異形混凝土構(gòu)件模具高頻低噪振動(dòng)裝置

陸立東 閆志波

摘 要：在異形結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)，由于模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常在混凝土澆注至模具中時(shí)，給模具側(cè)模模板上直接安裝振動(dòng)器，或者對(duì)模腔內(nèi)使用插搗棒。但這種方式振動(dòng)效果差，噪聲巨大難以忍受，產(chǎn)品質(zhì)量高低參差，生產(chǎn)勞動(dòng)工況差。針對(duì)于此，研發(fā)出一種高頻振動(dòng)裝置，用于異形構(gòu)件模具混凝土密實(shí)，解決現(xiàn)有的振動(dòng)器難以解決的混凝土密實(shí)、排氣順暢和振動(dòng)降噪問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：異形混凝土預(yù)制構(gòu)件；模具；高頻振動(dòng)；降噪

中圖分類號(hào)：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）06-0105-03

0 引言

混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)是通過(guò)將混凝土澆注至相應(yīng)的模具中，經(jīng)過(guò)對(duì)混凝土進(jìn)行振動(dòng)，使混凝土流動(dòng)填滿模具內(nèi)腔的所有空間并將空氣排除，成型后形成所需結(jié)構(gòu)形狀的混凝土構(gòu)件。在異形結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)，由于成形模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混凝土密實(shí)難度大，氣泡排出難，產(chǎn)品表面氣孔、疏松多，產(chǎn)品質(zhì)量高低參差不一。

目前混凝土異形構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)，通常在混凝土澆注至模具中時(shí)，給模具側(cè)模模板上直接安裝附著式振動(dòng)器或者對(duì)模腔內(nèi)使用插搗棒。由于插搗器采用軟軸輸送，基本需要人工操作并且無(wú)法進(jìn)入彎折空間，導(dǎo)致在異形構(gòu)件的生產(chǎn)中多安裝使用附著式振動(dòng)器。附著式振動(dòng)器工作原理是利用高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)或壓縮空氣馬達(dá)，帶動(dòng)偏心塊產(chǎn)生不平衡離心力，產(chǎn)生振動(dòng)得到激振力和沖擊力。通過(guò)將其固定在模具模板或框架上，與模具產(chǎn)生共振達(dá)到振動(dòng)模板的目的。而這樣的結(jié)構(gòu)不可避免會(huì)產(chǎn)生巨大噪聲。

而前市場(chǎng)上有些用于異形混凝土構(gòu)件生產(chǎn)用的整體振動(dòng)裝置，在模具到位后，直接使用液壓缸夾緊裝置將模具緊固，通過(guò)底部振動(dòng)器對(duì)混凝土進(jìn)行振動(dòng)。振動(dòng)力沿夾緊裝置機(jī)構(gòu)力臂傳導(dǎo)激振力，硬接觸導(dǎo)致振動(dòng)力能夠有效傳遞，在振動(dòng)力作用下硬接觸面產(chǎn)生微小高頻碰撞和摩擦，加劇了模具夾緊裝置和振動(dòng)臺(tái)面造成嚴(yán)重磨損，影響整個(gè)振動(dòng)裝置的使用壽命，且碰撞和摩擦加大工作噪聲。有的設(shè)備廠家會(huì)在液壓抓鉤下鋪設(shè)橡膠墊，這樣做既無(wú)法有效降低振動(dòng)器自身的噪聲，又會(huì)降低振動(dòng)力傳導(dǎo)影響混凝土密實(shí)效果[1]。

本次設(shè)計(jì)的一種新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高頻振動(dòng)裝置用于異形構(gòu)件模具混凝土密實(shí)，解決了現(xiàn)有的振動(dòng)器混凝土密實(shí)和難以解決的降噪問(wèn)題，同時(shí)兼容不同結(jié)構(gòu)、規(guī)格尺寸的異形混凝土構(gòu)件生產(chǎn)。

1高頻振動(dòng)裝置工作原理

高頻振動(dòng)裝置配置到布料工作位上，在混凝土構(gòu)件澆筑時(shí)用于對(duì)模具進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)使用布料斗用于混凝土澆筑，高頻振動(dòng)裝置安裝在地面以下，使模具能夠方便移動(dòng)到布料振動(dòng)工位，同時(shí)配置對(duì)正裝置對(duì)稱布于振動(dòng)臺(tái)座兩側(cè)，對(duì)正裝置工作時(shí)對(duì)模具底模接觸。

