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        傳統管樁、方樁生產線的設備改造

        2018-10-16 13:10:46

        預應力混凝土管樁成規模在中國生產至今已有20多年的歷史。管樁包括離心方樁生產線從無到有,陸陸續續建成并投入生產的有300多家,年總產能達到3億m。由于受到諸多主客觀因素的影響與制約,早期建成的生產線,按現在的標準要求來衡量,許多生產線都難以達標。

        一般來說,傳統生產線存在以下幾方面的問題:①生產效率不高,用人多,自動化程度低;②生產過程容易發生安全事故,在生產線設計之初沒有充分考慮安全生產,只有在生產過程靠管理嚴格,安全事故則相應會減少;③自GB 13476-2009《先張法預應力混凝土管樁》新管樁標準頒布之后,全國各地陸續取消了薄壁樁。工程設計都采用厚壁樁,特別是離心方樁加大壁厚后,方樁混凝土的填充系數要大于管樁(混凝土填充系數為成型后的混凝土截面積與樁外形面積之比)(如表1所示)。傳統生產線的混凝土喂料方式根本無法滿足GB 13476-2009標準的要求,從實際生產中得知,當樁的混凝土填充系數大于等于0.7時,喂料的難度就很大,生產出來的產品缺料現象嚴重;④喂料區、離心區生產環境差,混凝土浪費大,喂料工人多,而且勞動強度大;⑤產品質量不佳。壁厚不夠,合縫漏漿現象普遍存在,產品不美觀。

        表1 各規格管樁、方樁混凝土填充系數

        項目

        GB 13476-2009?10G409《先張法預應力混凝土管樁》

        2013浙G35《預應力離心混凝土空心方樁》

        規格型號/mm400×95500×100500×125600×110600×130300/130350/170400/220450/260500/310
        填充系數0.720.640.750.600.680.850.810.760.740.70

        面對新標準、市場對產品要求的不斷提高以及生產制造成本不斷上漲的壓力,對傳統生產線的技術改造已經勢在必行。但是,如何改造,要求投入多少資金以及改造后能達到怎樣的效果?還需要技術人員與生產人員共同研究、周密籌劃。

        2015年3月,經過近兩個月的時間,改造了一條傳統生產線,較圓滿地完成了任務。又通過一個月的生產磨合,生產員工適應了改造后的生產線,也將其優勢充分發揮出來,完全達到了預期的目標?,F將改造過程和結果與大家分享。

        一、改造前生產車間的基本情況

        該生產車間為2007年建成投產,車間為東西走向,長78m,南北寬44m,雙跨循環式生產線。車間的北面為砂石料堆場,混凝土攪拌站也設置在車間的北面靠東1/3處,東面、南面為產品堆場,西面為道路。

        設備配置情況:①雙階式混凝土攪拌站一座,配1.5m3雙臥軸攪拌機1臺,水泥儲罐2個(儲量100t/個),摻合料儲罐1個(儲量100t/個),碎石儲料、稱料斗2套,可以分別稱量大小碎石,砂儲料、稱料斗1套,外加劑儲罐2個,可儲存20t外加劑;②喂料系統,旋轉分料器1臺、喂料車2臺,模具移動平車2臺。③Ф300-600-15m離心機3臺、Ф800-15m離心機1臺,交流電機、變頻器調速;④QE(7.5+7.5)-20.5m雙梁雙小車橋式起重機4臺(1跨各2臺);⑤PC鋼棒切斷機1臺、鐓頭機2臺、管樁Ф300-600滾焊機1臺;⑥蒸養池8個;⑦出池軌道及小車1套;⑧出樁軌道及小車1套;⑨300t張拉機1臺;⑩103m/min水冷式螺桿空壓機2臺;?400kWA配電房1座。

        圖1和圖2分別為改造前和改造后的管樁生產平面布置圖。

        改造前的管樁生產平面布置圖

        圖1 改造前的管樁生產平面布置圖

        改造后的管樁生產平面布置圖

        圖2 改造后的管樁生產平面布置圖

        二、通過技術改造期望能達到的目標

        (1)改變原有的喂料方式,減小喂入管樁模具中的混凝土容積。用傳統方式喂料時,松散混凝土的容積大,對于厚壁樁有可能不能把原先設計的混凝土量全部喂入模具中,造成樁缺料和材料浪費。采用新式的喂料設備,能增加混凝土密實度,減少甚至杜絕混凝土散落出模具外,盡可能地減少人工鏟混凝土。當喂料結束后,上模蓋到下模上,模邊間隙要盡可能得小,最好是能緊貼在一起,便于擰緊合模螺絲,確保合模后模具的圓整度,減少模具的變形。

