板坯無人天車夾鉗選擇及改造

周志棟 李志亮 趙曉曦

摘 要：結合現有技術積累和經驗總結，著重分析重力式夾鉗和電動平移式夾鉗在板坯天車上使用的優勢和劣勢，通過對板坯無人天車系統的深入研究，依據作業自動化的需求，進行夾鉗選擇并進行相應改造，從而創造一種適應板坯無人天車的夾鉗。該夾鉗需要具有板坯寬度測量功能、板坯加緊檢測功能、開閉裝置檢測功能、精準高度定位功能、測量數據自動傳輸等功能。

關鍵詞：板坯;無人天車;板坯夾鉗

中圖分類號：TF758 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0047-02

板坯天車作為大型鋼廠板坯庫中熱板坯搬運的重要特種設備，承擔著庫區內上線、下線、碼垛等重要工作任務。隨著技術的不斷創新，板坯天車的控制方式也慢慢多元化，除了傳統的手動控制、遙控控制，自動控制也應運而生。目前唐鋼正在研發板坯無人天車系統，系統能夠實現整個板坯庫天車的自動調度和無人駕駛，是其中的佼佼者。

為了實現板坯庫天車無人化，必須有相應的設備作為支撐，夾鉗就是其中的重要一項。選擇什么樣的夾鉗作為板坯無人天車的夾鉗，如何通過簡單改造就能實現夾鉗的無人化控制是本文要著重分析和研究的。

1 總體思路

結合現有技術積累和經驗總結，著重分析重力式夾鉗和電動平移式夾鉗在板坯天車上使用的優勢和劣勢，通過對板坯無人天車系統的深入研究，依據作業自動化的需求，進行夾鉗選擇并進行相應改造，從而創造一種適應板坯無人天車的夾鉗。該夾鉗需要具有板坯寬度測量功能、板坯加緊檢測功能、開閉裝置檢測功能、精準高度定位功能、測量數據自動傳輸等功能。

2 兩種夾鉗分析對比

熱板坯形狀細長，起放吊過程中重心容易偏移，容易發生掉坯或翻坯事故，同時熱板坯的表面溫度可達800℃，工作環境惡劣，對夾鉗上的電氣設備有極大負擔。因此選擇夾鉗時，不僅要求夾鉗的吊裝精度高，而且要求夾鉗能在高溫環境和額定載荷下長時間持續地安全作業。因此，從多個方面進行分析重力式夾鉗和電動平移式夾鉗的優劣。

2.1 重力式夾鉗

重力式夾鉗一般由五部分組成：上橫梁、下橫梁、鉗臂、開閉裝置、定位裝置。上、下橫梁用于連接兩對鉗臂;開閉裝置分為開閉體、開閉軸和鎖座，用于鎖定上橫梁和下橫梁;在下橫梁下方，對稱安裝有兩組定位裝置，保證夾鉗鉗齒定位準確，如圖1所示。

吊取板坯工作過程如下：

（1）夾鉗下降，定位裝置接觸到板坯上表面，由定位裝置支撐夾鉗，觸發下降減速，繼續下降100mm，開閉軸旋轉45°角，停止下降。

（2）夾鉗慢速提升100mm，開閉軸繼續旋轉45°角，開閉裝置脫開，加速提升夾鉗，鉗臂由于杠桿結構自動收緊，直至加緊板坯，板坯被吊起。

2.2 電動平移式夾鉗

電動平移式板坯夾鉗由夾鉗開閉機構、鉗臂、開閉梁、懸掛梁等組成的。通過開閉機構驅動，使鉗臂在開閉梁上水平運動，實現對板坯的夾緊或打開動作。夾鉗提升時，通過裝在鉗臂內的斜楔機構，在板坯自重作用下，產生與板坯重量相應的夾持力，加緊板坯，如圖2所示。

夾鉗開閉機構是電動平移式夾鉗最重要的組成部分，由電動機、磁粉離合器、聯軸器、制動器及減速器等組成，通過鏈輪副轉動雙向螺桿，使鉗臂作開閉運動，以實現鉗口松開或初始夾緊板坯的動作。鉗齒對板坯的初始夾緊力是由于鉗臂作閉合運動產生的，為防止鉗齒初始夾緊板坯時電動機過載，機構中采用磁粉離合器。磁粉離合器可通過調整其電流的大小以改變其傳送的扭矩，調整后的扭矩是恒定的。當電動機啟動后，夾住板坯達到調定的扭矩時，離合器打滑，且其輸出軸轉速降至零，但仍然保持扭矩，通過與其相聯的零速、開關檢測，使仍高速運轉的電動機停止工作。制動器失電鎖緊，以防止鉗臂松開。

3 兩種夾鉗的優劣對比

依據板坯無人天車的控制特性和工作特性，對兩種夾鉗的多項指標進行對比，如表1所示。

通過表1的比對，我們發現電動平移式夾鉗雖然結構復雜，有一定的檢測裝置，但是也不能適用于板坯無人天車。相較而言，重力式夾鉗雖然也不能夠適用于板坯無人天車，但是結構簡單、制造成本低、容易改造。由此，我們選擇重力式夾鉗進行無人化改造，解決其沒有檢測、可靠性和安全性差的問題。

4 板坯無人天車夾鉗改造

依據板坯無人天車作業需求，對重力式夾鉗進行改造，增加板坯寬度測量功能、板坯加緊檢測功能、開閉裝置檢測功能、精準高度定位功能。具體方式為增加相應檢測元件，將檢測的數據輸送至板坯無人天車PLC控制系統，通過數據采集、計算和校對實現夾鉗控制的無人化。

板坯寬度由安裝在夾鉗兩個鉗臂上的激光測距儀測量，直接獲得板坯寬度。精準高度定位由安裝在鋼纜卷筒上的編碼器采集獲得。板坯加緊檢測功能由測量的板坯寬度與無人天車系統中存儲的板坯寬度進行比對實現。開閉裝置檢測功能由安裝在開閉裝置兩側的激光對射光電開關檢測獲得。

5 結語

板坯無人天車系統是目前國內最先進的板坯庫自動吊裝技術，選擇的夾鉗的優劣直接影響板坯無人天車應用性能，通過對比分析目前主流板坯夾鉗的現狀，選擇改造難度低的重力式夾鉗為基礎進行改造，是目前的唯一選擇，期望隨著板坯無人天車技術的推廣與應用，有越來越多的新型夾鉗涌現出來，適應無人化發展的潮流。