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纬戈伦(上海)自动化技术有限公司 (编号 48373) http://vigorous.cc
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管桩(方桩)真空吸盘吊具的研制、应用及维护
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

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2、电气控制原理图:略

三、设计图

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四、现场实物图

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管桩真空吸盘吊具
( 三和管桩荆门工厂现场)

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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

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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

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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

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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。
文章内容仅供参考 (投稿) (3/14/2014)
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