卜磊，蘇世龍，米梓冀，樊則森，雷俊，侯景鵬

（中建科技集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518118）

建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在過去的50年內(nèi)，生產(chǎn)方式比較粗放，機(jī)械化、自動(dòng)化水平也比較低。近年來，隨著人口紅利的消失，建筑業(yè)中人工成本高、生產(chǎn)效率低等問題更加凸顯。建筑工業(yè)化必將是建筑業(yè)的出路，這也是我國工業(yè)化進(jìn)程逐漸深入，由傳統(tǒng)的工業(yè)行業(yè)向外溢出的表現(xiàn)，因此在建筑工業(yè)化的浪潮中，建筑行業(yè)均加大了研發(fā)投入力度，組建專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，加快推進(jìn)裝配式建筑PC構(gòu)件生產(chǎn)的自動(dòng)化。PC構(gòu)件生產(chǎn)由多種工藝組成，最重要的一項(xiàng)是鋼筋加工工藝，通過機(jī)械化的手段對(duì)長直鋼筋的加工、分揀、供料進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)長直鋼筋加工工藝的自動(dòng)化，可提升效率、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

1 項(xiàng)目背景

建筑工業(yè)化是提高資源利用率、破除傳統(tǒng)建筑施工“臟、亂、差”呆板印象的重要途徑。其中提高生產(chǎn)工藝機(jī)械化水平，研發(fā)PC構(gòu)件、部品的生產(chǎn)設(shè)備是建筑工業(yè)化當(dāng)中的一個(gè)重要內(nèi)容。以機(jī)械化和自動(dòng)化為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)械的協(xié)同工作，提高工人的勞動(dòng)效率，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)工人結(jié)構(gòu)變革，從而打破固有營建模式。目前，在建筑行業(yè)中，PC預(yù)制構(gòu)件中使用的復(fù)雜鋼筋網(wǎng)基本由人工完成，但是人工作業(yè)存在成品精度低，下模澆筑需要反復(fù)修正的問題。其最根本的癥結(jié)是鋼筋調(diào)直加工精度不夠，導(dǎo)致很多長直筋在綁扎的時(shí)候是強(qiáng)行綁扎完成，造成了鋼筋的再次彎曲，而且在下模澆筑時(shí)，由于鋼筋的長短不一，往往需要人工對(duì)長出保護(hù)層的鋼筋進(jìn)行切除，不僅拖慢了進(jìn)度，而且造成了鋼筋的浪費(fèi)。而在制造行業(yè)中，原料是機(jī)械化生產(chǎn)，不僅效率高，而且能夠保證成品率。在國外已經(jīng)有公司實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，近年來，在國內(nèi)也開始出現(xiàn)國外引進(jìn)生產(chǎn)線，但是由于地域的差異，導(dǎo)致兩地的施工規(guī)范不同，很多國外產(chǎn)線出現(xiàn)了水土不服的現(xiàn)象。這就需要在借鑒國外成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，還要結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況，研發(fā)適合國內(nèi)國情的生產(chǎn)線。

2 如何解決長直筋的調(diào)直

為了解決長直筋的調(diào)直生產(chǎn)，本課題采用高精度的調(diào)直折彎一體機(jī)實(shí)現(xiàn)鋼筋的精加工。它不僅調(diào)直速度快，而且能夠保證調(diào)直的精度，可以達(dá)到一米偏差正負(fù)一毫米的精度；鋼筋的長度也能達(dá)到毫米級(jí)，可以滿足項(xiàng)目的需求。在行業(yè)內(nèi)一體機(jī)是一臺(tái)單獨(dú)的機(jī)器，需要人工的配合，然而人工卻總是無法趕上機(jī)器的效率，這不僅是對(duì)機(jī)械效率的浪費(fèi)，也對(duì)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度提出來更高的要求，為此本課題設(shè)計(jì)了一套機(jī)械化的設(shè)備用于長直筋的接取、分揀及供料。