        (2)根本上解決管樁和離心方樁缺料、合縫漏漿的問題,確保產品的外觀和內在質量。

        (3)減少部分人工操作,由機器替代,讓工人操作崗位的位置避免與行車運行路徑交叉,確保員工的人身安全。

        (4)最大限度地發揮設備的產能,以便提高生產效率。

        (5)改善生產車間的工作環境,減少材料浪費,減少生產廢料的產生。

        三、技術改造

        (1)混凝土喂料系統的改造

        拆除原有的旋轉分料器、混凝土喂料車,將原先在地面下40cm的模具平車軌道升至地平以上(車間±0.00以上)。在攪拌機出料口的正下方安裝一個儲料斗,儲料斗下方與一臺螺旋輸送機相連,螺旋輸送機兩端各有一個出料口。通過控制螺旋的旋轉方向來控制混凝土的出料方向。螺旋輸送機的出口各接一條溜管,溜管出口處裝有可自由升降的導料槽,導料槽可以根據不同規格的模具調節寬度。螺旋輸送機安裝在一工作平臺上,有這個工作平臺便于設備的清洗和維修。在兩條喂料線的中間,螺旋輸送機的斜下方,安裝控制臺,喂料工可以坐著進行操作。

        在兩條喂料線的外側增加1條軌道,專門用于擰螺絲合模(稱為合模線)。喂料完成的模具,蓋上上模后就吊到合模線上,由一組4名工人進行擰螺絲合模。這樣可以減少喂料線等待空模的時間,提高喂料效率。另外,改變了原來模具不動,人走動的合模方式,改為模具走動,人基本不動的方式。操作員工站在車間中間立柱附近位置擰螺絲,避開了行車吊有重物時的行進路線,員工安全有了保障,且生產效率不受影響。

        這三條線的卷揚機都裝有變頻器,員工可以根據實際需要進行調速。

        兩條喂料線軌道從攪拌站向北延伸了15m,并新建鋼結構房。喂料方式改為:混凝土出料口不動,模具移動的方式。

        (2)鋼筋加工系統的改造

        原先PC鋼棒切斷、鐓頭以及鋼筋骨架的滾焊在車間的東面,現在把這些設備都放置在車間西面。首先將PC鋼棒切斷機放置在車間西面靠山墻處,在車間的南面外部新建12m×18m的鋼結構臨時房,并安裝5t的單軌吊機。這個新建的鋼結構房用于放置PC鋼棒放料盤,堆放PC鋼棒。緊靠切斷機往東布置兩臺鐓頭機、兩臺滾焊機,其中,一臺是管樁滾焊機,新增一臺方樁滾焊機。

        對管樁滾焊機進行改造,改為自動脫骨架和小車自動快速返回,這樣可以減少人員配置,減輕工人的勞動強度,提高生產效率。

        這樣的布置可以使滾焊好的鋼筋骨架離拆模裝骨架區最近,生產工序也順暢,車間內堆放鋼筋骨架的地方大了,PC鋼棒原材料也就不需進入車間堆放。

        (3)起重機的改造

        對車間內的4臺起重機中的3臺加裝自動夾具。離心機蒸養池上的兩臺加裝無大鉤的自動夾具(只需抓上模跑輪即可),并對養護池蓋進行改造,全部加裝可適用于自動夾具的裝置,同時對缺保溫材料的池蓋添加保溫材料。

        在喂料合模區的起重機加裝有大鉤的自動夾具,這樣原先許多需要人工掛鉤的工作都由自動夾具替代了,揭上模、吊底模、合上模等工作都由這臺起重機的自動夾具完成。

        (4)新增上模清理支架

        在原先鋼筋加工堆放鋼筋骨架的區域,喂料線的東側,新增上模清理支架。脫模后的上模,不需在地面上翻轉,直接吊上支架并排放置,然后,工人在支架下對模具進行清理和噴涂脫模劑。

