管樁脫模搬運(yùn)用真空吸盤起重機(jī)的設(shè)計(jì)

董富祥 楊棋劍 宋興海

摘 要：本文介紹了混凝土管樁脫模搬運(yùn)工序的工況特點(diǎn)，論述了真空吸盤起重機(jī)設(shè)計(jì)的必要性，創(chuàng)新設(shè)計(jì)雙向鉸接式的真空吸盤吊掛結(jié)構(gòu)、承載吊梁和真空存儲(chǔ)罐二合一結(jié)構(gòu)，滿足混凝土管樁脫模、搬運(yùn)的實(shí)際需要，對(duì)真空吸盤起重機(jī)設(shè)計(jì)具有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：管樁生產(chǎn)；起重機(jī)設(shè)計(jì)；真空吸盤

中圖分類號(hào)：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著國內(nèi)建設(shè)步伐的加快和一帶一路的不斷推進(jìn)，管樁作為基礎(chǔ)建設(shè)的產(chǎn)品需求量大幅增加。管樁生產(chǎn)企業(yè)迫切要求自動(dòng)化程度高、安全可靠的管樁專用起重機(jī)來滿足管樁生產(chǎn)的需要。本文創(chuàng)新設(shè)計(jì)了專用管樁脫模搬運(yùn)用的真空吸盤起重機(jī)，可在司機(jī)室操作就可完成管樁的脫模、搬運(yùn)、堆放等一系列作業(yè)。

1 管樁起重機(jī)的工況特點(diǎn)及設(shè)計(jì)真空吸盤起重機(jī)的必要性

現(xiàn)代化的混凝土管樁生產(chǎn)均采用流水線作業(yè)，對(duì)配置在流水線上的管樁起重機(jī)均要求有較高的生產(chǎn)效率，特別是脫模搬運(yùn)的工序：

（1）采用傳統(tǒng)吊具的管樁起重機(jī)無法進(jìn)行自動(dòng)脫模，需配置地面作業(yè)人員幫助脫模、吊運(yùn)。

（2）脫模出樁時(shí)，由于帶管樁的管模剛從高溫蒸養(yǎng)池吊出，管樁溫度較高，如采用傳統(tǒng)起重機(jī)，管樁附近作業(yè)的工人工作環(huán)境高溫且濕度大，極容易造成作業(yè)人員被燙傷的安全事故。

（3）采用傳統(tǒng)吊具的管樁起重機(jī)，對(duì)司機(jī)在駕駛室定位、找準(zhǔn)，地面人工脫模后吊運(yùn)，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大而且生產(chǎn)效率低，影響管樁生產(chǎn)的產(chǎn)量。

（4）若采用一般普通真空吸盤起重機(jī)，一般只能適應(yīng)一個(gè)規(guī)格的混凝土管樁，不能滿足不同直徑、長度的管樁，更不能適應(yīng)竹節(jié)樁（竹節(jié)樁是指外形象竹節(jié)的中間凸起的管樁，如圖1序號(hào)10所示），起重機(jī)適應(yīng)性差。

綜上所述，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化程度較高、滿足不同直徑及長度的管樁（包括竹節(jié)樁）起重機(jī)在脫模搬運(yùn)工序的運(yùn)用顯得十分迫切，本文論述的真空吸盤起重機(jī)就應(yīng)此而生。

2 管樁脫模搬運(yùn)真空吸盤起重機(jī)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 管樁脫模搬運(yùn)真空吸盤起重機(jī)的整體結(jié)構(gòu)

采用雙梁雙小車四吊鉤橋式起重機(jī)形式（每臺(tái)小車有兩只吊鉤），兩臺(tái)小車與主梁平行兩只吊鉤下掛卡式夾具吊梁，該卡式夾具用來吊運(yùn)管模；兩臺(tái)小車與主梁平行的另兩只吊鉤下面懸掛真空吸盤吊梁。如圖1所示，真空吸盤吊梁下方等間距布置14只真空吸盤裝配，在相應(yīng)位置對(duì)稱布置4套徑向定位裝置和兩套縱向定位裝置，兩套脫模裝置，吊梁上部相應(yīng)位置分布兩個(gè)吊點(diǎn)，直接懸掛于起重機(jī)吊鉤下，真空吸盤吊梁上安裝有真空泵、電控箱、管路電子閥。

生產(chǎn)過程：司機(jī)操作卡式夾具下降，卡式夾具首先吊開管樁的上模，然后操作真空吸盤吊梁下降，由于徑向定位裝置和縱向定位裝置作用，吊具下吸盤與管樁自動(dòng)找準(zhǔn)，然后吸盤緩慢與管樁上表圓弧面貼合，真空泵動(dòng)作抽真空動(dòng)作，吸盤完成吸合過程，此時(shí)，吊具上升，至鋼絲繩繃緊，脫模裝置液壓缸動(dòng)作，頂出管樁下模；起重機(jī)繼續(xù)上升，移動(dòng)到規(guī)定位置下放，吸盤放開，管樁脫落，完成整個(gè)脫模、搬運(yùn)、堆放過程。整個(gè)過程只需司機(jī)室在駕駛室操作，無須地面人工干預(yù)，所以生產(chǎn)效率高，節(jié)省了時(shí)間和成本。

2.2 雙向鉸接式真空吸盤裝配結(jié)構(gòu)

