集約式PC生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉元元

(山東華宇工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院,山東 德州 253000)

0 引言

預(yù)制裝配建筑技術(shù)是建筑工業(yè)化的發(fā)展方向,以構(gòu)件預(yù)制化生產(chǎn)、裝配式施工為生產(chǎn)方式,整合設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等產(chǎn)業(yè)鏈,實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全生命周期價(jià)值最大化及可持續(xù)發(fā)展,是一種新型建筑生產(chǎn)技術(shù)[1]。裝配式建筑質(zhì)量好、工期短、節(jié)能環(huán)保、節(jié)約人力,是推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手,是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)碳達(dá)峰、碳中和的重要載體[2]。混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線(PC生產(chǎn)線)可滿足混凝土構(gòu)件預(yù)制化的生產(chǎn)要求[3],正向著自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化、通用化的生產(chǎn)方向發(fā)展[4]。PC生產(chǎn)線設(shè)備投資高,占地面積大,廠房要求高,生產(chǎn)效率低,這些條件限制了預(yù)制構(gòu)件的發(fā)展,故PC生產(chǎn)線集約化及設(shè)備小型化已成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。

為順應(yīng)PC生產(chǎn)線的發(fā)展方向,緊跟市場(chǎng)需求,提出集約式PC生產(chǎn)線。其較傳統(tǒng)PC生產(chǎn)線具有設(shè)備投資少、占地面積小、廠房要求低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢(shì),適用于低矮的老舊廠房,大大降低了投資門(mén)檻。

1 集約式PC生產(chǎn)線的總體方案

集約式PC生產(chǎn)線的總體方案是在保證PC構(gòu)件生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上對(duì)傳統(tǒng)PC生產(chǎn)線方案布局進(jìn)行升級(jí),通過(guò)改變模臺(tái)大小、優(yōu)化碼垛方式及養(yǎng)護(hù)方式,實(shí)現(xiàn)PC生產(chǎn)線的集約化、低成本化。

1.1 集約式PC生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)布局

集約式PC生產(chǎn)線布局如圖1所示。本布局為疊合板生產(chǎn)線經(jīng)典布局,可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PC生產(chǎn)線布局的模臺(tái)清理、噴油、布筋組模、布料振搗、靜養(yǎng)、碼垛養(yǎng)護(hù)等功能,并創(chuàng)新性地提出平窯養(yǎng)護(hù)、十字?jǐn)[渡車(chē)及堆垛拆垛分開(kāi)式布局。

A-拆模起吊工位 B-拆垛工位 C-清理涂油及組模工位 D-布料振搗工位 E-養(yǎng)護(hù)工位 F-凈養(yǎng)工位 G-堆垛工位

1.2 集約式PC生產(chǎn)線的工位分區(qū)與工藝流程

如圖1所示,本布局分為清理涂油及組模布筋工位、布料振搗工位、靜養(yǎng)工位、堆垛工位、養(yǎng)護(hù)工位、拆垛工位、拆模起吊工位等。

疊合板生產(chǎn)線工藝流程如圖2所示。本工藝流程只對(duì)主要工藝進(jìn)行展示,不包括質(zhì)量檢驗(yàn)及不合格品處理等輔助工藝。

圖2 集約式PC生產(chǎn)線工藝流程

1)清理涂油及組模布筋工位。接收上個(gè)工作循環(huán)拆模起吊完成的模臺(tái),進(jìn)行清掃,用旋轉(zhuǎn)清掃機(jī)將前一次構(gòu)件脫模后殘留在模臺(tái)上的混凝土清除至底部固廢槽中,確保模臺(tái)光潔平整,保證構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量。均勻噴灑脫模劑,以便構(gòu)件順利脫模,保證構(gòu)件質(zhì)量。根據(jù)劃線位置將各邊框模具拼裝完整,以固定銷(xiāo)或固定磁鐵定位,根據(jù)不同板型及尺寸將預(yù)制好的鋼筋網(wǎng)片放入模具框內(nèi),用鋼絲固定完成安裝鋼筋工序[5],將模臺(tái)流轉(zhuǎn)至下個(gè)工位。次工位模臺(tái)數(shù)量需根據(jù)生產(chǎn)工藝及節(jié)拍合理分布,以保證生產(chǎn)線的順利流轉(zhuǎn)。

