CN110405907A - 一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法。该装置的液压系统包括液压泵站、伺服油缸一、伺服油缸二、伺服油缸三、伺服油缸四及其液压管路等，可驱动大臂、小臂、摆臂、连杆等机构运动，并与平移机构配合联动，使抹平板按预设曲线轨迹运动；气动系统包括高压气站、气动激振器及其气压管路等，可使抹平板获得激振力；振动抹平机构包括抹平板、压簧、船形架、压力传感器等，可保证摸平板与预制管片的水泥浆均匀接触。本发明所述振动抹平装置能够替代人工对预制管片外表面抹平，降低生产安全隐患，在抹平过程中增加振动功能，提高预制管片表面成形质量，有助于预制管片抹平工艺实现自动化生产，更有利于改善预制管片的整体质量。

Description

一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法

技术领域

本发明属于预制管片生产技术领域，特别涉及一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法。

背景技术

随着城市的现代化、地下轨道交通的高速发展，盾构法因其先进的施工工艺、较高的施工效率和安全环保性，日益成为我国地下工程和隧道施工的主要方法。预制管片作为盾构隧道最主要和最关键的结构构件，其性能的优劣对工程质量和隧道服役寿命具有决定性的影响，预制管片生产特别是曲面预制管片生产过程中的振动抹平工艺成为了制约预制管片实现自动化生产的关键因素。

目前预制管片生产过程的表面抹平主要依靠人工，效率低、劳动强度高，抹平后表面质量不稳定，同时也为生产过程中带来了较大的安全隐患等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决目前预制管片生产过程的表面抹平主要依靠人工，效率低、劳动强度高，抹平后表面质量不稳定以及生产过程中存在较大安全隐患等问题，提供一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预制管片生产振动抹平装置，其特征在于：包括液压系统、气动系统、控制系统、振动抹平机构和平移机构，其中，

作为优选，所述液压系统包括液压泵站、伺服油缸一、伺服油缸二、伺服油缸三、伺服油缸四及液压管道和阀块，伺服油缸一、伺服油缸二、伺服油缸三、伺服油缸四均通过液压管道和阀块与液压泵站连接，所述伺服油缸一通过销轴与大臂和机座连接，伺服油缸一的伸缩带动大臂转动，机座通过回转机构与机架连接，回转驱动机构通过回转机构驱动机座沿其轴线方向旋转；所述伺服油缸二通过销轴分别与大臂和小臂连接，小臂通过销轴与大臂连接，伺服油缸二的伸缩带动小臂转动；所述伺服油缸三通过销轴分别与摆臂和小臂连接，摆臂通过销轴与小臂连接，伺服油缸三的伸缩带动摆臂转动；所述伺服油缸四通过销轴分别与摆臂和连杆连接，连杆通过销轴与摆臂连接，伺服油缸四的伸缩带动连杆转动。

作为优选，所述振动抹平机构包括抹平板、船形架、连接架、压簧、螺柱、导柱、压力传感器、气动激振器，振动抹平机构通过销轴a与连杆连接，限位块固定安装在连杆上，通过限位块约束振动抹平机构相对于连杆的偏摆角度，抹平板固定安装在船形架底部，连接架通过压簧和螺柱连接在一起，并由导柱导向，压力传感器a和压力传感器b介于压簧和船形架上表面之间，并关于船形架中心对称分布，气动激振器通过螺栓固定安装在船形架中间部位，气动激振器通过气压管路与高压气站连接。

作为优选，所述压力传感器优选空心地磅式测力传感器，工作时，振动抹平机构压在预制管片的水泥浆上表面，压簧受反作用力而被压缩，形成沿导柱轴向的压力，并作用在压力传感器上。

作为优选，所述平移机构包括底架、机架、齿条、导轨、滑块、平移驱动机构，底架在靠近生产线轨道合适位置固定安装，齿条和导轨均通过螺钉安装在底架上，滑块和平移驱动机构均通过螺钉安装在机架上，机架与底架通过滑块和导轨连接，并保证平移驱动机构的齿轮与齿条啮合，通过平移驱动机构带动机架沿齿条水平轴线方向运动。

作为优选，所述控制系统通过线缆与液压泵站、高压气站、压力传感器、平移驱动机构、回转驱动机构电气连接，并通过控制系统与其各伺服油缸和各驱动机构的通讯，实现自动化动作。

