新型機械式鋁合金模板振動除渣設備結構設計

劉 輝,汪世益,2,王子威

(1.安徽工業(yè)大學 機械工程學院,安徽 馬鞍山 243032;2.安徽工業(yè)大學宣城工程研究院,安徽 宣城 242000)

0 引言

鋁合金模板是指按一定模數(shù)制作設計，經(jīng)專用設備擠壓后制造而成的型材，并根據(jù)建筑結構圖紙尺寸配模生成后形成的模板系統(tǒng)。由于鋁合金模板在使用過程中優(yōu)勢顯著且應用范圍較廣，因此被廣泛應用于建筑工程領域。鋁合金模板系統(tǒng)1962年由美國專家學者發(fā)明，是新型的綠色、高效且可重復使用的混凝土建筑模板系統(tǒng)，已經(jīng)使用了50多年，在歐美、日韓等發(fā)達國家以及泰國、印度等新興工業(yè)國家的建筑工程領域得到了普遍使用[1-4]。我國大陸地區(qū)從20世紀80年代開始使用金屬混凝土模板，港澳地區(qū)也已經(jīng)使用了十多年。隨著鋁合金模板的大規(guī)模使用，暴露出了一些棘手的問題：鋁合金模板表面粘著砂未及時清理，待砂漿凝固再清理比較困難，清理時間過長，也會影響工期；粘著砂漿的鋁合金模板難以再次施加脫模劑，這很容易在地板或墻壁的混凝土表面上產(chǎn)生點蝕；多時不使用的粘結砂漿模板經(jīng)過清潔后會出現(xiàn)少量變形，從而使地板模具的安裝可能產(chǎn)生橫向位移，導致模板平直度、垂直度和其他偏差[5]。某些企業(yè)嘗試解決鋁合金模板現(xiàn)階段面臨的回收再利用問題，各企業(yè)清理鋁合金模板表面砂漿的方法各不相同，據(jù)不完全統(tǒng)計有人工清理、拋丸(砂)清理、藥劑浸泡清理(化學清理)和高壓水清理等。

本文根據(jù)振動除渣原理，提出一種新型機械式鋁合金模板振動除渣設備，該設備通過利用機械共振的技術來清除鋁合金模板表面的水泥砂漿，為金屬混凝土模板的表面除渣和使其能夠快速重復使用提供可靠的技術支持。

1 鋁合金混凝土模板振動除渣可行性分析

1.1 鋁合金混凝土模板振動除渣的理論依據(jù)

表面粘附有混凝土殘渣的鋁合金混凝土模板在振動設備中被激振后，由于材質(zhì)不同，鋁合金混凝土模板與附著的混凝土殘渣層產(chǎn)生的變形不一致，導致混凝土殘渣層從鋁合金混凝土模板的附著面分離剝落。根據(jù)機械共振原理，鋁合金混凝土模板放置在振動框內(nèi)，跟隨振動框上下振動，在振動框的振動過程中不斷地趨于鋁合金混凝土模板的固有頻率，模板振動劇烈，產(chǎn)生相較于表面附著混凝土殘渣不同的形變，使得水泥殘渣從鋁合金混凝土模板表面剝離[6]。

1.2 鋁合金混凝土模板共振的工作原理

圖1為單自由度系統(tǒng)在簡諧激勵作用下的強迫振動理論模型，受到簡諧激勵力F=F0sinωt的擾動(F0為激勵力幅，ω為激勵力角頻率，也稱激振頻率[7，8])。振動系統(tǒng)的運動微分方程式為：

圖1 簡諧振動系統(tǒng)模型

(1)

其中：m為系統(tǒng)質(zhì)量；k為系統(tǒng)彈簧剛度；c為系統(tǒng)阻尼；x為系統(tǒng)位移。

式(1)的特解即強迫振動為：

x=Xsin(ωt-φ).

其中：X為強迫振動振幅；φ為初相位。

圖2 幅頻特性曲線

圖2中，A0、B0分別為鋁合金混凝土模板和混凝土殘渣的初始位置，Amax、Bmax分別為鋁合金混凝土模板和混凝土殘渣的振幅，ωn1、ωn2分別為鋁合金混凝土模板和混凝土殘渣的固有頻率，即共振頻率。

當ω=ωn1時，振動系統(tǒng)的外激勵頻率等于鋁合金混凝土模板的固有頻率，鋁合金混凝土模板發(fā)生共振，其變形較大。此時振動系統(tǒng)的外激勵頻率未達到混凝土殘渣共振頻率，其未產(chǎn)生變形，鋁合金混凝土模板的變形遠大于混凝土殘渣的變形，因此混凝土殘渣從鋁合金模板的表面剝離。

當ω=ωn2時，振動系統(tǒng)的外激勵頻率等于混凝土殘渣的固有頻率，混凝土殘渣發(fā)生共振，其變形較大。此時振動系統(tǒng)的外激勵頻率遠大于鋁合金混凝土模板的共振頻率，其未產(chǎn)生變形，混凝土殘渣的變形遠大于鋁合金混凝土模板的變形，因此混凝土殘渣從鋁合金模板的表面剝離。

2 鋁合金模板振動除渣設備整體結構設計

根據(jù)對振動除渣的原理分析，設計了振動除渣設備整體結構，主要由整體機架、激振系統(tǒng)、電機等組成，其三維模型如圖3所示。該設備的激振系統(tǒng)主要采用曲柄連桿式振動方式，可實現(xiàn)鋁合金模板的上下往復振動。激振系統(tǒng)的曲軸由電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，連桿的末端裝有振動框，鋁合金模板在振動框內(nèi)上下往復振動，完成整個振動除渣的過程。

振動除渣工藝過程如下：將待處理的鋁合金模板放入機架艙的模板放置處，然后關閉艙門，通過振動源電機帶動曲軸及連桿運動，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為振動框及其組件的上下往復運動而壓縮彈簧，振動框拋起在機架艙中的鋁合金模板，使鋁合金模板獲得一定的能量，在振動框往復運動以及下落的過程中對模板放置處產(chǎn)生沖擊，從而達到清除水泥殘渣的目的。

1-電機；2-聯(lián)軸器；3-曲軸；4-軸承座；5-連桿；6-彈簧；7-機架艙；8-附著混凝土殘渣的鋁合金模板；9-艙門；10-模板放置處；11-振動框及組件

3 結語

新型鋁合金模板振動除渣設備是一種創(chuàng)新工藝，該設備在提高鋁合金模板的除渣效率與效果的同時結構更加簡單，符合目前鋁合金模板的除渣要求和鋁合金模板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。該設備極大地降低了工人勞動強度，可更好地實現(xiàn)鋁合金模板除渣的自動化，解決了鋁合金模板附著水泥殘渣影響循環(huán)使用的問題，減少了人工、高壓水、噴丸，化學等除渣方式的高額成本，為鋁合金模板在建筑領域的快速發(fā)展提供了保障。