摘要：混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程的控制較為復(fù)雜，有較多變量不易監(jiān)控調(diào)整，尤其是對于采用風(fēng)動附著式振搗器，所形成的混凝土振搗體系參數(shù)的量化及控制。文章通過研究分析混凝土振動力場，運用傳感轉(zhuǎn)換及反饋調(diào)節(jié)技術(shù)，將復(fù)雜振動物理力場進行量化，實現(xiàn)科學(xué)定量分析，并進行調(diào)節(jié)控制。對振動力場的監(jiān)測分析，能為預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝過程的可追溯性提供可靠依據(jù)，為預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、減人工化方向的發(fā)展提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：振動力場：監(jiān)測：反饋調(diào)節(jié)：量化

中圖分類號：TU756

文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

混凝土預(yù)制構(gòu)件因其高效節(jié)能、精度強度及外觀質(zhì)量等較有保證，在_丁-程建設(shè)中的應(yīng)用逐漸成為主流，如盾構(gòu)管片、裝配式PC構(gòu)件、扭王塊、預(yù)制箱梁箱涵等，尤其以盾構(gòu)隧道襯砌管片最具代表性，在其生產(chǎn)工藝中，模具型腔混凝土的真道工藝，使用高頻風(fēng)動振動器提供振動力，這也是大體積混凝土主要振搗方式，其振動效果對成品后期抗?jié)B、強度指標(biāo)有關(guān)鍵影響。

目前，盾構(gòu)管片等采用附著式振搗成型的預(yù)制構(gòu)件，在生產(chǎn)過程中，振動效果主要依賴人工經(jīng)驗聽聲判斷，在整個預(yù)制行業(yè)中，對于振動力場在模具型腔內(nèi)作用效果尚無定性定量的數(shù)據(jù)化分析。本文綜合上述研究現(xiàn)狀的情況，首先分析預(yù)制行業(yè)振動工序的相關(guān)工況、振動力場需要量化的必要參數(shù)，采用壓電振動等傳感監(jiān)測技術(shù)，對氣壓一頻率變化、全功率的振動場的耦合情況、力場與混凝土密實度指標(biāo)的關(guān)系等進行監(jiān)測分析，以期為混凝土預(yù)制行業(yè)混凝土振動效果的精準(zhǔn)及智能提供科學(xué)支撐。

1 小直徑盾構(gòu)管片模具型腔振動器及分布點位的工況簡介

以盾構(gòu)管片模具為例，其型腔底板居中均勻3個風(fēng)動振動器如圖1所示，其內(nèi)部具有固定軸，在壓縮空氣的推動下，一個或兩個轉(zhuǎn)子圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子通過其偏心運動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的離心力，從而提供動力，震動頻率在270 Hz，模具整體振幅約0.3 mm。本文分析對象中鋼制模具型腔及支撐附件白重4.1 t、混凝土滿布3.5 t．模具型腔為內(nèi)徑5.5 m、外徑6.2 m、圓弧中心角67.5°。混凝土為干硬性，坍落度在50 mm左右，骨料粒徑5-25 mm。

在使用中，因壓縮空氣氣壓、振動器磨損等造成振動功率和頻率的衰減，其中氣壓可以穩(wěn)定控制，但振動器耦合密封磨損等情況，造成的力場衰減就需要被及時測量發(fā)現(xiàn)，包括全功率輸出過程中，多個振動器作用于同一物體，會產(chǎn)生頻率不同步造成力場的疊加增強或抵消減弱；振動器分布點位對振動力傳遞的效果：以及達到模具固有頻率共振影響模具強度等影響，目前在整個預(yù)制行業(yè)中尚無監(jiān)測分析?；诖斯P者對模具振動力場效應(yīng)進行研究分析，對振動頻率、加速度、振幅進行量化，并通過階段性的調(diào)節(jié)壓縮空氣氣壓、流量，反饋調(diào)節(jié)振動器的振動頻率等參數(shù)，便于直觀把控構(gòu)件混凝土振動效果。2模具體系振動參數(shù)定量測量原理