作为优选，控制系统界面有人工手动操作和预设程序自动运行两种方式，所述控制系统优选西门子T400控制系统，集成数字量和模拟量 I/O、串行接口并支持连接位置编码器（增量型、绝对值）、比较器、运动控制器等模块，能够采集压力传感器的实测数据并对数值与预设值做对比，然后通过调试修正后的预设程序，控制系统可控制液压泵站、高压气站的电磁阀动作，使液压泵站、伺服油缸一、伺服油缸二、伺服油缸三、伺服油缸四完成预设动作，可控制平移驱动机构工作，最终使振动抹平装置的抹平板始终贴合预制管片的水泥浆表面且沿预设轨迹运动，可控制回转驱动机构工作，使振动抹平装置的机械臂完成旋转动作。

本发明所述的一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法，需要两台振动抹平装置共同作用，以提高预制管片的振动抹平质量，包括以下步骤：

a.预制管片模具沿生产线轨道进入抹平工位，并进行精确定位；

b.振动抹平装置a和振动抹平装置b分别在预制管片模具两端的初始位置；

c.振动抹平装置a和振动抹平装置b的回转驱动机构通过回转机构驱动机座沿其轴线方向旋转，使机座旋转至工作状态的初始角度，即振动抹平装置a和振动抹平装置b的机械臂均与预制管片模具垂直，振动抹平装置a和振动抹平装置b的大臂、小臂均呈上扬状态；

d.振动抹平装置a和振动抹平装置b分别通过各自的伺服油缸一、伺服油缸二分别控制其大臂、小臂下摆，使抹平板与模具腔体内预制管片的水泥浆充分接触，当压力传感器a和压力传感器b的任一压力传感器达到预设的压力值1时，伺服油缸一、伺服油缸二停止动作；

e.振动抹平装置a和振动抹平装置b分别通过各自的伺服油缸三、伺服油缸四分别精确控制其摆臂和连杆，使抹平板与预制管片的水泥浆均匀接触，当压力传感器a和压力传感器b均达到预设压力值2且两个压力传感器的差值小于预定值3时，伺服油缸三、伺服油缸四停止动作；

f.振动抹平装置a和振动抹平装置b上的气动激振器开机，振动抹平装置开始工作，在伺服油缸一、伺服油缸二、伺服油缸三、伺服油缸四和平移驱动机构的共同作用下，振动抹平装置a和振动抹平装置b分别从预制管片模具的两端向中间靠拢运动，同时振动抹平装置a和振动抹平装置b各自的抹平板始终贴合预制管片的水泥浆表面且沿预设轨迹运动进行振动抹平（预设曲线轨迹根据模具及预制管片外形设定）；

g.振动抹平装置a和振动抹平装置b的机架相遇后，振动抹平装置a和振动抹平装置b的平移机构停暂停动作，此时振动抹平装置a和振动抹平装置b抹平板接近预制管片模具中间最高点，两块抹平板之间水平间隔一定距离L（L一般为40至50毫米）；

h.振动抹平装置a和振动抹平装置b共同将两块抹平板之间的水泥浆抹平，即：振动抹平装置a和振动抹平装置b的机架一起先向振动抹平装置b方向水平运动L距离，然后再一起向振动抹平装置a方向水平运动2L距离，在此过程中振动抹平装置a和振动抹平装置b的振动抹平机构分别在各自机架和大臂、小臂、摆臂的共同作用下，使各自的抹平板始终贴合预制管片的水泥浆表面且沿预设轨迹运动；

i.振动抹平装置a和振动抹平装置b各自的大臂、小臂上扬，其各自的抹平板离开预制管片的水泥浆表面，振动抹平装置a和振动抹平装置b分别回到模具两端各自的初始位置，然后各自的机座旋转180度，使抹平板背离预制管片模具；

k.清理振动抹平装置a和振动抹平装置b的抹平板上残留的水泥浆，完成一次完成预制管片的振动抹平。

本发明的有益效果是：本发明所述的一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法，采用自动控制系统，能够替代人工对预制管片外表面抹平，降低生产安全隐患，大大提高了生产作业效率，有助于预制管片抹平工艺实现自动化生产；在抹平过程中增加振动功能，保证了预制管片表面成形质量；振动抹平装置的机械手臂采用液压驱动力具有较大的承载能力，可有效提高振动抹平机构工作的稳定性，进一步提高预制管片的整体质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的预制管片生产振动抹平装置的整体结构示意图；

