淺析三根管組捆自動(dòng)成型打捆生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

呂旭東，姜?jiǎng)P，高銘，俞立

（杭州浙達(dá)精益機(jī)電技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310000）

1 前言

鋼管自動(dòng)成型打捆生產(chǎn)線，浙達(dá)精益公司在2006年就成功用于管加工生產(chǎn)線上。目前鋼管自動(dòng)成型打捆生產(chǎn)線已經(jīng)廣泛應(yīng)用鋼管生產(chǎn)線。鋼管成型打捆設(shè)備均是采取六邊形或者梯形的方式將鋼管堆垛、打捆。以前三根鋼管組捆是自動(dòng)成型后手動(dòng)打捆。隨著自動(dòng)化要求不斷提高，寶鋼、達(dá)力普、常寶都提出三根管自動(dòng)成型打捆的要求。由于自動(dòng)打捆需要倒三角形堆垛，先由自動(dòng)成型機(jī)構(gòu)進(jìn)行堆垛成型，然后再輸送到自動(dòng)打捆機(jī)上進(jìn)行打捆操作。打捆之后用輸送機(jī)構(gòu)輸出管捆。在自動(dòng)打捆時(shí)下層是單根鋼管，上層是兩根鋼管，而正常的輸送時(shí)需要下面2根鋼管上面1根鋼管保證管捆輸送的穩(wěn)定，因此需要將3根鋼管的倒三角形翻過60°角，轉(zhuǎn)變成下層是2根鋼管，上層是1根鋼管。在管捆沒有離開打捆區(qū)域之前管捆外形為倒三角形，

需要用捆形保持器保持管捆穩(wěn)定。管捆離開自動(dòng)打捆區(qū)域后，由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將管捆翻轉(zhuǎn)過60°角，管捆轉(zhuǎn)變成下層是2根鋼管，上層是1根鋼管，管捆就可以和其他管捆一樣在成型打捆生產(chǎn)線上進(jìn)行輸送、稱重、儲(chǔ)存。

2 自動(dòng)成型打捆生產(chǎn)線

2.1 自動(dòng)成型打捆生產(chǎn)線工藝流程

主要工作流程如下：

鋼管經(jīng)輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)入上料工位（進(jìn)料）—對(duì)齊（單根）—上料（鏈）— 二次對(duì)齊（單根）— 一層鋼管計(jì)數(shù) —管層移位（磁盤吊）— 管層碼放 — 管捆軸向輸出 —

自動(dòng)打捆 — 管捆經(jīng)輸送鏈運(yùn)至中間庫(kù)（含管捆稱重臺(tái)架）— 出料（天車）。

2.2 自動(dòng)成型打捆生產(chǎn)線功能概述

2.2.1 上料、計(jì)數(shù)、對(duì)齊、管層形成機(jī)構(gòu)

單層鋼管的形成過程如圖1所示。該過程主要由上料、計(jì)數(shù)、對(duì)齊、管層形成、管層輸送至磁盤吊起吊位置等幾個(gè)動(dòng)作組成。單根鋼管由上料送至對(duì)齊工位，對(duì)齊并計(jì)數(shù)后再通過上料鏈將已計(jì)數(shù)了的拔到計(jì)數(shù)鏈上，計(jì)數(shù)鏈上鋼管數(shù)達(dá)到該層所需的鋼管數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)數(shù)鏈把該層鋼管推到管層形成機(jī)構(gòu)上。啟動(dòng)管層推緊機(jī)構(gòu)和管排抬升機(jī)構(gòu)后等待電磁吊吊運(yùn)。

圖1 管層形成機(jī)構(gòu)

2.2.2 電磁吊吊裝機(jī)構(gòu)

電磁吊吊裝機(jī)構(gòu)如圖2所示。吊裝過程主要包括電磁鐵的上下、水平兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。由控制系統(tǒng)計(jì)數(shù)出當(dāng)前管層的中心位置，并將計(jì)算值傳送給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)通過同步帶驅(qū)動(dòng)電磁鐵水平運(yùn)動(dòng)機(jī)架運(yùn)行到指定位置?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)不同管徑、電磁鐵的當(dāng)前位置計(jì)算需要運(yùn)動(dòng)的距離，并將計(jì)算值傳送給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)通過鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁鐵上下運(yùn)動(dòng)機(jī)架運(yùn)行到指定位置，結(jié)合電磁鐵的水平移動(dòng)實(shí)現(xiàn)管層的組捆工作。

圖2 電磁吊吊裝運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2.2.3 管捆輸出

成形輸送鏈上有保持管捆形狀的斜支架，根據(jù)不同底層的管層長(zhǎng)度，須手動(dòng)調(diào)節(jié)成形器側(cè)輥底邊的長(zhǎng)度。電磁吊在成形輸送鏈上碼放形成要求的管捆形狀。成形結(jié)束，成形輸送鏈將管捆軸向輸送至自動(dòng)打捆機(jī)處進(jìn)行自動(dòng)打捆。

