CN1048209C - 用于制造一种混凝土产品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在一个挤压机型浇筑机，连续浇筑机或类似设备中制造一种混凝土产品的方法和设备。以通常的方式将混凝土拌合料送入，使其通过一具有设计的横截面的空间，得到所需形状的连续断面产品。浇筑过程中将被浇筑的混凝土拌合物压实到最终除去被截留的气泡和得到恒定的浇筑质量的产品。根据本发明，至少一个压实运动是一种可控制方向的往复压实运动，其具有至少一个在混凝土的浇筑流的方向里的第一平移分量和至少一个垂直于所述至少一个第一平移分量的平移分量。

Description

用于制造一种混凝土产品的方法和设备

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分，使用一种挤压机型浇筑机，一种连续浇筑机或类似设备，制造一种混凝土产品的方法。

本发明还涉及一种根据权利要求7的前序部分，用于实现该方法的浇筑机。

空心板等长混凝土产品通常由挤压机型浇筑机或连续浇筑机制造。该浇筑机是由一个锥形料斗，其下部连接着一个或多个加料螺旋输送器组成的。该加料螺旋输送器后面通常是一个芯形心轴，该心轴进一步延伸为一个支承产品内形成的空腔的辅助心轴。芯型心轴上装有一个振捣器或类似的压实装置，用于将浇筑混凝土压成由浇注模和心轴所确定的形状。此外，浇筑机还有一个上修平梁，它形成了模具的上缘，该模具的侧面也常设计成侧修平梁。在浇筑过程中，该修平梁将混凝土拌合料压实，并对浇筑产品表面作光滑修整。除了修平或增大，还要采用振捣进行压实。挤压机型的浇筑机的操作设计得与连续浇筑机相似，加料螺旋输送器的反作用力使挤压机型浇筑机在模具的顶部向前移动。

在一段较长的时间里，人们不断改进挤压机型浇筑机，第一代挤压机型浇筑机是60年代末开发的。初期的挤压机型浇筑机的运行基于一般的振动技术，利用各种振动模将混凝土压实。振动还使机器内的混凝土基本上易于流动。振动的作用是，赋予混凝土团粒以高速度，使颗粒间的脉冲碰撞达到一足够高的能量级，以加速成团颗粒的移动，从而压实混凝土。典型的振动频率量级为12.5-200Hz，适用的振捣设备可从若干制造商买到。现有技术中涉及挤压机型浇筑机的发明都立足于采用标准的振捣器，并且显然采用专门的机器结构。所采用的典型的振捣器设备为一种旋转振捣器，此处，一个转动偏心块使与该振捣器相联的一物体在该偏心块相同的方向上运动，该运动依赖于偏心块的旋转速度，这个运动被传递给混凝土拌合料。挤压机型浇筑机有安装在机器的不同侧的振捣器，要求对混凝土拌合料进行有效的压实，特别是在混凝土产品的成形和压实区域。一般至少要在芯型心轴内使用振捣器，通过其在混凝土拌合料中的振动，在垂直于混凝土流动的各方向的混凝土被有效地压实，特别是在该浇筑产品的成形区域。

通过使加工混凝土拌合料的浇筑机的不同部件相对慢地运动来代替振捣，也可进行压实。这种压实的动作是通过螺旋输送器后的芯型心轴的侧向偏转运动和/或所述心轴的周期性变形实现的，心轴的周期性变形改变了其横截面，从而将其周围的混凝土压实。该周期性的往复旋转运动已经被特别用来和非圆形横截面的心轴一起的压实中。所有这些机器的特征为，通过低频率的机械运动压实混凝土，因此，团粒的彼此的相对运动是由机械部件的运动产生的推力所引起，而不是由这些团粒彼此的碰撞所引起。

在本工艺中，通常将上述压实方法称为施工压实或剪切压实，其优点之一是，在低值即低频率运动时，团粒的运动和转移就很大，从而使该机器在无噪音的条件下运转。

一种设备已经进一步的发展了低频压实运动的原理，其中芯形心轴具有锥形或楔形表面，因此通过心轴的缓慢的纵向运动来压实混凝土。在实践中，进行压实的往复运动的振幅为5-50mm频率为1-10Hz，这比用于振动的振幅和频率低。为了改进压实摩擦，机器使用楔形或锥形心轴表面，这在浇筑流动方向提供了楔形或锥形空间，上述空间作为压实空间。