在研究中，測量元件采用工業(yè)用加速度振動傳感器，傳感器均使用磁吸式盤頭，通電后直接吸附在模具上面。主要分拾振、解調(diào)放大線路和顯示記錄3個環(huán)節(jié)。拾振環(huán)節(jié)是利用傳感器將被測的機械振動量轉(zhuǎn)換為機械的、光學(xué)的或電的信號。根據(jù)傳感器原理搭配解調(diào)系統(tǒng)，如專配壓電式傳感器的測量線路有電壓放大器、電荷放大器等；還有積分線路、微分線路、濾波線路、歸一化裝置等等。最后進行信號分析，從測量線路輸出的電壓信號，可按測量的要求輸入給信預(yù)制構(gòu)件振動力場監(jiān)調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

劉增輝

摘要：混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程的控制較為復(fù)雜，有較多變量不易監(jiān)控調(diào)整，尤其是對于采用風(fēng)動附著式振搗器，所形成的混凝土振搗體系參數(shù)的量化及控制。文章通過研究分析混凝土振動力場，運用傳感轉(zhuǎn)換及反饋調(diào)節(jié)技術(shù)，將復(fù)雜振動物理力場進行量化，實現(xiàn)科學(xué)定量分析，并進行調(diào)節(jié)控制。對振動力場的監(jiān)測分析，能為預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝過程的可追溯性提供可靠依據(jù)，為預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、減人工化方向的發(fā)展提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：振動力場：監(jiān)測：反饋調(diào)節(jié)：量化

中圖分類號：TU756

文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

混凝土預(yù)制構(gòu)件因其高效節(jié)能、精度強度及外觀質(zhì)量等較有保證，在_丁-程建設(shè)中的應(yīng)用逐漸成為主流，如盾構(gòu)管片、裝配式PC構(gòu)件、扭王塊、預(yù)制箱梁箱涵等，尤其以盾構(gòu)隧道襯砌管片最具代表性，在其生產(chǎn)工藝中，模具型腔混凝土的真道工藝，使用高頻風(fēng)動振動器提供振動力，這也是大體積混凝土主要振搗方式，其振動效果對成品后期抗?jié)B、強度指標(biāo)有關(guān)鍵影響。

目前，盾構(gòu)管片等采用附著式振搗成型的預(yù)制構(gòu)件，在生產(chǎn)過程中，振動效果主要依賴人工經(jīng)驗聽聲判斷，在整個預(yù)制行業(yè)中，對于振動力場在模具型腔內(nèi)作用效果尚無定性定量的數(shù)據(jù)化分析。本文綜合上述研究現(xiàn)狀的情況，首先分析預(yù)制行業(yè)振動工序的相關(guān)工況、振動力場需要量化的必要參數(shù)，采用壓電振動等傳感監(jiān)測技術(shù)，對氣壓一頻率變化、全功率的振動場的耦合情況、力場與混凝土密實度指標(biāo)的關(guān)系等進行監(jiān)測分析，以期為混凝土預(yù)制行業(yè)混凝土振動效果的精準(zhǔn)及智能提供科學(xué)支撐。

1 小直徑盾構(gòu)管片模具型腔振動器及分布點位的工況簡介

以盾構(gòu)管片模具為例，其型腔底板居中均勻3個風(fēng)動振動器如圖1所示，其內(nèi)部具有固定軸，在壓縮空氣的推動下，一個或兩個轉(zhuǎn)子圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子通過其偏心運動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的離心力，從而提供動力，震動頻率在270 Hz，模具整體振幅約0.3 mm。本文分析對象中鋼制模具型腔及支撐附件白重4.1 t、混凝土滿布3.5 t．模具型腔為內(nèi)徑5.5 m、外徑6.2 m、圓弧中心角67.5°?；炷翞楦捎残?，坍落度在50 mm左右，骨料粒徑5-25 mm。

