李 荊/LI Jing

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司 勘察設(shè)計研究院，廣東 廣州 511455）

近年來，隨著盾構(gòu)和TBM廣泛應(yīng)用于城市地下工程隧道建設(shè)，鋼筋混凝土管片數(shù)量需求也隨之快速增長，國內(nèi)現(xiàn)有鋼筋加工設(shè)備可以完成如鋼筋折彎、剪切、簡單的鋼筋籠、平面網(wǎng)焊接功能[1]，但對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的管片鋼筋籠，其整體加工設(shè)備及加工工藝在國內(nèi)外均為空白。

管片鋼筋籠的加工流程主要為鋼筋下料、鋼筋彎曲、鋼筋籠焊接等[2、3]，目前這3個工序流程是在不同的工作裝置上分開進(jìn)行的。其中，鋼筋的調(diào)直、下料、彎弧、彎曲均采用人工配合鋼筋加工設(shè)備完成。鋼筋的焊接工藝則是先在小模型架上將鋼筋焊接成片，然后將成片的部件放在鋼筋籠胎模上用CO2保護(hù)焊機(jī)焊接成型[3、4]。由于工序作業(yè)分散不集中，且人工參與過程較多，無法連續(xù)不斷的作業(yè)，使得鋼筋籠的生產(chǎn)率無法滿足工程項目的需求，并且存在一定的安全隱患。

鑒于此，為了能更好地適應(yīng)快速發(fā)展的隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工，提高生產(chǎn)和施工效率，中鐵隧道局的科技工作者根據(jù)多年的設(shè)計經(jīng)驗同時結(jié)合現(xiàn)場施工的條件和要求，設(shè)計了這套鋼筋籠一體化加工設(shè)備。該盾構(gòu)管片鋼筋籠加工設(shè)備物流系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化加工的一個重要輔助系統(tǒng)，旨在解決當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)有鋼筋籠加工設(shè)備物流系統(tǒng)功能單一，自動化程度低等問題。

1 物流系統(tǒng)

1.1 物流系統(tǒng)概述

本套設(shè)備物流系統(tǒng)分為物流吊運(yùn)機(jī)構(gòu)、單根輸送軌道和平面網(wǎng)輸送軌道3部分。

1.1.1 物流吊運(yùn)系統(tǒng)

如圖1所示，物流吊運(yùn)系統(tǒng)采用的是龍門式吊裝設(shè)備。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、工作平穩(wěn)、節(jié)省能耗。其主要結(jié)構(gòu)包括立柱、連接橫梁、軌道和主機(jī)等。

圖1 物流吊運(yùn)機(jī)構(gòu)

設(shè)備采用機(jī)械、氣動和電磁控制，單根鋼筋的吊裝采用電磁鐵，網(wǎng)片的吊裝采用氣動機(jī)械手，電磁鐵或機(jī)械手吊起物料后，經(jīng)氣缸帶動完成起升動作，再由伺服電機(jī)帶動同步帶完成橫向移動，放入需要的位置。

1.1.2 單根輸送軌道

單根輸送軌道用于單根收料倉與單片網(wǎng)成型機(jī)之間，起到連接運(yùn)輸作用，本物流系統(tǒng)共設(shè)置有4套單根輸送軌道，每2套為一組，分別輸送網(wǎng)片內(nèi)弧筋與外弧筋[5]，具體結(jié)構(gòu)詳見圖2所示。

圖2 單根鋼筋輸送軌道

單根輸送軌道由機(jī)架、輸送輥、輸送電機(jī)以及防護(hù)罩等構(gòu)成，機(jī)架由型材焊接而成，機(jī)架上安裝有輸送輥裝置及輸送電機(jī)。單根輸送軌道的傳動方式為鏈條傳動，可以實現(xiàn)單根鋼筋的自動化運(yùn)輸，該軌道特點在于輸送平穩(wěn)，輸送能力強(qiáng)，且可輸送大直徑單根鋼筋。

1.1.3 平面網(wǎng)輸送軌道

平面網(wǎng)輸送軌道主要作用在于將單片網(wǎng)成型機(jī)焊接成型的弧形網(wǎng)片輸送到指定位置，通過輥道將單片網(wǎng)成型機(jī)與出料小車進(jìn)行銜接，本處輥道主要起調(diào)度、轉(zhuǎn)運(yùn)作用[5]。

該輸送軌道為自動輸送軌道，采用鏈條傳動。由輸送輥輪、輸送架、防護(hù)罩、電機(jī)等組成。該軌道特點為輸送平穩(wěn)，適應(yīng)多種規(guī)格網(wǎng)片的運(yùn)送，具體結(jié)構(gòu)見圖3所示。