图2是本发明的预制管片生产振动抹平装置的机械臂结构示意图；

图3是本发明的预制管片生产振动抹平装置的振动抹平机构示意图；

图中，1—液压泵站、2—高压气站、3—控制系统、4—底架、5—齿条、6—导轨、7—滑块、8—预制管片模具、9—机架、10—回转机构、11—平移驱动机构、12—机座、13—伺服油缸一、14—大臂、15—伺服油缸二、16—小臂、17—伺服油缸三、18—摆臂、19—伺服油缸四、20—连杆、21—振动抹平机构、22—抹平板、23—船形架、24—连接架、25—导柱、26—螺柱、27—压簧、28—气动激振器、29—销轴a、30—生产线轨道、31—回转驱动机构、32—限位块、33—压力传感器a、34—压力传感器b、A—振动抹平装置a、B—振动抹平装置b。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，在本发明所公开的技术框架内的任意等同结构替换，均为本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种预制管片生产振动抹平装置，主要包括液压系统、气动系统、控制系统（3）、振动抹平机构（21）和平移机构，其中：所述液压系统包括液压泵站（1）、伺服油缸一（13）、伺服油缸二（15）、伺服油缸三（17）、伺服油缸四（19）及液压管道和阀块，伺服油缸一（13）、伺服油缸二（（15）、伺服油缸三（17）、伺服油缸四（19）均通过液压管道和阀块与液压泵站（1）连接，所述伺服油缸一（13）通过销轴与大臂（14）和机座（12）连接，伺服油缸一（13）的伸缩带动大臂（14）转动，机座（12）通过回转机构（10）与机架（9）连接，回转驱动机构（31）通过回转机构（10）驱动机座（12）沿其轴线方向旋转；所述伺服油缸二（15）通过销轴分别与大臂（14）和小臂（16）连接，小臂（16）通过销轴与大臂（14）连接，伺服油缸二（15）的伸缩带动小臂（16）转动；所述伺服油缸三（17）通过销轴分别与摆臂（18）和小臂（16）连接，摆臂（18）通过销轴与小臂（16）连接，伺服油缸三（17）的伸缩带动摆臂（18）转动；所述伺服油缸四（19）通过销轴分别与摆臂（18）和连杆（20）连接，连杆（20）通过销轴与摆臂（18）连接，伺服油缸四（19）的伸缩带动连杆（20）转动。

如图3所示，振动抹平机构（21）包括抹平板（22）、船形架（23）、连接架（24）、压簧（27）、螺柱（26）、导柱（25）、压力传感器、气动激振器（28），振动抹平机构（21）通过销轴a（29）与连杆（20）连接，限位块（32）固定安装在连杆（20）上，通过限位块（32）约束振动抹平机构（21）相对于连杆（20）的偏摆角度，抹平板（22）固定安装在船形架（23）底部，连接架（24）通过压簧（27）和螺柱（26）连接在一起，并由导柱（25）导向，压力传感器a（33）和压力传感器b（34）介于压簧（27）和船形架（23）上表面之间，并关于船形架（23）中心对称分布，气动激振器（28）通过螺栓固定安装在船形架（23）中间部位，气动激振器（28）通过气压管路与高压气站（2）连接。

所述压力传感器优选空心地磅式测力传感器，工作时，振动抹平机构（21）压在预制管片的水泥浆上表面，压簧（27）受反作用力而被压缩，形成沿导柱（25）轴向的压力，并作用在压力传感器上。

所述平移机构包括底架（4）、机架（9）、齿条（5）、导轨（6）、滑块（7）、平移驱动机构（11），底架（4）在靠近生产线轨道（30）合适位置固定安装，齿条（5）和导轨（6）均通过螺钉安装在底架（4）上，滑块（7）和平移驱动机构（11）均通过螺钉安装在机架（9）上，机架（9）与底架（4）通过滑块（7）和导轨（6）连接，并保证平移驱动机构（11）的齿轮与齿条（5）啮合，通过平移驱动机构（11）带动机架（9）沿齿条（5）水平轴线方向运动。

所述控制系统（3）通过线缆与液压泵站（1）、高压气站（2）、压力传感器、平移驱动机构（11）、回转驱动机构（31）电气连接，并通过控制系统（3）与其各伺服油缸和各驱动机构的通讯，实现自动化动作。

所述控制系统（3）界面有人工手动操作和预设程序自动运行两种方式，所述控制系统（3）优选西门子T400控制系统，集成数字量和模拟量 I/O、串行接口并支持连接位置编码器（增量型、绝对值）、比较器、运动控制器等模块，能够采集压力传感器的实测数据并对数值与预设值做对比，然后通过调试修正后的预设程序，控制系统（3）可控制液压泵站（1）、高压气站（2）的电磁阀动作，使液压泵站（1）、伺服油缸一（13）、伺服油缸二（15）、伺服油缸三（17）、伺服油缸四（19）完成预设动作，可控制平移驱动机构（11）工作，最终使振动抹平装置的抹平板（22）始终贴合预制管片的水泥浆表面且沿预设轨迹运动，可控制回转驱动机构（31）工作，使振动抹平装置的机械臂完成旋转动作。

