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管桩（方桩）真空吸盘吊具的研制、应用及维护 |
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作者：纬戈伦（上海）自动化 郑义筠 |
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相关信息报告指出：“十一五”期间是我国预制混凝土桩行业快速发展的五年，不仅管桩企业数量由300 家增加到了500 多家，发展地域也由17 个省市自治区增加到了25 个。
经过五年的快速发展，生产企业的规模不断扩大，生产线能力已达100～150 万米/年， 2010年全国管桩的年生产量已超过3 亿米。 “十二五”期间行业的发展重点：是进一步提高和实现生产线的机械化自动化，开发和生产机械化输送设备、自动吊具、自动装拆模装置、真空吸盘、生产线的工序控制设备及其软件等，以减少用工数量，减轻操作工人的劳动强度，提高生产效率。
根据行业发展重点结合笔者现场实际经验就管桩（方桩）真空吸盘吊具的研制、应用及维护进行阐述。
目前，国内管桩企业所生产的管桩品种大多数是先张法预应力混凝土管桩（PHC、PC ），近几年又开发了预应力混凝土空心方桩（PHS、PS）及先张法预应力混凝土竹节桩（AG 管桩仅仅限于出口）等异型桩。
管桩企业的产品规格可以分为：1、以生产大口径管桩为主，如中交集团为代表的4 个生产基地，可以生产单节长度35m、直径800mm 至1200mm 的管桩。广东裕达管桩、江苏国鼎管桩、大连信德管桩等都可以生产直径800mm 至1200mm，长度30m 以下的大规格管桩，多应用于国家的重点工程如港口码头、大型船坞工程等等。2、其它的管桩企业如建华、三和、浙东等以生产300mm 至600mm 的直径管桩为主，多应用于工民建工程及大型工业建筑的基础工程等。方桩企业如中技、江苏鸿世（金鑫）的产品规格可以分为：250*250~500*500，长度7~26 米。
现在，我们现在管（方）桩脱模大多数是采取翻模工艺，往往容易对管桩产生损伤，为此研制了真空吸盘吊运装置，上模打开以后利用真空吸盘吊具将管桩从下部钢模中直接吊出，节约了一道工序。
设计实例如下：
一、设计基本依据
1. 混凝土管桩直径范围： φ300mm—φ600mm
2．混凝土管桩长度范围： 9m—15m
3．管桩重量（最大）： 约 6200kg
4．管桩表面状态： 光滑平整
5. 脱模力： 1.2 倍管桩重量
6．脱模工艺： 气动夹爪夹紧下模，真空吸盘拉出管桩。
二、设计系统原理
1、真空系统原理
2、电气控制原理图：略
三、设计图
四、现场实物图
管桩真空吸盘吊具
（ 三和管桩荆门工厂现场）
方桩真空吸盘吊具
（中技桩业天津工厂现场）
五、整机主要技术参数
六、设计功能阐述
1、钢结构
主框架用优质结构钢焊接制作，既是承重结构，同时又用作真空蓄能器。焊接完成后进行应力消除和无损探伤，所有基准面一次加工成型，确保精度。
主梁上面安装真空泵站和电控箱，主梁里面焊接有8 组吸盘导向套机构，用于吸盘位置的调整。主梁上设2 个吊耳，以使吊具水平悬挂在车间起重机吊钩上。吊耳旁边配有防晃梁安装法兰，用于降低真空吊具工作过程中的晃动梁，以保证定位精度准确。吊具主梁长13200mm，宽650mm，高度1658mm，额定承重8500kg，每个真空吸盘尺寸1600mm×280mm。吸盘与主梁通过一组快换结构连接。气动管路通过真空软管连接，不需拆换即可移动到另一位置。
2、真空配件和吸盘
1）吸盘密封条：由于被吸表面是光滑的混凝土圆管状表面，不透气。故吸盘密封条采用高性能的橡胶。此类密封条具有高柔韧性、回弹性、密封性、耐磨性和耐酸碱腐蚀性等特点。特别适用于吸取混凝土材质的工件。密封条宽度280mm，高度50mm，最大厚度25mm，长1600mm，嵌在吸盘衬板上,形成一个环形密封腔。
2）真空泵：选用德国进口无油旋片真空泵，额定抽气量100m3/h，最大真空度95％，并在实际使用中完全满足长期抽吸功能要求。
3）真空压力开关用来实时检测系统中的压力。系统中真空压力开关的报警真空度设定为60％，当系统中的真空度小于60％时，自动声光报警。
4）吸盘额定吸力：
F＝真空压力(0.95bar)×有效真空腔体面积
＝85000par×[(1600-25-25)×(280-25-25) /1000000]mm2
＝30302.5N
即每个吸盘可提供30302.5/10＝3030.25kg＝3t 的额定静吸力。
6 个吸盘总的静吸力约18t。
5）真空系统在两种工况下的安全系数计算：
①正常搬运过程中，按照额定负载6.5t 计算，该真空系统的安全系数为18t/6.5t=2.77 ，远高于德国UVV18 安全认证标准1.5。该过程的安全系数较大是为了克服吊车瞬时起动时的加速度。
②脱模过程中吊具的运动缓慢，且加速度很小。真空系统需克服的力为脱模力
0.2X6.5t＋管桩自重6.5t ＝ 7.8t。该真空系统的安全系数2.31。
当系统中的真空度为70％时，6 个吸盘的静吸力为18×0.7/0.85=14.8t，此时的安全系数为14.82t/6.5t = 2.28，完全可以满足安全报警要求。
