管桩模具校正装置及校正系统的研究及应用

马进元，王伟，安雄飞，刘军

（建华建材（中国）有限公司 江苏 镇江 212000）

0 引言

目前，混凝土管桩作为一种新兴的水泥制品，广泛的应用于各种基础建设工程领域。管桩生产模具是由上下两个半圆筒状模具组成、上下两半模具通过螺栓锁紧、采用离心法生产制得。为了提高模具的结构强度，在模具外表面沿其轴线方向均匀分布有环状加强筋板，各加强筋板分别设置于模具的外周截面上，模具外表面沿其轴线方向还分布有便于离心的多个跑轮。在模具的下模具上通过销轴铰接固定有多只模具螺栓，当将上模具与下模具合上时，需要将下模具上的模具螺栓翻转至上模具模边的凹槽内，之后将模具螺栓锁紧，使上、下模具紧固在一起形成圆筒状模具。在管桩的生产过程中，模具各道工序转运的过程中，由于起重机械和其它转运机械的精度等原因，会造成模具的上、下模具的合口部位与水平面呈一定的倾斜角度。在模具的倾斜姿态下，合口低于水平线的部位，扶上去的模具螺栓在重力的作用下易落下，增加了工人重复扶螺栓的劳动强度，在起吊转运过程中给吊运设备造成一定的难度，同时在生产线各工序实现自动化发展时，由于位置的不确定性导致无法准确定位和检测。因此，如何设计一种可以解决上述技术问题的模具校正装置及校正系统，是此团队潜心研究的课题。

1 试验设计

本课题的目的在于提供一种模具校正装置及校正系统，其可以实时检测模具的合口是否与水平面倾斜，并能在倾斜时快速将模具校正回与水平面平行，其结构设计简单，使用方便。

图1 生产线模具

计算转动惯量：J=m(R2+r2）/2

质量m（kg)

外圆筒半径R（m)

内圆筒半径r（m)

对y回转轴的转动惯量Jy（kg·m2）

电机输出转矩 T=J*ε

角加速度ε=1

电机功率计算公式：

随着直流输出型能源和直流负载的日趋增加,共直流母线分布式发电方案将会得到进一步推广。本文针对目前还较少被报道的光伏直流模块的防孤岛控制进行了研究,旨在进一步完善共直流母线分布式发电系统的理论体系,并提升其实际应用价值。文中分析了孤岛效应,并详细介绍了所提出的基于注入电流扰动法的防孤岛控制策略。进一步地,搭建了一台基于“Boost+FB-LLC”隔离型功率变换方案的光伏直流模块,并在孤岛实验平台上验证了本文所提出的防孤岛控制策略的有效性。

P=TDωD/1000

ωD=πnD/3

P—所需电动机功率，kw

TD—电动机转矩，N·m

nD—电动机转速，r/min

ωD—电动机角速度，rad/s

表1 电机减速比选型表

选型速比：n=V/v/n1/n2

根据计算结果，选择电机（如图2）：

对此装置的驱动系统和检测机构选择完成后，对整体机构进行优化完善设计。整体机构包括安装于小车上用于检测模具合口倾斜角度并将模具状态反馈给驱动机构的检测机构，小车的平台上表面沿前后方向安装有至少2个用于放置模具的辊筒，其中1个辊筒连接有可使其转动的驱动机构，驱动机构根据检测机构反馈的检测结果执行工作，当检测机构检测到模具合口倾斜时，驱动机构带动模具转动至合口与水平面平行为止。

图2 电机减速机选型手册

2 基本原理

小车的平台上表面前、后位置通过轴承座安装有至少2个辊筒。驱动机构包括安装于小车上的电机，电机的输出轴上安装链轮，与驱动机构连接的辊筒一端连接驱动辅助链轮，主链轮与辅助链轮通过链条连接在一起，采用三相异步交流电机驱动（如图3）；

图3 设计和使用实例

检测机构采用传感器及滑动控制机构，传感器安装于滑动控制机构上，传感器通过滑动控制机构沿模具前后方向往复扫描，并将扫描信号传送给电机，电机根据扫描信号执行工作，滑动控制机构采用直线模组，传感器安装于直线模组的滑台上，辅助设计采用了清理传感器灰尘的吹气装置，吹气装置与电磁阀连接，吹气装置通过电磁阀控制，安装于位于小车一侧，直线模组安装于底座上，底座上连接有支撑板，吹气装置安装于支撑板上（如图4）。

图 4 检测系统设计视图

此装置及控制系统包括，安装于多辆小车上的多个的模具校正装置，模具放置于多个模具校正装置上进行工作（如图5）。

图5 实际使用实例

采用上述方案后，当模具转运至此工序时，此装置及自动控制系统在升降小车上设置检测机构，可以实时检测放置在小车上的模具的合口与水平面的倾斜角度，并将检测的小车状态反馈给驱动机构，由驱动机构根据检测结果进行正反转运动或者停止，当检测到倾斜角度不等于零时，即由驱动机构带动模具转动，使模具合口与水平面的夹角为零，从而有效防止了模具在其合口与水平面呈倾斜状态下模具螺栓易落下的问题，省去了工人重复扶模具螺栓，降低劳动强度，同时自动起吊转运时定位准确，方便检测抓取，提高了工作效率，此机构整体结构设计简单，使用方便。

3 结语

混凝土管桩传统生产工艺比较成熟，属于劳动密集型，高强度生产模式，随着社会的发展，劳动结构的变化，此种生产模式的生产成本在逐渐增加，另外此种结构的劳动力也越来越缺乏，所以，作为混凝土管桩生产企业要生存，生产工艺的改进、生产模式的升级刻不容缓，生产工艺的改进和升级自动化的设备是必不可少，自动化设备的应用相对目前的生产工艺和生产模式，对传统的生产线本身设备的改进和增加辅助机构调整和提升生产线整体精度势在必行，模具转运作为生产过程最为重要的环节，对模具校正装置和整体控制系统的研究开发也是大势所趋。

模具校正装置及系统的研究，对于混凝土预应力管桩生产过程整体的生产工艺、员工的劳动强度，生产效率有较大影响；对实现生产工艺自动化、单工序自动化设备的安装提供条件，为整体工艺自动化的改进和提升奠定基础。