論一種鋼管裝、取料淬火機械手的研發

（中原起重機械科技股份有限公司，河南長垣 453400）

在鋼管生產線上采用室式熱處理爐進行鋼管熱處理，幾臺爐子橫向并排布置，正對每臺爐子的爐口布置淬火池。這就需要設計一種鋼管裝、取料淬火機械手進行裝料、取料、淬火工作。以往裝料取料采用插車，工人利用插車先裝料，再從加熱爐中取出高溫鋼管，放在料架上，然后再利用橋式起重機夾鉗進行淬火，工人一直在高溫輻射條件下工作，費時、費工、不安全、效率低、成本高。本設計提出的鋼管裝、取料淬火機械手能橫向移動，準確對準每臺爐子及取料區、放料區；能縱向移動進行裝料取料；能慢速平行升降以便鋼管的輕落輕放；能快速平行升降用來淬火，解決了傳統工人作業方式，使鋼管淬火工作變得安全、可靠、高效、節約成本[1]。

1 鋼管裝、取料淬火機械手各部分功能闡述

已知的設計條件是進行四臺爐子橫向并排布置，正對每臺爐子的爐口布置淬火池。要求用一臺鋼管裝、取料淬火機械手進行裝料、取料、淬火工作，該機械手應能橫向移動，準確對準每臺爐子；能縱向移動和慢速快速平行升降，要求縱向移動進行裝料取料，慢速平行升降平穩以便鋼管的輕落輕放，快速平行升降用來淬火。

1.1 大車裝置

大車裝置設計時注重了兩點，第一點是加大大車裝置基距，在大車運行方向上大車輪組之間距離稱為大車基距，加大大車基距的目的在于為多個鏟具共同從加熱爐中鏟出14m長的高溫鋼管來淬火提供橫向空間保證。為此，在大車裝置中設置大車臺架、大車中間聯接梁、大車中間臺架，并采用鉸接軸將三者聯接成一體。

1.2 小車裝置

小車裝置是一種偏載荷單主梁小車裝置，由主梁、端梁、小車運行機構、小車被動車輪組組成。主梁與端梁焊接成為一體，主梁與端梁形成工字形，主梁與端梁聯接處不在端梁中心處，而是向端梁的遠離爐門一側靠近，主梁的承載在主梁靠近爐門一側，因此稱為偏載荷，這種設計目的在于方便鏟具進入爐內，進行裝料、取料工作，又可實現鏟具在主梁一側快速升降，進行淬火。主梁設計應考慮彎矩與扭矩。

小車裝置中的小車運行機構是一種鏈傳動小車運行機構，由鏈條、鏈輪、軸承、軸承室、傳動軸、螺栓、聯軸器、立式減速機、液壓制動器、電動機組成。工作原理是小車運行機構中的電動機、減速機通過電動機底座、減速機底座固定在主梁上，電動機運轉，通過減速機減速，再經過聯軸器帶動傳動軸，傳動軸帶動鏈輪旋轉，鏈輪轉動對平鋪鏈條產生作用力，鏈條對鏈輪的反作用力，驅動鏈輪在平鋪鏈條上移動，從而帶小車裝置縱向移動。傳動軸由兩側軸承支承轉動，軸承裝在軸承室內，端梁上開孔，軸承室裝在孔內，通過螺栓固定。鏈輪鏈條布置在小車裝置的兩側，鏈輪裝配在傳動軸上，小車行走機構采用分別傳動方案，即采用兩個電機、減速機同時驅動兩側傳動軸，然后帶動兩側鏈輪同時在鏈條上轉動，兩側電動機轉速差小于5r/min，采用一套電控設備同時控制兩臺電動機，可保證兩側同步運行，鏈傳動設計保證了小車裝置在軌道上縱向移動時，不會發生打滑、偏斜現象[2]。