2)布料振搗工位。接收清理涂油及組模布筋工位流轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的模臺(tái),螺旋布料機(jī)可以向模具進(jìn)行均勻定量的布料。采用程序控制,按預(yù)先輸入飛程序?yàn)槊恳粋€(gè)模臺(tái)均勻布料,且具有平面兩坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制、縱向料斗升降功能。布料機(jī)走行速度、布料速度均可調(diào),下方配置振動(dòng)臺(tái),可在同一工位上完成布料振搗。振動(dòng)臺(tái)的主要功能是將螺旋布料機(jī)攤鋪在模臺(tái)模具內(nèi)的混泥土振搗,充分保證混泥土分?jǐn)偩鶆颉?nèi)部密實(shí),使其表面平整,保證凝固后的強(qiáng)度[6]。完成布料、振搗作業(yè)后,將模臺(tái)流轉(zhuǎn)至下個(gè)工位。

3)靜養(yǎng)工位及堆垛工位。布料完成的模臺(tái)經(jīng)過(guò)幾個(gè)模臺(tái)工位流轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)靜養(yǎng),堆垛機(jī)對(duì)模臺(tái)進(jìn)行堆垛,一般6張模臺(tái)為一垛。

4)養(yǎng)護(hù)工位。十字?jǐn)[渡車(chē)將堆垛機(jī)堆完的模臺(tái)運(yùn)送至養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)窯裝滿后統(tǒng)一封窯養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)窯為平窯養(yǎng)護(hù),十字?jǐn)[渡車(chē)將養(yǎng)護(hù)完成的構(gòu)件及模臺(tái)一起輸送至拆垛工位。

5)拆垛工位。將養(yǎng)護(hù)完成的模臺(tái)垛品進(jìn)行拆垛,每個(gè)模臺(tái)單獨(dú)輸送至流水線。

6)拆模起吊工位。接收拆垛完成的單個(gè)模臺(tái)進(jìn)行拆邊模起吊構(gòu)件,將養(yǎng)護(hù)達(dá)到拆模強(qiáng)度的構(gòu)件流轉(zhuǎn)致拆模區(qū),將所有模具拆除,利用起重機(jī)將完成的構(gòu)件吊起至運(yùn)輸車(chē)上。次工位模臺(tái)數(shù)量需根據(jù)生產(chǎn)工藝及節(jié)拍合理分布,以保證生產(chǎn)線的順利流轉(zhuǎn)。

2 集約式PC生產(chǎn)線的設(shè)備方案

集約式PC生產(chǎn)線設(shè)備主要包括疊加模臺(tái)、模臺(tái)驅(qū)動(dòng)組件、擺渡車(chē)、布料機(jī)、振動(dòng)臺(tái)、拉毛機(jī)、堆垛機(jī)、十字?jǐn)[渡車(chē)、養(yǎng)護(hù)窯、拆垛機(jī)、中控室等設(shè)備。其中,模臺(tái)驅(qū)動(dòng)組件、擺渡車(chē)、布料機(jī)、振動(dòng)臺(tái)、拉毛機(jī)、中控室與傳統(tǒng)PC生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)類似。故著重介紹疊加模臺(tái)、堆垛機(jī)、十字?jǐn)[渡車(chē)、拆垛機(jī)及養(yǎng)護(hù)窯。

2.1 疊加模臺(tái)

為提高模臺(tái)利用率,設(shè)計(jì)了3.5 m×6.6 m標(biāo)準(zhǔn)疊加模臺(tái),模臺(tái)利用率達(dá)到65%,與傳統(tǒng)PC生產(chǎn)線的4 m×9 m模臺(tái)50%利用率相比,提高30%。此方案提出了模臺(tái)疊加結(jié)構(gòu),如圖3所示。一般為6張模臺(tái)堆一垛。

圖3 疊加模臺(tái)堆垛

2.2 堆垛機(jī)、拆垛機(jī)