在使用中，因壓縮空氣氣壓、振動器磨損等造成振動功率和頻率的衰減，其中氣壓可以穩(wěn)定控制，但振動器耦合密封磨損等情況，造成的力場衰減就需要被及時測量發(fā)現(xiàn)，包括全功率輸出過程中，多個振動器作用于同一物體，會產(chǎn)生頻率不同步造成力場的疊加增強或抵消減弱；振動器分布點位對振動力傳遞的效果：以及達到模具固有頻率共振影響模具強度等影響，目前在整個預(yù)制行業(yè)中尚無監(jiān)測分析?；诖斯P者對模具振動力場效應(yīng)進行研究分析，對振動頻率、加速度、振幅進行量化，并通過階段性的調(diào)節(jié)壓縮空氣氣壓、流量，反饋調(diào)節(jié)振動器的振動頻率等參數(shù)，便于直觀把控構(gòu)件混凝土振動效果。2模具體系振動參數(shù)定量測量原理

在研究中，測量元件采用工業(yè)用加速度振動傳感器，傳感器均使用磁吸式盤頭，通電后直接吸附在模具上面。主要分拾振、解調(diào)放大線路和顯示記錄3個環(huán)節(jié)。拾振環(huán)節(jié)是利用傳感器將被測的機械振動量轉(zhuǎn)換為機械的、光學(xué)的或電的信號。根據(jù)傳感器原理搭配解調(diào)系統(tǒng)，如專配壓電式傳感器的測量線路有電壓放大器、電荷放大器等；還有積分線路、微分線路、濾波線路、歸一化裝置等等。最后進行信號分析，從測量線路輸出的電壓信號，可按測量的要求輸入給信號分析儀或輸送給顯示儀器（如電子電壓表、示波器、相位計等）等，也可輸入到信號分析儀進行各種分析處理，從而得到最終結(jié)果。并包含反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)整風(fēng)壓、流量，從而控制振動器的振動姿態(tài)，適應(yīng)各種頻率振幅的需要。

系統(tǒng)傳感器采用三軸傳感器，掃描頻率在750次／s，有效覆蓋振動器的震動頻率。

如圖2所示，為振動量化測量原理，其中各部位組成：（1）直流濾波電源；（2）信號處理系統(tǒng)（含檢測、記錄存儲、示波、比較計算等功能）；（3）聲光報警器；（4）屏蔽式集成電纜；（5）混凝土預(yù)制構(gòu)件模具型腔；（6）磁吸式盤頭振動傳感器；（7）風(fēng)動高頻振動器。

其核心控制系統(tǒng)輸入方式DC、AC、GND、IEPE（單端／差動）及1/4橋（三線制白補償）、半橋、全橋，并行同步采樣，每通道最高連續(xù)采樣速率256 kHz．每通道獨立的24位A/D轉(zhuǎn)換器，頻響設(shè)置較寬，可實現(xiàn)智能導(dǎo)線和TEDS傳感器識別，具備參數(shù)設(shè)置、功能控制、數(shù)據(jù)管理、報告輸出等

3 實際應(yīng)用原理

在生產(chǎn)過程中，根據(jù)所選用混凝土的性狀，確定生產(chǎn)所選擇的頻率、振幅、振動時間。

混凝土振動密實成型的關(guān)鍵參數(shù)主要包括：頻率、振幅以及振動時間，由振動頻率與振幅可以計算激振力。骨料振動頻率可根據(jù)法國學(xué)者雷爾密特提出的計算公式（1）進行估算‘l_。

式中f一振動頻率，Hz；D一骨料平均直徑，mm。

根據(jù)坍落度的值可以將混凝土分為塑性混凝土、低流動性混凝土及干硬性混凝土。混凝土在不同坍落度時振幅值及振動時間應(yīng)不相同。依據(jù)上述計算公式得出混凝土相近的振動頻率，同時需要計入模具的質(zhì)量所抵消的振動能量。

根據(jù)所輸入選擇的頻率，系統(tǒng)通過振動傳感器的監(jiān)測，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)與輸入的目標(biāo)頻率進行比較，通過調(diào)整氣壓的因素進行頻率的控制。

4 系統(tǒng)主要有兩種狀態(tài)

4.1 不干預(yù)型振動器全功率的工作

該系統(tǒng)僅進行監(jiān)測及振動參數(shù)的記錄功能，氣壓恒壓，振動器恒功率運行，當(dāng)振動器磨損或者性能不佳時，當(dāng)參數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)值時，系統(tǒng)進行報警，需要及時檢查振動器排除故障，確保振動質(zhì)量有效。