1.3 多鏟具平行升降裝置

多鏟具平行升降裝置中的鏟具共有12個，平行布置成一排，間隙1m，鏟具由鏟具聯接座固定在鏟具支承架上。升降輪軌道豎直固定在小車裝置的主梁靠近加熱爐一側，升降輪組通過升降輪支座固定在鏟具支承架上，可沿升降輪軌道上下移動，并保持鏟具支承架豎直，不傾斜，從而保證鏟具平行升降。液壓缸下聯座固定在小車裝置主梁下部，液壓缸通過液壓缸下聯座與主梁相聯接；液壓缸上聯座固定在鏟具支承架上端，液壓缸通過液壓缸上聯座與鏟具支承架相聯接，液壓缸伸縮為多鏟具平行升降裝置提供動力。

1.4 多油缸同步動作液壓裝置

多油缸同步動作液壓裝置的工作原理，液壓站中的電機驅動油泵，產生油壓，系統壓力為25MPa，工作壓力為20MPa。油壓首先作用于同步油缸，同步油缸內有三個為工作液壓缸提供動力的油腔，如果油腔內壓力不等，同步油缸活塞桿移動會平衡油壓，使工作液壓缸的工作壓力保持相等，完成工作液壓缸同步動作。同步精度0.5%，具有可靠的反饋功能，具有平衡鏟重功能，保證了鏟具平衡升降。

1.5 自動對軌裝置

自動對軌裝置由小車止擋、固定軌道梁、固定軌道、軌道壓板、軌道鎖定裝置、移動軌道梁、移動軌道、接近開關支架、接近開關、感應擋塊構成。

自動對軌裝置中的移動軌道梁焊接固定在大車臺架中心位置，上部通過軌道壓板固定有移動軌道，所述移動軌道梁與移動軌道是相對于取料區、加熱爐、放料區兩旁固定軌道梁、固定軌道而言。小車一般情況下停在移動軌道上，當取料、裝料時，大車開始運行，當接近開關感應到第一個感應擋塊時減速，進一步感應到第二個感應擋塊時，進行準確對軌，即移動軌道與固定軌道準確對接，對接完成后，軌道鎖定裝置鎖定移動軌道梁與固定軌道梁，小車運行機構中的靠近爐子一側的被動車輪組通過軌道對接口，運行至固定軌道上，同時鏟具插入加熱爐中，進行裝料取料工作。

1.6 軌道鎖定裝置

軌道鎖定裝置由被鎖定板、鎖定板、導向螺柱、聯接板、螺母、支架、電動推桿組成。

軌道鎖定裝置中的支架將電動推桿固定在移動軌道梁上，當接到電信號，電動推桿推動聯接板，聯接板帶動鎖定板動作，向前推進，從而鎖定被鎖定板，導向螺柱與螺母將兩側鎖定板固定，并在移動軌道梁上長孔中滑動，對鎖定板向前推進起到導向作用。這一系列動作完成了移動軌道與固定軌道的鎖定，為小車前輪順利通過接口提供了保證。

2 鋼管裝、取料淬火機械手控制方式分析

械機手控制說明：機械手有三個動作，稱為大車行走、小車行走、臺架升降。

2.1 大車行走

大車左右行走，有三個工作位，稱為工位1、工位2、工位3，分別對應取料臺架、爐子1、爐子2。每個工位均要求停位準確，以便于準確對正軌道，控制上應有減速和停位檢測，還應有極限位檢測。從工位1到工位3或從工位3到工位1時要經過工位2，保證過工位2時不減速和停止。

2.2 小車行走

小車作前進后退運動，應設減速位和停車位，還應有前極限和后極限檢測。

聯鎖要求：（1）軌道鎖住時才能行走；（2）升降臺架在中位或上位時小車才能行走。

2.3 升降臺架

作升降運動，有三個工位：上位（上極限）、中位、下位（下極限），控制上應有三個工位的檢測。

聯鎖要求：（1）軌道鎖住時臺架才能升降；（2）小車在前位（或前極限位）時，臺架只能在中位和上位間運動，不允許從中位向下位運動；（3）小車在后位（或后極限位）時，臺架可在上中下位間運動，并可作快速運動。