2.2.4 自動(dòng)打捆

自動(dòng)打捆機(jī)主要由打捆頭、機(jī)架、導(dǎo)帶機(jī)構(gòu)、蓄帶機(jī)構(gòu)、鋼帶更換輔助裝置等組成。成型后的管捆由管捆輸送機(jī)構(gòu)，將管捆需打捆位置移動(dòng)到打捆機(jī)打捆位置，系統(tǒng)控制自動(dòng)打捆開始打捆。一道打完后系統(tǒng)控制管捆輸送機(jī)構(gòu)輸送至下一道管捆打捆位置，輸送到打捆機(jī)打捆位置，自動(dòng)打捆開始打捆重復(fù)至該捆需打捆的位置上全部打上鋼帶。

2.2.5 管捆輸送及儲(chǔ)存

打完捆的管捆由幾組輸送鏈輸送至管捆儲(chǔ)存區(qū)域。整個(gè)儲(chǔ)存區(qū)域由兩組輸送鏈組成。凸輪機(jī)構(gòu)抬起輸送鏈1的一端，使管捆從管捆輸送鏈脫離落到輸送鏈1上。驅(qū)動(dòng)輸送鏈1，管捆從輸送鏈1移到輸送鏈2上，到達(dá)儲(chǔ)料區(qū)，等待天車將管捆吊走。

2.2.6 電氣部分

圖3所示為打捆機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鋼管成型各個(gè)過程的協(xié)調(diào)、過程的跟蹤、各種工位信息的傳輸、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)管理。整個(gè)系統(tǒng)通過總線方式將PLC、工控機(jī)、變頻器等連接起來，組成一個(gè)層次分明的控制網(wǎng)絡(luò)。并且配置HMI人機(jī)界面，HMI與L2計(jì)算機(jī)通訊直接調(diào)取鋼管參數(shù)（爐批號(hào)、合同數(shù)量、管捆數(shù)等），根據(jù)合同數(shù)量，需具備控制尾料數(shù)量，優(yōu)化成捆數(shù)（比如，5根成捆的，最后8根需分成4根、4根成捆，即分配尾捆數(shù)量以不調(diào)節(jié)成型框?yàn)樵瓌t）同時(shí)HMI也可設(shè)置鋼管、打捆參數(shù)。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)檢修等三種工作方式。

圖3 打捆機(jī)系統(tǒng)電氣系統(tǒng)組成圖

2.3 捆型保持機(jī)構(gòu)

捆型保持機(jī)構(gòu)由二組可轉(zhuǎn)動(dòng)擋輥、擋輥間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、座架等組成。擋輥只在三根鋼管組捆時(shí)使用，其他管捆作業(yè)時(shí)擋輥放平。擋輥上包覆橡膠，用以減少擋輥對(duì)鋼管表面的損傷。氣缸驅(qū)動(dòng)擋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)。擋輥間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是利用中間定位的絲桿一邊為左旋，另一邊為右旋，分別驅(qū)動(dòng)左右二組擋輥，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)左右二組擋輥同時(shí)分開或同時(shí)靠近。在三根鋼管組捆使用時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿讓擋輥貼近管捆。對(duì)于帶接箍的管捆擋輥需要接箍通過后轉(zhuǎn)起，保護(hù)環(huán)接近時(shí)放下。

2.4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

如圖4所示，三根圓管的管捆側(cè)翻裝置，左側(cè)擋輥固定在左側(cè)擋輥?zhàn)希髠?cè)擋輥?zhàn)ㄎ辉谧筠D(zhuǎn)軸上，左轉(zhuǎn)軸固定在左滑塊上。左側(cè)擋輥?zhàn)那谧髿飧紫噙B，左氣缸為雙行程氣缸，多加一個(gè)行程用于推動(dòng)管捆翻轉(zhuǎn)，左氣缸底座固定在左滑塊上，左側(cè)擋輥、左氣缸隨左滑塊一起移動(dòng)。右側(cè)擋輥通過直線導(dǎo)軌副連接右側(cè)擋輥?zhàn)?，緩沖氣缸一端與右側(cè)擋輥相連，另一端與右側(cè)擋輥?zhàn)噙B，用緩沖氣缸來消除管捆在翻轉(zhuǎn)過程中管捆與擋輥間的相對(duì)移動(dòng)，保護(hù)管捆漆膜。右側(cè)擋輥?zhàn)ㄎ辉谟肄D(zhuǎn)軸上，右轉(zhuǎn)軸固定在右滑塊上。右側(cè)擋輥?zhàn)那c右氣缸相連，右氣缸底座固定在右滑塊上，右側(cè)擋輥、右氣缸隨右滑塊一起移動(dòng)?；瑝K調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是利用中間定位的絲桿一邊為左旋，另一邊為右旋，分別驅(qū)動(dòng)左右滑塊，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)左右滑塊同時(shí)分開或同時(shí)靠近。通過轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿讓擋輥貼近管捆。對(duì)于帶接箍的管捆擋輥需要接箍通過后轉(zhuǎn)起，其他管捆作業(yè)時(shí)擋輥放平。

圖4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

3 結(jié)語(yǔ)

隨著捆型保持機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與成型打捆生產(chǎn)線的結(jié)合，客戶需要的管捆都可以在成型打捆生產(chǎn)線上自動(dòng)完成，直接提高了鋼管廠實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)的能力。