圖3 平面網(wǎng)輸送軌道

物流系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 物流系統(tǒng)工作流程

該物流系統(tǒng)工作流程如圖4所示，先用吊運(yùn)機(jī)構(gòu)將單根鋼筋棒料放在輸送輥道上，運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，隨后線狀棒料剪切機(jī)將棒材切割為預(yù)定的長度。在單根輸送軌道的作用下繼續(xù)前進(jìn)，并依次經(jīng)過彎弧機(jī)、橫筋焊機(jī)與單片弧形網(wǎng)成型機(jī)，經(jīng)過這些工序的加工，即可將鋼筋棒料制成一塊塊鋼筋單片網(wǎng)。接下來，通過單片網(wǎng)吊運(yùn)機(jī)構(gòu)的作用，將已經(jīng)制成的單片網(wǎng)放入單片網(wǎng)輸送軌道，傳送至指定位置后，再由吊運(yùn)機(jī)構(gòu)將單片網(wǎng)安放在碼放機(jī)上，當(dāng)碼放機(jī)上的單片網(wǎng)達(dá)到既定數(shù)量時，及進(jìn)行鋼筋綁扎，最后碼放機(jī)構(gòu)運(yùn)載著綁扎好的鋼筋網(wǎng)沿著弧形軌道進(jìn)入立體鋼筋籠成型機(jī)內(nèi)部焊接工位，進(jìn)行焊接工作，將鋼筋箍與單片網(wǎng)焊接為一體，至此，整個管片鋼筋籠制作完成。

表1 鋼筋籠加工物流系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)表

圖4 物流系統(tǒng)工作流程示意簡圖

2 存在的問題與解決措施

2.1 存在的問題

由于該自動加工設(shè)備是原創(chuàng)性開發(fā)設(shè)計，因此不可避免地存在一些小缺陷，其中有關(guān)物流系統(tǒng)的問題主要集中于以下3個方面。

1）實際工作過程中，物流系統(tǒng)傳送原料的效率并不高。其主要原因可能在于，還沒有完全弄清楚傳送速率與其它加工工序的配合關(guān)系，沒有找到最適合的傳送速率。

2）吊運(yùn)機(jī)構(gòu)抓手定位不夠精準(zhǔn)，致使有時候不能恰到好處的夾緊平面網(wǎng)鋼筋。

3）未完全實現(xiàn)自動化。平面網(wǎng)鋼筋通過吊運(yùn)機(jī)構(gòu)碼放在碼垛機(jī)后，還需要人工進(jìn)行鋼筋綁扎工作，然后才能進(jìn)行立體焊接，造成物流系統(tǒng)的臨時中斷。

2.2 解決方法

上文中所提到的問題為后續(xù)的改進(jìn)設(shè)計指明了方向，課題組未來的工作主要集中在如下3個方面。

1）深入研究物流系統(tǒng)傳送速率與其它加工工序的匹配關(guān)系，找到最適合的工件傳送速率。

2）引入激光位移傳感器，將其布置在合適的位置，通過提高信息反饋的精度來間接提升吊運(yùn)機(jī)構(gòu)抓手的定位精度。

3）開發(fā)設(shè)計一種鋼筋自動綁扎機(jī)械手，實現(xiàn)該鋼筋籠加工設(shè)備的全自動化與物流系統(tǒng)的連續(xù)性。

3 結(jié)論與建議

目前，含有該物流系統(tǒng)的盾構(gòu)管片鋼筋籠加工設(shè)備正在長株潭城際鐵路CZTHZ-1標(biāo)盾構(gòu)管片廠進(jìn)行應(yīng)用，盾構(gòu)管片鋼筋籠整體式加工設(shè)備物流系統(tǒng)的成功開發(fā)產(chǎn)生了以下功效：①成功解決了當(dāng)前鋼筋籠加工過程中所面臨的工序繁多、工序之間銜接不連貫等難題；②減輕了工人的勞動強(qiáng)度，間接提升了鋼筋籠加工效率；③改變了工作人員對鋼筋籠加工方法的認(rèn)知，有效地促進(jìn)了鋼筋籠加工設(shè)備的技術(shù)革新。

雖然該物流系統(tǒng)是集許多優(yōu)勢技術(shù)于一體研制而成的，但由于制造技術(shù)的限制，在實際工作中不可避免的會存在一些問題，后續(xù)會根據(jù)實際工作中出現(xiàn)的問題進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計，以期更好地服務(wù)于盾構(gòu)管片鋼筋籠加工。