多功能型材吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高愛(ài)民 彭曉華

(中冶賽迪技術(shù)研究中心有限公司裝備系統(tǒng)研究所 重慶 401122)

1 前言

近年來(lái)，在“工業(yè)4.0”和“中國(guó)智能制造2025”的推動(dòng)下，智能制造的趨勢(shì)越發(fā)明朗，車間無(wú)人化技術(shù)作為其中的重要領(lǐng)域也正在迅猛發(fā)展。冶金行業(yè)的倉(cāng)庫(kù)無(wú)人化，由于其高效、安全、經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)勢(shì)越來(lái)越被國(guó)內(nèi)、外各企業(yè)所采用[1]。

目前，針對(duì)鋼卷的智能化、無(wú)人化吊運(yùn)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，效果顯著，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目的。但是對(duì)于型材(包括：棒材、鋼管、鋼軌、型鋼等)的智能化、無(wú)人化存儲(chǔ)和吊運(yùn)目前鮮有應(yīng)用，制約型材智能化存儲(chǔ)和吊運(yùn)的問(wèn)題在于，現(xiàn)有的型材吊具只具備型材的吊運(yùn)功能，不具備將型材從料框中取出或?qū)⑿筒膹耐獠糠湃肓峡虻墓δ?，這樣導(dǎo)致型材發(fā)貨的時(shí)候，要么將型材連同存儲(chǔ)架一同發(fā)貨，這樣就造成增加立體式存儲(chǔ)架流通的數(shù)量，增加流通成本；要么在發(fā)貨的時(shí)候，通過(guò)其他裝置將型材從料框中取出并運(yùn)送到發(fā)貨車輛上，而在裝料的時(shí)候，通過(guò)額外的設(shè)備將型材放入料框，同樣增加了物流時(shí)間和設(shè)備成本，這些問(wèn)題的存在，嚴(yán)重制約了型材倉(cāng)庫(kù)智能化、無(wú)人化吊運(yùn)技術(shù)的應(yīng)用與推廣。

傳統(tǒng)型材吊具應(yīng)用示意圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)型材吊具應(yīng)用示意圖

2 傳統(tǒng)吊具結(jié)構(gòu)與工藝流程分析

傳統(tǒng)型材吊具在結(jié)構(gòu)上，類似于港口碼頭的集裝箱吊具[2][3]，區(qū)別在于所采用的型材料框與集裝箱有所不同，是典型的四吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式，從而保證吊具在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性；吊具與料框之間的鎖緊裝置同樣采用機(jī)械式開(kāi)閉器[4]實(shí)現(xiàn)。其典型結(jié)構(gòu)方案圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)型材吊具結(jié)構(gòu)圖1-導(dǎo)向裝置；2-鎖緊裝置；3-滑輪組；4-框架；5-導(dǎo)向滑板；6-型材料框；7-型材

傳統(tǒng)型材吊具在結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)上比較單一，僅具備對(duì)型材料框的整體提升與放置功能，其工藝流程也與港口碼頭的集裝箱吊具類似[1]，比較簡(jiǎn)單、單一。典型傳統(tǒng)型材吊具工藝流程見(jiàn)圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)型材吊具工藝流程圖

步驟一：型材吊具運(yùn)行到裝滿型材的型材料框正上方；

步驟二：型材吊具下降通過(guò)鎖緊裝置鎖緊料框，并提升到運(yùn)行位；

步驟三：型材吊具運(yùn)行到型材存放區(qū)，并下降將料框放置到存放區(qū)，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)鎖緊裝置，型材吊具脫離料框并提升到運(yùn)行位。

3 多功能型材吊具工藝流程分析

從圖2傳統(tǒng)型材吊具典型結(jié)構(gòu)方案圖和圖3工藝流程可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)型材吊具不具備將型材放入料框和將型材從料框中移出的功能，這樣就需要在型材放入料框工位和將型材移出料框工位配置相應(yīng)的設(shè)備與傳統(tǒng)型材吊具協(xié)同工作，一方面增加的投資成本，同時(shí)，也影響了生產(chǎn)節(jié)奏。

因此，多功能型材吊具在工藝流程上除了具備傳統(tǒng)型材吊具的功能之外，同時(shí)要具備對(duì)型材料框的整體提升與放置功能，具備更多的適用性。多功能型材吊具工藝流程見(jiàn)圖4所示：

步驟一：型材吊具將型材吊運(yùn)到型材料框正上方；

步驟二：型材吊具下降通過(guò)鎖緊裝置鎖緊料框，并提升到運(yùn)行位；

步驟三：型材吊具運(yùn)行到型材存放區(qū)，如果型材連同料框整體存放，則型材吊運(yùn)裝置處于打開(kāi)位，并進(jìn)入步驟四，否則直接進(jìn)入步驟五；

