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        傳統管樁生產線的自動化改造研究

        2021-09-24 14:24:57

        傳統管樁生產線存在高能耗、高噪聲、高污染、作業安全隱患高、產品質量波動大等問題。近年來,國內相關企業通過技術合作,開展了管樁自動化生產線及裝備的研發,也取得了一定的進展。同時,隨著科學技術發展,我國管樁行業的勞動生產模式也發生了較大的轉變,很多管樁生產企業為進一步提高勞動生產效率,紛紛引進了自動化生產線,管樁生產質量和生產效率得到了很大提升,也有部分傳統管樁生產企業在原有生產線基礎上進行了自動化改造。

        本文結合實際改造案例,在考慮安全性、穩定性、生產效率基礎上,保持原有廠房布局不變,對既有管樁生產線進行自動化改造,以期為傳統管樁生產線的自動化改造提供參考。

        一、改造方案

        傳統管樁生產線人員的配置一般包含成型班組、鋼筋班組、蒸養和堆場班組、機電班組等。其中,成型班組單班配置40人左右,包括攪拌小組2人、前臺小組16人、后臺小組14人、離心小組1人、行車小組6人和班長1人。據實際產量統計,單班人員配置平均生產管樁235根/日(約2750m/日),如采用一天兩班制,月產量約15.4萬m,人均生產效率約為68.75m/(人·班)。

        由上述分析可知,傳統生產線成型班組人員配置最多的工位是前臺小組。 同時,前臺小組且存在工作區域狹窄、交叉作業較多、行車起落頻繁等安全隱患。因此,提高安全性是管樁生產線自動化改造的關鍵,本文以布料方式的自動化改造為核心,輔以其他工藝的自動化改造進行生產線的改造研究。布料方式的自動化改造目前主要有以下三種方式:第1種為先合模后泵送布料;第2種是長蓋模擋板布料;第3種是自動布料機布料。三種布料方式的自動化工藝改造的優缺點對比見表1。

        表1 三種自動化布料工藝對比

        表1 三種自動化布料工藝對比

        由表1可知,上述三種工藝各有優缺點。改造案例中的生產線為傳統循環3跨車間。其中,成型車間2跨,鋼筋加工車間1跨。根據管樁生產企業訂單情況,所生產的管樁以液壓錘擊施工為主,對其耐打性要求較高,管樁用混凝土抗壓強度需達到C80及以上。為盡可能地節約成本,初步選擇長蓋模擋板布料和自動布料機布料方案。

        考慮車間改造成本,現有車間的跨度為24m,可生產的管樁直徑為300~600mm,長度為5~15m。

        如選擇長蓋模擋板布料布料工藝,使用24m或者以上的長管樁模具來生產,需拆除較多的建筑物,且改造期間需停產。如選擇自動布料機布料工藝,可先進行一條布料線的改造,達到邊生產邊改造的效果,只需破碎布料線周圍的局部混凝土地面,無需拆除建筑物。

        綜合分析,選擇自動布料機布料工藝方式進行改造,改造前后的平面布置圖、改造立面圖分別見圖1、圖2。

        圖1 前臺改造前后的平面布置圖

        圖1 前臺改造前后的平面布置圖

        圖2 前臺自動化改造立面圖

        圖2 前臺自動化改造立面圖

        二、改造實施

        圍繞布料工藝的自動化改造,制定前臺自動化改造方案。平車由原先卷揚機拖動行走改造成鏈板機帶動管模行走。布料完成后,鏈板機將管模送到第二跨車間,使用自動合模機合模。合模完成后,自動張拉機對位,完成張拉工藝。在自動合模機合模的同時,第二條管模吊放到同一條鏈板機上面,自動布料機開始布料,鏈板機上可同時進行兩條管模的生產作業,效率較高。此外,布料、合模、張拉工序在同一條鏈板機上完成,無需起吊中轉管模,實現了布料場地和合模場地的分開,提高了生產過程中的安全性。布料、合模、張拉工序可實現全智能控制和無人操作。自動布料機連續完成五條管模布料后,移動至一端清洗,可以實現廢水集中收集,生產場地內無余料、無污水。

        2.1 基礎施工

        基礎開挖寬度為3m,基礎剪力墻的荷載按照20kN/m2設計,整個基礎為密閉空間,嚴禁有水滲入。同時,使用遮擋板進行遮蓋,嚴禁混凝土廢料或雜物掉進鏈板機和檢修通道內?;A混凝土強度等級為C30,澆筑完成后進行路軌和鏈板機的安裝,鏈板機路軌中心距為600mm、自動布料機和自動合模機路軌中心距為2350mm,安裝完成后自動布料機、自動校平機、自動合模機、自動張拉機就位,改造過程前后用時65d左右,如果連續不間斷作業,40d左右就可以完成改造。

        2.2 設備安裝

        (1)為減少行車吊放管模時對鏈板機的碰撞,需確保鏈板機、自動布料機、自動校平機、自動合模機、自動張拉機的中心線與行車的中心線平行。上述設備安裝精度越高,自動合模機探測管模兩側合模螺栓的位置就越精確,管樁成型質量就越好。

        (2)確保自動張拉機的軌道和自動合模機的軌道垂直。同時,為保證張拉工藝的質量,杜絕管樁端板傾斜等質量缺陷現象,自動張拉機的千斤頂中心線與管模張拉螺桿的中心線必須重合。

