng)接通電源的目的。

圖21 電源接通裝置

4 吊具自動(dòng)調(diào)節(jié)尺寸設(shè)計(jì)

吊運(yùn)不同尺寸的物料前，吊具的控制系統(tǒng)要能接收到物料的參數(shù)信息。然后下發(fā)指令，依據(jù)指令自動(dòng)將吊具調(diào)整到與物料尺寸對(duì)應(yīng)的開(kāi)口尺寸，吊具上要有尺寸參數(shù)反饋裝置（如編碼器），能將開(kāi)口尺寸反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行確定。

5 吊具支架設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換吊具，吊具支架的設(shè)計(jì)也十分關(guān)鍵，要將吊具支架固定在廠房?jī)?nèi)的固定位置，并且在每次使用吊具完畢，再放置時(shí)都能夠使其位置和接口保持不變，以滿足吊具上架下一次的自動(dòng)可靠抓起。因此需要在吊具與支架之間同樣設(shè)置導(dǎo)向板，在水平面兩個(gè)方向設(shè)置定位塊，來(lái)固定吊具位置。其高度方向由吊具支架的支撐面高度確定。

6 總結(jié)

通過(guò)介紹不同物料，對(duì)吊具結(jié)構(gòu)和電氣控制，電源供給的適應(yīng)性分析，提出吊具設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了不同物料的吊運(yùn)和一機(jī)多吊具的自動(dòng)更換和自動(dòng)供電。經(jīng)過(guò)多臺(tái)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和交付使用，跟蹤反饋效果比較理想。吊具的合理設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)化的必要條件，是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)起重機(jī)物料搬運(yùn)能夠深入推廣應(yīng)用的主要依據(jù)。吊具的成功研發(fā)不僅可以提高公司競(jìng)爭(zhēng)力，還符合目前國(guó)家推廣的智能制造，綠色制造的理念，對(duì)智能化工廠建設(shè)有著深遠(yuǎn)社會(huì)效益。