通常的振动技术的实施例有几个缺点，虽然其中有些可获得较好的压实效果。如上所述，最大的缺点是由高频振动本身和在浇筑机的不同结构上的振捣装置的非最佳定位置所引起的噪音操作，特别是由振动力几乎向着各个方向，典型的振动力方向是用浇筑方向和机器结构垂直定向，所引起的噪音操作。这种无控制的振动力作用在机器上的比作用在混凝土拌合料本身上的更多，因此，在机器结构上引起很强的应力。振动的路线横过机器的另一缺点是，穿过机器的混凝土流受阻，引起机内的压力不必要的增加和机器部件的很大磨损。虽然剪切压实型浇筑机只发出低量级噪音，但存在着其它与机器结构、操作和浇筑产品有关的缺陷。

剪切压实浇筑机的结构比振动浇筑机的略复杂些，而且由于所需的长的剪切冲程，必须使用难密封的滑动面，因此，流动的混凝土拌合料在机器的这些点上引起磨损和毁坏。仅仅低频的压实大体上仅作用在大团粒上，因此，小颗粒未被压实，这就意味着，小颗粒未被转移到团粒基质中新的较好位置，而且从混凝土拌合料中清除截留的小气泡也很差。使用现代化的所谓微配比混凝土拌合料时这个问题尤其突出，若按通常的浇筑方法则不能获得可能的最大强度，也得不到满意的压实。

本发明的一个目的是得到一种对现有技术加以改进的和较快的压实方法和设备，特别是用于高强度混凝土的生产。

本发明的原理为，在压实混凝土时，至少采用一种可控制方向的压实运动，其同时有一与混凝土拌合料流，同方向上的矢量分量和一横过混凝土拌合料流的方向上的矢量分量。

按照本发明的一优选实施例，被模压的混凝土拌合料至少受到一种第二压实运动，其频率与双面可控制方向的第一压实运动不同。

更具体地说，本发明方法的主要特征为权利要求1的特征部分所陈述的特征。

而且按照本发明的设备，其特征为权利要求7的特征部分所陈述的特征。

本发明提供了明显的优点。

采用许多种不同振动频率进行压实是有利的，特别是以许多种高频振动补充机械的低频压实运动，从而使该压实作用施加在各种尺寸的团粒上。将此基本方案与本发明的可控制方向压实效果的申请和双向可控制的压实运动结合，可获得可能的最有效的压实，能保证生产出最高强度级的混凝土。通过将压实作用足够精确地控制在被浇筑的混凝土拌合料的流动方向内，从而在浇筑的混凝土内，所施加的能量中的最大量被用于压实，同时，压实运动的一个分量被加在垂直于混凝土流的方向内，在机器的横向也能确保良好的压实。本发明人所做的实验显示了同时有纵向和横向剪切压实运动对于浇筑产品的最终成型是极其重要的。通过以多种振动和机械压实频率施加压实作用可进一步改进压实结果；但多频率的效果不象双向压实运动那样显著。纵向振动与横向于机器的压实运动结合可使通过浇筑嘴的混凝土易于流动，从而机器部件磨损小，浇筑机内不会产生过大的内压。与低频率机械压实运动相比，避免了在工作中的和磨损中的混凝土拌合料大幅度运动。

利用多向压实方案可成形一种结构比现有技术模制的结构更复杂的产品，只要浇筑机的螺旋输送器装有一振动装置，混凝土拌合料沿螺旋输送器的流动就会很容易，因此螺旋输送器的磨损就会被减小。显然，设备的振动频率应制成有利于调整，这样就可按照不同团粒的固有频率将所施加的振动调节到不同的频率，从而最有效地将能量传入混凝土拌合料中，导致最有效的压实。

下面结合附图对本发明进行分析，其中

图1是按照本发明的浇筑机的局部纵剖面图；

图2是图1所示机器的俯视图；

图3是图1的细部图；

图4是最终产品的截面图。

根据本发明的机器为一台挤压机型浇筑机，它适应于沿浇筑模具1的边运行并由承载轮2所支承。该机器组装在架3上。该实施例浇筑机有三个锥形加料螺旋输送器5。该螺旋输送器5通过螺旋输送器的主动轴7安装在架3上。芯形心轴6置于加料螺旋输送器5相对于浇筑方向的末端。一个拉杆10穿过各螺旋输送器轴7的中心，该拉杆是被一个液压缸11所驱动的，该液压缸的能量由液压机12通过一液压流体分配器12提供。主动轴7的端部设置一变速减速齿轮8，通过该齿轮8，螺旋输送器5的驱动马达9与螺旋输送器主动轴7相联。在加料螺旋输送器5的输入端，该机器的顶部装有一个锥形加料斗4。与加料斗4相邻，在该机器相对于浇筑方向相反的一端，在机器上方是模具顶板16，侧面是模具侧板15。侧板15与液压缸11相联。顶板16通过连杆机构20与一顶板驱动装置相联。