設(shè)備為對(duì)稱安裝配置在模具兩側(cè)，模具擺放于振動(dòng)臺(tái)座的中心位置。裝置通過(guò)振動(dòng)臺(tái)座與對(duì)正裝置給模具提供均勻的豎直向上的振動(dòng)力。

2高頻振動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高頻振動(dòng)裝置主要由模具設(shè)備底座、振動(dòng)裝置、液壓鎖緊裝置以及氣動(dòng)升降裝置組成。高頻振動(dòng)裝置主要部件如圖1所示。

振動(dòng)器安裝于振動(dòng)臺(tái)座下方底部。氣動(dòng)頂升裝置既滿足了輸送線上和設(shè)備之間模具放置的水平高度差需求，也可利用橡膠空氣彈簧緩沖振動(dòng)力，將振動(dòng)臺(tái)座和裝置底座分離，達(dá)到控制振動(dòng)力分散的目的。同時(shí)也降低設(shè)備噪聲，解決強(qiáng)振動(dòng)對(duì)周邊設(shè)備安裝精度影響。配置鎖緊裝置使得模具不會(huì)偏移，并且使得模具受振動(dòng)力均勻，保證模具內(nèi)的混凝土布料有效振實(shí)。

2.1 設(shè)備底座

設(shè)備底座為整體包裹其余設(shè)備的模塊式設(shè)計(jì)，可以直接整體安裝。模塊為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，將所有設(shè)備包裹其內(nèi)，安裝便捷，可以直接整體吊入基礎(chǔ)坑內(nèi)，只需要將電氣、壓縮空氣、液壓管路連接接口，與地基連接件鎖緊，并進(jìn)行尺寸校核即可。

整體模塊外部采用鋼板整體折彎而成，既可作為所有裝置的整體支撐骨架也可作為外部保護(hù)殼，節(jié)約結(jié)構(gòu)耗材也縮小尺寸，可以滿足各種生產(chǎn)工況需求。維修時(shí)，可以部件拆卸維修，也可整體吊出單獨(dú)維修，提升生產(chǎn)維保速度保證生產(chǎn)效率。

2.2 氣動(dòng)頂升組件

模具到位后，需要將底模和輸送裝置隔離開(kāi)，避免振動(dòng)力傳導(dǎo)到輸送裝置上，同時(shí)也是為了將振動(dòng)力集中。

使用空氣彈簧，提供升降高度需求，使模具能夠座在振動(dòng)裝置的上表面與周邊地面無(wú)接觸，又減弱了振動(dòng)力向下與設(shè)備底座、地面基礎(chǔ)傳導(dǎo)的問(wèn)題?？諝鈴椈善鋬?nèi)部介質(zhì)為壓縮空氣，空氣可壓縮性高于橡膠介質(zhì)，在振動(dòng)力傳導(dǎo)能力小于密實(shí)橡膠。

設(shè)計(jì)制作氣動(dòng)頂升裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于設(shè)備維護(hù)，并有效降低一線生產(chǎn)機(jī)電維保人員工作量。

2.3 液壓鎖緊機(jī)構(gòu)

模具振動(dòng)時(shí)，為保證振動(dòng)力傳導(dǎo)，必須保證模具同振動(dòng)模塊固定為整體，確保振動(dòng)力傳導(dǎo)到模具最邊緣，最大程度密實(shí)混凝土。為此，設(shè)計(jì)模具鎖緊裝置將模具底模與振動(dòng)底板凝固成一體。

設(shè)計(jì)液壓鎖緊裝置，對(duì)稱安裝在底座左右兩側(cè)，同時(shí)伸出或回縮，將底?？劬o。為保證對(duì)稱扣緊，配置對(duì)稱安裝的液壓缸，其可以同時(shí)動(dòng)作。

鎖緊裝置保證動(dòng)作一致性是該設(shè)備有效工作的功能基礎(chǔ)，同時(shí)液壓壓力能夠調(diào)整系統(tǒng)壓強(qiáng)，可以針對(duì)不同模具進(jìn)行壓力調(diào)整，達(dá)到液壓系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的。

