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      真空吸盤用于盾構機管片拼裝機組裝夾具應用

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-02-16 10:51:11    瀏覽次數:24    評論:0
      導讀

      拼裝機夾具的構造因管片構造的不同而異,并將影響管片組裝作業及效率。通常使用的夾具有手動螺旋機械式、液壓缸機械式和真空吸盤式。其中手動螺旋機械式需要手工勞動,效率較低,已經很少使用;液壓缸機械式抓舉管片動作可靠,具有聯鎖功能,當管片過重時機械式抓舉頭的抓舉力將超過管片的承受力,此時液壓缸機械式也不再適用。因此,真空吸盤式的抓舉方式是適用范圍更廣、使用安全性更高的一種方式。

      盾構是一種大型暗挖隧道掘進設備,管片拼裝機是盾構的一個重要組成部分,用來拼裝襯砌管片,具有鎖緊、平移、升降、仰俯、回轉、橫搖和偏轉等動作,各種動作配合使用來實現管片的定位與安裝。

      拼裝機夾具的構造因管片構造的不同而異,并將影響管片組裝作業及效率。通常使用的夾具有手動螺旋機械式、液壓缸機械式和真空吸盤式。其中手動螺旋機械式需要手工勞動,效率較低,已經很少使用;液壓缸機械式抓舉管片動作可靠,具有聯鎖功能,當管片過重時機械式抓舉頭的抓舉力將超過管片的承受力,此時液壓缸機械式也不再適用。因此,真空吸盤式的抓舉方式是適用范圍更廣、使用安全性更高的一種方式。

      圖1 真空吸盤式管片拼裝機結構

      1-旋轉馬達;2-滾輪;3-真空吸盤;4-中心真空吸盤;5-旋轉油缸;6-管片;7-舉重臂;8-工作平臺;9-米字梁;10-法蘭;11-托梁;12-平移油缸;13-管路支架;14-提升油缸;15-回轉架;16-回轉支撐;17-移動架;18-旋轉馬達;19-工作平臺;20-拖拉油缸;21-一號拖車;22-管片;23-俯仰油缸

      1 管片拼裝機的結構特點

      圖1是在國外某地鐵隧道施工項目中使用的真空吸盤式管片拼裝機,由托梁、平移機構、舉升機構、舉重臂、回轉機構、真空吸盤、工作平臺、管路支架等組成。托梁連接主機部分與后配套拖車;移動架通過左右各2個滾輪安裝在拼裝機托梁的行走槽中,回轉架通過回轉支撐與移動架連接,舉重臂通過2根提升油缸(紅、藍缸)與回轉架連接,真空吸盤則連接在舉重臂上。該管片拼裝機有6個自由度:前后移動(0~2000mm)、旋轉(±200°)、油缸的同步伸縮(0~1200mm)、油缸的不同步伸縮(±5°)、抓舉裝置的俯仰(±5°)、抓舉裝置的旋轉(±5°)。

      管片拼裝機以電機帶動液壓泵作為動力源,通過遙控器進行操作,管片拼裝機的伸縮、旋轉和移動等功能都是比例控制的,可以對管片實現精確定位。

      假設真空吸盤在管片拼裝機正下方的位置,整個管片拼裝機(包括移動架、回轉架、提升油缸、舉重臂和真空吸盤)在2個平移油缸的控制下可以實現在托梁上沿隧道軸線方向平移;旋轉馬達安裝在移動架兩側,可以控制回轉架、舉重臂和真空吸盤順時針、逆時針旋轉200°;通過提升油缸(紅、藍缸)上升或下降舉重臂和吸盤;再通過提升油缸的不同步伸縮配合舉重臂左側連接銷的左右滑動,可以使舉重臂和吸盤實現在左右方向上的擺動;真空吸盤豎直方向上的擺動和水平方向上的旋轉是由俯仰油缸和旋轉油缸的調節實現的。這樣在拼裝管片時,就可以實現6個自由度動作使管片準確定位。

      2 真空吸盤的工作原理及設計

      2.1 工作原理

      采用真空吸盤抓取管片的工作原理是通過抽取真空,抽出吸盤內部的空氣,真空吸盤通過1kg/cm2(按100%真空度計算)的氣壓作用于物體。真空吸盤的3個主要優勢如下。

      1)使用簡單 已儲存在真空腔的真空被轉移到真空吸盤中,取放管片都是瞬間完成的,操作人員只需按下按鈕,任務便輕松完成。

      2)安全性高 即使在真空泵斷電的情況下,真空腔內的真空也可以保證負載持續幾個小時不掉落。真空度由真空開關及真空表來控制,可通過真空表來觀察漏氣情況,只要腔內存有真空負載就不會掉落。

      3)生產效率高 真空吸盤只需要幾秒就可以完成取放過程,而原來機械式抓取則需要幾分鐘才可實現。真空吸盤與產品接觸后,既不會在產品上留下痕跡,也不會損壞產品,而這要歸功與一種特殊橡膠的使用。

