基于机械技术的长直筋自动化分拣供料研究与应用

卜磊，苏世龙，米梓冀，樊则森，雷俊，侯景鹏

（中建科技集团有限公司，广东 深圳 518118）

建筑业作为国民经济的支柱产业，在过去的50年内，生产方式比较粗放，机械化、自动化水平也比较低。近年来，随着人口红利的消失，建筑业中人工成本高、生产效率低等问题更加凸显。建筑工业化必将是建筑业的出路，这也是我国工业化进程逐渐深入，由传统的工业行业向外溢出的表现，因此在建筑工业化的浪潮中，建筑行业均加大了研发投入力度，组建专业的研发团队，加快推进装配式建筑PC构件生产的自动化。PC构件生产由多种工艺组成，最重要的一项是钢筋加工工艺，通过机械化的手段对长直钢筋的加工、分拣、供料进行设计，实现长直钢筋加工工艺的自动化，可提升效率、实现工业化生产。

1 项目背景

建筑工业化是提高资源利用率、破除传统建筑施工“脏、乱、差”呆板印象的重要途径。其中提高生产工艺机械化水平，研发PC构件、部品的生产设备是建筑工业化当中的一个重要内容。以机械化和自动化为导向，实现人与机械的协同工作，提高工人的劳动效率，推动产业工人结构变革，从而打破固有营建模式。目前，在建筑行业中，PC预制构件中使用的复杂钢筋网基本由人工完成，但是人工作业存在成品精度低，下模浇筑需要反复修正的问题。其最根本的症结是钢筋调直加工精度不够，导致很多长直筋在绑扎的时候是强行绑扎完成，造成了钢筋的再次弯曲，而且在下模浇筑时，由于钢筋的长短不一，往往需要人工对长出保护层的钢筋进行切除，不仅拖慢了进度，而且造成了钢筋的浪费。而在制造行业中，原料是机械化生产，不仅效率高，而且能够保证成品率。在国外已经有公司实现了自动化生产，近年来，在国内也开始出现国外引进生产线，但是由于地域的差异，导致两地的施工规范不同，很多国外产线出现了水土不服的现象。这就需要在借鉴国外成功经验的同时，还要结合国内实际情况，研发适合国内国情的生产线。

2 如何解决长直筋的调直

为了解决长直筋的调直生产，本课题采用高精度的调直折弯一体机实现钢筋的精加工。它不仅调直速度快，而且能够保证调直的精度，可以达到一米偏差正负一毫米的精度；钢筋的长度也能达到毫米级，可以满足项目的需求。在行业内一体机是一台单独的机器，需要人工的配合，然而人工却总是无法赶上机器的效率，这不仅是对机械效率的浪费，也对工人的劳动强度提出来更高的要求，为此本课题设计了一套机械化的设备用于长直筋的接取、分拣及供料。

本套设备由4个单元组成，第一单元为长直筋接取和分拨处理。首先采用漏斗结构接取长直筋，然后搭配被动式轮式编码器，可以实时获取接取钢筋的长度，根据编码器的数据，可获取钢筋类型，并对接取的钢筋进行分拨处理。分拨机构由五组伸缩气缸组成，通过气缸伸缩可实现机构的运动，从而实现钢筋的分拨处理。气缸上安装磁性传感器，可以获得气缸状态的反馈，一是提高了控制精度，二是可以实时监测系统故障，及时反馈，避免重大事故的发生。

第二单元为钢筋的接取、下料。采用链条传动，第一单元每分拨1根钢筋，电机带动链条转动1个节距。这样就可以实现钢筋均布在料盒上，为后续的自动化转运，仓储，供料提供支撑。当料盒物料满盒后，采用1个平行四边形的机构将料盒从接料位运送到下料位。此机构由大功率电机驱动，通过PLC控制程序可以实现料盒加速度、速度、角度的控制。料盒到达下料位后，由人工搬运到储备区。在储备区，料盒可以堆叠摆放，实现空间的最大化利用。

第三个单元为料盒供料及钢筋的简单弯折加工。此单元同样采用平行四边形机构对料盒上料。当料盒到达上料位，通过气缸抬升所有的钢筋，将钢筋从料盒里取出，然后通过传动机构，将钢筋一根根的输送到加工供料位。通过大内径的气缸带动齿条，实现齿轮传动，然后实现直线运动到圆弧运动的转变，最后实现钢筋的弯折。根据需求，可对钢筋进行加工选择。钢筋到位后，就可等待下一工位抓取使用，最常见的是为钢筋笼绑扎工作站供料。

第四个单元为长直筋筛分、供料。通过天车将一捆钢筋吊至筛分机构上，通过振动台，将钢筋振散，然后通过链条带动钢筋，实现钢筋的输送。然后通过台阶式差动机构，将3m长的钢筋筛分成单根钢筋。单根的钢筋通过链条输送到对齐抬升机构，通过滚轮实现钢筋的运动，通过传感器实现钢筋的对齐。然后通过气缸将整个钢筋抬升到达供料位，等待钢筋笼绑扎工作站的使用。

整套系统由PLC实现控制。操作人员通过HMI，输入加工信息；PLC从HMI获取控制信息，经过处理后，将加工命令发送到钢筋调直折弯一体机、长直筋接取和分拨处理单元，钢筋的接取、下料单元，长直筋筛分、供料单元，料盒供料及钢筋的简单弯折加工单元。各单元接到控制命令后，开始运行，并通过传感器实时监控整套系统，实现系统的安全运行。PLC还与远程的智慧建造平台建立连接，系统的实时数据会周期性上传到智慧建造平台，可实现工作站的远程监测。在未来也可以远隔千里下达生产任务，在工厂实施生产。

3 结语

基于机械化的长直筋的自动加工、分拣、供料是对钢筋生产工艺升级的一次探索，它依托于国家装配式建筑规划要求背景，立足于装配式建筑中预置构件生产环节钢筋生产工艺，以机械化的设备为基础，采用传感器反馈和自动化控制相结合的技术，实现长钢筋生产的自动化，推动建筑行业的机械化、自动化、标准化、安全化生产。