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      混凝土預(yù)制構(gòu)件布料機(jī)設(shè)計(jì)研究

      2018-12-26 01:58:58韋趙濱石小虎陳煒寧曹國巍張聲軍
      建筑機(jī)械化 2018年11期
      關(guān)鍵詞:布料預(yù)制構(gòu)件輸送機(jī)

      周 磊,韋趙濱,石小虎,陳煒寧,曹國巍,魏 乾,張聲軍

      (1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑機(jī)械化研究分院,河北 廊坊 065001;2.廊坊凱博建設(shè)機(jī)械科技有限公司,河北 廊坊 065001)

      1 背 景

      建筑工業(yè)化,住宅產(chǎn)業(yè)化是我國建筑業(yè)的新趨勢?;炷令A(yù)制構(gòu)件布料機(jī)簡稱PC(precast concrete)布料機(jī),是建筑工業(yè)化中生產(chǎn)混凝土預(yù)制構(gòu)件的重要工具。目前,我國的裝配式建筑市場需求巨大,但是實(shí)現(xiàn)構(gòu)件量產(chǎn)的工廠很少,造成我國建筑行業(yè)無法從現(xiàn)澆轉(zhuǎn)換為預(yù)制裝配?,F(xiàn)有PC布料機(jī)日布料量在850~900m2,技術(shù)不夠完善,有如下缺點(diǎn)。

      1)現(xiàn)在工廠里的PC布料機(jī)采用的出料方式是利用混凝土自身的重力,出料量和出料速度都是不可控的。門簾式布料機(jī)布料不均,需要人工攤勻,效率很低。

      2)移動(dòng)的人工控制布料機(jī),需要人工輔助布料,這種布料機(jī)的作用就相當(dāng)一個(gè)混凝土的轉(zhuǎn)運(yùn)裝備,自動(dòng)化和智能化程度很低,無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。

      3)自動(dòng)布料的PC布料機(jī),雖能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng),但定位不準(zhǔn),通過人工將模具圖紙信息處理之后輸入控制器,過程復(fù)雜而且需要反復(fù)輸入。

      本文論述一種新的布料機(jī)設(shè)計(jì)研究,可進(jìn)一步提高布料產(chǎn)量,減少人工勞動(dòng),提高工作穩(wěn)定性,降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)布料機(jī)產(chǎn)業(yè)升級。

      2 結(jié)構(gòu)組成和系統(tǒng)原理

      2.1 結(jié)構(gòu)組成

      如圖1是自動(dòng)布料機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖,主要由鋼結(jié)構(gòu)軌道架、行走系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、儲料斗、儲料斗升降系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、螺旋布料系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

      圖1 預(yù)制構(gòu)件布料機(jī)結(jié)構(gòu)圖

      2.2 系統(tǒng)原理

      中央控制器控制攪拌機(jī)卸料到布料斗,根據(jù)模具圖紙的信息控制布料機(jī)移動(dòng)并控制對應(yīng)的螺旋輸送機(jī)和布料閥門打開,在移動(dòng)過程中布料。通過“S”形行走規(guī)則覆蓋模具的整個(gè)區(qū)域,從而將模具中布滿料。如此移動(dòng)布料機(jī)循環(huán)往復(fù),實(shí)現(xiàn)對各模具的布料。

      3 設(shè)計(jì)研究

      3.1 布料方式選擇

      原來的布料機(jī)是利用混凝土自身的重力和流動(dòng)性來進(jìn)行布料的,這種方式結(jié)構(gòu)簡單,但布料效果差,需要人工輔助,可控性差,不能進(jìn)行量化操作。新的布料機(jī)通過螺旋輸送機(jī)(圖2)輸送混凝土進(jìn)行強(qiáng)制出料,均勻布料。控制器控制布料機(jī)橫向移動(dòng),在厚度非零的區(qū)域啟動(dòng)螺旋輸送機(jī),變頻器運(yùn)行同時(shí)繼電器打開出料閥,開始布料。

      圖2 螺旋布料機(jī)構(gòu)

      布料機(jī)的布料量可以通過螺旋輸送機(jī)的運(yùn)行狀況來進(jìn)行計(jì)算,公式如下。

      螺旋輸送機(jī)輸送量

      式中Q——輸送量,t/h;

      D——螺旋葉片直徑,m;S——螺距,m;

      n——螺旋轉(zhuǎn)速,r/min;

      φ——填充系數(shù);

      γ——物料單位容積質(zhì)量,t/m3;