        四、投入的改造資金和改造時間

        表2 為投入的改造資金和改造時間。

        序號項目或設備名稱金額/元時間/d
        1喂料系統設備3000015
        2喂料系統鋼結構及土建4400025
        3鋼筋加工設備17200015
        4鋼棒堆放區鋼結構及土建6000025
        5蒸養池蓋的改造1200015
        6自動夾具1500007
        7上模清理支架1200010
        8合計480000-

        五、改造后的生產效率、安全及產品質量

        (1)通過技術改造基本解決了傳統生產線喂料難的問題,提高了生產效率。改造前這個車間每班最多只能生產80?90根,生產的產品規格為Ф400mm、Ф500mm、Ф600mm,其中要生產Ф400mm×95mm、Ф600mm×130mm的厚壁樁很困難,而且產品缺料、露石、漏漿現象比較嚴重。改造后現在單班產量正常保證在150?160根,最多時產量達到167根。產品規格除了Ф400mm、Ф500mm、Ф600mm之外,還增加了350mm×350mm(170mm)、400mm×400mm(220mm)離心方樁,生產效率提高近80%。

        生產效率的提高主要得益于喂料方式的改變以及新型喂料設備的使用。原先一根管樁的喂料時間將近5min,喂料小車喂入模具后還需要人工鏟料。如果是厚壁樁,鏟料的工作量會就更大,耗費的時間更長?,F在無論是薄壁樁還是厚壁樁,喂料時間只需2min左右,喂料一次成型,工人只需對兩端進行插搗,中間部分直接清掃一下,然后在企口槽內放入密封繩即可合上模。這樣的喂料方式大大減 輕了工人的勞動強度,提高了工作效率,而且合上模后,上模的模邊與下模的模邊基本是疊合在一起,在合模擰螺絲時也輕松了許多,也容易合好?,F在不僅樁身合縫漏漿基本杜絕,而且合縫也比以前細很多。

        (2)通過工藝布局的調整和自動夾具的使用,使整個生產更加安全。原來沒有使用自動夾具,在離心成型、張拉、蒸養池、裝拆模以及喂料區都是人工掛鉤,不僅用人多,速度慢,而且還不安全,出現事故的風險很大?,F在使用了自動夾具,省去了掛鉤工,速度也快了許多,并且生產安全了許多。另外,合模方式的改變和上模清理支架的使用也使生產效率和安全獲得提升。

        (3)產品質量比以前大幅度提高,生產成本大幅度下降。在改造前,產品出現大量的壁厚不夠、合縫漏漿、樁套箍漏漿,甚至還有內壁嚴重露石等質量問題,比率在50%?60%。產品發到工地,當遇到工地地質硬一些又出現大量爛樁情況,嚴重的被客戶、施工單位清退出場。改造之后現在生產的產品上述缺陷得到了根本性的解決。

        現在生產的樁壁厚符合標準,甚至還略厚3?5mm;合縫漏漿現象幾乎杜絕,偶然出現長度也是小于30cm,符合標準要求;樁套箍漏漿也是有明顯的改善?,F在產品的合縫纖細、壁厚均勻、內壁光滑、產品美觀。

        產品外觀質量顯著提高的同時,產品的內在質量也是大幅度地提升。原先施工損樁率達1‰?2‰,現在只有0.5‰?,F在每月發樁量在 5?6萬m,一般出現2?3根樁破損,有時還不出現損樁。產品質量得到了客戶的認可。

        經改造后,生產過程中原材料的浪費大大降低。原先每班每天倒掉的報廢混凝土一般有5t裝載機1?2斗,現在只需人力小車1車。改造后的綜合制造費用比原先要下降3?4元/m,按單班年產量60萬m計算,年節約180萬?200萬元生產成本。

        六、結語

        (1)傳統的管樁生產線通過適當的工藝技術改造,生產效率、安全、環境及產品質量都可以得到提升,生產成本有所下降,投入一定的資金進行改造是值得的。

        (2)混凝土攪拌站、喂料系統是改造的重點,要突破傳統工藝的束縛,尋找到符合自身實際的方法,力求做到投入少、效益高。

        (3)改造時一定要對安全生產和生產環境問題進行仔細研究,從源頭上避免不安全生產操作。

        (4)通過技改可以達到減少浪費降低生產成本的目的,按年度計算,經濟效益可觀。