      真空吸盤總成主要由真空系統、真空吸盤、機架等組成,其工作原理參見圖2。

      真空吸盤總成安裝在舉重臂上,工作時管片機帶動真空吸盤運動到位后,真空吸盤緊貼在鋼筋混凝土管片的內弧面上。真空泵通過單向閥抽空真空腔內的空氣,同時維持真空腔的真空度大于或等于80%即可吸住管片。換向閥位于A側重物被舉起,換至B側重物被釋放。在此位置脫離吸盤,可進行下一次的抓舉工作。

      圖2 真空吸盤工作原理圖

      2.2 真空吸盤設計

      在滿足吸力要求的情況下應盡量選取較低的真空度,根據經驗取真空度百分數≥80%,此時吸盤與管片之間空腔內的壓強≤20kPa。根據被吸管片的表面狀態及抓舉重量,采用1.5kW旋片式真空泵,最大空氣流量為50m3/h。

      管片實際最大重力為26kN,K塊重力為8.5kN,按照真空吸盤最大抓取能力為35kN、中心吸盤抓取能力為12kN進行設計??紤]到隧道設備的特殊性和實際吸吊時的各種意外因素,設計時選取較高的安全系數,一般可取2.5~3[2],在正常工作狀態時選用的真空泵可維持真空度百分數在95%~98%,即可計算出吸盤實際所需要的吸附面積。

      由于管片形狀為圓弧狀,采用多個吸盤分別均布吸附在管片上,將對管片的均勻受力十分有利,可以保證運輸拼裝的質量;而且沿管片圓周方向吸盤的弧長較短,也可以更好地保證吸盤與管片的接觸密封性[2]。在拼裝封頂塊(K塊)時中心吸盤單獨抓取,同時為了安裝管片螺栓的需要,要求中心吸盤可以相對于其他兩個吸盤單獨進行伸縮動作,參見圖3。

      2.3 真空儲氣罐

      圖3 真空吸盤與管片

      管片拼裝機由于結構緊湊,盾體內部空間有限,無法設置單獨的真空儲氣罐,因此一般把真空腔設置在管片拼裝機結構內部。常用的真空腔結構有兩種:第一種將真空腔設計于回轉架內部,優點是空間充足,允許設計較大的真空腔容積,缺點是距離真空吸盤工作位置較遠,真空管路較長,增加了真空泄露點,降低了真空吸盤的反應靈敏度;第二種將真空腔設計于舉重臂內部,其優缺點與第一種方案正好相反。在實際應用過程中,如果管片重量較重,常采用第一種方案,而較輕的管片則采用第二種方案,本項目采用第二種方案的真空腔設計。真空腔的容積大小與真空吸盤斷電后保壓時間的長短有關系。當真空吸盤斷電后保壓時間為15min時,一般真空腔容積應為吸盤容氣量的10倍以上。真空吸盤工作時,吸盤上的密封條會發生變形,經試驗,當真空度達到80%時,變形后吸盤腔內的高度為10mm,據此可計算出真空腔的容積[3]。

      2.4 真空吸盤的定位及管片識別裝置

      使用真空吸盤抓取管片時,需要將真空吸盤與管片精確定位。在真空吸盤后部有兩個激光定位裝置,對應管片上的兩個定位孔,移動真空吸盤使兩束激光打到兩個定位孔中,說明位置已經對準,可以將真空吸盤下降進行抓舉了;在中心吸盤上有兩個安全銷,用來固定管片,防止管片在拼裝的過程中滑動或者旋轉,并且可以吸收放置管片時產生的剪切力以防止真空失效。

      圖4 真空吸盤示意圖

      1-安全銷;2-中心吸盤伸縮油缸;3-激光定位裝置;4、5、6-接近開關

      管片分封頂塊(K塊)和其它塊兩種類型,封頂塊(K塊)的大小一般只有其它塊的1/3大小。本項目的K塊識別方案為:管片拼裝機吸盤設計有3個接近開關分別位于左、右真空吸盤及中心真空吸盤處,當只有中部接近開關頂起,左右兩個接近開關沒頂起時,系統識別為K塊;當3個接近開關均頂起時,系統識別為其它塊。

      3 建 議

      真空吸盤大大提高了拼裝管片的工作效率,降低了人工勞動強度。為了確保真空吸盤工作正常,每天必須檢查真空吸盤的密封情況,及時更換已損壞的密封條,根據使用經驗,每3個月需要對密封條進行一次更換。每天必須檢查襯墊的橡膠密封,及時更換已損壞的橡膠密封,檢查管片安全銷是否損壞。每天清理真空泵進氣和排氣的濾芯,檢查真空軟管是否存在破損和漏氣的情況,真空壓力表是否工作正常,報警器、報警燈在出現故障情況下是否能正常報警,真空壓力傳感器的安全防護,K塊檢測器傳感銷子是否伸縮正常。


       
      (文/小編)
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