張繼合 熊長(zhǎng)軍 姚秀芝

（聊城安泰黃河養(yǎng)護(hù)公司，山東 聊城 252000）

0 概述

混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床是一種能代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工預(yù)制塊振搗工藝的設(shè)備，由它生產(chǎn)出來(lái)的預(yù)制塊表面光滑，硬度高，各項(xiàng)指標(biāo)都符合質(zhì)量要求。振動(dòng)床由床面、振動(dòng)彈簧、吸附式振動(dòng)器、可組合式支架四部分組成。預(yù)制塊加工時(shí)，將塑料模具裝滿混凝土料，放在振動(dòng)床上振動(dòng)40秒左右后取下，再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后取下模板。用振動(dòng)床生產(chǎn)小型預(yù)制塊，操作方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，節(jié)約勞動(dòng)力，一般女同志就能方便地操作。通過(guò)了解和網(wǎng)上查詢沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似或比此更先進(jìn)的振動(dòng)床。

1 研究背景

傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)小型混凝土預(yù)制塊是把木制（或鋼制）模具固定在地面上，用平板振動(dòng)器或插入式振動(dòng)器進(jìn)行振搗，模板易變形，容易出現(xiàn)跑漿、漏漿，成品表面多蜂窩麻面，密實(shí)度差，生產(chǎn)成本高，工作效率低，并且模板周轉(zhuǎn)次數(shù)也少。在黃河標(biāo)準(zhǔn)化堤防建設(shè)中，路沿石、擋土墻、斷面樁、百米樁、千米樁等為小型混凝土預(yù)制塊，其預(yù)制質(zhì)量、埋設(shè)平順圓滑，是影響工程外觀質(zhì)量的主要因素。各種預(yù)制構(gòu)件的表面光滑、結(jié)構(gòu)密實(shí)、堅(jiān)硬，外表美觀,是標(biāo)準(zhǔn)化堤防工程的主要看點(diǎn)。同時(shí)也是給日后的工程管理工作帶來(lái)很多便利的有利條件，反之將帶來(lái)很多不必要的維修養(yǎng)護(hù)工作量，增加工程的維修養(yǎng)護(hù)成本。2008年，我們?cè)谧筒└咔鄻?biāo)準(zhǔn)化堤防工程建設(shè)中，當(dāng)?shù)仡A(yù)制件廠生產(chǎn)的路沿石，表面粗糙，多麻面,成品密實(shí)度低，無(wú)法滿足工程需要。為此，我們經(jīng)多方考查研究，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，最后在振動(dòng)篩的啟示下，進(jìn)行了混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床的研制。

2 主要研究?jī)?nèi)容及研究方法

振動(dòng)床從設(shè)想到設(shè)計(jì)制作加工、試驗(yàn)應(yīng)用，經(jīng)歷了以下過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)→機(jī)械焊制加工→進(jìn)行試驗(yàn)→改進(jìn)→成型的機(jī)械→編寫報(bào)告。

2.1 振動(dòng)床的設(shè)想

2008年5月10日，研究小組開(kāi)始收集混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床有關(guān)信息，考慮到傳統(tǒng)的模板振搗器制作預(yù)制塊速度慢，且表面易出現(xiàn)蜂窩麻面，棱角易損壞，成品也不夠密實(shí)等現(xiàn)象，如何讓預(yù)制塊結(jié)構(gòu)密實(shí)，且表面光滑美觀呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，小組人員經(jīng)多方咨詢，隨后又在建筑工地進(jìn)行考查，看到了振動(dòng)篩，底下篩子在動(dòng)，上面的沙子在動(dòng)，在這一現(xiàn)象啟示下，產(chǎn)生了焊制振動(dòng)床的設(shè)想，把混凝土拌和料放在模具盒里，一起放到振動(dòng)床面上，振搗效果可能會(huì)優(yōu)于傳統(tǒng)的振搗方法，為此，我們繪制了振動(dòng)床設(shè)計(jì)草圖。