根据本发明的双向压实运动是通过连杆机构18和19.1，19.2实现的。从图3显然可见，主动轴7是由两连杆18所支承。当液压缸11推动拉杆10时，支撑着主动轴7，加料螺旋输送器5和芯形心轴6的连杆机构18迫使这些被支撑的元件分别作向前和向下运动，或在相反方向的运动时向后和向上运动，从而使容纳在挤压机部分内的混凝土拌合料受到双向控制的压实运动。该机构18的另一极限位置在图3中以虚线示出。当连杆机构20的曲柄杆带动模具顶板16作往复运动时，由连杆机构19.1，19.2支撑的模具顶板16也可实现同样的压实运动。

该设备的功能如下。浇入加料斗4的混凝土拌合料在重力作用下流入由主动马达9驱动旋转的加料螺旋输送器5中。该旋转螺旋输送器5将混凝土拌合料推入一个加压空间，该加压空间继续延伸成由模具1、模具侧板15和模具项板16所限定的成形空间。在此空间，混凝土拌合料被压入在芯形心轴6和壁1、15、16之间的空间，在此处混凝土拌合料受到压实运动力和由芯形心轴6、移动着的壁15，1所产生的内压被压实，并被加工成为所需最终产品，例如空心梁的连续的型材。芯形心轴6的往复运动是由与拉杆10的端部相连的液压缸11所提供的。

浇筑机受到被挤压的混凝土拌合料的反作用力沿一带轮子2的平台1移动，或者由一单独的马达驱动运动。浇入加料斗4的混凝土拌合料在重力作用下流入加料螺旋输送器5，并由加料螺旋输送器5推入由模具壁1，15和16限定的空间，从而产生所需的内模压。可将螺旋输送器5设置成与芯形心轴6一起作一种可控制方向的振动运动，从而使混凝土拌合料易于沿螺旋输送器5的螺旋叶片表面流动，增加了混凝土拌合料的加入。螺旋输送器5延伸为芯形心轴6，心轴6形成最终产品所需的空心腔21。图4中示出了不同空心腔形状的横截面。混凝土的压实主要是在这些芯形心轴6的作用下发生的。通过该心轴6的可控制方向的振动就完成了压实作用，采用如上所述的往复曲线摆动有利于压实作用。如果芯腔的横截面形状允许，该心轴可能有一个固定的横截面，这样，往复压实运动也存在横向于机器的压实分量。在制成圆筒形芯腔时，很显然，心轴可以与螺旋输送器一起转动，但对于非圆筒形芯腔必须采用非旋转芯轴。显然，心轴的横截面可以取锥形或扩口形。可控制方向的压实振动使混凝土拌合料在流动时发生很大变形。螺旋输送器5由主动轴7驱动旋转，而该心轴6在穿过主动轴中心的杆10的帮助下移动。除了旋转运动，可将螺旋输送器5制成可进行压实运动，因此，可结合杆10的运动使该输送器动作。

配置一驱动皮带8或一驱动链条带动螺旋输送器5旋转，选用转速易于控制的液压马达作为驱动马达是有益的。也可采用带减速齿轮的电动机。液压操作器的液压缸11和心轴拉杆10带动心轴作所希望的可控制方向的振动运动，当螺旋输送器5也需要振动，则借助于一个啮合端轴承的横向载荷的帮助将其锁到心轴6的拉杆10上。利用液压缸11，可以恒等力和恒加速度来操作心轴6，这有利于使机器结构的应力减到最小。显然，液压缸可以被其它形式的执行元件所代替，例如被偏心凸轮机构和其它能产生基本上为正弦变加速的装置所代替。在以普通的液压机械作为振动动力源的液压驱动机器中，机械输出动力被控制为对于不同的振动执行元件的液压脉冲。为了减小机器结构内所引起的振动，应将液压驱动脉冲的相位调得适当。通过适当控制液流分配器可改变振动频率，而振动力是通过改变液压执行元件的运行压力来调节的。

根据本发明的压实运动是以精确可控制定向振动运动的形式发生的，而不是低频剪切压实。事实上，剪切压实与振动压实之间的界限是很难划清的，因此，各种情况下的适用振动频率基本上取决于所浇筑的混凝土拌合物的性质。适于混凝土的典型的振动频率约在12.5-200Hz。在本机中，发现振动频率对于心轴部分取12.5-50Hz的范围有利，对于模具顶板和侧板取5-10Hz的范围有利。这两种不同频率的结合特别有利，因为这样就可将振动作用施加到大变化粒度的团粒上。

