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国内首创轻钢龙骨建筑模块自动化生产与智能装配

国内首创轻钢龙骨建筑模块自动化生产与智能装配

随着装配式建筑技术的不断发展,新型建材——轻钢龙骨得到广泛应用,它有重量轻、强度高、防水、防震、防尘、隔音等特点,还有生产工期短,施工简便的优势。由轻钢龙骨所搭建的房屋具有经济、实用、美观、高效等特色,对实现住宅的产业化、标准化,促进城市建设有着重要意义。轻钢龙骨作为一种环保型绿色建筑材料,可工厂生产,现场安装,与传统施工相比,可大大减少噪音污染与粉尘污染,而且工期短,综合经济效益良好。近期九寨沟地震造成了数人的伤亡,如果使用轻钢结构房屋则可以最大限度的减小损失,因为轻钢龙骨房屋整体为一体式框架结构,可抗9级地震,在地震带、灾害频发区等地段更能发挥出其强大的优势。

图1龙骨房屋架构示意图

在工厂生产房屋墙面、吊顶、内饰等结构,通过船舶、车辆等交通工具将模块化墙体运输至现场,施工人员便可像拼积木一样将预制模块拼接起来搭建成房屋,这是未来建筑业的新常态。由于轻钢龙骨房屋属新兴产物,在工业4.0的宏观背景下,轻钢龙骨自动化生产的需求将越来越多。我国的龙骨建材厂商要么依赖进口材料,成本过高;要么停留在手工作业的阶段,生产自动化程度相对较低,百名工人需数天才能产出可供一栋房屋使用的轻钢龙骨墙面。我国大批量、快速的轻钢龙骨生产线只停留在单件产品的层面,根据现有资料显示,目前国内整栋建筑结构模块自动化生产与智能装配技术仅由北钢联掌握。由于龙骨房屋的批量化生产具有诸多难点,如:梁、柱等长短不一,规格不同,还要预留出门、窗各类开孔位置,并且还有客户定制的因素在其中,对生产系统的柔性是极大的考验。

概述

轻钢龙骨自动化生产系统可实现房屋3D图纸输入后,整套系统输出打包好的房屋墙面模块,经过运输便可至项目现场开始房屋快速搭建。该套系统主要由龙骨生产成形设备、自动化拼装系统、自动化转运系统、生产管理系统等组成。

2 轻钢龙骨生产线系统布局图

龙骨成形设备

前端使用开卷机构及辊传送进行入料,通过导向装置纠偏物料,根据图纸输入条件进行定位开孔,最后进行冷轧辊压成型,进而输出符合图纸规格的单根龙骨,并进行喷码标记,标定装配时的前后顺序,待出料规格数量符合整面墙体结构时进行自动化打包,输送至装配工位。

 

3 模块化拼装成品骨架

模块化拼装

考虑到各工序的生产节拍和各种规格龙骨生产的不均衡性,在拼装区设置了针对标准骨架墙体的拼装区域,另外还针对异形龙骨、小型件单独设立了特制的拼装区域,联合拼装可覆盖所有房屋骨架结构的自动化装配。当打包好的龙骨件通过物流系统进入到拼装区域时,经传感器扫描喷码得到基本数据,确定骨架件拼装顺序,并将数据信号进行下传,通过一系列电控、数据的处理;使龙骨单件停止在需要抓取的位置,再由悬臂转运吊(在固定位置)抓取龙骨,按数控程序要求进行自动化拼装,拼装好的成品已形成墙面骨架,但不具有结构性,需要进行打钉固定。

龙骨的固定

前机械臂按拼装程序放置好龙骨,在中位的打钉机械臂进行气动打钉作业,该打钉机械臂能自动修正两条龙骨相交钉孔的位置,其原理是打钉机上设置有XY方向的定位点,在装钉前需要作视觉扫描,录入数据,以确定打钉机械手的打钉位置,打钉的中心位置定在数控系统要求打钉的中心位置,XY方向的活动机械臂将各自龙骨上的打钉孔移向中心位置。当拼装完一个完整骨架后,由骨架转运机械臂依据扫描和数控系统信号,调整抓手大小,对骨架整体进行抓取,转运到下一工序。

墙面内结构自动化装配

在本工序中设置有保温纤维棉裁剪房、水电管路安装区、结构板裁剪房、呼吸纸抓取区、保温板裁剪区,可能产生粉尘及噪声的动作均在密闭工作房内进行。骨架在此区首先执行机构定位夹紧动作,通过视觉扫描系统数据的录入,指令系统执行裁剪保温纤维棉动作,机械臂用特殊铲爪,铲取纤维棉,并采用软体推压轮推动纤维棉到龙骨架中。(在纤维棉装配中如有水电管需要穿装,机械手会根据指令截取一定长度的水电管进行同步装配,水电管露出龙骨面50mm左右)。纤维棉装配完成后,机械手在结构板裁剪区,抓取已预留裁剪好的板,按数控位置需要摆放在相应位置上进行同上述步骤原理相似的打钉拼装作业。在打钉过程中,机械臂用自带能涨紧的滚轴,通过搓纸机构,自动拉开呼吸纸,在打钉机的配合下,将呼吸纸装钉完成,随后加入保温板,完成装钉工作。

成品输出

全部工序完成后,成品墙面通过辊道机输出,并在重型桁架机械吊的助力下,用专用吊具,吊入立式框架中,进行集中视觉检测,考核精度、外观等指标,随后运输至集散区。至此,整栋房屋的模块化墙面已在工厂完成预制,可经由海运、陆运发往世界各地。


4 已搭建好的龙骨房屋内景

轻钢龙骨自动化生产系统集精度高、自动化程度高、技术应用先进于一体,借助视觉识别、自动化装配机械臂、吊装机械臂、物流系统、中控系统实现房屋模拟编程条件输入,自动化生产出可满足整栋房屋现场作业的模块化墙体,现场的整屋施工过程仅需数小时就可完成,而生产过程不需人工干预,仅需2人巡检生产流程即可,整栋房屋结构90%的工作可在工厂内完成,效率比人工生产提高20倍以上。由北钢联所掌握的轻钢龙骨全自动化生产技术,顺应国家建筑业、建材业的发展趋势,将建筑业的粗犷发展姿态转变为产业化、商业化模式,开创了全新的中国建筑住宅体系。

 

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