2.4 高頻振動(dòng)部件

振動(dòng)器主要常規(guī)選用振動(dòng)電機(jī)或氣動(dòng)振動(dòng)器兩種型式。振動(dòng)器安裝在振動(dòng)裝置內(nèi)部，振動(dòng)底板底部，與模具為上下布局，在模具同振動(dòng)底板緊固情況下，可以最短距離傳遞激振力。

設(shè)計(jì)選用4臺(tái)振動(dòng)器，每?jī)膳_(tái)為一組，每組振動(dòng)器左右布置，且旋轉(zhuǎn)方向相反，所產(chǎn)生的激振力的方向向上。設(shè)計(jì)的左右對(duì)稱布局，使兩組振動(dòng)器實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，振幅和振動(dòng)頻率一致，不會(huì)發(fā)生扭振現(xiàn)象，同時(shí)能夠確保模具承受均勻的振動(dòng)力。

3 振動(dòng)噪聲控制設(shè)計(jì)

振動(dòng)裝置的噪聲由振動(dòng)器提供振動(dòng)源，振動(dòng)裝置同模具形成共振產(chǎn)生，選用電機(jī)或壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的不同形式的振動(dòng)器。

振動(dòng)裝置的噪聲分兩種傳導(dǎo)方式：通過(guò)地面?zhèn)鬟f和空氣傳遞。地面?zhèn)鬟f為振動(dòng)噪聲通過(guò)設(shè)備底座和設(shè)備基礎(chǔ)在混凝土中傳遞。空氣傳遞分別為噪聲空氣傳播和噪聲沿振動(dòng)力傳遞方向傳播。對(duì)于不同的噪聲的振動(dòng)源型式采用針對(duì)性的降噪方法。

3.1 設(shè)備降噪

3.1.1 噪聲振動(dòng)源降噪

一方面，對(duì)振動(dòng)裝置上以輕載為主模具，優(yōu)先選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器作為振動(dòng)源。振動(dòng)電機(jī)所產(chǎn)生的激振力相對(duì)較小，為強(qiáng)阻型振動(dòng)，能夠提供穩(wěn)定的振幅。同時(shí)振動(dòng)頻率范圍大，振動(dòng)頻率可通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速的辦法進(jìn)行大范圍的調(diào)整，并且能按照不同的通途任意選擇振動(dòng)頻率，在激振力調(diào)節(jié)上只須調(diào)整偏心塊的夾角，就可無(wú)級(jí)調(diào)整激振力和振幅。

另一方面，對(duì)振動(dòng)裝置是以重載為主模具，則選用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)混凝土專用振動(dòng)器作為振動(dòng)源。氣動(dòng)振動(dòng)器所產(chǎn)生的激振力大，能夠滿足重載模具振動(dòng)密實(shí)效果，而且不會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。即使壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生超負(fù)荷現(xiàn)象，工具僅僅是停止轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦超負(fù)荷現(xiàn)象解除則重新恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，安全性高。同時(shí)速度調(diào)節(jié)和輸出功率調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)控制對(duì)壓力以及流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行激振力、振動(dòng)頻率等參數(shù)的調(diào)整。

選擇合理的振動(dòng)器型式，通過(guò)調(diào)整同模具適配的激振力、振動(dòng)頻率等參數(shù)，從振動(dòng)源上能夠有效實(shí)現(xiàn)振動(dòng)裝置的降噪。

3.1.2 噪聲傳導(dǎo)方式降噪

一方面，為阻斷噪聲地面?zhèn)鲗?dǎo)，使用了空氣彈簧作為降噪減振裝置?？諝鈴椈蓽p振器本身也不產(chǎn)生噪聲，其橡膠囊中的壓縮空氣作為頂升介質(zhì)，隔絕了振動(dòng)部件和底座固定部件之間的硬連接，且沒(méi)有傳統(tǒng)螺旋彈簧的顫振問(wèn)題。壓縮空氣在氣壓的作用下，對(duì)振動(dòng)力進(jìn)行交變變形，形成增大阻尼，消除振動(dòng)能量，達(dá)到了減振降噪的功能。同時(shí)所采用的空氣彈簧能夠有效降低振動(dòng)力向下傳導(dǎo)，降低了對(duì)周邊設(shè)備的振動(dòng)，提升周邊設(shè)備的可靠性[2]。

另一方面，為消除振動(dòng)器的噪聲在空氣傳播，在設(shè)備底座內(nèi)腔填充降噪材料。本設(shè)備為模塊化結(jié)構(gòu)，整體裝置均為設(shè)備底座包裹為封閉整體，填充降噪材料能夠有效隔絕振動(dòng)噪音空氣傳播路徑，可對(duì)設(shè)備降振降噪。