      ε——傾斜輸送系數(shù)。

      選定螺旋輸送機(jī)安裝固定之后,Q=kn,即在勻速移動(dòng)過程中混凝土的出料量和轉(zhuǎn)速成正比例線性關(guān)系,布料厚度和出料量也是線性關(guān)系,那么布料厚度和轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系,通過控制螺旋轉(zhuǎn)速來控制布料厚度。如果是單螺旋布料,因?yàn)樗奸L度短,會導(dǎo)致布料慢且效率低。這里的螺旋采用的是8個(gè)螺旋并排能顯著提高布料覆蓋率,提升效率。

      建立模型采用微分的思想來分析如何控制布料厚度:取一極短的時(shí)間Δt;設(shè)布料機(jī)的移動(dòng)速度為v;設(shè)布料機(jī)的布料寬度(8個(gè)螺旋的所占寬度)為s;設(shè)布料厚度為h;則布料機(jī)移動(dòng)距離為l=Δtv;布料機(jī)布料的量為m=QΔt;因?yàn)榻厝〉臅r(shí)間極短,認(rèn)為下落的料堆積成長方體,則m=ρV, 因 為V=slh;h=(knΔt)/(ρsΔtv); 得 到h=(kn)/(ρsv)。

      可見,布料的厚度和螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比,和布料機(jī)的移動(dòng)成反比。為了保證布料的均勻性,需保持布料機(jī)以恒定的速度移動(dòng)布料,通過調(diào)整螺旋的轉(zhuǎn)速來改變布料厚度。

      3.2 自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)

      通過人工控制布料機(jī)移動(dòng)布料不僅需要增加勞動(dòng)力控制外,而且布料斗裝滿混凝土?xí)r重近4t,存在安全隱患。新的設(shè)計(jì)用控制器控制伺服電機(jī)來進(jìn)行移動(dòng)并控制螺旋的轉(zhuǎn)動(dòng)和布料閥門開閉。其控制系統(tǒng)如圖3。

      圖3 布料機(jī)控制系統(tǒng)簡圖

      布料機(jī)控制系統(tǒng)主要是由上位機(jī)和控制器,伺服控制器變頻器和各種傳感器組成。采用分散控制集中管理的控制策略,通過各控制模塊控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu),并由控制器統(tǒng)一管理。上位機(jī)通過圖紙解析,將模具的圖紙信息轉(zhuǎn)換為布料機(jī)移動(dòng)的坐標(biāo)命令,按“S”形路線進(jìn)行移動(dòng),根據(jù)模具信息啟動(dòng)螺旋,用變頻器上面運(yùn)行對應(yīng)的常開點(diǎn)控制布料電磁閥。變頻器的頻率是根據(jù)模具所需的布料厚度決定的?!癝”形移動(dòng)首先在原點(diǎn)縱向移動(dòng)到模具邊緣,再橫向移動(dòng)布料車的長度,接著縱向移動(dòng)到模具邊緣,再橫向移動(dòng)布料車的長度,如此循環(huán)往復(fù)直到覆蓋整個(gè)模具,布料完成后自動(dòng)移動(dòng)回到原點(diǎn)。出料量通過稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確控制,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)修正。位置傳感器檢測布料機(jī)到達(dá)的關(guān)鍵位置,原點(diǎn)位置,模具邊緣位置等,配合伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確完成位置移動(dòng)。采用現(xiàn)場總線通信,協(xié)議兼容Profibus ,Modbus協(xié)議。

      3.3 圖紙解析方法研究

      通過模具圖紙可以確定的布料路徑和閥門開閉等各種控制命令。為了減少人工重復(fù)性的輸入圖紙的相關(guān)信息,通過設(shè)計(jì)程序,用軟件處理圖紙,轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)命令,大大減少了重復(fù)性的人工操作。如圖4所示,這是上位機(jī)程序中的一個(gè)子程序,在啟動(dòng)生產(chǎn)前需要加載圖紙,生成模型坐標(biāo)信息并給到控制器移動(dòng)布料機(jī)布料。

      4 結(jié) 論

      新型布料機(jī)采用強(qiáng)制式螺旋出料,出料量可以準(zhǔn)確控制,而且出料均勻,不會灑料到模具外。移動(dòng)和布料采用自動(dòng)化控制,布料高效快捷,適合量產(chǎn)。直接加載圖紙補(bǔ)充模型庫,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)布料,可配合自動(dòng)化生產(chǎn)線。經(jīng)過現(xiàn)場的施工實(shí)踐,該布料機(jī)效果理想,能夠一定程度推動(dòng)PC構(gòu)件的生產(chǎn),順應(yīng)了裝配式建筑的發(fā)展。

      圖4 圖紙?zhí)幚砹鞒?/p>

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