傳統(tǒng)產(chǎn)線采用單線單循環(huán),單垛機(jī)節(jié)拍約12 min,集約式產(chǎn)線采用單線雙循環(huán),堆垛機(jī)負(fù)責(zé)將靜養(yǎng)中的構(gòu)件及模臺(tái)堆垛,將養(yǎng)護(hù)完成的構(gòu)件及模臺(tái)拆垛,其作用相反,結(jié)構(gòu)類似,如圖4所示。升降系統(tǒng)采用卷?yè)P(yáng)技術(shù),可快速對(duì)模臺(tái)進(jìn)行堆垛或拆垛,堆垛拆垛分離設(shè)計(jì)方案較傳統(tǒng)PC碼垛機(jī)節(jié)拍提升3倍,額定提升重量45 t,提升速度0～5.4 m/min,最大高度7.3 m,此高度是整條生產(chǎn)線的最大高度,適用于大部分老舊廠房,減少了投資成本。

圖4 堆垛機(jī)、拆垛機(jī)

2.3 十字?jǐn)[渡車(chē)

十字?jǐn)[渡車(chē)分為母車(chē)和子車(chē),母車(chē)負(fù)責(zé)產(chǎn)線長(zhǎng)度方向移動(dòng),子車(chē)負(fù)責(zé)產(chǎn)線寬度方向移動(dòng)。子車(chē)可將堆垛機(jī)底下的模臺(tái)垛輸送至母車(chē)上,母車(chē)帶載子車(chē)及模臺(tái)垛移動(dòng),移動(dòng)到對(duì)應(yīng)養(yǎng)護(hù)窯位置時(shí),子車(chē)從母車(chē)上移動(dòng)至養(yǎng)護(hù)窯中,將模臺(tái)垛放置到養(yǎng)護(hù)窯中,完成養(yǎng)護(hù)輸送功能。反向動(dòng)作為拆垛輸送功能。單次運(yùn)送多張模臺(tái),效率大大提升,母車(chē)行走速度為傳統(tǒng)環(huán)線2～3倍,大幅節(jié)省了運(yùn)輸時(shí)間,具備智能取送模臺(tái),自動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作。母車(chē)最大輸送能力45 t,最大移動(dòng)速度30 m/min。十字?jǐn)[渡車(chē)對(duì)運(yùn)行速度及周期分別進(jìn)行計(jì)算(如表1),得到大約19 min可以出一垛入一垛(每垛多模)。如果生產(chǎn)線節(jié)拍是5 min一模,十字?jǐn)[渡車(chē)?yán)碚撋闲枰?0 min節(jié)拍,設(shè)計(jì)理論上是有余量的。

表1 十字?jǐn)[渡車(chē)運(yùn)行周期計(jì)算表

2.4 養(yǎng)護(hù)窯

傳統(tǒng)產(chǎn)線采用立體養(yǎng)護(hù)窯,鋼結(jié)構(gòu)主體,上下層溫差大,集約式產(chǎn)線養(yǎng)護(hù)窯為平窯單層養(yǎng)護(hù),結(jié)構(gòu)為磚混或鋼結(jié)構(gòu),平窯養(yǎng)護(hù)窯體較低,窯頂可利用,作為參觀通道,加強(qiáng)鋼筋線的使用,甚至可布置固定模臺(tái)線,達(dá)到空間的有效利用,減少了投資。養(yǎng)護(hù)采用風(fēng)循環(huán)系統(tǒng),在窯的后壁裝兩個(gè)風(fēng)機(jī),在窯頂增加兩個(gè)向前吹風(fēng)機(jī),以提升效果,使窯內(nèi)溫度快速達(dá)到養(yǎng)護(hù)溫度。

3 工程案例

通過(guò)細(xì)化設(shè)計(jì),對(duì)此集約式方案進(jìn)行樣機(jī)試制。根據(jù)樣機(jī)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題得到不斷改進(jìn)優(yōu)化,目前集約式PC生產(chǎn)線技術(shù)已經(jīng)成熟并推向市場(chǎng)(如圖5所示)。該生產(chǎn)線主要用于生產(chǎn)疊合板、內(nèi)墻板、外墻板等,尤以生產(chǎn)疊合板效率最高(現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)能實(shí)測(cè)如表2所示)。

表2 河北某公司現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)能實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖5 集約式PC生產(chǎn)線項(xiàng)目(河北某公司)

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)集約式PC生產(chǎn)線方案、布局、工藝流程、設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)踐表明,該生產(chǎn)線方案具有可行性,能夠節(jié)省空間,提高效率,減少投資,符合PC生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢(shì)。