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(dāng)前國家大力推廣裝配式建筑， 且技術(shù)發(fā)展愈加成熟，因而裝配式橋梁也越發(fā)普及，但是生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度仍然不高，主要工序仍是人工操作，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且預(yù)制件質(zhì)量水平因人而異，很難做到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。在橋面板的預(yù)制生產(chǎn)工序中，振搗工序尤為重要，直接影響到橋面板的最終質(zhì)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(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降，本文設(shè)計(jì)的這種全自動(dòng)排振機(jī)，不但提高了生產(chǎn)效率，而且使得振搗標(biāo)準(zhǔn)化成為可能。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，排振機(jī)由主框架、行走模塊、升降排振模塊構(gòu)成。 橋面板模臺(tái)由自動(dòng)牽引車拖動(dòng)，按照固定步進(jìn)距離從排振機(jī)下通過， 排振機(jī)在步進(jìn)停止間隙完成每一分區(qū)的振搗工序。

圖1 排振機(jī)結(jié)構(gòu)圖和側(cè)視圖

行走模塊主要由行走框架、 變頻電機(jī)、 齒輪齒條組成，帶動(dòng)所有升降排振模塊相對于橋面板模臺(tái)水平移動(dòng)，從而在一定范圍內(nèi)改變振搗棒相對于橋面板模臺(tái)內(nèi)鋼筋間隙的插入位置，這樣配合橋面板模臺(tái)的步進(jìn)距離，可以方便適應(yīng)不同型號(hào)橋面板不同距離的鋼筋間隙， 這種靈活的設(shè)計(jì)便于日后的調(diào)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(gòu)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(dāng)行走模塊配合橋面板模臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使得橋面板鋼筋間隙位于振搗棒下方時(shí)候， 升降模塊帶動(dòng)排振模塊下降， 以快插慢提的工作方式完成對橋面板預(yù)制件的振搗。

2 電控設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的排振機(jī)電控系統(tǒng)也參照機(jī)械設(shè)計(jì)，分為了行走、升降、排振三模塊控制相應(yīng)的機(jī)械模塊，共用一臺(tái)西門子高端PLC 進(jìn)行邏輯控制， 方便程序調(diào)試及后期可能出現(xiàn)的電控增刪。在實(shí)際工作中，首先將一整塊橋面板預(yù)制件劃分為多個(gè)振搗區(qū)域， 將振搗區(qū)域數(shù)據(jù)通過觸摸屏輸入排振機(jī)PLC， 在手動(dòng)調(diào)整完畢排振機(jī)振搗棒間距后，開始自動(dòng)排振，排振機(jī)PLC 與牽引車PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 等待自動(dòng)牽引車將橋面板模臺(tái)停在準(zhǔn)確排振位置，隨后按照程序設(shè)計(jì)的升降速度、插入深度、振搗頻率、振搗次數(shù)及振搗時(shí)長，完成當(dāng)前區(qū)域的振搗工序，然后命令牽引車步進(jìn)，開始進(jìn)行下一區(qū)域的振搗工序，如此重復(fù)，直至完成整個(gè)橋面板的振搗工序，從而加強(qiáng)了振搗工序的質(zhì)量控制，保證了橋面板預(yù)制件的最終質(zhì)量。

2.1 行走模塊電控設(shè)計(jì)

為便于排振機(jī)振搗棒更精準(zhǔn)的對準(zhǔn)由牽引車拖動(dòng)的橋面板模臺(tái)內(nèi)的鋼筋間隙， 排振機(jī)可以水平在一定范圍內(nèi)移動(dòng)，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(jī)行走模塊在執(zhí)行行走動(dòng)作時(shí)誤差不能超過10mm，并且考慮日后鋼筋設(shè)計(jì)間隙可能會(huì)改為更小數(shù)值，所以排振機(jī)行走誤差控制在2mm，利用變頻器控制電機(jī)慢速行駛， 并結(jié)合齒輪齒條預(yù)防可能發(fā)生的排振機(jī)行走輪打滑故障， 再利用編碼器實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前行走準(zhǔn)確位置給PLC 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制， 實(shí)踐證明如此電控方式滿足精度要求。

2.2 升降模塊電控設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)升降模塊時(shí)， 考慮到低慣量伺服電機(jī)雖然有著更佳的動(dòng)態(tài)性能， 但是雙軸同步提升下降運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)一方面是平穩(wěn)性，所以選擇了SIMOTICS 高慣量伺服電機(jī)，使用西門子SINAMICS V90 伺服驅(qū)動(dòng)，二者組成了性能優(yōu)越，易于使用的伺服系統(tǒng)；另一方面是同步性，所以選擇了CPU1515-2PN 高端CPU 作為排振機(jī)的主CPU， 通過高端CPU 的同步運(yùn)動(dòng)功能提高同步性，而且通過PN 通訊可以方便的與V90 伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PLC 與眾多伺服驅(qū)動(dòng)之間只需要1 根屏蔽網(wǎng)線連接， 省去了脈沖串PTO 方式控制伺服驅(qū)動(dòng)的大量硬接線，極大的減少了布線工作量和后期維護(hù)難度。

為確保伺服電缸的電氣精度足夠且不會(huì)在控制系統(tǒng)斷電后丟失當(dāng)前位置，伺服電機(jī)編碼器選用20 位+12 位多圈絕對值編碼器；同時(shí)因電缸做垂直升降運(yùn)動(dòng)，所以伺服電機(jī)必須搭配抱閘附件，確保靜止?fàn)顟B(tài)下軸的穩(wěn)定性。

2.3 觸摸屏設(shè)計(jì)

為了方便操作工對設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控， 操控及修改參數(shù)，排振機(jī)選用威綸通MT8102IE 觸摸屏作為人機(jī)界面，此款觸摸屏支持以太網(wǎng)通訊，只需接入排振機(jī)的主交換機(jī)端口，便可以與CPU1515-2PN 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.4 程序設(shè)計(jì)

排振機(jī)操作程序可以在手動(dòng)操作、部件聯(lián)動(dòng)、全自動(dòng)之間進(jìn)行切換， 手動(dòng)操作模式下可以控制各個(gè)運(yùn)動(dòng)元件單獨(dú)動(dòng)作，一般是用于調(diào)試或者排除故障；部件聯(lián)動(dòng)模式下，幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)元件一起協(xié)作完成部分復(fù)雜動(dòng)作；全自動(dòng)模式下， 排振機(jī)自動(dòng)與模臺(tái)牽引車協(xié)作完成排振工序。

啟動(dòng)全自動(dòng)排振后，根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息，排振機(jī)水平移動(dòng)至配合此種型號(hào)模臺(tái)的排振位置， 隨后排振機(jī)PLC 命令牽引車拖動(dòng)橋面板模臺(tái)至排振位置1 號(hào)位， 橋面板模臺(tái)就位后， 排振機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中記錄的1 號(hào)區(qū)域振搗時(shí)長、振搗頻率等信息，完成1 號(hào)區(qū)域的振搗工序，然后命令牽引車拖動(dòng)橋面板至排振位置2 號(hào)位， 開始進(jìn)行2 號(hào)區(qū)域的振搗工序，如此循環(huán)，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(yùn)輸至預(yù)養(yǎng)窯進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)束語

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)全自動(dòng)排振機(jī)已經(jīng)在某交通集團(tuán)的某橋面板生產(chǎn)基地投入使用， 實(shí)踐證明全自動(dòng)排振機(jī)能夠極大提高振搗效率， 降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度并減少人為因素對生產(chǎn)質(zhì)量造成的不可控影響， 對橋面板預(yù)制件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程的推進(jìn)有重要積極作用。