用于橋面板預制生產的新型排振機研究和設計

拾 松

（上海電氣研砼（徐州）重工科技有限公司， 江蘇 徐州 221000）

0 引言

當前國家大力推廣裝配式建筑， 且技術發展愈加成熟，因而裝配式橋梁也越發普及，但是生產設備的自動化程度仍然不高，主要工序仍是人工操作，不僅費時費力，且預制件質量水平因人而異，很難做到標準化生產。在橋面板的預制生產工序中，振搗工序尤為重要，直接影響到橋面板的最終質量，過振將引起混凝土分層離析，振搗不足則無法排出氣泡，導致混凝土強度下降，本文設計的這種全自動排振機，不但提高了生產效率，而且使得振搗標準化成為可能。

1 機械結構

如圖1 所示，排振機由主框架、行走模塊、升降排振模塊構成。 橋面板模臺由自動牽引車拖動，按照固定步進距離從排振機下通過， 排振機在步進停止間隙完成每一分區的振搗工序。

圖1 排振機結構圖和側視圖

行走模塊主要由行走框架、 變頻電機、 齒輪齒條組成，帶動所有升降排振模塊相對于橋面板模臺水平移動，從而在一定范圍內改變振搗棒相對于橋面板模臺內鋼筋間隙的插入位置，這樣配合橋面板模臺的步進距離，可以方便適應不同型號橋面板不同距離的鋼筋間隙， 這種靈活的設計便于日后的調試， 也考慮到了甲方可能提出的新要求。

升降排振模塊共有4 套， 每套都包含1 套升降模塊和1 套排振模塊。 升降模塊主要由同步雙伺服電缸，升降支架構成，而排振模塊安裝在升降支架上。排振模塊由16根高頻振搗棒組成。 當行走模塊配合橋面板模臺運動，使得橋面板鋼筋間隙位于振搗棒下方時候， 升降模塊帶動排振模塊下降， 以快插慢提的工作方式完成對橋面板預制件的振搗。

2 電控設計

本項目設計的排振機電控系統也參照機械設計，分為了行走、升降、排振三模塊控制相應的機械模塊，共用一臺西門子高端PLC 進行邏輯控制， 方便程序調試及后期可能出現的電控增刪。在實際工作中，首先將一整塊橋面板預制件劃分為多個振搗區域， 將振搗區域數據通過觸摸屏輸入排振機PLC， 在手動調整完畢排振機振搗棒間距后，開始自動排振，排振機PLC 與牽引車PLC 進行數據交換， 等待自動牽引車將橋面板模臺停在準確排振位置，隨后按照程序設計的升降速度、插入深度、振搗頻率、振搗次數及振搗時長，完成當前區域的振搗工序，然后命令牽引車步進，開始進行下一區域的振搗工序，如此重復，直至完成整個橋面板的振搗工序，從而加強了振搗工序的質量控制，保證了橋面板預制件的最終質量。

2.1 行走模塊電控設計

為便于排振機振搗棒更精準的對準由牽引車拖動的橋面板模臺內的鋼筋間隙， 排振機可以水平在一定范圍內移動，由于橋面板鋼筋間隙最小只有50mm，而振搗棒直徑約30mm，所以排振機行走模塊在執行行走動作時誤差不能超過10mm，并且考慮日后鋼筋設計間隙可能會改為更小數值，所以排振機行走誤差控制在2mm，利用變頻器控制電機慢速行駛， 并結合齒輪齒條預防可能發生的排振機行走輪打滑故障， 再利用編碼器實時反饋當前行走準確位置給PLC 進行運動控制， 實踐證明如此電控方式滿足精度要求。

2.2 升降模塊電控設計

在設計升降模塊時， 考慮到低慣量伺服電機雖然有著更佳的動態性能， 但是雙軸同步提升下降運動的設計要點一方面是平穩性，所以選擇了SIMOTICS 高慣量伺服電機，使用西門子SINAMICS V90 伺服驅動，二者組成了性能優越，易于使用的伺服系統；另一方面是同步性，所以選擇了CPU1515-2PN 高端CPU 作為排振機的主CPU， 通過高端CPU 的同步運動功能提高同步性，而且通過PN 通訊可以方便的與V90 伺服驅動進行數據交換，PLC 與眾多伺服驅動之間只需要1 根屏蔽網線連接， 省去了脈沖串PTO 方式控制伺服驅動的大量硬接線，極大的減少了布線工作量和后期維護難度。

為確保伺服電缸的電氣精度足夠且不會在控制系統斷電后丟失當前位置，伺服電機編碼器選用20 位+12 位多圈絕對值編碼器；同時因電缸做垂直升降運動，所以伺服電機必須搭配抱閘附件，確保靜止狀態下軸的穩定性。

2.3 觸摸屏設計

為了方便操作工對設備運行狀況進行監控， 操控及修改參數，排振機選用威綸通MT8102IE 觸摸屏作為人機界面，此款觸摸屏支持以太網通訊，只需接入排振機的主交換機端口，便可以與CPU1515-2PN 進行數據交換。

2.4 程序設計

排振機操作程序可以在手動操作、部件聯動、全自動之間進行切換， 手動操作模式下可以控制各個運動元件單獨動作，一般是用于調試或者排除故障；部件聯動模式下，幾個相關聯的運動元件一起協作完成部分復雜動作；全自動模式下， 排振機自動與模臺牽引車協作完成排振工序。

啟動全自動排振后，根據數據庫信息，排振機水平移動至配合此種型號模臺的排振位置， 隨后排振機PLC 命令牽引車拖動橋面板模臺至排振位置1 號位， 橋面板模臺就位后， 排振機根據數據庫中記錄的1 號區域振搗時長、振搗頻率等信息，完成1 號區域的振搗工序，然后命令牽引車拖動橋面板至排振位置2 號位， 開始進行2 號區域的振搗工序，如此循環，直至完成整塊橋面板的振搗工序后，命令牽引車將橋面板運輸至預養窯進行養護。

3 結束語

本項目設計全自動排振機已經在某交通集團的某橋面板生產基地投入使用， 實踐證明全自動排振機能夠極大提高振搗效率， 降低工人勞動強度并減少人為因素對生產質量造成的不可控影響， 對橋面板預制件標準化生產流程的推進有重要積極作用。