        (3)為保證自動布料機和管模的裙板吻合度、張拉精度和合模質量,鏈板機、自動布料機和自動合模機沿路軌長度方向的水平誤差需保證在0.5‰以內。

        2.3 設備優化

        (1)為保證混凝土均勻下料,自動布料機的布料斗下料口設置耐磨高強攪拌塊裝置,該設計比傳統的氣門開關下料和螺旋葉片下料更為先進(氣門開關下料很難掌控開口大??;螺旋葉片下料磨損快,成本高)。此外,耐磨高強攪拌塊采用合金鋼材料制造,攪拌塊厚度為10mm,設計使用壽命半年以上,維修成本較低。

        (2)下料口設置可調節的成型刮板,其開口大小可根據生產管樁的直徑來調整。在進行管樁兩端布料時,通過探測點設定,可以保證成型刮板貼合裙板的喇叭口邊,從而實現管模兩端的混凝土料比中間段飽滿,確保管樁成型質量。如混凝土坍落度偏大時,需適當延長成型刮料板停留時間。

        (3)自動布料機設置稱重計量顯示裝置。采用稱重減法來實時控制混凝土下料量,通過該裝置不僅可獲得管模使用的混凝土量,還可獲得管模任意位置的混凝土量, 從而避免管樁少料的質量缺陷。當混凝土的和易性較差時,可能出現混凝土的堆積在兩端的鋼筋骨架上面難以下到管模里面的情況,此時可采用振動棒插入振搗的方法來解決。

        三、應用效果

        3.1 布料

        以PHC500AB125-15管樁的生產為例,自動化布料線可減少兩名前臺人員,混凝土用量設定為392kg/m,下料速度設定為50kg/s,加密區頭部位置重量為425kg,加密區尾部位置重量為435kg,中間區域下料速度放慢,收料速度為200m/s,收料距離為1500mm,裙板寬度為190mm,成型板寬度為1250mm,檢測偏差距離為850 mm。實際生產效果表明,以此工藝參數下料,兩端混凝土料較飽滿,中間段混凝土料堆積情況較少。整條管樁布料時間約為6min。

        3.2 合模

        上模蓋好后,鏈板機將管模轉運到第二跨車間進行合模,自動校平機將管模調整至完全水平狀態后,自動合模機開始合模操作。利用紅外線定位螺栓位置后,風炮對準就位,上提螺栓。同時,上面風炮對準螺栓,待套筒套進螺母后,風炮自動打壓。一臺自動合模機可以實現雙邊8臺風炮同時作業,效率較高。由于無需改造和更換管模,該自動合模機適合舊管樁廠的改造。如果合模螺栓間距不等或合模螺栓間距相差太大(超過70mm),探測點難以實現單邊4臺風炮完全同時對準螺栓,自動合模機作業過程中易出現“漏打”問題,對于“漏打”螺栓,可采用人工擰緊(一般僅需1人操作即可)。

        由上可知,改造后合模人員從原來的4人減少至2人,且勞動強度大大降低。以PHC500AB125-15為例,改造后,一條舊管模的合模時間僅需4min。

        3.3 張拉

        合模完成后,自動張拉機開始自動對位(提前設置張拉工藝參數),并探測管模張拉螺桿的位置,自動調節位置。同時,千斤頂的外套筒頂至管模張拉端面,保持貼合,套筒螺母對準螺桿后自動鎖緊,開啟油缸,當壓力表數值剛剛開始顯示壓力時,停頓穩壓,自動連桿機構自動鎖緊大螺母,繼續升壓至設定壓力值,鎖緊張垃螺母穩壓10s后回油卸壓復位。根據實際生產需要,也可調整張拉程序,先預張拉至10%張拉控制應力,停頓穩壓后繼續張拉至100%張拉控制應力,根據第二階段張拉伸長量計算管樁的有效伸長量。此方法利用了壓力值和伸長量雙重技術參數來控制張拉過程,可得到較準確的預應力設計值,整個過程無人操作,張拉可在2~3min內完成。

        3.4 效果對比

        前臺改造完成后,完成一個管樁的生產大約需要8.5min,改造前后生產效率對比見表2(四條布料線)。

        表2 前臺自動化改造前后對比

        序號項目改造前改造后效果
        1成型班單班人數4029減少27.5%
        2單班平均日產量/m27503276提高19.1%
        3人均效率(m/人)68.75113提高64%

        四、結論

        (1)根據廠家生產情況的反饋,采用自動布料機布料工藝,配合使用鏈板機,自動校平機、自動合模機、自動張拉機在實際生產中具有很好的經濟效益。同時,較少了勞動力用量、提高了安全性,為管樁生產線的全自動化改造邁出了有力的一步。但前臺自動化工藝改造還存在以下需完善的工藝難點:①自動布料機布料兩端靠裙板位置仍存在少量漏料現象;②為適應不同螺栓間距管模的使用要求,避免杜絕“漏打”現象,自動合模機與管模的適應性還需提高;③為適應不同直徑張拉螺桿,自動張拉機與張拉螺桿的匹配度還需完善。

        (2)勞動力缺乏已經困擾了管樁行業多年,甚至一定程度上影響了管樁行業的發展,管樁自動化工藝的實現給行業帶來了生機,后期如何實現后臺自動拆模、清下模、自動裝鋼筋骨架等工藝的自動化改造將對管樁行業產生深遠的影響,也將促使管樁行業邁向全自動化、智能化、信息化生產管理方向發展。