淺析三根管組捆自動成型打捆生產線設計

呂旭東，姜凱，高銘，俞立

（杭州浙達精益機電技術股份有限公司，浙江 杭州 310000）

1 前言

鋼管自動成型打捆生產線，浙達精益公司在2006年就成功用于管加工生產線上。目前鋼管自動成型打捆生產線已經廣泛應用鋼管生產線。鋼管成型打捆設備均是采取六邊形或者梯形的方式將鋼管堆垛、打捆。以前三根鋼管組捆是自動成型后手動打捆。隨著自動化要求不斷提高，寶鋼、達力普、常寶都提出三根管自動成型打捆的要求。由于自動打捆需要倒三角形堆垛，先由自動成型機構進行堆垛成型，然后再輸送到自動打捆機上進行打捆操作。打捆之后用輸送機構輸出管捆。在自動打捆時下層是單根鋼管，上層是兩根鋼管，而正常的輸送時需要下面2根鋼管上面1根鋼管保證管捆輸送的穩定，因此需要將3根鋼管的倒三角形翻過60°角，轉變成下層是2根鋼管，上層是1根鋼管。在管捆沒有離開打捆區域之前管捆外形為倒三角形，

需要用捆形保持器保持管捆穩定。管捆離開自動打捆區域后，由翻轉機構將管捆翻轉過60°角，管捆轉變成下層是2根鋼管，上層是1根鋼管，管捆就可以和其他管捆一樣在成型打捆生產線上進行輸送、稱重、儲存。

2 自動成型打捆生產線

2.1 自動成型打捆生產線工藝流程

主要工作流程如下：

鋼管經輸送機構進入上料工位（進料）—對齊（單根）—上料（鏈）— 二次對齊（單根）— 一層鋼管計數 —管層移位（磁盤吊）— 管層碼放 — 管捆軸向輸出 —

自動打捆 — 管捆經輸送鏈運至中間庫（含管捆稱重臺架）— 出料（天車）。

2.2 自動成型打捆生產線功能概述

2.2.1 上料、計數、對齊、管層形成機構

單層鋼管的形成過程如圖1所示。該過程主要由上料、計數、對齊、管層形成、管層輸送至磁盤吊起吊位置等幾個動作組成。單根鋼管由上料送至對齊工位，對齊并計數后再通過上料鏈將已計數了的拔到計數鏈上，計數鏈上鋼管數達到該層所需的鋼管數時，轉動計數鏈把該層鋼管推到管層形成機構上。啟動管層推緊機構和管排抬升機構后等待電磁吊吊運。

圖1 管層形成機構

2.2.2 電磁吊吊裝機構

電磁吊吊裝機構如圖2所示。吊裝過程主要包括電磁鐵的上下、水平兩個方向的運動。由控制系統計數出當前管層的中心位置，并將計算值傳送給伺服系統，伺服系統通過同步帶驅動電磁鐵水平運動機架運行到指定位置。控制系統根據不同管徑、電磁鐵的當前位置計算需要運動的距離，并將計算值傳送給伺服系統，伺服系統通過鏈傳動驅動電磁鐵上下運動機架運行到指定位置，結合電磁鐵的水平移動實現管層的組捆工作。

圖2 電磁吊吊裝運動機構

2.2.3 管捆輸出

成形輸送鏈上有保持管捆形狀的斜支架，根據不同底層的管層長度，須手動調節成形器側輥底邊的長度。電磁吊在成形輸送鏈上碼放形成要求的管捆形狀。成形結束，成形輸送鏈將管捆軸向輸送至自動打捆機處進行自動打捆。

2.2.4 自動打捆

自動打捆機主要由打捆頭、機架、導帶機構、蓄帶機構、鋼帶更換輔助裝置等組成。成型后的管捆由管捆輸送機構，將管捆需打捆位置移動到打捆機打捆位置，系統控制自動打捆開始打捆。一道打完后系統控制管捆輸送機構輸送至下一道管捆打捆位置，輸送到打捆機打捆位置，自動打捆開始打捆重復至該捆需打捆的位置上全部打上鋼帶。

2.2.5 管捆輸送及儲存

打完捆的管捆由幾組輸送鏈輸送至管捆儲存區域。整個儲存區域由兩組輸送鏈組成。凸輪機構抬起輸送鏈1的一端，使管捆從管捆輸送鏈脫離落到輸送鏈1上。驅動輸送鏈1，管捆從輸送鏈1移到輸送鏈2上，到達儲料區，等待天車將管捆吊走。

2.2.6 電氣部分

圖3所示為打捆機電氣控制系統設計框圖。電控系統實現鋼管成型各個過程的協調、過程的跟蹤、各種工位信息的傳輸、數據顯示、數據管理。整個系統通過總線方式將PLC、工控機、變頻器等連接起來，組成一個層次分明的控制網絡。并且配置HMI人機界面，HMI與L2計算機通訊直接調取鋼管參數（爐批號、合同數量、管捆數等），根據合同數量，需具備控制尾料數量，優化成捆數（比如，5根成捆的，最后8根需分成4根、4根成捆，即分配尾捆數量以不調節成型框為原則）同時HMI也可設置鋼管、打捆參數。控制系統設計自動、半自動、手動檢修等三種工作方式。

圖3 打捆機系統電氣系統組成圖

2.3 捆型保持機構

捆型保持機構由二組可轉動擋輥、擋輥間距調節機構、座架等組成。擋輥只在三根鋼管組捆時使用，其他管捆作業時擋輥放平。擋輥上包覆橡膠，用以減少擋輥對鋼管表面的損傷。氣缸驅動擋輥的轉動。擋輥間距調節機構是利用中間定位的絲桿一邊為左旋，另一邊為右旋，分別驅動左右二組擋輥，絲桿轉動時左右二組擋輥同時分開或同時靠近。在三根鋼管組捆使用時，通過轉動絲桿讓擋輥貼近管捆。對于帶接箍的管捆擋輥需要接箍通過后轉起，保護環接近時放下。

2.4 翻轉機構

如圖4所示，三根圓管的管捆側翻裝置，左側擋輥固定在左側擋輥座上，左側擋輥座定位在左轉軸上，左轉軸固定在左滑塊上。左側擋輥座的曲柄于左氣缸相連，左氣缸為雙行程氣缸，多加一個行程用于推動管捆翻轉，左氣缸底座固定在左滑塊上，左側擋輥、左氣缸隨左滑塊一起移動。右側擋輥通過直線導軌副連接右側擋輥座，緩沖氣缸一端與右側擋輥相連，另一端與右側擋輥座相連，用緩沖氣缸來消除管捆在翻轉過程中管捆與擋輥間的相對移動，保護管捆漆膜。右側擋輥座定位在右轉軸上，右轉軸固定在右滑塊上。右側擋輥座的曲柄與右氣缸相連，右氣缸底座固定在右滑塊上，右側擋輥、右氣缸隨右滑塊一起移動。滑塊調節機構是利用中間定位的絲桿一邊為左旋，另一邊為右旋，分別驅動左右滑塊，絲桿轉動時左右滑塊同時分開或同時靠近。通過轉動絲桿讓擋輥貼近管捆。對于帶接箍的管捆擋輥需要接箍通過后轉起，其他管捆作業時擋輥放平。

圖4 翻轉機構

3 結語

隨著捆型保持機構、翻轉機構與成型打捆生產線的結合，客戶需要的管捆都可以在成型打捆生產線上自動完成，直接提高了鋼管廠實現全自動生產的能力。