如圖2所示，套管4直接焊接在吊梁中間位置，承重螺桿穿過套管、彈簧座、壓縮彈簧一、彈簧蓋，并用雙螺母固定，下部安裝有彈簧二，螺桿下部通過鉸接與防轉(zhuǎn)支座連接，防轉(zhuǎn)支座又通過鉸接與真空吸盤本體相連。由于要適應(yīng)不同直徑的管樁，吸盤下部剛性體縱向分為左右對(duì)稱兩部分，吸盤之內(nèi)外襯板為圓弧面，吸盤的長度約為620mm，這樣既可以滿足普通圓樁的吊裝要求，也能滿足竹節(jié)樁的吊裝要求。

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)脫模、搬運(yùn)用四吊鉤雙小車橋式起重機(jī)、雙向鉸接式的真空吸盤吊掛結(jié)構(gòu)和承載梁、真空存儲(chǔ)罐二合一結(jié)構(gòu)

3.1 四吊鉤雙小車橋式起重機(jī)

本起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：整機(jī)工作級(jí)別為A6～A8，司機(jī)室操作，起重量按管樁最大直徑600mm和管樁最大長度15m的“管模+管樁”重量可選4個(gè)8t吊鉤，起升速度1.35m/min～13.5m/min，小車速度4.7m/min～47m/min，大車速度6m/min～60m/min，各機(jī)構(gòu)宜采用變頻控制實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，便于司機(jī)準(zhǔn)確定位或調(diào)整位置。其起重機(jī)本體設(shè)計(jì)與雙梁雙小車設(shè)計(jì)類似，不同的是每臺(tái)小車采用了兩套8t起重量和特定要求間距的起升機(jī)構(gòu)，同時(shí)可以下掛兩套吊具（卡式管模吊具和真空吸盤吊具）。在實(shí)際生產(chǎn)操作中，存在僅一根夾具吊梁滿載起吊，另一根夾具吊梁空載的情況，即起重機(jī)主梁存在偏載的受力模型，所以在設(shè)計(jì)主梁時(shí)應(yīng)保證足夠的靜剛度（一般控制在S/1000S～S/1200為宜），比沒有偏載模型的主梁控制靜剛度在S/800～S/1000明顯提高要求。

3.2 雙向鉸接式真空吸盤裝配結(jié)構(gòu)形式

如圖2所示，雙向鉸接式真空吸盤的結(jié)構(gòu)，采用了水平、垂直兩個(gè)方向的鉸接，可以保證吊裝時(shí)管樁與吊梁不在同一平面的情況下（有少量偏移），能保證真空吸盤與管樁上表圓弧面正常貼合，而不用作任何手動(dòng)調(diào)整。

3.3 承載吊梁、真空存儲(chǔ)罐二合一結(jié)構(gòu)

如圖1所示吊梁采用無縫矩形型鋼，兩端部用鋼板密封，整個(gè)鋼管內(nèi)部成一箱體，相應(yīng)部位開孔連接真空泵和真空吸盤，在管路上設(shè)置電子閥，控制氣路開閉，在失電時(shí)，與真空泵管路上的電子閥為關(guān)閉狀態(tài)，箱體內(nèi)的真空容積可以充分保證在失電的情況下真空吸盤的吸力，達(dá)到設(shè)定保護(hù)的時(shí)間（通常為15min），保證了吸盤作業(yè)的安全性。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)矩形型鋼，既作為承載吊梁使用，又起到真空存儲(chǔ)罐的作用，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，制作成本低。在設(shè)計(jì)真空吸盤吊梁時(shí)，需要計(jì)算不同長度管樁的受力情況，真空吸盤吊梁的剛度比一般用途的吊梁控制要嚴(yán)格，真空吸盤吊梁的懸臂端和跨中位置的靜剛度絕對(duì)值應(yīng)控制在5mm以內(nèi)，主要考慮吸盤受力的均勻性，避免某一只吸盤受力過大導(dǎo)致吸盤吸力的安全系數(shù)下降（通常吸盤吸力的安全系數(shù)為兩倍或以上）。

4 產(chǎn)品的使用效果

本創(chuàng)新設(shè)計(jì)的真空吸盤起重機(jī)，經(jīng)過實(shí)際管樁企業(yè)脫模搬運(yùn)工序的流水線作業(yè)檢驗(yàn)，吊模、脫模、搬運(yùn)方便，生產(chǎn)效率高，吸盤適用性強(qiáng)，使用壽命長，安全可靠，深受管樁企業(yè)好評(píng)。

結(jié)語

管樁脫模搬運(yùn)真空吸盤起重機(jī)作為管樁廠家提高生產(chǎn)效率和節(jié)省人員配置的起重設(shè)備，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脫模吊裝方法，能廣泛地應(yīng)用于各種管樁生產(chǎn)上。本文論述的創(chuàng)新設(shè)計(jì)管樁脫模、搬運(yùn)四鉤雙小車橋式起重機(jī)、雙向鉸接式的真空吸盤吊掛結(jié)構(gòu)和承載吊梁、真空存儲(chǔ)罐二合一結(jié)構(gòu)，解決了真空吸盤脫模搬運(yùn)起重機(jī)的通用性、自動(dòng)化等一系列難題，對(duì)真空吸盤起重機(jī)設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

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