4.3. Комплексная автоматизация и роботизация формовочных линий

Автоматизация формовочных линий на базе роботизации отдельных операций с одновременным совершенствованием технологии производства и конструктивных решений изделий позволяет создать высокоэффективные РТК для формования железобетонных конструкций и изделий. Роботизация процессов дает возможность решать вопросы автоматизации технологических процессов изготовления стеновых панелей, перегородок, панелей пере­крытий и других изделий. На многих заводах сборного железобетона использу­ют конвейерные линии для производства панелей наруж­ных стен, панелей перекрытий, блоков стен подвалов, плоских изделий различного назначения. Анализ возможностей использования промышленных роботов и манипуляторов на конвейерных линиях по изготовлению железобетонных изделий показывает, что есть большая группа основных и вспомогательных операций, где применение роботов и манипуляторов экономически оправдано. Роботизацию конвейерного производства рассмотрим на примере линии для формования панелей наружных стен завода КПД средней мощности (рис.4.8). Такая линии включает формы (1), затирочную машину (2), раствороукладчик (3), бетоноукладчик (4), контейнеры (8), монорельс (9) и рельсы для перемещения оборудования (10). Линия снабжается тремя РТК: РТК для укладки арматуры и закладных деталей (5), РТК по п одготовке форм (6), РТК по распалубке форм и съему панелей.

РТК для подготовки форм устанавливают на посту очистки и смазки форм. Он снабжается набором исполнительного оборудования, обеспечивающего выполнение всего цикла подготовительных операций чистки и смазки форм, закрытия бортов. Основой комплекса служит портал, перемещающийся вдоль форм по рельсовому пути, на котором находится манипулятор, имеющий 6 – 7 степеней подвижности и грузоподъемность не менее 50 кг. Погрешность позиционирования не должна превышать 6 мм. Манипулятор снабжается рабочим органом с набором необходимого инструмента. В состав рабочего органа входят щетки, скребки, форсунки. Щетки имеют устройство для вакуумного отсоса пыли. В состав комплекса включаются гидравлические устройства для закрытия бортов, вакуумная установка, резервуар для хранения смазочной эмульсии и насос для ее подачи. Оборудова­нием комплекса управляет программная система на базе микроконтроллеров.

Большой практический интерес имеет роботизация операции укладки арматуры и закладных деталей. Это один из наиболее трудных вопросов механизации и автоматизации.Основой комплекса для укладки арматуры и деталей служит портал, на котором размещаются два манипуля­тора. Один из них (2) захватывает арматурный каркас, транспортирует его, ориентирует относительно формы и укладывает на поддон (рис.4.9). Второй манипулятор (1) подает, устанавливает в заданное положение и закреп­ляет закладные детали. РТК снабжается магазинными устройствами для закладных деталей и специальными контейнерами (4) для арматурных каркасов. Рабочим органом манипулятора для укладки арматуры служит рейка электромагнитными захватами.

РТК распалубки форм и съема панелей с поддонов представляет собой подъемно-транспортное уст­ройство, в зону действия ко­торого подается форма (рис. 4.10). В состав такого комплекса включается мостовой кран, снабженный специальной траверсой, и консольный робот. Кроме того, комплекс имеет устройство для открытия автозамков, фиксирую­щих положение бортовой оснастки, и гидравлические механизмы для раскрытия бортов форм. После раскры­тия б ортов комплекс извлекает пустотообразователи, складирует их, снимает готовую панель и подает ее на передаточную тележку линии отделки.

Важную роль в решении задач комплексного техни­ческого перевооружения домостроительных заводов на базе высокоэффективных гибких технологий играют опе­ративные склады поддонов и сменной оснастки и посты переналадки форм. Для обеспечения широкой номенкла­туры стеновых панелей, обеспечивающей создание раз­нообразных архитектурных решений микрорайонов, необходимо заменять формы в процессе работы конвейер­ной линии. Формы подготавливают отдельно на специ­альном участке.

При внедрении средств робототехники и решении во­просов построения АСУ ТП конвейерными линиями создаются РТК для переналадки форм и ав­томатизированный многоярусный склад со специальным подъемником для их хранения. Каждая форма снабжа­ется кодирующей пластиной, с которой информация счи­тывается системой управления. Склад должен быть рас­считан на 20—30 форм, обслуживают его трехкоорди­натным манипулятором портального типа. Рядом со складом размещается роботизированный комплекс по переналадке форм. Этот комплекс заменяет бортовую оснастку форм в соответствии с программой изготовле­ния изделий. Для успешного решения вопросов роботизации про­цесса переналадки форм необходимо в первую очередь усовершенствовать конструкцию формооснастки. Формы для роботизированного производства должны иметь гладкий поддон, на который устанавливают смонтиро­ванную на посту переналадки бортовую оснастку.

Одновременно с конвейерной технологией на заводах сборного железобетона широко распространен кассет­ный метод производства, отличающийся простотой тех­нологии, получается гладкая поверхность панелей и большой съем продукции с единицы производственной площади. Основное технологическое оборудование при этом ме­тоде — кассетная форма, состоящая из ряда отсеков, образованных металлическими листами, оснащенная бортовой оснасткой и вкладышами для образования проемов и отверстий. Технологический процесс изготов­ления пaнeлeй в кассетах включает операции чистки, смазки и сборки кассет, установки в них пространствен­ных арматурных каркасов, укладки бетонной смеси с применением вибрации, ее термообработки распалубки кассет и съема готовых изделий. Робототехника дает возможность внести определенные изменения в кассетную технологию. Применение промышленных робо­тов и манипуляторов позволяет автоматизировать все основные операции очистку форм и петлевых коробок, смазку листов и оснастки, установку арматурных каркасов, разравнивание и заглаживание верхних граней изделия, удаление излишков бетона.

