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        管樁模具自動扶正裝置的研發

        2019-06-05 11:17:26

        目前,混凝土管樁作為一種新興的水泥制品,廣泛的應用于各種基礎建設工程領域。管樁模具是由上下兩個半圓筒狀模具組成、上下兩半模具通過螺栓鎖緊、采用離心法生產制得。為了提高模具的結構強度,在模具外表面沿其軸線方向均勻分布有環狀加強筋板,各加強筋板分別設置于模具的外周截面上,模具外表面沿其軸線方向還分布有便于離心的多個跑輪。在模具的下模具上通過銷軸鉸接固定有多只模具螺栓,當將上模具與下模具合上時,需要將下模具上的模具螺栓翻轉至上模具模邊的凹槽內,之后將模具螺栓鎖緊,使上、下模具緊固在一起形成圓筒狀模具。在管樁的生產過程中,模具各道工序轉運的過程中,由于起重機械和其它轉運機械的精度等原因,會造成模具的上、下模具的合口部位與水平面呈一定的傾斜角度。在模具的傾斜姿態下,合口低于水平線的部位,扶上去的模具螺栓在重力的作用下易落下,增加了工人重復扶螺栓的勞動強度,在起吊轉運過程中給吊運設備造成一定的難度,同時在生產線各工序實現自動化發展時,由于位置的不確定性導致無法準確定位和檢測。因此,如何設計一種可以解決上述技術問題的模具校正裝置及校正系統,是此團隊潛心研究的課題。

        管樁泵送設備

        一、試驗設計

        本課題的目的在于提供一種模具校正裝置及校正系統,其可以實時檢測模具的合口是否與水平面傾斜,并能在傾斜時快速將模具校正回與水平面平行,其結構設計簡單,使用方便。

        為了實現上述目的,通過工作原理設計校正裝置的結構和控制系統,設計選型依據生產線模具的重量、運行方式,各工序轉運動作,詳細分析計算;

        生產線模具

        圖1 生產線模具

        計算轉動慣量:J=m(R2+r2)/2

        質量:m(kg)

        外圓筒半徑:R(m)

        內圓筒半徑:r(m)

        對y回轉軸的轉動慣量:Jy(kg·m)2

        電機輸出轉矩:T=J*ε

        角加速度:ε=1

        電機功率計算公式:

        P=TDωD/1000

        ωD=πnD/3

        P—所需電動機功率,kw

        TD—電動機轉矩,N·m

        nD—電動機轉速,r/min

        ωD—電動機角速度,rad/s

        表1 電機減速比選型表

        需要管模轉動速度v=0.65r/min
        速比1(滾筒和跑輪)n1=10.5
        速比2(鏈輪傳動)n2=1.35
        電機轉速V電機=1440r/min

        選型速比:n=V/v/n1/n2

        根據計算結果,選擇電機(如圖2):對此裝置的驅動系統和檢測機構選擇完成后,對整體機構進行優化完善設計。整體機構包括安裝于小車上用于檢測模具合口傾斜角度并將模具狀態反饋給驅動機構的檢測機構,小車的平臺上表面沿前后方向安裝有至少2個用于放置模具的輥筒,其中1個輥筒連接有可使其轉動的驅動機構,驅動機構根據檢測機構反饋的檢測結果執行工作,當檢測機構檢測到模具合口傾斜時,驅動機構帶動模具轉動至合口與水平面平行為止。

        電機減速機選型手冊

        圖2 電機減速機選型手冊

        二、基本原理

        小車的平臺上表面前、后位置通過軸承座安裝有至少2個輥筒。驅動機構包括安裝于小車上的電機,電機的輸出軸上安裝鏈輪,與驅動機構連接的輥筒一端連接驅動輔助鏈輪,主鏈輪與輔助鏈輪通過鏈條連接在一起,采用三相異步交流電機驅動(如圖3);

        設計和使用實例

        圖3 設計和使用實例

        檢測機構采用傳感器及滑動控制機構,傳感器安裝于滑動控制機構上,傳感器通過滑動控制機構沿模具前后方向往復掃描,并將掃描信號傳送給電機,電機根據掃描信號執行工作,滑動控制機構采用直線模組,傳感器安裝于直線模組的滑臺上,輔助設計采用了清理傳感器灰塵的吹氣裝置,吹氣裝置與電磁閥連接,吹氣裝置通過電磁閥控制,安裝于位于小車一側,直線模組安裝于底座上,底座上連接有支撐板,吹氣裝置安裝于支撐板上(如圖4)。

        檢測系統設計視圖

        圖4 檢測系統設計視圖

        此裝置及控制系統包括,安裝于多輛小車上的多個的模具校正裝置,模具放置于多個模具校正裝置上進行工作(如圖5)。

        實際使用實例

        圖5 實際使用實例

        采用上述方案后,當模具轉運至此工序時,此裝置及自動控制系統在升降小車上設置檢測機構,可以實時檢測放置在小車上的模具的合口與水平面的傾斜角度,并將檢測的小車狀態反饋給驅動機構,由驅動機構根據檢測結果進行正反轉運動或者停止,當檢測到傾斜角度不等于零時,即由驅動機構帶動模具轉動,使模具合口與水平面的夾角為零,從而有效防止了模具在其合口與水平面呈傾斜狀態下模具螺栓易落下的問題,省去了工人重復扶模具螺栓,降低勞動強度,同時自動起吊轉運時定位準確,方便檢測抓取,提高了工作效率,此機構整體結構設計簡單,使用方便。

        三、結語

        混凝土管樁傳統生產工藝比較成熟,屬于勞動密集型,高強度生產模式,隨著社會的發展,勞動結構的變化,此種生產模式的生產成本在逐漸增加,另外此種結構的勞動力也越來越缺乏,所以,作為混凝土管樁生產企業要生存,生產工藝的改進、生產模式的升級刻不容緩,生產工藝的改進和升級自動化的設備是必不可少,自動化設備的應用相對目前的生產工藝和生產模式,對傳統的生產線本身設備的改進和增加輔助機構調整和提升生產線整體精度勢在必行,模具轉運作為生產過程最為重要的環節,對模具校正裝置和整體控制系統的研究開發也是大勢所趨。

        模具校正裝置及系統的研究,對于混凝土預應力管樁生產過程整體的生產工藝、員工的勞動強度,生產效率有較大影響;對實現生產工藝自動化、單工序自動化設備的安裝提供條件,為整體工藝自動化的改進和提升奠定基礎。