2.2 振動(dòng)床的結(jié)構(gòu)原理

振動(dòng)床由床面、振動(dòng)彈簧、吸附式振動(dòng)器、可組合式支架等組成。

2.2.1 振動(dòng)床面大小及材料的選擇

首先振動(dòng)床大小的選擇考慮了三個(gè)方面的因素：①考慮到人工從振動(dòng)床面上把預(yù)制構(gòu)件搬下來(lái)操作方便、順手、省力。②振動(dòng)床面規(guī)格選擇主要是考慮到所加工預(yù)制構(gòu)件的大小。③考慮振動(dòng)床移動(dòng)運(yùn)輸方便等因素。最后根據(jù)預(yù)制路沿石尺寸(0.5m×0.3m×0.1m)，一次放置10塊，確定床面的大小定長(zhǎng)*寬為2.2m*1.2m。其次，床面材料的選擇：因10塊路沿石的重量在360kg左右，360kg的重物在床面上振動(dòng)，所以振動(dòng)床面要承載達(dá)到500kg左右的強(qiáng)度，因此選用承載能力強(qiáng)的5cm×5cm角鋼。支架材料的選擇：支架必須在床面振動(dòng)時(shí)保持十分牢固可靠，因此我們選用了直徑5cm的鋼管作為支架材料。

2.2.2 振動(dòng)彈簧的選擇

根據(jù)放置預(yù)制塊的重量，來(lái)確定用什么樣的振動(dòng)彈簧。彈簧的彈性系數(shù)k與彈簧的直徑，彈簧的線徑，彈簧的材料，彈簧的有效圈數(shù)有關(guān)。具體關(guān)系是：與彈簧圈的直徑成反比，與彈簧的線徑的4次方成正比，與彈簧的材料的彈性模量成正比，與彈簧的有效圈數(shù)成反比。

彈簧彈性系數(shù)計(jì)算公式：c=F/λ＝Gd4/8D23＝Gd/8C3n

上式中：c——彈簧的剛度，（即彈性系數(shù)，中學(xué)物理叫倔強(qiáng)系數(shù)k）；F——彈簧所受的載荷；λ——彈簧在受載荷F時(shí)所產(chǎn)生的變形量；G——彈簧材料的切變模量；（鋼為8×104MPa，青銅為4×104MPa）；d——彈簧絲直徑；D2——彈簧直徑；n——彈簧有效圈數(shù)；C——彈簧的旋繞比（又稱為彈簧指數(shù) ）

為了使選用的彈簧與振動(dòng)器配置最為合理，試驗(yàn)小組進(jìn)行了選用不同彈簧，不同振動(dòng)器試驗(yàn)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1：

表1 選用不同彈簧、振動(dòng)器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過(guò)試驗(yàn)實(shí)踐表明：第四組是最好的，振動(dòng)器功率與彈簧可完全滿足10塊路沿石預(yù)制塊的預(yù)制，不浪費(fèi)功率，生產(chǎn)的數(shù)量也最多。通過(guò)無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用，我們最后確定該振動(dòng)床，用0.75kW的振動(dòng)器，與彈簧長(zhǎng)度×直徑×線徑×圈數(shù)為17cm*7.5cm*1cm*9圈，相匹配是最為合理的。

2.2.3 吸附式振動(dòng)器的選擇

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，我們選擇了ZKF150、ZKF075、ZKF035三種型號(hào)振動(dòng)器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):

（1）ZKF075型振動(dòng)器體積適中，激振頻率高、振幅小、輻射范圍大（1.5-2.0m），混凝土流動(dòng)性高、可塑性增加，構(gòu)件密實(shí)度提高。在模板形變上消耗的能量少，延長(zhǎng)模板的使用壽命。

（2）ZKF150型振動(dòng)器，體積大，振幅大，能把預(yù)制塊拋起，影響預(yù)制塊質(zhì)量。

（3）ZKF035型振動(dòng)器振動(dòng)力小，不能把構(gòu)件充分振動(dòng)密實(shí)，達(dá)不到質(zhì)量要求。

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們最終確定采用ZKF075型振動(dòng)器用在該振動(dòng)床上。具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 振動(dòng)器主要參數(shù)表