П роцесс подготовки кассетных форм можно автома­тизировать с помощью передвижного консольного робо­та, имеющего телескопический манипулятор с пятью степенями подвижности (рис.4.11). Суппорт манипулятора (3) с телескопической штангой перемещается по консоли (2) поперек кассеты (1). Консоль вместе с суппортом может передвигаться вдоль кассеты по рельсовым направ­ляющим, располагаемым на опорных колоннах здания Манипулятор имеет схват с ротацией. Для чистки и смазки форм робот снабжается набором необходимого инструмента щетками с вакуумным отсосом пыли, скребками, форсунками для распыления смазочных со­ставов. Значительные экономические выгоды дает при­менение много манипуляционной системы с синхронным управлением.

Наиболее сложной операцией с точки зрения робо­тизации — это установка арматурных каркасов. Основным направлением в решении этой задачи является внедрение пакетного способа, при котором арматурные каркасы набирают в специальный контейнер-пакетировщик. Применение роботов на операциях установки арматуры, сборки форм и их переналадки, а также исполь­зование мостовых манипуляторов для съема и склади­рования готовых изделий позволяет надеяться на со­здание гибкой автоматизированной технологии произ­водства панелей внутренних стен.

Длинномерные железобетонные изделия изготовляют стендовым методом, при котором используют стационар­ные металлические формы или унифицированные под­доны со сменной оснасткой. При стендовом методе подготовку форм, их очистку и смазку, установку дополни­тельной оснастки, укладку арматуры и бетонной смеси, ее уплотнение и термообработку выполняют на одном посту. Этот метод отличается от других значительных объемов ручного труда, так как перемещающийся поток технологических операций затрудняет их механизацию и автоматизацию.

Повысить эффективность стендового производства железобетонных конструкций и изделий, автоматизиро­вать отдельные виды технологических операций можно путем внедрения промышленных роботов и манипуля­торов. Роботизация стендового производства должна ид­ти по пути создания передвижных РТК, выполняющих так же, как и при конвейерном производстве, определен­ную группу операций. Для комплексной автоматизации стендового метода необходимо иметь несколько РТК: подготовительных операций, укладки арматуры, уклад­ки бетонной смеси и ее уплотнения, удаления отходов производства. В зависимости от вида изделий и произ­водственной мощности технологической линии состав оборудования может быть различным.

В процессе работ средства роботизации должны иметь возможность последовательного передвижения на про­изводственной площадке от одной формы к другой. Это может быть достигнуто сочетанием мостовой, порталь­ной, консольной и монорельсовой конструкции подвиж­ной части комплекса.

О собую сложность представляет роботизация процес­сов смены бортовой оснастки. Во Франции разработана конструкция манипулятора, позволяющего использовать унифицированные рейки для комплектования форм или опалубок при изготовлении крупных бетонных плит из­меняющихся размеров. Манипуляторы располагают во­круг формовочного стола, на котором размещаются рей­ки, ограничивающие размеры двух или более форм для изделий. Рейки форм оснащены ушками под захват­ные устройства манипулятора. Манипулятор обеспечива­ет подъем рейки при распалубке, очистку и смазку поверхности рейки и установку ее на формовочный стол в месте, определяемом размерами изготовляемого изде­лия. Он имеет довольно простую конструкцию, состоя­щую из балки, перемещающейся над формовочным сто­лом, на одном конце которой имеется устройство для захвата рейки. Поворот балки, необходимый для выполнения указанных операций, осуществляется посредством гидроцилиндра. Применение таких манипуляторов на заводах ЖБИ при изготовлении крупноразмерных бетонных плит позволяет повысить гибкость производства и исключить тяжелый ручной труд.

Значительные экономические выгоды дает использо­вание роботов для укладки напряженной стальной ар­матуры на заводах сборного железобетона. В Германии разработан комплекс роботов для укладки напряженной стальной арматуры на стенде (рис.4.12). В ком­плекс входят формы (1), портальные манипуляторы (2) с сенсорным управлением, снабженные клещевыми захватами (3) и ма­газинным устройством (4) с термонагревом арматуры, а также транспортно – раскладывающее устройство (5). Уп­равление комплексом осуществляется от микроЭВМ. По­точная линия включает конвейер для подачи связок ар­матуры, кондуктор для разделения стержней. Предва­рительное напряжение арматуры создается термическим способом.

Промышленные роботы и манипуляторы начинают также внедряться при производстве железобетонных труб и колец. Автоматизация производства труб на основе использования роботов позволяет создать высокомеханизированные линия для изготовления безнапорных бетонных труб диаметром 300—600мм, же­лезобетонных труб диаметром 800—1200 мм или колец смотровых колодцев диаметром 700—1500 мм и длиной 3,5 м. Линия представляет горизонтально замкнутый конвейер, состоящий из двух параллельных ветвей, соединенных двумя манипуляторами для переноса поддонов-тележек.