管桩自动化设备改造研究

吕啟发

（汤始建华建材（上海）有限公司，上海 201620）

0 引言

笼筋是管桩的主体框架，由多个主筋和螺旋筋组成的。主筋笼由数根周向排列的主筋构成，而螺旋筋则滚焊在主筋笼外周。笼筋的两端分别固定连接有头板端板组件和尾板端板组件，这些组件上都套设有套箍。目前，套箍与头板端板组件中的端板、以及尾板端板组件中的端板的固定方式为旋铆固定。在旋铆固定后，端板分布在套箍的下端；之后，人工翻转套箍180°，使端板分布在套箍的上端。这一翻转过程需要人工操作，效率低、劳动强度大，且存在作业安全隐患。针对这一问题，引入自动化的翻转装置，从而提高效率、降低劳动强度。该装置可以安装在笼筋制造生产线上，辅助生产过程。通过机械传动，自动将套箍翻转180°，使得端板从套箍的下端移动到上端。该改造方案将为管桩制造行业带来新的机遇。

1 管桩翻转装置的自动化改造

1.1 自动化翻转装置的结构设计

本改造方案包括固定设置的翻转支撑框架10、以及安装于此框架上的接料机构20和出料机构30。接料机构20包括可转动地安装于翻转支撑框架10的接料板41和接料驱动源42，接料板41用于承载套箍91，接料驱动源42驱动接料板41转动，实现水平状态和竖直状态之间的翻转切换。出料机构30包括可转动地安装于翻转支撑框架10的出料板43和出料驱动源44，出料板43用于承载套箍91，出料驱动源44驱动出料板43转动，实现水平状态和竖直状态之间的翻转切换。翻转装置通过精确安装和传动连接，确保接料板和出料板能够稳定地进行翻转操作。接料机构和出料机构的设计使得套箍91能够准确地被翻转和移动，为生产线的自动化操作提供了便利。这种翻转装置的结构简单、操作方便，可以实现高效的料件处理，提高生产效率。

图1

1.2 控制系统的设计

除了翻转支撑框架、接料机构和出料机构之外，本翻转装置还包括控制系统。此控制系统能够实现与感应器、接料驱动源42和出料驱动源44的通讯连接。其中，接料机构20包括一种特殊的感应器，它可以安装在翻转支撑框架10或接料板41上，用于检测接料板41上是否有套箍91。当控制系统根据感应器的反馈判断接料板41上来料有套箍91时，控制系统即可控制接料驱动源42动作，驱使接料板41向上翻转至竖直状态。不同类型的感应器可以用于检测接料板41上是否有套箍91。例如，感应器可以是安装在接料板41上的重力传感器，也可以是安装在翻转支撑框架10上的光电传感器，或者是安装在翻转支撑框架10上的红外传感器等等。只要能够准确地检测接料板41上是否有套箍91，就可以实现自动化的翻转操作。这种翻转装置的感应器设计非常灵活，能够适应不同的生产需求和工艺要求。

1.3 驱动源的设计

在图2和图3中展示了接料驱动源42和出料驱动源44都采用气缸的结构。具体来说，接料驱动源42由两个气缸构成，分别分布在接料板41的前后两侧；而出料驱动源44也是由两个气缸组成，分布在出料板43的前后两侧。在接料板41和出料板43的背面前后两侧边缘处都固定有气缸安装支架，用于支撑气缸的安装。在接料驱动源42中，气缸的活塞杆与气缸安装支架铰接，而气缸的缸体与翻转支撑框架10铰接，这样设计可以有效地实现接料板的翻转操作。同样地，出料驱动源44的气缸也采用类似的铰接结构，确保出料板43能够稳定地进行翻转动作。除了气缸外，在实施例中，接料驱动源42和出料驱动源44也可以采用电机、液压缸等不同的驱动装置。这种灵活的设计可以根据具体的生产需求和工艺要求选择最适合的驱动源，确保翻转装置的高效稳定运行。

图2

图3

图4

1.4 接料机构的设计

为了确保套箍在操作过程中的安全性和稳定性，接料板采取了多重设计措施。首先，在接料板的前后边缘处，固定有防护板。这些防护板延伸到套箍的外周侧，有效地防止套箍从接料板的前侧或后侧滑出，提供了可靠的保护。其次，接料板左端的档杆起到关键的作用。这两根档杆以前后排布的方式固定在接料板上，当套箍向上翻转时，它们与套箍紧密接触。这种设计确保套箍能够牢固地抵接在接料板正面的档杆上，从而避免了套箍从接料板上脱离的风险。档杆的存在使得套箍能够随着接料板一起向上翻转，保持稳定的姿态。此外，接料板正面的左端还设置了两块缓冲垫。当套箍与档杆接触时，缓冲垫起到了缓冲作用，减轻了套箍受力的冲击，避免套箍发生变形或损坏。