2.3 振動(dòng)床的制作加工

2.3.1 振動(dòng)床面的加工及振動(dòng)器的安裝

首先用5cm×5cm的角鋼焊制一個(gè)長(zhǎng)×寬為2.2m×1.2m振動(dòng)床面框，角鐵向上，這樣預(yù)制塊放在上面振動(dòng)時(shí)掉不下來(lái)，中間焊上鐵條或細(xì)鋼筋都行，在床面的中間安裝上振動(dòng)器。在振動(dòng)床面的四個(gè)角安裝上四個(gè)選好的彈簧。

2.3.2 組合式支架的加工

為了安裝、搬運(yùn)方便，我們焊制可組裝式振動(dòng)床支架，連接部分使用螺栓。

2.3.3 振動(dòng)床面與支架的連接

把床面的四個(gè)彈簧安裝到支架上面的彈簧導(dǎo)管內(nèi)，導(dǎo)管不要過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，過(guò)長(zhǎng)降低彈簧的有效彈性，過(guò)短不能起到支架與彈簧的導(dǎo)向作用，就象那種彈簧式的摩托車后減振器，達(dá)到那種效果，使振動(dòng)床面在振動(dòng)器的作用下，充分振動(dòng)，但振動(dòng)床面還要在床腿上牢固。

現(xiàn)在讓我們將目光轉(zhuǎn)向現(xiàn)象之“物”。形上之“物”在開(kāi)出天然現(xiàn)象之“物”的過(guò)程中，使天然現(xiàn)象之“物”具有“德”?！段迨徽隆吩唬骸暗郎?，德畜之，物形之，勢(shì)成之……故道生之，德畜之：長(zhǎng)之、育之、亭之、毒之、養(yǎng)之、覆之?！绷_安憲說(shuō)：“老子之所謂‘德’，其實(shí)就是后代之所謂‘性’。德者，得于道者也?！睂?duì)于天地、萬(wàn)物而言，“道”是外在的，但同時(shí)，“道”以“德”的形式內(nèi)貫于天地、萬(wàn)物，天地、萬(wàn)物便以“德”體現(xiàn)著“道”?！暗隆笔翘斓亍⑷f(wàn)物的本性，而“德畜”就是本性的發(fā)動(dòng)。天地、萬(wàn)物因不同的“德”呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，具有了不同的質(zhì)料，并在形勢(shì)、環(huán)境之下不斷展開(kāi)自身。

2.4 焊制好振動(dòng)床后的試驗(yàn)

混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床的工作原理：把混凝土料放在讓專業(yè)廠家生產(chǎn)規(guī)定尺寸的塑鋼模板盒上，然后一塊把它放在振動(dòng)的床上，接通吸附在床面上振動(dòng)器的電源，振動(dòng)床面開(kāi)始振動(dòng)，使放在上面的預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)40秒左右后取下，放到工作場(chǎng)地上，24小時(shí)后取下塑鋼模板盒，進(jìn)行下道工序養(yǎng)生。

2.4.1 塑料模具選擇

為什么要選用塑料模板呢，考慮到它有以下幾點(diǎn)優(yōu)越性。

（1）塑料模板具有抗?jié)裥?、耐腐蝕性強(qiáng)、耐酸和耐堿性強(qiáng)點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)等特，一般可從復(fù)使用4年左右。

（2）塑料模板強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)，耐沖擊、彈性強(qiáng)，不易產(chǎn)生變形，從而大幅度提高模板的周轉(zhuǎn)使用次數(shù)。

（3）塑料模板可根據(jù)設(shè)計(jì)需要做成各種型號(hào)，其重量輕，施工操作及搬運(yùn)安全可靠、勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工效率高。

（4）因制作預(yù)制構(gòu)件與模板一起經(jīng)常澆水養(yǎng)護(hù)生，所以木制的容易腐爛，而塑料模板卻不會(huì)腐爛，從而增加模板使用壽命，可大大降低施工成本，且使用后的廢舊模板還可收回，以舊換新，節(jié)約成本更加可觀。

（5）塑料模板在使用過(guò)程中可預(yù)制細(xì)小精美的花紋、棱角等各種圖案，可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)一致，且容易清潔和保養(yǎng)。