3、电气控制部分
1)、电气部分采用PLC 控制系统，来控制真空双泵系统工作和阀吸取释放处理。和信号检测及报警处理。电控箱上配相应的按钮和指示灯，操作者通过按钮操作吊具。
类似电控箱外形图
电气控制箱
2）主控部分安置在焊接结构的开关柜里,该开关柜的防护等级达IP65。
3）吊具的供电电源从吊车电箱引出，再通过电缆卷筒引出通过电源快插件连接进入吊具电控箱内。
4）控制系统示意图
电气控制示意图
七．作业流程描述
A、吸吊准备：
首先将吊具吊挂于起重机吊钩上，检查外部供应电源是否正常（可观察电箱内配备的三项电源监视器指示绿灯），拧动电箱面板电源总开关至“1”位置接通吊具电源；
B、设备操作：
（1）真空泵启
系统采用双真空泵工作。若选择“泵1”则将旋钮旋到“泵1”状态。驾驶室操作面板上泵启||确认按钮，泵工作指示等亮，即泵已经处于正常工作状态。
（2）吸盘模式
操作员在驾驶室操作面板上选定相应的吸盘组工作模式。工作的吸盘组则操作旋钮旋在ON 状态，不工作的吸盘组则旋钮旋在OFF 状态。整体吸盘组都工作则选择自动吸取工作。每组吸盘工作均配备操作指示灯。
（3）真空吸取
操作行车对准好吸取管桩位置，真空吊具平稳放置在管桩上，观察吊具下降到位指示“绿灯”亮时，表明吊具已放置完毕。点动驾驶室操作面板上真空||吸取按钮，依据选定的洗盘组工作进行管桩吸取动作。吸取的同时吊具本体上配备的压力黄色警示灯启动；当压力到达设定值时黄色警示灯消失，绿色压力安全指示灯指示。表示压力已吸取到位，等待搬运。
（4）起吊搬运
操作行车将管桩搬运到指定的位置。观察吊具下降到位指示“绿灯”亮时，表明吊具已放置完毕。
（5）真空释放
点动驾驶室操作面板上 “真空||释放”按钮后，5S 之内按动“释放||确认”按钮2S 以上，则系统关闭所选真空电磁阀，吸盘内的真空腔与大气相通，吸盘与工件分离。真空释放互锁关系。
（6）起吊搬运
真空释放完毕后，绿色压力安全指示灯指示消失。表明可以起吊吊具进行下一管桩搬运。
(7) 重复操作：
操控吊车使吊具与下一待搬运管桩贴合，即可重复搬运工作。
八、安全技术措施及特殊设计
(1) 安全系数 S：
产品设计安全系数为2.0，符合并超过德国UVV18 真空吊装设备安全标准(1.5)和CE 标准。
(2) 真空吸盘：
吸盘密封条采用特殊的橡胶硫化成型。该类材料适用于吸取混凝土材质的工件，具有很好的耐碱性并能保证较高的真空密封性，并且拆换方便快捷，一个熟练工人安装一个吸盘密封仅仅需要五分半钟，极易维护。
(3) 真空蓄能装置：
系统中配有真空蓄能器，能有效提高工作效率减少吸取时间，同时增强系统的安全性。在整个吸取过程中，封闭的钢结构内腔相当于一个真空蓄能器，保证有很高的真空度。当发生意外情况，如突然断电时，单向阀将真空泵与真空回路系统完全隔离，此时蓄能器与真空吸盘、分流器等形成了一个密闭的系统，管桩仍可保持与吊具的吸附状态（15 分钟）而不脱落，能有效地保护操作人员和设备的安全。
(4) 报警装置
为了提高真空设备的安全性，系统内设有真空报警器，实时监控系统的真空压力。同时每个吸盘配备一套真空检测和到位检测装置，操作者可以从中看出每个吸盘的真空状态。
真空断电报警单元能在设备使用过程中检测断电信号并发出报警，该单元以蓄电池为动力，能持续声光报警来提示操作人员，并且在正常使用过程中能自动充电。
(5) 吸盘与主梁实现柔性连接，能适应管桩有起伏的表面。使吸盘与工件贴合紧密。
(6) “泵 1”与“泵2”运行状态有下述互锁关系：“泵1”启动，系统真空压力达到蓄能压力开关设定值后，若由于异常情况造成真空出现泄露时，其压力值低于补压力开关设定值后，“泵2”自动启动补压。反之同理。
(7) 真空吸取互锁关系：按动真空||吸取按钮2S 后，系统自动关闭真空吸取信号屏蔽。5S 内，系统自动进行吸盘自检，若发现有泄漏或吸取异常时，自动关闭该组真空电磁阀并报警，表示此吸盘组有异常，请检修。
(8) 按动“真空||释放”按钮后，5S 之内按动“释放||确认”按钮2S 以上，则系统关闭所有真空电磁阀，吸盘内的真空腔与大气相通，吸盘与工件分离。真空释放互锁关系。管桩在吸取的过程中防止释放误操作关闭真空阀。
(9) 按动“真空||泵停”按钮后，5S 之内按动“泵启||确认”按钮2S 以上，则系统关闭真空泵系统。真空泵启停互锁关系。管桩在吸取的过程中防止泵启停误操作关闭真空泵。
(10)预留绑带锁口：
在真空设备起吊中途，突遇车间全面断电而在蓄能保压有限时间内仍然不能恢复情况下，通过吊带绑住管桩，确保管桩和人员设备的安全。
九．日常维护
每日维护： 检查过滤器是否堵塞或损坏，对于不能清洗、已经损坏的必须更换。
每周维护：
（1）检查过滤器是否堵塞或损坏；
（2）检查吸盘是否损坏；
每季度维护：
（1）检查吊钩处和悬臂处的螺母、螺栓连接是否松开，若有，则将其紧固；
（2）检查真空气管是否有破损或萎缩。
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(3/14/2014) |
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