管樁脫模搬運用真空吸盤起重機的設計

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工序的工況特點，論述了真空吸盤起重機設計的必要性，創新設計雙向鉸接式的真空吸盤吊掛結構、承載吊梁和真空存儲罐二合一結構，滿足混凝土管樁脫模、搬運的實際需要，對真空吸盤起重機設計具有借鑒作用。

關鍵詞：管樁生產；起重機設計；真空吸盤

中圖分類號：TH21 文獻標志碼：A

0 前言

隨著國內建設步伐的加快和一帶一路的不斷推進，管樁作為基礎建設的產品需求量大幅增加。管樁生產企業迫切要求自動化程度高、安全可靠的管樁專用起重機來滿足管樁生產的需要。本文創新設計了專用管樁脫模搬運用的真空吸盤起重機，可在司機室操作就可完成管樁的脫模、搬運、堆放等一系列作業。

1 管樁起重機的工況特點及設計真空吸盤起重機的必要性

現代化的混凝土管樁生產均采用流水線作業，對配置在流水線上的管樁起重機均要求有較高的生產效率，特別是脫模搬運的工序：

（1）采用傳統吊具的管樁起重機無法進行自動脫模，需配置地面作業人員幫助脫模、吊運。

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

（3）采用傳統吊具的管樁起重機，對司機在駕駛室定位、找準，地面人工脫模后吊運，不但勞動強度大而且生產效率低，影響管樁生產的產量。

（4）若采用一般普通真空吸盤起重機，一般只能適應一個規格的混凝土管樁，不能滿足不同直徑、長度的管樁，更不能適應竹節樁（竹節樁是指外形象竹節的中間凸起的管樁，如圖1序號10所示），起重機適應性差。

綜上所述，設計一種自動化程度較高、滿足不同直徑及長度的管樁（包括竹節樁）起重機在脫模搬運工序的運用顯得十分迫切，本文論述的真空吸盤起重機就應此而生。

2 管樁脫模搬運真空吸盤起重機的結構及設計要點

2.1 管樁脫模搬運真空吸盤起重機的整體結構

采用雙梁雙小車四吊鉤橋式起重機形式（每臺小車有兩只吊鉤），兩臺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管模；兩臺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，在相應位置對稱布置4套徑向定位裝置和兩套縱向定位裝置，兩套脫模裝置，吊梁上部相應位置分布兩個吊點，直接懸掛于起重機吊鉤下，真空吸盤吊梁上安裝有真空泵、電控箱、管路電子閥。

生產過程：司機操作卡式夾具下降，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找準，然后吸盤緩慢與管樁上表圓弧面貼合，真空泵動作抽真空動作，吸盤完成吸合過程，此時，吊具上升，至鋼絲繩繃緊，脫模裝置液壓缸動作，頂出管樁下模；起重機繼續上升，移動到規定位置下放，吸盤放開，管樁脫落，完成整個脫模、搬運、堆放過程。整個過程只需司機室在駕駛室操作，無須地面人工干預，所以生產效率高，節省了時間和成本。

2.2 雙向鉸接式真空吸盤裝配結構

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支座連接，防轉支座又通過鉸接與真空吸盤本體相連。由于要適應不同直徑的管樁，吸盤下部剛性體縱向分為左右對稱兩部分，吸盤之內外襯板為圓弧面，吸盤的長度約為620mm，這樣既可以滿足普通圓樁的吊裝要求，也能滿足竹節樁的吊裝要求。

3 創新設計脫模、搬運用四吊鉤雙小車橋式起重機、雙向鉸接式的真空吸盤吊掛結構和承載梁、真空存儲罐二合一結構

3.1 四吊鉤雙小車橋式起重機

本起重機主要技術參數如下：整機工作級別為A6～A8，司機室操作，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，各機構宜采用變頻控制實現無極調速，便于司機準確定位或調整位置。其起重機本體設計與雙梁雙小車設計類似，不同的是每臺小車采用了兩套8t起重量和特定要求間距的起升機構，同時可以下掛兩套吊具（卡式管模吊具和真空吸盤吊具）。在實際生產操作中，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，即起重機主梁存在偏載的受力模型，所以在設計主梁時應保證足夠的靜剛度（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構形式

如圖2所示，雙向鉸接式真空吸盤的結構，采用了水平、垂直兩個方向的鉸接，可以保證吊裝時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，而不用作任何手動調整。

3.3 承載吊梁、真空存儲罐二合一結構

如圖1所示吊梁采用無縫矩形型鋼，兩端部用鋼板密封，整個鋼管內部成一箱體，相應部位開孔連接真空泵和真空吸盤，在管路上設置電子閥，控制氣路開閉，在失電時，與真空泵管路上的電子閥為關閉狀態，箱體內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，達到設定保護的時間（通常為15min），保證了吸盤作業的安全性。此結構設計矩形型鋼，既作為承載吊梁使用，又起到真空存儲罐的作用，結構簡單，安全可靠，制作成本低。在設計真空吸盤吊梁時，需要計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格，真空吸盤吊梁的懸臂端和跨中位置的靜剛度絕對值應控制在5mm以內，主要考慮吸盤受力的均勻性，避免某一只吸盤受力過大導致吸盤吸力的安全系數下降（通常吸盤吸力的安全系數為兩倍或以上）。

4 產品的使用效果

本創新設計的真空吸盤起重機，經過實際管樁企業脫模搬運工序的流水線作業檢驗，吊模、脫模、搬運方便，生產效率高，吸盤適用性強，使用壽命長，安全可靠，深受管樁企業好評。

結語

管樁脫模搬運真空吸盤起重機作為管樁廠家提高生產效率和節省人員配置的起重設備，可代替傳統的脫模吊裝方法，能廣泛地應用于各種管樁生產上。本文論述的創新設計管樁脫模、搬運四鉤雙小車橋式起重機、雙向鉸接式的真空吸盤吊掛結構和承載吊梁、真空存儲罐二合一結構，解決了真空吸盤脫模搬運起重機的通用性、自動化等一系列難題，對真空吸盤起重機設計具有借鑒意義。

參考文獻

[1]張質文，王金諾，程文明，等.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[2]GB/T3811—2008，起重機設計規范[S].

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2009.