本套設(shè)備由4個(gè)單元組成，第一單元為長直筋接取和分撥處理。首先采用漏斗結(jié)構(gòu)接取長直筋，然后搭配被動(dòng)式輪式編碼器，可以實(shí)時(shí)獲取接取鋼筋的長度，根據(jù)編碼器的數(shù)據(jù)，可獲取鋼筋類型，并對(duì)接取的鋼筋進(jìn)行分撥處理。分撥機(jī)構(gòu)由五組伸縮氣缸組成，通過氣缸伸縮可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鋼筋的分撥處理。氣缸上安裝磁性傳感器，可以獲得氣缸狀態(tài)的反饋，一是提高了控制精度，二是可以實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)故障，及時(shí)反饋，避免重大事故的發(fā)生。

第二單元為鋼筋的接取、下料。采用鏈條傳動(dòng)，第一單元每分撥1根鋼筋，電機(jī)帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)節(jié)距。這樣就可以實(shí)現(xiàn)鋼筋均布在料盒上，為后續(xù)的自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)，倉儲(chǔ)，供料提供支撐。當(dāng)料盒物料滿盒后，采用1個(gè)平行四邊形的機(jī)構(gòu)將料盒從接料位運(yùn)送到下料位。此機(jī)構(gòu)由大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過PLC控制程序可以實(shí)現(xiàn)料盒加速度、速度、角度的控制。料盒到達(dá)下料位后，由人工搬運(yùn)到儲(chǔ)備區(qū)。在儲(chǔ)備區(qū)，料盒可以堆疊擺放，實(shí)現(xiàn)空間的最大化利用。

第三個(gè)單元為料盒供料及鋼筋的簡單彎折加工。此單元同樣采用平行四邊形機(jī)構(gòu)對(duì)料盒上料。當(dāng)料盒到達(dá)上料位，通過氣缸抬升所有的鋼筋，將鋼筋從料盒里取出，然后通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將鋼筋一根根的輸送到加工供料位。通過大內(nèi)徑的氣缸帶動(dòng)齒條，實(shí)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)，然后實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)到圓弧運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變，最后實(shí)現(xiàn)鋼筋的彎折。根據(jù)需求，可對(duì)鋼筋進(jìn)行加工選擇。鋼筋到位后，就可等待下一工位抓取使用，最常見的是為鋼筋籠綁扎工作站供料。

第四個(gè)單元為長直筋篩分、供料。通過天車將一捆鋼筋吊至篩分機(jī)構(gòu)上，通過振動(dòng)臺(tái)，將鋼筋振散，然后通過鏈條帶動(dòng)鋼筋，實(shí)現(xiàn)鋼筋的輸送。然后通過臺(tái)階式差動(dòng)機(jī)構(gòu)，將3m長的鋼筋篩分成單根鋼筋。單根的鋼筋通過鏈條輸送到對(duì)齊抬升機(jī)構(gòu)，通過滾輪實(shí)現(xiàn)鋼筋的運(yùn)動(dòng)，通過傳感器實(shí)現(xiàn)鋼筋的對(duì)齊。然后通過氣缸將整個(gè)鋼筋抬升到達(dá)供料位，等待鋼筋籠綁扎工作站的使用。

整套系統(tǒng)由PLC實(shí)現(xiàn)控制。操作人員通過HMI，輸入加工信息；PLC從HMI獲取控制信息，經(jīng)過處理后，將加工命令發(fā)送到鋼筋調(diào)直折彎一體機(jī)、長直筋接取和分撥處理單元，鋼筋的接取、下料單元，長直筋篩分、供料單元，料盒供料及鋼筋的簡單彎折加工單元。各單元接到控制命令后，開始運(yùn)行，并通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控整套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。PLC還與遠(yuǎn)程的智慧建造平臺(tái)建立連接，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)周期性上傳到智慧建造平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)工作站的遠(yuǎn)程監(jiān)測。在未來也可以遠(yuǎn)隔千里下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，在工廠實(shí)施生產(chǎn)。

3 結(jié)語

基于機(jī)械化的長直筋的自動(dòng)加工、分揀、供料是對(duì)鋼筋生產(chǎn)工藝升級(jí)的一次探索，它依托于國家裝配式建筑規(guī)劃要求背景，立足于裝配式建筑中預(yù)置構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)鋼筋生產(chǎn)工藝，以機(jī)械化的設(shè)備為基礎(chǔ)，采用傳感器反饋和自動(dòng)化控制相結(jié)合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長鋼筋生產(chǎn)的自動(dòng)化，推動(dòng)建筑行業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、安全化生產(chǎn)。