鋼筋連接套溫擠壓成型機械手的液壓系統設計

張新聚，牛虎力，張嘉鈺，岳彥芳，常宏杰，王長才

(1.河北科技大學機械工程學院，河北石家莊 050054; 2.河北省鍋爐壓力容器監督檢驗院，河北石家莊 050061)

鋼筋連接套溫擠壓成型機械手的液壓系統設計

張新聚1，牛虎力1，張嘉鈺1，岳彥芳1，常宏杰1，王長才2

(1.河北科技大學機械工程學院，河北石家莊 050054; 2.河北省鍋爐壓力容器監督檢驗院，河北石家莊 050061)

鋼筋連接套溫擠壓成型機主要有3個工位:墩粗、反擠壓和沖孔落料工位。為了降低操作人員勞動強度，提高企業的自動化水平，開發了一種智能鋼筋連接套溫擠壓成型機械手，用于鋼筋連接套溫擠壓成型機3個工位間的工件移位。闡述了該機械手的工作原理，并設計了液壓回路和液壓控制回路。該機械手具有運行平穩、夾緊力自動調節等功能，且成本低、加工速度快，能夠滿足企業的使用要求。

溫擠壓;液壓系統;鋼筋連接套

鋼筋連接套筒是當前鋼筋連接的主要方式之一，尤其適用于高鐵、核電站、高層等建筑的重要應用場合。

溫擠壓成形技術是一項有效的毛坯精化工藝，是近年來新興的高技術產業。溫擠壓塑性成形工藝兼有冷擠壓與熱擠壓成型的優點:

(1)溫擠壓加工成型時，毛坯的變形抗力比冷擠壓要小，所需的壓力機噸位較小。

(2)溫擠壓克服了冷擠壓只能加工低碳鋼的缺點，適用于各種碳含量的鋼材與合金。

(3)溫擠壓便于組織連續生產，省去了冷擠壓工藝的軟化退火處理或熱擠壓工藝的后續機加工等工序，極大地降低了生產成本。

(4)與熱擠壓工藝相比，加熱溫度低，節省能源，表面無氧化皮，光潔度高，尺寸精確，更重要的是節約金屬。

(5)由于加熱溫度低、晶粒不長大，在擠壓過程中充分細化，形成具有良好的組織，使金屬的力學性能顯著提高。大大優于熱擠壓工藝生產的產品。

應用溫擠壓成型加工鋼筋連接套筒，可以提高連接套的強度，節約原材料，是鋼筋連接套筒生產的發展方向。

因此，開發鋼筋連接套溫擠壓成型機，具有極強的經濟效益和社會效益［1－3］。

1 鋼筋連接套溫擠壓成型機械手的工作原理

鋼筋連接套溫擠壓成型機械手主要包括上料系統、探傷系統、卸料系統、烘干系統、驅動系統和控制系統等幾部分。設備各工藝結構采用流程式布置，可以大大提高工作效率和機械化水平。

鋼筋連接套溫擠壓成型的主要工藝過程為鐓粗、反擠壓成型和落料，該機械手工作流程圖如圖1所示。

圖1 機械手工作流程圖

為完成上述加工過程，溫擠壓成型機械手的主要工藝包含如下內容:

(1)機械手將工件從加熱爐夾持并移位到鐓粗工位;

(2)機械手噴涂脫模劑;

(3)機械手清潔模具;

(4)機械手將工件從鐓粗工位移至反擠壓工位;

(5)機械手將工件從擠壓工位移至沖孔工位;

(6)機械手卸料。

以上是機械手整個自動動作，當完成后，工件自動落入工件箱中。至此，完成了整個機構的一個完整動作。

機械手的總體結構采用X－Y工作臺的形式。上層結構主要實現工件的夾緊和放松;下層結構實現機械手的橫向移位，在工位間傳遞工件。

機械手動力執行元件采用液壓缸，以保證機械手運行的平穩和準確性。

2 液壓驅動動作分析

針對某一個工作實例，設備工作過程如下:高頻加熱爐將待加工的鋼筋連接套加熱到所需溫度并輸送到出爐口;機械手抓取工件并抬升，機械手橫向前進移位，下降，輸送工件從出爐口依次到達墩粗工位、反擠壓工位、沖孔落料工位和卸料工位;工件從墩粗工位到達反擠壓工位之間時，為工件噴涂脫模劑;機械手松開工件并抬升，機械手橫向后退移位，下降，依次從卸料工位到達沖孔落料工位、反擠壓工位、墩粗工位和出爐口，抓取下一個工件;工件從反擠壓工位返回墩粗工位之間時，通過噴射高壓氣體清潔模具，完成一個工作周期。