（7）塑料模板如遇損壞，可百分之百地回收、再生、減少?gòu)U棄物對(duì)環(huán)境的污染。

2.4.2 振動(dòng)床的試驗(yàn)

混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床焊制好后，2008年5月15日進(jìn)行了試驗(yàn)。首先根據(jù)C20路沿石的制作質(zhì)量要求，計(jì)算好料的配合比例，用小型混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌好料，放在塑料模板上，進(jìn)行振動(dòng)，約40秒左右即可成型，把成型后的預(yù)制塊路沿石放到養(yǎng)護(hù)生的場(chǎng)地上，24小時(shí)后取下模板，進(jìn)行下道工序養(yǎng)護(hù)。結(jié)果生產(chǎn)出的成品效果非常好。為了確定最佳振動(dòng)時(shí)間，小組進(jìn)行了實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)，把預(yù)制塊放在振動(dòng)床面上，用秒表記時(shí)，每10秒作一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄，通過(guò)實(shí)踐證明40秒為最佳振動(dòng)時(shí)間。具體時(shí)間與振動(dòng)效果見(jiàn)表3。

用振動(dòng)床生產(chǎn)的預(yù)制塊路沿石，試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)均符合質(zhì)量要求(具體見(jiàn)附件:聊城公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心做的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告)。

2.4.3 混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床預(yù)制路沿石與傳統(tǒng)工藝對(duì)比試驗(yàn)

2008年5月20日，試驗(yàn)小組在淄博高青第一標(biāo)段工地的預(yù)制塊加工廠進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，同樣生產(chǎn)100塊路沿石，拌料相同，傳統(tǒng)工藝5人操作，振動(dòng)床3人操作。

傳統(tǒng)工藝：首先5個(gè)人都開(kāi)始固定木制（鋼制）模板，模板較重，有人搬運(yùn)模板，有人抹油，有人固定，100塊模板固定好后用時(shí)2小時(shí)；上料，2人用小推車運(yùn)料，2人拉著振搗器開(kāi)始振動(dòng)，1人作振搗后抹平，該工序結(jié)束后用時(shí)2.5小時(shí)，養(yǎng)護(hù)生后5人同時(shí)工作去掉模板，用時(shí)1.5。整個(gè)過(guò)程共用6小時(shí)，結(jié)果出來(lái)的成品表面粗糙，很多蜂窩麻面，強(qiáng)度不夠，達(dá)不到質(zhì)量要求。

用振動(dòng)床：3人進(jìn)行分工，1人把很輕的塑料模板放在振動(dòng)床上，上料，上好料后并接通電源進(jìn)行振動(dòng)，一次可放置10塊模板（也就是一個(gè)循環(huán)生產(chǎn)10塊路沿石），振動(dòng)好后，由1人用小車推到養(yǎng)生場(chǎng)地，放好后由另1人擺放，24小時(shí)后1人把塑料模板取下來(lái)，這樣一個(gè)循環(huán)程序用時(shí)15分鐘，100塊加工好后共用時(shí)2.5小時(shí)。結(jié)果制出的成品表面光滑，沒(méi)有麻面，強(qiáng)度很好，質(zhì)量合格。

表3 預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)時(shí)間與振動(dòng)效果表

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論，同樣生產(chǎn)100塊路沿石混凝土預(yù)制塊，振動(dòng)床生產(chǎn)要比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)節(jié)省3.5小時(shí)，并且用振動(dòng)床加工路沿石預(yù)制塊，省時(shí)、省力、質(zhì)量好、硬度高、外表美觀等優(yōu)點(diǎn)。

3 主要研究成果

聊城安泰黃河養(yǎng)護(hù)公司研究制造的混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床由床面、振動(dòng)彈簧、吸附式振動(dòng)器、可組合式支架四個(gè)部分組成。床面長(zhǎng)×寬為2.2m×1.2m的角鋼焊制而成，支架為了安裝方便由5cm×5cm的鋼管用螺栓連接而成；振動(dòng)彈簧直徑7.5cm，線徑1cm，長(zhǎng)度17cm，圈數(shù)9圈；振動(dòng)器型號(hào)ZKF150-7.5，功率為0.75KW，安裝在床面中間位置的下方。該振動(dòng)床最大振動(dòng)重量約500kg，最佳振動(dòng)重量約360kg，可生產(chǎn)各種小型預(yù)制構(gòu)件。