除了上面所描述的外，本发明还可以其它实施例实施。

驱动元件可以是任何能够提供所需输出动力的动力执行机构。然而在上述应用中，电马达或液压马达较好。可使用例如曲柄或偏心凸轮和从动机构以不同的方式将旋转运动转变成周期性直线往复运动。所有驱动元件都是有利于控制的。

压实运动的方向可通过改变支撑连杆机构中连杆的长度和方向来控制。如果连杆相对于浇筑流方向稍微向后倾斜，则摆动运动朝下，因此，例如心轴的压实效果对于心轴下部的混凝土拌合物更明显。相应地若将连杆调节到沿浇筑流动方向略微向前倾斜，可使压实运动向上。而且，通过改变连杆的长度，事实上，任何连杆机构都可有不同的连杆长度，连杆机构压实运动的轨迹可以改变。如果压实运动是借助于一偏心凸轮机构实现，那末压实元件的轨迹可以类似的方式改变。除了连杆和凸轮机构，也可使用其它的同类型的控制运动装置，例如导轨，从而能够实现几乎任何可以想像的压实轨迹的形状。

虽然在上述实施例中，模具侧板只能作相对于浇筑流动方向的纵向运动，可以想象，至少某些模具侧板与一个能够赋予垂直或横向运动的偏心机构相连。而且，其它压实运动也可这样实现，使相对于浇筑流动方向为横向的压实运动发生在水平面内。此外，可将一偏心块振动器17置于芯形心轴内，从而进一步改进压实效果，并使混凝土拌合料流易于流动。可通过改变压实运动的速度，冲程长度或输入功率来控制压实运动或压实效率。

Claims (10)

1.一种制造一种压实的混凝土产品的方法，包括：以至少一个加料装置(5)将混凝土拌合料压过一个为制造具有所要求的横截面的混凝土产品而设计的横截面(1，6，15，16)，和通过至少一种机械往复压实运动将需要浇筑的混凝土拌合料压实，其特征在于：至少一种所述压实运动是可控制方向的往复运动，将其与至少一种朝混凝土浇筑流的方向的第一平移分量和至少一种垂直于至少一种第一平移分量的平移分量相结合，所述压实运动中至少一种是由适应于所设计的横截面的空间的芯形心轴(6)的运动所构成，所述运动既在沿浇筑流动方向的纵向执行，又在至少基本上沿所述浇筑流动方向的横向执行。

2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于：加料装置(5)执行的运动被连接到芯形心轴(6)的运动上。

3.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述压实运动中至少一种由适合限定具有所设计的横截面的空间的边界模具顶板(16)的运动所构成，所述运动既沿浇筑流动的纵向执行，又至少基本上在垂直地横过所述浇筑流动的方向执行。

4.如权利要求3所述的一种方法，其特征在于：以不同的频率实现芯形心轴(6)和模具顶板(16)的所述压实运动。

5.如前面任意一项权利要求所述的一种方法，其特征在于：混凝土拦合料还受到的高频压实振动的附加压实。

6.一种用于制造一种压实的混凝土产品的设备，所述设备包括：至少一种加料装置(5)，用于输送通过一设定的横截面(1，6，15，16)的混凝土拌合料，至少一种由所述横截面(1，6，15，16)所描绘的表面，所述表面可进行一种可控制方向的往复运动来压实混凝土拌合料，和能够驱动所述表面运动的元件(11，20)，其特征在于：用于控制所述表面(6，16)的运动方向的元件应使所述太实运动至少有一个朝混凝土浇筑流方向的第一平移分量和至少一个垂直于所述至少一种第一平移分量的平移分量，所述设备还包括至少一个伸入所述设计横截面的空间的芯形心轴(6)，还包括用于实现心轴(6)的往复运动的元件(8，9，11)，用于控制所述心轴(6)的运动方向的元件(18)，使所述心轴(6)可同时沿浇筑流方向和垂直于所述方向运动。

7.如权利要求6所述的一种设备，其特征在于：所述设备还包括一个成形一设计横截面的空间的模子(1)，由一执行元件(11)操作运动的二个模具侧板(15)由一执行元件(20)操作的模具顶板(16)和至少一芯形心轴(6)，用于控制所述模具顶板(16)运动方向的元件(19.1，19.2)，使所述模具顶板(16)能同时作沿浇筑流方向和垂直于所述方向的运动。

8.如权利要求7所述的一种设备，其特征在于：所述芯形心轴(6)内配置一普通的高频振动器。

9.如权利要求6所述的一种设备，其特征在于：所述控制方向的元件(18)由平行连杆构成。

10.如权利要求6所述的一种设备，其特征在于：所述控制方向的元件(18)由不平行连杆构成。

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