基于機械技術的長直筋自動化分揀供料研究與應用

卜磊，蘇世龍，米梓冀，樊則森，雷俊，侯景鵬

（中建科技集團有限公司，廣東 深圳 518118）

建筑業(yè)作為國民經濟的支柱產業(yè)，在過去的50年內，生產方式比較粗放，機械化、自動化水平也比較低。近年來，隨著人口紅利的消失，建筑業(yè)中人工成本高、生產效率低等問題更加凸顯。建筑工業(yè)化必將是建筑業(yè)的出路，這也是我國工業(yè)化進程逐漸深入，由傳統(tǒng)的工業(yè)行業(yè)向外溢出的表現(xiàn)，因此在建筑工業(yè)化的浪潮中，建筑行業(yè)均加大了研發(fā)投入力度，組建專業(yè)的研發(fā)團隊，加快推進裝配式建筑PC構件生產的自動化。PC構件生產由多種工藝組成，最重要的一項是鋼筋加工工藝，通過機械化的手段對長直鋼筋的加工、分揀、供料進行設計，實現(xiàn)長直鋼筋加工工藝的自動化，可提升效率、實現(xiàn)工業(yè)化生產。

1 項目背景

建筑工業(yè)化是提高資源利用率、破除傳統(tǒng)建筑施工“臟、亂、差”呆板印象的重要途徑。其中提高生產工藝機械化水平，研發(fā)PC構件、部品的生產設備是建筑工業(yè)化當中的一個重要內容。以機械化和自動化為導向，實現(xiàn)人與機械的協(xié)同工作，提高工人的勞動效率，推動產業(yè)工人結構變革，從而打破固有營建模式。目前，在建筑行業(yè)中，PC預制構件中使用的復雜鋼筋網基本由人工完成，但是人工作業(yè)存在成品精度低，下模澆筑需要反復修正的問題。其最根本的癥結是鋼筋調直加工精度不夠，導致很多長直筋在綁扎的時候是強行綁扎完成，造成了鋼筋的再次彎曲，而且在下模澆筑時，由于鋼筋的長短不一，往往需要人工對長出保護層的鋼筋進行切除，不僅拖慢了進度，而且造成了鋼筋的浪費。而在制造行業(yè)中，原料是機械化生產，不僅效率高，而且能夠保證成品率。在國外已經有公司實現(xiàn)了自動化生產，近年來，在國內也開始出現(xiàn)國外引進生產線，但是由于地域的差異，導致兩地的施工規(guī)范不同，很多國外產線出現(xiàn)了水土不服的現(xiàn)象。這就需要在借鑒國外成功經驗的同時，還要結合國內實際情況，研發(fā)適合國內國情的生產線。

2 如何解決長直筋的調直

為了解決長直筋的調直生產，本課題采用高精度的調直折彎一體機實現(xiàn)鋼筋的精加工。它不僅調直速度快，而且能夠保證調直的精度，可以達到一米偏差正負一毫米的精度；鋼筋的長度也能達到毫米級，可以滿足項目的需求。在行業(yè)內一體機是一臺單獨的機器，需要人工的配合，然而人工卻總是無法趕上機器的效率，這不僅是對機械效率的浪費，也對工人的勞動強度提出來更高的要求，為此本課題設計了一套機械化的設備用于長直筋的接取、分揀及供料。

本套設備由4個單元組成，第一單元為長直筋接取和分撥處理。首先采用漏斗結構接取長直筋，然后搭配被動式輪式編碼器，可以實時獲取接取鋼筋的長度，根據編碼器的數(shù)據，可獲取鋼筋類型，并對接取的鋼筋進行分撥處理。分撥機構由五組伸縮氣缸組成，通過氣缸伸縮可實現(xiàn)機構的運動，從而實現(xiàn)鋼筋的分撥處理。氣缸上安裝磁性傳感器，可以獲得氣缸狀態(tài)的反饋，一是提高了控制精度，二是可以實時監(jiān)測系統(tǒng)故障，及時反饋，避免重大事故的發(fā)生。

第二單元為鋼筋的接取、下料。采用鏈條傳動，第一單元每分撥1根鋼筋，電機帶動鏈條轉動1個節(jié)距。這樣就可以實現(xiàn)鋼筋均布在料盒上，為后續(xù)的自動化轉運，倉儲，供料提供支撐。當料盒物料滿盒后，采用1個平行四邊形的機構將料盒從接料位運送到下料位。此機構由大功率電機驅動，通過PLC控制程序可以實現(xiàn)料盒加速度、速度、角度的控制。料盒到達下料位后，由人工搬運到儲備區(qū)。在儲備區(qū)，料盒可以堆疊擺放，實現(xiàn)空間的最大化利用。

第三個單元為料盒供料及鋼筋的簡單彎折加工。此單元同樣采用平行四邊形機構對料盒上料。當料盒到達上料位，通過氣缸抬升所有的鋼筋，將鋼筋從料盒里取出，然后通過傳動機構，將鋼筋一根根的輸送到加工供料位。通過大內徑的氣缸帶動齒條，實現(xiàn)齒輪傳動，然后實現(xiàn)直線運動到圓弧運動的轉變，最后實現(xiàn)鋼筋的彎折。根據需求，可對鋼筋進行加工選擇。鋼筋到位后，就可等待下一工位抓取使用，最常見的是為鋼筋籠綁扎工作站供料。

第四個單元為長直筋篩分、供料。通過天車將一捆鋼筋吊至篩分機構上，通過振動臺，將鋼筋振散，然后通過鏈條帶動鋼筋，實現(xiàn)鋼筋的輸送。然后通過臺階式差動機構，將3m長的鋼筋篩分成單根鋼筋。單根的鋼筋通過鏈條輸送到對齊抬升機構，通過滾輪實現(xiàn)鋼筋的運動，通過傳感器實現(xiàn)鋼筋的對齊。然后通過氣缸將整個鋼筋抬升到達供料位，等待鋼筋籠綁扎工作站的使用。

整套系統(tǒng)由PLC實現(xiàn)控制。操作人員通過HMI，輸入加工信息；PLC從HMI獲取控制信息，經過處理后，將加工命令發(fā)送到鋼筋調直折彎一體機、長直筋接取和分撥處理單元，鋼筋的接取、下料單元，長直筋篩分、供料單元，料盒供料及鋼筋的簡單彎折加工單元。各單元接到控制命令后，開始運行，并通過傳感器實時監(jiān)控整套系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的安全運行。PLC還與遠程的智慧建造平臺建立連接，系統(tǒng)的實時數(shù)據會周期性上傳到智慧建造平臺，可實現(xiàn)工作站的遠程監(jiān)測。在未來也可以遠隔千里下達生產任務，在工廠實施生產。

3 結語

基于機械化的長直筋的自動加工、分揀、供料是對鋼筋生產工藝升級的一次探索，它依托于國家裝配式建筑規(guī)劃要求背景，立足于裝配式建筑中預置構件生產環(huán)節(jié)鋼筋生產工藝，以機械化的設備為基礎，采用傳感器反饋和自動化控制相結合的技術，實現(xiàn)長鋼筋生產的自動化，推動建筑行業(yè)的機械化、自動化、標準化、安全化生產。