4 應(yīng)用轉(zhuǎn)化情況和應(yīng)用前景

混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床研制完成后，在2008年淄博堤防道路工程中，第一標(biāo)段所使用的路沿石、擋土墻全部是該機(jī)械生產(chǎn)的，2009年聊城河務(wù)局更換的險(xiǎn)工斷面樁、百米樁、千米樁等也是該機(jī)械生產(chǎn)的，使用效果很好，生產(chǎn)的各種構(gòu)件外觀沒(méi)有麻面，質(zhì)地堅(jiān)硬，所有檢測(cè)指標(biāo)均符合要求。

圖1

使用混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床生產(chǎn)小型預(yù)制塊，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，他不但適應(yīng)公路兩側(cè)路沿石的預(yù)制，而且應(yīng)用很廣，只要是小型的預(yù)制塊加工都行，使用混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床生產(chǎn)預(yù)制塊，工作效率高、節(jié)約人力，成品美觀實(shí)用，前景十分廣闊。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

表4 用振動(dòng)床生產(chǎn)預(yù)制塊與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)預(yù)制塊對(duì)比表

由表4可以看出：同樣生產(chǎn)100塊同規(guī)格的預(yù)制塊，可節(jié)約人工費(fèi)37.5元-15.63元＝21.87元，由此可以得出，加工一塊可節(jié)約21.87元÷100塊＝0.22元/塊。每塊可節(jié)省模板費(fèi)3元。2008年在山東淄博高青堤防道路路沿石及擋土墻埋設(shè)工程施工中，第一標(biāo)段用路沿石及擋土墻9.95萬(wàn)塊，每塊節(jié)約資金3.22元，共節(jié)約資金32.05萬(wàn)元。該振動(dòng)床推廣到該工程施工的二標(biāo)、三標(biāo)使用，共生產(chǎn)路沿石及擋土墻16.8萬(wàn)塊,每塊節(jié)約資金3.22元,共節(jié)約資金54.09萬(wàn)元。共計(jì)節(jié)約資金86.14萬(wàn)元。

通過(guò)對(duì)比分析，我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：經(jīng)濟(jì)效益方面，使用振動(dòng)床生產(chǎn)預(yù)制塊比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)預(yù)制塊，節(jié)約資金、提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

5.2 社會(huì)效益

使用振動(dòng)床生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)，成品美觀、沒(méi)有麻面，表面光滑，質(zhì)地堅(jiān)硬，符合各項(xiàng)質(zhì)量要求。它在黃河防洪工程預(yù)制構(gòu)件中，適應(yīng)范圍廣，可很好的預(yù)制工程上很多預(yù)制構(gòu)件。具體適用范圍見(jiàn)表5。

表5 振動(dòng)床生產(chǎn)黃河工程各種預(yù)制構(gòu)件表

聊城黃河共有堤防長(zhǎng)度142.95km，險(xiǎn)工26處、壩岸506段，每年更換損壞的百米樁、千米樁、警示樁、斷面樁、路沿石外側(cè)防護(hù)墩、界樁等等預(yù)制構(gòu)件，數(shù)量很大，以往都是如果損壞了就讓預(yù)制件廠給加工，因加工的數(shù)量不是成批，所以要價(jià)很高，增加了養(yǎng)護(hù)成本，而有了預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床，這項(xiàng)資金就可節(jié)約30%以上，用它生產(chǎn)這些構(gòu)件，成本低，省力省時(shí)，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也不大，養(yǎng)護(hù)職工自己就能夠生產(chǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)預(yù)制塊相比，使用混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床加工各種小型預(yù)制塊，成品美觀，表面平滑無(wú)蜂窩麻面，密實(shí)度高，生產(chǎn)中可節(jié)約資金30%以上。混凝土預(yù)制構(gòu)件振動(dòng)床，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)大量的預(yù)制路沿石塊、斷面樁、百米樁等，技術(shù)十分成熟，可廣泛應(yīng)用于各種小型預(yù)制塊的加工，具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。