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)備的自動化程度仍然不高，主要工序仍是人工操作，不僅費時費力，且預(yù)制件質(zhì)量水平因人而異，很難做到標準化生產(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)致混凝土強度下降，本文設(shè)計的這種全自動排振機，不但提高了生產(chǎn)效率，而且使得振搗標準化成為可能。

1 機械結(jié)構(gòu)

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

圖1 排振機結(jié)構(gòu)圖和側(cè)視圖

行走模塊主要由行走框架、 變頻電機、 齒輪齒條組成，帶動所有升降排振模塊相對于橋面板模臺水平移動，從而在一定范圍內(nèi)改變振搗棒相對于橋面板模臺內(nèi)鋼筋間隙的插入位置，這樣配合橋面板模臺的步進距離，可以方便適應(yīng)不同型號橋面板不同距離的鋼筋間隙， 這種靈活的設(shè)計便于日后的調(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。 當行走模塊配合橋面板模臺運動，使得橋面板鋼筋間隙位于振搗棒下方時候， 升降模塊帶動排振模塊下降， 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

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

為便于排振機振搗棒更精準的對準由牽引車拖動的橋面板模臺內(nèi)的鋼筋間隙， 排振機可以水平在一定范圍內(nèi)移動，由于橋面板鋼筋間隙最小只有50mm，而振搗棒直徑約30mm，所以排振機行走模塊在執(zhí)行行走動作時誤差不能超過10mm，并且考慮日后鋼筋設(shè)計間隙可能會改為更小數(shù)值，所以排振機行走誤差控制在2mm，利用變頻器控制電機慢速行駛， 并結(jié)合齒輪齒條預(yù)防可能發(fā)生的排振機行走輪打滑故障， 再利用編碼器實時反饋當前行走準確位置給PLC 進行運動控制， 實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

在設(shè)計升降模塊時， 考慮到低慣量伺服電機雖然有著更佳的動態(tài)性能， 但是雙軸同步提升下降運動的設(shè)計要點一方面是平穩(wěn)性，所以選擇了SIMOTICS 高慣量伺服電機，使用西門子SINAMICS V90 伺服驅(qū)動，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 作為排振機的主CPU， 通過高端CPU 的同步運動功能提高同步性，而且通過PN 通訊可以方便的與V90 伺服驅(qū)動進行數(shù)據(jù)交換，PLC 與眾多伺服驅(qū)動之間只需要1 根屏蔽網(wǎng)線連接， 省去了脈沖串PTO 方式控制伺服驅(qū)動的大量硬接線，極大的減少了布線工作量和后期維護難度。

為確保伺服電缸的電氣精度足夠且不會在控制系統(tǒng)斷電后丟失當前位置，伺服電機編碼器選用20 位+12 位多圈絕對值編碼器；同時因電缸做垂直升降運動，所以伺服電機必須搭配抱閘附件，確保靜止狀態(tài)下軸的穩(wěn)定性。

2.3 觸摸屏設(shè)計

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

2.4 程序設(shè)計

排振機操作程序可以在手動操作、部件聯(lián)動、全自動之間進行切換， 手動操作模式下可以控制各個運動元件單獨動作，一般是用于調(diào)試或者排除故障；部件聯(lián)動模式下，幾個相關(guān)聯(lián)的運動元件一起協(xié)作完成部分復(fù)雜動作；全自動模式下， 排振機自動與模臺牽引車協(xié)作完成排振工序。

啟動全自動排振后，根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息，排振機水平移動至配合此種型號模臺的排振位置， 隨后排振機PLC 命令牽引車拖動橋面板模臺至排振位置1 號位， 橋面板模臺就位后， 排振機根據(jù)數(shù)據(jù)庫中記錄的1 號區(qū)域振搗時長、振搗頻率等信息，完成1 號區(qū)域的振搗工序，然后命令牽引車拖動橋面板至排振位置2 號位， 開始進行2 號區(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輸至預(yù)養(yǎng)窯進行養(yǎng)護。

3 結(jié)束語

本項目設(shè)計全自動排振機已經(jīng)在某交通集團的某橋面板生產(chǎn)基地投入使用， 實踐證明全自動排振機能夠極大提高振搗效率， 降低工人勞動強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)制件標準化生產(chǎn)流程的推進有重要積極作用。