通過(guò)空氣彈簧進(jìn)行隔阻減振，并在設(shè)備內(nèi)腔填充降噪材料，從噪聲傳導(dǎo)上能夠有效的實(shí)現(xiàn)振動(dòng)裝置的降噪。

3.2 程序控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)操作可知，振動(dòng)器工作產(chǎn)生噪聲同工作振動(dòng)頻率相關(guān)。當(dāng)振動(dòng)頻率在160 Hz時(shí)，噪聲約95 dB，當(dāng)振動(dòng)頻率在200 Hz時(shí)，噪聲約100 dB。頻率的遞升是激振力的增加，對(duì)不同混凝土量進(jìn)行振動(dòng)密實(shí)。

為有效解決多規(guī)格產(chǎn)品振動(dòng)，對(duì)振動(dòng)程序設(shè)計(jì)為不同頻率等級(jí)，做到一鍵啟動(dòng)。在設(shè)定頻率下，可以從100 Hz開(kāi)始，完成頻率遞升，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，最大程度保證振動(dòng)器工作平穩(wěn)性，激振力有效均勻傳遞。

操作面板顯示各機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)及各傳感器的狀態(tài)。振動(dòng)器啟?？刂疲喊聪隆罢駝?dòng)器運(yùn)行”按鈕，振動(dòng)器開(kāi)始運(yùn)行，初始頻率為100 Hz，按下“振動(dòng)器停止”按鈕，振動(dòng)器停止運(yùn)行。當(dāng)振動(dòng)器運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)需要按下所需對(duì)應(yīng)頻率值按鈕，則振動(dòng)器即按照相應(yīng)的頻率進(jìn)行振動(dòng)，實(shí)時(shí)的頻率會(huì)在觸摸屏上顯示。

對(duì)設(shè)備進(jìn)行工作狀態(tài)下振動(dòng)幅度模擬（如圖2），在140～260 Hz的工作頻率模擬出振動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)幅度值。根據(jù)模擬情況發(fā)現(xiàn)，高頻振動(dòng)設(shè)備振動(dòng)幅度并非隨著頻率的上升而線性上升，在200 Hz達(dá)到一個(gè)較高的振幅后，再繼續(xù)振幅上升。

通過(guò)模擬可知，在振動(dòng)頻率200 Hz時(shí)整個(gè)設(shè)備會(huì)有一個(gè)較高振幅（如圖3）。該振幅應(yīng)為設(shè)備共振頻率，程序中應(yīng)設(shè)定規(guī)避該頻率。根據(jù)折線圖，可將振動(dòng)器設(shè)計(jì)140～190 Hz頻率可調(diào)，并根據(jù)所需振動(dòng)混凝土密實(shí)情況將其設(shè)定為230～260 Hz。

通過(guò)程序控制振動(dòng)頻率，可將生產(chǎn)中振動(dòng)工藝的振動(dòng)頻率控制140～190 Hz頻率。在該頻率區(qū)域內(nèi)可將噪聲控制在90 dB以下，使現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境達(dá)到較為良好的狀態(tài)。

4結(jié)束語(yǔ)

該裝置滿足了異形構(gòu)件模具內(nèi)的混凝土構(gòu)件密實(shí)需求，也能有效控制噪聲，在設(shè)備未使用降噪措施時(shí)，正常工作噪聲長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到110 dB，工人難以長(zhǎng)時(shí)間正常工作，通過(guò)設(shè)計(jì)整改后，常規(guī)作業(yè)中短時(shí)間最大噪聲控制在95 dB。

本高頻振動(dòng)裝置通過(guò)振動(dòng)臺(tái)座與對(duì)正裝置給模具提供均勻的豎直向上的振動(dòng)力，鎖緊模具不偏移，不讓模具與振動(dòng)臺(tái)座分離，并且使激振力最大程度用于模具內(nèi)的布料有效振實(shí)，同時(shí)可以避免模具和振動(dòng)臺(tái)座的磨損?？諝忭斏b置是既用于模具頂升又用于緩沖振動(dòng)力，可避免振動(dòng)力對(duì)周邊設(shè)備設(shè)施影響，達(dá)到降噪降力的目的。

參考文獻(xiàn)

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