考慮到輸送的鋼筋連接套質量較輕，在設備工作循環中，以下動作應該采用液壓驅動來完成:

(1)機械手上升和下降;

(2)機械手輸送工件移位;

(3)機械手手爪松閉，抓取工件;

(4)噴涂脫模劑。

3 液壓系統設計

液壓系統主要技術參數:系統工作壓力為15 MPa;系統工作流量為50 L/min。液壓系統原理圖如圖2所示。

圖2 液壓系統原理圖

其執行器根據工作要求分為以下幾個回路［4－7］:

(1)機械手升降驅動回路

該回路控制機械手的升降運動，當回路中的三位四通電磁換向閥1DT或2DT通電，液壓馬達正轉或反轉，通過機械手傳動機構，驅動機械手上升或下降，回路中的調速閥可控制機械手的工作速度，電磁換向閥在中位實現機械手制動。

(2)機械手移位驅動回路

工件傳輸是通過機械手移位來實現的。該回路控制托機械手的左右移位運動，當回路中的三位四通電磁換向閥3DT或4DT通電，液壓馬達正轉或反轉，驅動機械手實現預定運動。

(3)機械手手爪松閉驅動回路

機械手手爪有前后兩部分組成，通過手爪的松閉實現抓緊或松開工件。該回路控制機械手的松閉運動，當回路中的三位四通電磁換向閥5DT或6DT通電，液壓馬達正轉或反轉，驅動機械手手爪的松閉運動，實現工件抓緊與松開。

(4)噴涂脫模劑驅動回路

該回路的主要元件是一個連接蓄能器的液壓缸，通過高壓夜體推動液壓缸的活塞運動，使液體脫模劑噴射到模具上，以利于發擠壓后工件脫離模具和增強工件表面性能。該回路中的兩位三通單電動電磁換向閥7DT通斷電，驅動液壓缸活塞進行往復運動，實現脫模劑噴射到模具上。

(5)保護回路

在液壓泵的出口處，安裝有先導式電磁溢流閥，用以調整液壓泵輸出壓力，保證系統正常工作，實現液壓泵零壓起動，使電機在空載狀態下起動，并且能夠實現系統出現故障、超載時自動卸載，在其出口處安裝一個單向閥，保證液壓泵工作安全。在液壓泵與工作回路間加一個單向閥，使工作回路與液壓泵分開，使系統在工作不正常時產生的波動不影響液壓泵的工作，保證液壓泵向系統提供穩定的壓力。

4 結束語

鋼筋連接套溢擠壓成型機械手液壓系統選擇了合理的液壓元器件，并針對性地設計了液壓回路和液壓控制回路，使得該機械手具有了運行平穩、夾緊力自動調節等功能。該設備的應用，提高了企業的自動化水平，在保證鋼筋連接套加工質量的前提下，大大提高了加工效率，減輕了操作者勞動強度，具有較高的經濟價值和社會價值。

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Design of Hydraulic System in Warm Extrusion Forming Process Manipulator for Steel Connecting Sleeve

ZHANG Xinju1，NIU Huli1，ZHANG Jiayu1，YUE Yanfang1，CHANG Hongjie1，WANG Changcai2
(1.Collage of Mechanical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050054，China; 2.Hebei Supervision and Inspection Institute of Boiler and Pressure Vessel，Shijiazhuang Hebei 050061，China)

There are three main work posts in this warm forming extruder for steel connection，they are up setting station，backward extrusion station and blanking station.In order to reduce manual labor intensity and enhance automation level of an enterprise，a warm extrusion forming process manipulator for steel connecting sleeve typically was developed and used to pass workpieces from one station to another of the three posts.The working principle of the manipulator was described，in the same time，some hydraulic circuits and hydraulic control circuits were designed.The manipulator can have function of clamp force automatic regulating and run smoothly，which has the advantages of high efficiency in processing and low cost，and can meet requirements in practices of an enterprise.

Warm extrusion;Hydraulic system;Steel connecting sleeve

TP242.2

B

1001－3881(2014)9－054－2

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.09.014

2013－04－12

張新聚 (1970—)，碩士學位，副教授，研究方向為機械設計和機電一體化系統設計。E－mail:zhangxinju2010 @163.com。