圖4 多功能型材吊具工藝流程圖

步驟四：型材吊具下降將料框放置到存放區(qū)，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)鎖緊裝置，型材吊具脫離料框并提升到運(yùn)行位；

步驟五：型材吊具下降將料框放置到存放區(qū)，同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)鎖緊裝置，型材吊具連同型材一起脫離料框并提升到運(yùn)行位，并將型材運(yùn)送到出庫(kù)車輛上。

上述步驟也可單獨(dú)使用，比如：需要將存放在料框中的型材取出，同樣可以采用型材吊具進(jìn)行處理等。

根據(jù)上述工藝流程分析可以看出，多功能型材具備了多項(xiàng)功能，包括：從生產(chǎn)線或料場(chǎng)將型材裝運(yùn)到料框中、整體吊運(yùn)料框進(jìn)行立體式存儲(chǔ)、將料框中的型材取出并運(yùn)送到指定位置，已經(jīng)具備了型材庫(kù)區(qū)吊運(yùn)的全流程功能。

4 多功能型材吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述分析的型材吊運(yùn)功能，根據(jù)傳統(tǒng)型材吊具的不足，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的多功能型材吊具結(jié)構(gòu)方案圖見(jiàn)圖5所示。

多功能型材吊具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，依然保留傳統(tǒng)型材吊具的四吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)和鎖緊結(jié)構(gòu)模式，但新增了用于直接吊運(yùn)型材的擺動(dòng)桿加托輥結(jié)構(gòu)，并采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式。當(dāng)需要吊取型材的時(shí)候，只需要吊具托輥下降到型材底面高度位置，然后通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)托輥，即可托住型材，完成型材吊運(yùn)工作；當(dāng)僅需要進(jìn)行型材與料框整體立體式堆放的時(shí)候，在托輥一直保持水平狀態(tài)，即可滿足整體吊運(yùn)功能。

多功能型材吊具從根本上解決了傳統(tǒng)型材吊具功能單一的問(wèn)題，但同時(shí)也帶來(lái)了新的問(wèn)題：在吊具直接吊取型材過(guò)程中，需要放置型材的時(shí)候，避免型材與型材支撐結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦來(lái)減小支撐結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，也避免劃傷型材，采用了托輥結(jié)構(gòu)；但是在將吊具直接吊取型材的時(shí)候，是通過(guò)旋轉(zhuǎn)托輥托住型材的，托輥容易滾動(dòng)，在吊運(yùn)過(guò)程中型材很容易造成脫落的事故。因此，必須采取措施，既能保證放置型材的時(shí)候托輥與型材之間的滾動(dòng)接觸，又能保證在吊運(yùn)過(guò)程中型材不會(huì)滑脫。

為此，將1#托輥的軸承設(shè)置為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)單向旋轉(zhuǎn)軸承，將2#托輥的軸承設(shè)置為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)單向旋轉(zhuǎn)軸承。當(dāng)托輥從閉合狀態(tài)旋轉(zhuǎn)到打開(kāi)狀態(tài)時(shí)如圖5所示，在打開(kāi)過(guò)程中，1#托輥將按逆時(shí)針滾動(dòng)，而2#托輥將按順時(shí)針滾動(dòng)，滿足了托輥開(kāi)閉的需要；同時(shí)，在托輥處于閉合狀態(tài)托住型材的時(shí)候，當(dāng)型材有向前滑動(dòng)趨勢(shì)的時(shí)候，則需要1#托輥?lái)槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)，反之，則需要2#托輥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而1#托輥的單向旋轉(zhuǎn)軸承只能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而2#托輥的單向旋轉(zhuǎn)軸承只能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此，也解決了托輥滾動(dòng)造成型材脫落的問(wèn)題。

圖5 多功能型材吊具結(jié)構(gòu)圖1-導(dǎo)向裝置；2-電機(jī)；3-滑輪組；4-框架；5-1#托輥；6-擺動(dòng)桿；7-鎖緊裝置；8-2#托輥；9-導(dǎo)向滑板；10-型材料框；11-型材

5 結(jié)論

通過(guò)在對(duì)傳統(tǒng)型材吊具結(jié)構(gòu)和工藝流程進(jìn)行分析并總結(jié)其利弊的基礎(chǔ)上，提出一種多功能型材吊具方案，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和工藝流程分析，該方案在滿足傳統(tǒng)型材吊具功能的同時(shí)，具備了型材的入料和出料功能，減少了車間的設(shè)備配置，同時(shí)也提高了車間的生產(chǎn)節(jié)奏，促進(jìn)了型材車間無(wú)人化吊運(yùn)技術(shù)的應(yīng)用與推廣，也對(duì)今后進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)起到了積極的推動(dòng)作用。