论一种钢管装、取料淬火机械手的研发

（中原起重机械科技股份有限公司，河南长垣 453400）

在钢管生产线上采用室式热处理炉进行钢管热处理，几台炉子横向并排布置，正对每台炉子的炉口布置淬火池。这就需要设计一种钢管装、取料淬火机械手进行装料、取料、淬火工作。以往装料取料采用插车，工人利用插车先装料，再从加热炉中取出高温钢管，放在料架上，然后再利用桥式起重机夹钳进行淬火，工人一直在高温辐射条件下工作，费时、费工、不安全、效率低、成本高。本设计提出的钢管装、取料淬火机械手能横向移动，准确对准每台炉子及取料区、放料区；能纵向移动进行装料取料；能慢速平行升降以便钢管的轻落轻放；能快速平行升降用来淬火，解决了传统工人作业方式，使钢管淬火工作变得安全、可靠、高效、节约成本[1]。

1 钢管装、取料淬火机械手各部分功能阐述

已知的设计条件是进行四台炉子横向并排布置，正对每台炉子的炉口布置淬火池。要求用一台钢管装、取料淬火机械手进行装料、取料、淬火工作，该机械手应能横向移动，准确对准每台炉子；能纵向移动和慢速快速平行升降，要求纵向移动进行装料取料，慢速平行升降平稳以便钢管的轻落轻放，快速平行升降用来淬火。

1.1 大车装置

大车装置设计时注重了两点，第一点是加大大车装置基距，在大车运行方向上大车轮组之间距离称为大车基距，加大大车基距的目的在于为多个铲具共同从加热炉中铲出14m长的高温钢管来淬火提供横向空间保证。为此，在大车装置中设置大车台架、大车中间联接梁、大车中间台架，并采用铰接轴将三者联接成一体。

1.2 小车装置

小车装置是一种偏载荷单主梁小车装置，由主梁、端梁、小车运行机构、小车被动车轮组组成。主梁与端梁焊接成为一体，主梁与端梁形成工字形，主梁与端梁联接处不在端梁中心处，而是向端梁的远离炉门一侧靠近，主梁的承载在主梁靠近炉门一侧，因此称为偏载荷，这种设计目的在于方便铲具进入炉内，进行装料、取料工作，又可实现铲具在主梁一侧快速升降，进行淬火。主梁设计应考虑弯矩与扭矩。

小车装置中的小车运行机构是一种链传动小车运行机构，由链条、链轮、轴承、轴承室、传动轴、螺栓、联轴器、立式减速机、液压制动器、电动机组成。工作原理是小车运行机构中的电动机、减速机通过电动机底座、减速机底座固定在主梁上，电动机运转，通过减速机减速，再经过联轴器带动传动轴，传动轴带动链轮旋转，链轮转动对平铺链条产生作用力，链条对链轮的反作用力，驱动链轮在平铺链条上移动，从而带小车装置纵向移动。传动轴由两侧轴承支承转动，轴承装在轴承室内，端梁上开孔，轴承室装在孔内，通过螺栓固定。链轮链条布置在小车装置的两侧，链轮装配在传动轴上，小车行走机构采用分别传动方案，即采用两个电机、减速机同时驱动两侧传动轴，然后带动两侧链轮同时在链条上转动，两侧电动机转速差小于5r/min，采用一套电控设备同时控制两台电动机，可保证两侧同步运行，链传动设计保证了小车装置在轨道上纵向移动时，不会发生打滑、偏斜现象[2]。

1.3 多铲具平行升降装置

多铲具平行升降装置中的铲具共有12个，平行布置成一排，间隙1m，铲具由铲具联接座固定在铲具支承架上。升降轮轨道竖直固定在小车装置的主梁靠近加热炉一侧，升降轮组通过升降轮支座固定在铲具支承架上，可沿升降轮轨道上下移动，并保持铲具支承架竖直，不倾斜，从而保证铲具平行升降。液压缸下联座固定在小车装置主梁下部，液压缸通过液压缸下联座与主梁相联接；液压缸上联座固定在铲具支承架上端，液压缸通过液压缸上联座与铲具支承架相联接，液压缸伸缩为多铲具平行升降装置提供动力。

1.4 多油缸同步动作液压装置

多油缸同步动作液压装置的工作原理，液压站中的电机驱动油泵，产生油压，系统压力为25MPa，工作压力为20MPa。油压首先作用于同步油缸，同步油缸内有三个为工作液压缸提供动力的油腔，如果油腔内压力不等，同步油缸活塞杆移动会平衡油压，使工作液压缸的工作压力保持相等，完成工作液压缸同步动作。同步精度0.5%，具有可靠的反馈功能，具有平衡铲重功能，保证了铲具平衡升降。

1.5 自动对轨装置

自动对轨装置由小车止挡、固定轨道梁、固定轨道、轨道压板、轨道锁定装置、移动轨道梁、移动轨道、接近开关支架、接近开关、感应挡块构成。

自动对轨装置中的移动轨道梁焊接固定在大车台架中心位置，上部通过轨道压板固定有移动轨道，所述移动轨道梁与移动轨道是相对于取料区、加热炉、放料区两旁固定轨道梁、固定轨道而言。小车一般情况下停在移动轨道上，当取料、装料时，大车开始运行，当接近开关感应到第一个感应挡块时减速，进一步感应到第二个感应挡块时，进行准确对轨，即移动轨道与固定轨道准确对接，对接完成后，轨道锁定装置锁定移动轨道梁与固定轨道梁，小车运行机构中的靠近炉子一侧的被动车轮组通过轨道对接口，运行至固定轨道上，同时铲具插入加热炉中，进行装料取料工作。

1.6 轨道锁定装置

轨道锁定装置由被锁定板、锁定板、导向螺柱、联接板、螺母、支架、电动推杆组成。

轨道锁定装置中的支架将电动推杆固定在移动轨道梁上，当接到电信号，电动推杆推动联接板，联接板带动锁定板动作，向前推进，从而锁定被锁定板，导向螺柱与螺母将两侧锁定板固定，并在移动轨道梁上长孔中滑动，对锁定板向前推进起到导向作用。这一系列动作完成了移动轨道与固定轨道的锁定，为小车前轮顺利通过接口提供了保证。

2 钢管装、取料淬火机械手控制方式分析

械机手控制说明：机械手有三个动作，称为大车行走、小车行走、台架升降。

2.1 大车行走

大车左右行走，有三个工作位，称为工位1、工位2、工位3，分别对应取料台架、炉子1、炉子2。每个工位均要求停位准确，以便于准确对正轨道，控制上应有减速和停位检测，还应有极限位检测。从工位1到工位3或从工位3到工位1时要经过工位2，保证过工位2时不减速和停止。

2.2 小车行走

小车作前进后退运动，应设减速位和停车位，还应有前极限和后极限检测。

联锁要求：（1）轨道锁住时才能行走；（2）升降台架在中位或上位时小车才能行走。

2.3 升降台架

作升降运动，有三个工位：上位（上极限）、中位、下位（下极限），控制上应有三个工位的检测。

联锁要求：（1）轨道锁住时台架才能升降；（2）小车在前位（或前极限位）时，台架只能在中位和上位间运动，不允许从中位向下位运动；（3）小车在后位（或后极限位）时，台架可在上中下位间运动，并可作快速运动。