本发明所述的一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法，需要两台振动抹平装置共同作用，以提高预制管片的振动抹平质量，本实施方式可以通过以下步骤实现：

a.预制管片模具（8）沿生产线轨道（30）进入抹平工位，并进行精确定位；

b.振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）分别在预制管片模具（8）两端的初始位置；

c.振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）的回转驱动机构（31）通过回转机构（10）驱动机座（12）沿其轴线方向旋转，使机座（12）旋转至工作状态的初始角度，即振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）的机械臂均与预制管片模具（8）垂直，振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）的大臂（14）、小臂（16）均呈上扬状态；

d.振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）分别通过各自的伺服油缸一（13）、伺服油缸二（15）分别控制其大臂（14）、小臂（16）下摆，使抹平板（22）与模具腔体内预制管片的水泥浆充分接触，当压力传感器a（33）和压力传感器b（34）的任一压力传感器达到预设的压力值1时，伺服油缸一（13）、伺服油缸二（15）停止动作；

e.振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）分别通过各自的伺服油缸三（17）、伺服油缸四（19）分别精确控制其摆臂（18）和连杆（20），使抹平板（22）与预制管片的水泥浆均匀接触，当压力传感器a（33）和压力传感器b（34）均达到预设压力值2且两个压力传感器的差值小于预定值3时，伺服油缸三（17）、伺服油缸四（19）停止动作；

f.振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）上的气动激振器（28）开机，振动抹平装置开始工作，在伺服油缸一（13）、伺服油缸二（15）、伺服油缸三（17）、伺服油缸四（19）和平移驱动机构（11）的共同作用下，振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）分别从预制管片模具（8）的两端向中间靠拢运动，同时振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）各自的抹平板（22）始终贴合预制管片的水泥浆表面且沿预设轨迹运动进行振动抹平（预设曲线轨迹根据模具及预制管片外形设定）；

g.振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）的机架（9）相遇后，振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）的平移机构停暂停动作，此时振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）抹平板（22）接近预制管片模具（8）中间最高点，两块抹平板（22）之间水平间隔一定距离L（L一般为40至50毫米）；

h.振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）共同将两块抹平板（22）之间的水泥浆抹平，即：振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）的机架（9）一起先向振动抹平装置b（B）方向水平运动L距离，然后再一起向振动抹平装置a（A）方向水平运动2L距离，在此过程中振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）的振动抹平机构（21）分别在各自机架（9）和大臂（14）、小臂（16）、摆臂（18）的共同作用下，使各自的抹平板（22）始终贴合预制管片的水泥浆表面且沿预设轨迹运动；

i.振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）各自的大臂（14）、小臂（16）上扬，其各自的抹平板（22）离开预制管片的水泥浆表面，振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）分别回到模具两端的初始位置，然后各自的机座（12）旋转180度，使抹平板（22）背离预制管片模具（8）；

k.清理振动抹平装置a（A）和振动抹平装置b（B）的抹平板（22）上残留的水泥浆，完成一次完成预制管片的振动抹平。

本发明所述的一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法，采用自动控制系统，能够替代人工对预制管片外表面抹平，降低生产安全隐患，大大提高了生产作业效率，有助于预制管片抹平工艺实现自动化生产；在抹平过程中增加振动功能，保证了预制管片表面成形质量；振动抹平装置的机械手臂采用液压驱动力具有较大的承载能力，可有效提高振动抹平机构工作的稳定性，进一步提高预制管片的整体质量。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种预制管片生产振动抹平装置，其特征在于：包括液压系统、气动系统、控制系统、振动抹平机构和平移机构，其中，

所述液压系统包括液压泵站、伺服油缸一、伺服油缸二、伺服油缸三、伺服油缸四及液压管道和阀块，伺服油缸一、伺服油缸二、伺服油缸三、伺服油缸四均通过液压管道和阀块与液压泵站连接，所述伺服油缸一通过销轴与大臂和机座连接，伺服油缸一的伸缩带动大臂转动，机座通过回转机构与机架连接，回转驱动机构通过回转机构驱动机座沿其轴线方向旋转；所述伺服油缸二通过销轴分别与大臂和小臂连接，小臂通过销轴与大臂连接，伺服油缸二的伸缩带动小臂转动；所述伺服油缸三通过销轴分别与摆臂和小臂连接，摆臂通过销轴与小臂连接，伺服油缸三的伸缩带动摆臂转动；所述伺服油缸四通过销轴分别与摆臂和连杆连接，连杆通过销轴与摆臂连接，伺服油缸四的伸缩带动连杆转动；