2 管桩笼筋自动化翻转的实现

初始状态下，接料板与水平面之间的夹角约为15°，而出料板与水平面之间的夹角为90°。接料驱动源的气缸活塞杆伸出预设长度，保持接料板在倾斜状态；同时，出料驱动源的气缸活塞杆伸出，使出料板保持竖直状态，从而实现物料的顺利接料和出料。

2.1 物料感知

感应来料的过程是一个非常关键的自动化系统中的重要部分。在这个过程中，套箍被放置在接料板上，并通过旋铆固定在套箍的下侧。然后，感应器开始对接料板进行检测，并将反馈信号传送给控制系统。控制系统根据感应器的反馈信号，判断接料板上是否存在套箍。如果感应器检测到套箍的存在，控制系统将作出相应的处理和判断。在这个过程中，控制系统可以执行多种操作，如停止或启动机器、调整设备参数等，以便对来料情况进行准确处理。这个过程可以帮助自动化系统快速、准确地识别并处理来料情况，从而提高生产效率和准确性。此外，感应来料的过程也可以避免由于人工检查造成的误差和失误，从而减少生产成本和时间。在现代化的制造业中，感应来料的过程已经成为了自动化生产线中一个不可或缺的部分，将其应用于生产中，可以大大提高企业的生产效率和质量水平。

2.2 对接

在对接的过程中，接料驱动源的气缸活塞杆继续伸出，推动接料板向上转动，使其达到竖直状态。同时，接料板和出料板在左右方向上进行对正设置，确保它们能够相互对准。在这个过程中，套箍被固定在端板的右侧，并与接料板相接触。另一端的套箍尚未固定在端板上，但已经与出料板接触。通过这种方式，接料板和出料板能够与套箍的不同部分接触，实现准确的对接。这一步骤的目的是确保套箍与接料板和出料板之间有正确的接触，为后续的翻转操作提供稳定的支撑。通过对接的过程，可以保证套箍与接料板和出料板的位置对准，为下一步的操作提供良好的基础。这种精确的对接过程不仅可以确保设备运行的稳定性和可靠性，还可以提高生产效率并减少因不良对接而导致的生产问题。

2.3 出料

在出料驱动源的气缸活塞杆回缩的作用下，驱动出料板缓慢地向下转动，直至达到水平状态。在这个过程中，接料驱动源的气缸活塞杆保持不动，使得接料板仍然处于竖直状态。随着出料板的向下翻转，套箍也会随之缓慢地向下翻转，直至达到0度的水平位置。同时，套箍旋铆固定的端板转到了上侧，确保物料能够顺利地从套箍中取出。这个过程需要控制系统对气缸活塞杆进行准确的控制，以实现准确的翻转和出料操作。通过精确控制气缸活塞杆的运动，可以确保出料板和套箍的平稳翻转，为顺利的物料出料操作提供了可靠的保障。整个过程的自动化执行，使得物料可以方便地从套箍中取出并进行下一步的处理，提高了生产效率和产品质量的稳定性。

2.4 取料

经过180°的翻转后，套箍被从翻转装置中移走。一旦套箍完成翻转，操作人员会将其从翻转装置中取出。在移走套箍之前，需要确保它已经达到稳定的位置，以免引起任何意外情况。此时，料件已经从套箍中脱离，并可以进行后续的处理或使用。这个步骤标志着整个取料过程的完成，确保了套箍的翻转和取走的准确性和顺利性。通过精心设计的操作流程和严格的操作规范，可以确保套箍在翻转后被安全、准确地移开，为生产流程的顺利进行提供了保障。

2.5 复位

操作接料驱动源和出料驱动源的气缸活塞，使系统回到初始状态准备进行下一个循环。首先，接料驱动源的气缸活塞杆会回缩一定长度，导致接料板向下翻转，直至与水平面之间形成约15°的夹角。同时，出料驱动源的气缸活塞杆会伸出，使出料板保持竖直状态。在接料板和出料板回到初始位置后，系统将等待下一个套箍的翻转作业。这样，系统就可以进入下一个循环，继续进行自动化的操作流程，实现连续高效的生产。通过精确控制气缸活塞的运动，确保每个步骤都能准确可靠地完成，提高生产效率和产品质量。

3 结语

在当前的工程施工中，管桩套箍的180°翻转由人工实现，效率低。为了提高工程施工的效率和安全性，本研究引入自动化设备来完成套箍的翻转操作，从而减轻操作人员的劳动负担，避免了人工操作可能带来的误差和安全风险，同时能够提升生产效率，降低成本，为工程的顺利进行提供可靠保障。