一種自動化液壓分體式管廊模具研究①

黃宇 李屹 吳兵 楊靜 賈登忠

（1貴州大學機械工程學院貴州貴陽550025；2貴州中昇東浩科技有限公司貴州貴陽550025）

近年來，隨著中國城鎮(zhèn)化建設快速發(fā)展，城市地下空間需要更好地管理。地下綜合管廊也稱為“地下宿舍”，是一種集中容納地下各種管線的公共空間［1］。目前，管廊生產(chǎn)方式主要有現(xiàn)澆和預制兩種。現(xiàn)澆工藝較為成熟，但存在施工工期可控性較差，質(zhì)量管控難度較大，現(xiàn)場施工條件限制等弊端，現(xiàn)澆式的缺點開始日益凸顯［2］。而預制混凝土分體管廊生產(chǎn)不受環(huán)境、天氣和季節(jié)的影響，能夠很大程度上縮短工期，減少施工對環(huán)境、交通和居民的影響，逐漸成為一種趨勢。

目前預制混凝土分體管廊有對分式和四六分式，但需要人工操作，存在管廊拼接不便捷、精度不夠等問題。而預制混凝土液壓蓋板式分體管廊是一種全新的管廊結構，由倉體和蓋板連接組合而成，能有效解決其它分體式管廊存在的受力、安裝精度、效率等問題。因此，預制液壓蓋板式分體管廊模具發(fā)展前景廣闊，是蓋板式分體管廊的必要條件。隨著預制管廊構件市場需求的增加，蓋板式分體管廊模具需求也進一步提高［3-4］。

1 自動化液壓分體式管廊模具研究目的

預制混凝土液壓蓋板式分體管廊模具的設計性能和精度對管廊質(zhì)量的品質(zhì)和管廊制造周期起關鍵作用。作為混凝土預制分體管廊構件的生產(chǎn)廠家，減少制造管廊的人工成本對降低生產(chǎn)廠的資本投入十分重要，并且可以提高管廊模具的自動化程度。當前，城市地下管廊模具為對分式分體管廊模具，該模具在混凝土澆筑完成后，往往需要人工脫模，管廊質(zhì)量不能得到較好保障，直接導致后期的管廊維護需要較高的成本；并且對分式分體管廊模具質(zhì)量大、人工操作困難、效率低等問題極易延誤生產(chǎn)工期。基于上述問題，在研發(fā)預制混凝土液壓蓋板式分體管廊模具時，考慮了對分式分體管廊模具的優(yōu)缺點，針對性設計的液壓蓋板式分體管廊模具，實現(xiàn)了生產(chǎn)的高度自動化和管廊安裝快速且精度高，加快了城市地下管廊建設的進程，提高了管廊的生產(chǎn)效率和精度。

2 分體式管廊模具結構特點及液壓裝置

2.1 蓋板式管廊結構設計

本文設計的管廊結構為雙倉式［5］，圖1為其結構示意圖，蓋板部分模具簡單，主要設計管廊倉體部分模具結構。

圖1 管廊結構圖

2.2 管廊模具的關鍵部件設計

液壓蓋板式分體管廊模具的結構如圖2所示，關鍵部件包含：①內(nèi)模頂板；②側模板；③端模；④內(nèi)模板；⑤頂部支撐架；⑥底座。

圖2 液壓蓋板式分體管廊模具

液壓動力裝置如圖3所示。本研究管廊模具為液壓蓋板式分體結構，在確保模具各個部件定位精度高和裝配快捷的要求滿足外，分別設計①內(nèi)模頂板、②側模板、③端模、④內(nèi)模板、⑤頂部支撐架、⑥底座為分體式結構。管廊模具各部件都是組合結構，裝配迅速和脫模方便，相對于傳統(tǒng)的對分式分體管廊模具，大大縮減了時間，但是由于是組合式機構，管廊模具結構復雜，向模具傾注混凝土時模具結構密封性能和剛強度可能需要更多考慮。管廊模具結構裝配時可用鋼棒連接，縫隙處用專門的止水膠條連接；為保證管廊模具的剛度和強度滿足設計要求，特別是承重的內(nèi)模頂板、底座和受側壓力的側模板部分，利用計算機仿真軟件進行仿真，獲取理論數(shù)據(jù)，從而避免在傾倒混凝土和振搗過程中，管廊模具因剛強度不足，側模板漲模或其它因素引發(fā)模具失效問題［6］。

圖3 斜盤式軸向柱塞馬達

在管廊制造完成之后，為縮短開合模機構響應時間，模具的開合模機構選用斜盤式軸向柱塞液壓馬達提供動力，建立實際轉矩的目標函數(shù)［7］：

式（1）中，T0為實際轉矩（N·m）；Δp為進油口和排油口壓力之差（Pa）；V為排量（m3/r）；ηm為機械效率。

2.3 管廊模具的材料選用

綜合考慮管廊模具實際工況，為保證模具結構強度和強度的穩(wěn)定性［8］，模具選擇鋼材料，其主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 材料特性參數(shù)

2.4 管廊模具的設計要求

要保證城市地下管廊精度、裝配速度、密封性能，混凝土與管廊側模板和內(nèi)模板（兩者為主要接觸面）不用機床加工，消除機床車刀刀痕，面板的鋼材直接用成型的原板材，表面粗糙度Ra≤2.5μm，管廊的表面精度得到保證［9］；傾倒混凝土時，由于混凝土流動性不佳，需要振搗器對管廊模具施加振搗力，模具剛度高，傳遞振動效果不佳，而剛度低，在長期振動和承受載荷的作用下，模具結構會受到破壞，導致模具的密封性能下降，因此，選用5CrMnMo最為適宜。

2.5 管廊模具的預制生產(chǎn)和安裝過程要求

預制生產(chǎn)過程包括：①管廊模具合模→②鋼筋籠制作安裝→③模板安裝→④檢查模具→⑤澆筑混凝土→⑥模具開模和蒸汽養(yǎng)護管廊→⑦吊機起吊管廊移存→⑧循環(huán)。

液壓蓋板式分體管廊模具各個部件組裝時，由于管廊模具倉體高、質(zhì)量大和體積大等特點，應選用較為平整，可承受高載荷的地表，管廊底座在傾倒混凝土過程中可與地基固定，避免出現(xiàn)模具移位現(xiàn)象；在各個部件組裝完成后，要及時檢查端模承口處和模板接縫等位置，防止出現(xiàn)間隙；焊接模具時要盡量減少焊縫，焊縫處理時需加工平整，焊縫的長度盡量短，避免模具出現(xiàn)應力集中；模具接口縫隙處密封條要隨時檢查是否損壞、老化和彈性程度，損壞件要及時更換，防止?jié)仓炷亮鞒觯斐晒芾阮A制件品質(zhì)不佳。

經(jīng)生產(chǎn)實踐，本研究的管廊模具具有自動化程度高、生產(chǎn)效率高、裝配快捷和制作管廊精度高等優(yōu)點，具體如圖4所示。

圖4 蓋板式分體管廊模具實物圖

3 自動化液壓分體式管廊應用前景

城市地下管廊的建設對于城市的經(jīng)濟發(fā)展至關重要，管廊模具設計的好壞關系著管廊品質(zhì)和生產(chǎn)周期等方面，新型液壓蓋板式分體管廊模具設計能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工廠化管廊生產(chǎn)，提高了管廊質(zhì)量，自動化程度高，加速了管廊鋪設效率，將研究成果應用于工廠生產(chǎn)中，可為產(chǎn)品研究提供重要指導。