所述振动抹平机构包括抹平板、船形架、连接架、压簧、螺柱、导柱、压力传感器、气动激振器，振动抹平机构通过销轴a与连杆连接，限位块固定安装在连杆上，通过限位块约束振动抹平机构相对于连杆的偏摆角度，抹平板固定安装在船形架底部，连接架通过压簧和螺柱连接在一起，并由导柱导向，压力传感器a和压力传感器b介于压簧和船形架上表面之间，并关于船形架中心对称分布，气动激振器通过螺栓固定安装在船形架中间部位，气动激振器通过气压管路与高压气站连接；

所述平移机构包括底架、机架、齿条、导轨、滑块、平移驱动机构，底架在靠近生产线轨道合适位置固定安装，齿条和导轨均通过螺钉安装在底架上，滑块和平移驱动机构均通过螺钉安装在机架上，机架与底架通过滑块和导轨连接，并保证平移驱动机构的齿轮与齿条啮合，通过平移驱动机构带动机架沿齿条水平轴线方向运动；

所述控制系统通过线缆与液压泵站、高压气站、压力传感器、平移驱动机构、回转驱动机构电气连接。

2.根据权利要求项1所述的一种预制管片生产振动抹平装置及其使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

a.预制管片模具沿生产线轨道进入抹平工位，并进行精确定位；

b.振动抹平装置a和振动抹平装置b分别在预制管片模具两端的初始位置；

c.振动抹平装置a和振动抹平装置b的回转驱动机构通过回转机构驱动机座沿其轴线方向旋转，使机座旋转至工作状态的初始角度，即振动抹平装置a和振动抹平装置b的机械臂均与预制管片模具垂直，振动抹平装置a和振动抹平装置b的大臂、小臂均呈上扬状态；

d.振动抹平装置a和振动抹平装置b分别通过各自的伺服油缸一、伺服油缸二分别控制其大臂、小臂下摆，使抹平板与模具腔体内预制管片的水泥浆充分接触，当压力传感器a和压力传感器b的任一压力传感器达到预设的压力值1时，伺服油缸一、伺服油缸二停止动作；

e.振动抹平装置a和振动抹平装置b分别通过各自的伺服油缸三、伺服油缸四分别精确控制其摆臂和连杆，使抹平板与预制管片的水泥浆均匀接触，当压力传感器a和压力传感器b均达到预设压力值2且两个压力传感器的差值小于预定值3时，伺服油缸三、伺服油缸四停止动作；

f.振动抹平装置a和振动抹平装置b上的气动激振器开机，振动抹平装置开始工作，在伺服油缸一、伺服油缸二、伺服油缸三、伺服油缸四和平移驱动机构的共同作用下，振动抹平装置a和振动抹平装置b分别从预制管片模具的两端向中间靠拢运动，同时振动抹平装置a和振动抹平装置b各自的抹平板始终贴合预制管片的水泥浆表面且沿预设轨迹运动进行振动抹平；

g.振动抹平装置a和振动抹平装置b的机架相遇后，振动抹平装置a和振动抹平装置b的平移机构停暂停动作，此时振动抹平装置a和振动抹平装置b抹平板接近预制管片模具中间最高点，两块抹平板之间水平间隔一定距离L（L一般为40至50毫米）；

h.振动抹平装置a和振动抹平装置b共同将两块抹平板之间的水泥浆抹平，即：振动抹平装置a和振动抹平装置b的机架一起先向振动抹平装置b方向水平运动L距离，然后再一起向振动抹平装置a方向水平运动2L距离，在此过程中振动抹平装置a和振动抹平装置b的振动抹平机构分别在各自机架和大臂、小臂、摆臂的共同作用下，使各自的抹平板始终贴合预制管片的水泥浆表面且沿预设轨迹运动；

i.振动抹平装置a和振动抹平装置b各自的大臂、小臂上扬，其各自的抹平板离开预制管片的水泥浆表面，振动抹平装置a和振动抹平装置b分别回到模具两端各自的初始位置，然后各自的机座旋转180度，使抹平板背离预制管片模具；

k.清理振动抹平装置a和振动抹平装置b的抹平板上残留的水泥浆，完成一次完成预制管片的振动抹平。