4.2 正負(fù)反饋多階段振動調(diào)節(jié)狀態(tài)

根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率，將混凝土布料及振動分為若干階段，并設(shè)定一定的時間，當(dāng)頻率和振幅一定時，振動最佳延續(xù)時間取決于硅混合物的干硬度（或坍落度），其值可在幾秒鐘至幾分鐘之間[2]。該系統(tǒng)根據(jù)實際的情況實時監(jiān)測振動的參數(shù)，同時調(diào)節(jié)驅(qū)動閥控制氣壓及流量，穩(wěn)定各個階段的震動頻率．優(yōu)化振動效果，同時能夠兼具不干預(yù)狀態(tài)的報警提示功能。

5 數(shù)據(jù)存儲及分析

5.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲

系統(tǒng)通過傳感器收集信號，經(jīng)處理后實時保存，并進行示波顯示，三軸傳感器以Z軸運動的數(shù)據(jù)作為主要分析對象，每秒750次并取平均值進行比較，對所測得頻率進行示波，形成頻譜。同時將該時鐘內(nèi)氣壓、頻率、振幅、加速度等參數(shù)進行匯總，對應(yīng)產(chǎn)品編號，形成追溯。

5.2 對應(yīng)產(chǎn)品表觀數(shù)據(jù)的分析

每一個產(chǎn)品對應(yīng)一個數(shù)據(jù)，根據(jù)產(chǎn)品密實度、表面氣孔率、抗?jié)B電通量等數(shù)據(jù)，進行大數(shù)據(jù)分析，形成一種直觀的對應(yīng)規(guī)律，能夠有效地提升產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可控。運用該系統(tǒng)，經(jīng)同條件試塊及部分樣品測定，混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)差<0.7 Mpa，表面氣泡率標(biāo)準(zhǔn)差<2.6%，電通量標(biāo)準(zhǔn)差<12.3C。

6 擴展應(yīng)用

如圖3所示，在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，該系統(tǒng)接口及數(shù)據(jù)通道可擴展，融合應(yīng)力應(yīng)變測量等，結(jié)合有限元分析，將模具網(wǎng)格化選取多重節(jié)點，構(gòu)建振動力場的效應(yīng)模型，精細(xì)的分析附著式振動器的能量轉(zhuǎn)化特征。

通過多次數(shù)據(jù)的分析，能直觀的總結(jié)適應(yīng)預(yù)制構(gòu)件的振動參數(shù)，兼顧規(guī)避模具固有頻率的共振現(xiàn)象，延長模具設(shè)備使用壽命。在多軸力場上擴展振動力場疊加、振幅及頻率耦合作用的分析[3]。

同時，間接的可以進行穩(wěn)定混凝土和易性及坍落度，探索早期強度與后期強度的平衡，減少生產(chǎn)全過程人為因素的抗干擾，并形成成熟的可追溯性的記錄。

7 結(jié)語

本文所述的基于預(yù)制構(gòu)件附著式震動器振動力場效應(yīng)定量監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件振動力場效應(yīng)分析，量化振動過程的參數(shù)變化，優(yōu)化振搗過程，同時可擴展到電控混沌振動平臺的監(jiān)測反饋調(diào)節(jié)。但目前還存在一定振動算法繁雜的問題，后續(xù)仍需進行混凝土內(nèi)部振動量化的深入研究，不斷深刻還原混凝土振搗過程及變化。

參考文獻

[1]秦雪濤．移動式混凝土振動臺結(jié)構(gòu)及諧響應(yīng)分析與應(yīng)用[J]．建筑機械化．2020（7）：70-75．

[2]章利華．振動參數(shù)對混凝土密實度的影及合理選擇[J]．混凝土與水泥制品．1988（5）：52-54．

[3]丑凱．超高性能混凝土堆積密實度和火山灰效應(yīng)量化研究[D]．長沙：湖南大學(xué)，2010．

（編輯傅金睿）