劉 輝,汪世益,2,王子威

(1.安徽工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院,安徽 馬鞍山 243032;2.安徽工業(yè)大學(xué)宣城工程研究院,安徽 宣城 242000)

0 引言

鋁合金模板是指按一定模數(shù)制作設(shè)計，經(jīng)專用設(shè)備擠壓后制造而成的型材，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)圖紙尺寸配模生成后形成的模板系統(tǒng)。由于鋁合金模板在使用過程中優(yōu)勢顯著且應(yīng)用范圍較廣，因此被廣泛應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域。鋁合金模板系統(tǒng)1962年由美國專家學(xué)者發(fā)明，是新型的綠色、高效且可重復(fù)使用的混凝土建筑模板系統(tǒng)，已經(jīng)使用了50多年，在歐美、日韓等發(fā)達(dá)國家以及泰國、印度等新興工業(yè)國家的建筑工程領(lǐng)域得到了普遍使用[1-4]。我國大陸地區(qū)從20世紀(jì)80年代開始使用金屬混凝土模板，港澳地區(qū)也已經(jīng)使用了十多年。隨著鋁合金模板的大規(guī)模使用，暴露出了一些棘手的問題：鋁合金模板表面粘著砂未及時清理，待砂漿凝固再清理比較困難，清理時間過長，也會影響工期；粘著砂漿的鋁合金模板難以再次施加脫模劑，這很容易在地板或墻壁的混凝土表面上產(chǎn)生點蝕；多時不使用的粘結(jié)砂漿模板經(jīng)過清潔后會出現(xiàn)少量變形，從而使地板模具的安裝可能產(chǎn)生橫向位移，導(dǎo)致模板平直度、垂直度和其他偏差[5]。某些企業(yè)嘗試解決鋁合金模板現(xiàn)階段面臨的回收再利用問題，各企業(yè)清理鋁合金模板表面砂漿的方法各不相同，據(jù)不完全統(tǒng)計有人工清理、拋丸(砂)清理、藥劑浸泡清理(化學(xué)清理)和高壓水清理等。

本文根據(jù)振動除渣原理，提出一種新型機械式鋁合金模板振動除渣設(shè)備，該設(shè)備通過利用機械共振的技術(shù)來清除鋁合金模板表面的水泥砂漿，為金屬混凝土模板的表面除渣和使其能夠快速重復(fù)使用提供可靠的技術(shù)支持。

1 鋁合金混凝土模板振動除渣可行性分析

1.1 鋁合金混凝土模板振動除渣的理論依據(jù)

表面粘附有混凝土殘渣的鋁合金混凝土模板在振動設(shè)備中被激振后，由于材質(zhì)不同，鋁合金混凝土模板與附著的混凝土殘渣層產(chǎn)生的變形不一致，導(dǎo)致混凝土殘渣層從鋁合金混凝土模板的附著面分離剝落。根據(jù)機械共振原理，鋁合金混凝土模板放置在振動框內(nèi)，跟隨振動框上下振動，在振動框的振動過程中不斷地趨于鋁合金混凝土模板的固有頻率，模板振動劇烈，產(chǎn)生相較于表面附著混凝土殘渣不同的形變，使得水泥殘渣從鋁合金混凝土模板表面剝離[6]。

1.2 鋁合金混凝土模板共振的工作原理

圖1為單自由度系統(tǒng)在簡諧激勵作用下的強迫振動理論模型，受到簡諧激勵力F=F0sinωt的擾動(F0為激勵力幅，ω為激勵力角頻率，也稱激振頻率[7，8])。振動系統(tǒng)的運動微分方程式為：

圖1 簡諧振動系統(tǒng)模型

(1)

其中：m為系統(tǒng)質(zhì)量；k為系統(tǒng)彈簧剛度；c為系統(tǒng)阻尼；x為系統(tǒng)位移。

式(1)的特解即強迫振動為：

x=Xsin(ωt-φ).

其中：X為強迫振動振幅；φ為初相位。

圖2 幅頻特性曲線

圖2中，A0、B0分別為鋁合金混凝土模板和混凝土殘渣的初始位置，Amax、Bmax分別為鋁合金混凝土模板和混凝土殘渣的振幅，ωn1、ωn2分別為鋁合金混凝土模板和混凝土殘渣的固有頻率，即共振頻率。

當(dāng)ω=ωn1時，振動系統(tǒng)的外激勵頻率等于鋁合金混凝土模板的固有頻率，鋁合金混凝土模板發(fā)生共振，其變形較大。此時振動系統(tǒng)的外激勵頻率未達(dá)到混凝土殘渣共振頻率，其未產(chǎn)生變形，鋁合金混凝土模板的變形遠(yuǎn)大于混凝土殘渣的變形，因此混凝土殘渣從鋁合金模板的表面剝離。

當(dāng)ω=ωn2時，振動系統(tǒng)的外激勵頻率等于混凝土殘渣的固有頻率，混凝土殘渣發(fā)生共振，其變形較大。此時振動系統(tǒng)的外激勵頻率遠(yuǎn)大于鋁合金混凝土模板的共振頻率，其未產(chǎn)生變形，混凝土殘渣的變形遠(yuǎn)大于鋁合金混凝土模板的變形，因此混凝土殘渣從鋁合金模板的表面剝離。

2 鋁合金模板振動除渣設(shè)備整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)對振動除渣的原理分析，設(shè)計了振動除渣設(shè)備整體結(jié)構(gòu)，主要由整體機架、激振系統(tǒng)、電機等組成，其三維模型如圖3所示。該設(shè)備的激振系統(tǒng)主要采用曲柄連桿式振動方式，可實現(xiàn)鋁合金模板的上下往復(fù)振動。激振系統(tǒng)的曲軸由電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，連桿的末端裝有振動框，鋁合金模板在振動框內(nèi)上下往復(fù)振動，完成整個振動除渣的過程。

振動除渣工藝過程如下：將待處理的鋁合金模板放入機架艙的模板放置處，然后關(guān)閉艙門，通過振動源電機帶動曲軸及連桿運動，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為振動框及其組件的上下往復(fù)運動而壓縮彈簧，振動框拋起在機架艙中的鋁合金模板，使鋁合金模板獲得一定的能量，在振動框往復(fù)運動以及下落的過程中對模板放置處產(chǎn)生沖擊，從而達(dá)到清除水泥殘渣的目的。

1-電機；2-聯(lián)軸器；3-曲軸；4-軸承座；5-連桿；6-彈簧；7-機架艙；8-附著混凝土殘渣的鋁合金模板；9-艙門；10-模板放置處；11-振動框及組件

3 結(jié)語

新型鋁合金模板振動除渣設(shè)備是一種創(chuàng)新工藝，該設(shè)備在提高鋁合金模板的除渣效率與效果的同時結(jié)構(gòu)更加簡單，符合目前鋁合金模板的除渣要求和鋁合金模板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。該設(shè)備極大地降低了工人勞動強度，可更好地實現(xiàn)鋁合金模板除渣的自動化，解決了鋁合金模板附著水泥殘渣影響循環(huán)使用的問題，減少了人工、高壓水、噴丸，化學(xué)等除渣方式的高額成本，為鋁合金模板在建筑領(lǐng)域的快速發(fā)展提供了保障。