CN114953145B - 预制空腔柱生产设备、使用方法及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空腔柱生产制造领域，提供一种预制空腔柱生产设备、使用方法及生产方法。预制空腔柱生产设备包括：喷射装置和模板，模板沿预制空腔柱的轴向方向四周围合形成空腔，喷射装置还包括输送管、喷嘴及驱动机构；输送管设置于空腔的轴线上，输送管用于输送预制混凝土；喷嘴与输送管连通，用于从空腔的内部向模板旋转喷射预制混凝土；驱动机构用于驱动喷嘴以空腔的轴线为轴心旋转，并沿轴线方向移动。本发明提供的预制空腔柱生产设备、使用方法及生产方法，通过与输送管相连的喷嘴在模板内喷射形成混凝土壁，相比于传统生产设备，方便控制混凝土的喷射量，而且模板沿空心柱的四周围合，方便脱模，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及空腔柱生产制造技术领域，尤其涉及一种预制空腔柱生产设备、使用方法及生产方法。
背景技术
目前装配式建筑广泛应用空腔预制构件，相较传统实心预制构件，空腔预制构件自重更轻，便于运输与吊装，对塔吊和其他起重设备的最大吊起重量要求较低。另外，空腔预制构件采用钢筋套筒机械连接或采用环状搭接钢筋间接搭接，不设置预埋套筒，可有效解决灌浆套筒连接的质量隐患，保证施工质量，提高施工速度。
空腔预制构件多采用逐边浇筑或芯模法生产。其中，逐边浇筑的方式容易在新旧结合面出现断裂。芯模法需要放置多组芯模，待混凝土壁凝固后托模，其内部模板脱模费时费力。现有空腔预制构件的生产方式工序复杂，成本高，经济效益低。
发明内容
本发明提供一种预制空腔柱生产设备、使用方法及生产方法，用以解决现有技术中预制空腔柱生产效率低的缺陷。
本发明提供一种预制空腔柱生产设备，包括：喷射装置和模板，所述模板沿所述预制空腔柱的轴向方向四周围合形成空腔，所述喷射装置还包括输送管、喷嘴及驱动机构；
所述输送管设置于所述空腔的轴线上，所述输送管用于输送预制混凝土；
所述喷嘴与所述输送管连通，用于从所述空腔的内部向所述模板旋转喷射所述预制混凝土；
所述驱动机构用于驱动所述喷嘴以所述空腔的轴线为轴心旋转，并沿所述轴线方向移动。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述喷射装置还包括混合仓，所述输送管包括第一输送管和第二输送管，所述第一输送管套设于所述第二输送管外，所述第一输送管和所述第二输送管的输出端均与所述混合仓连通，所述喷嘴设置在所述混合仓的出料口，所述第一输送管和所述第二输送管中的一个用于输送混凝土，另一个用于输送辅料，所述混合仓用于混合所述混凝土和所述辅料以形成所述预制混凝土。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述第一输送管和所述第二输送管的轴线重合。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述第一输送管的内壁和所述第二输送管的外壁之间通过管体支架相连。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，还包括输送管封头，所述输送管封头用于密封所述第一输送管和所述第二输送管远离所述混合仓的一端。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述喷射装置还包括旋转密封接头，所述第一输送管可转动插设于所述旋转密封接头，所述旋转密封接头设有第一连接通道和第二连接通道，所述第一连接通道的第一端用于添加辅料，所述第一连接通道的第二端与所述第二输送管连通，所述第二连接通道的第一端用于添加混凝土，所述第二连接通道的第二端与所述第一输送管连通。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述第一输送管上设有第一环形槽和第二环形槽，所述第一环形槽和所述第二环形槽的两侧分别设置封堵环，所述封堵环用于封堵所述第一输送管与所述旋转密封接头之间的空隙，以使所述第一环形槽形成第一空腔，使所述第二环形槽形成第二空腔；
所述第一连接通道的第二端连通所述第一空腔，所述第二连接通道的第二端连通所述第二空腔；
所述第二输送管设有连通支管，所述连通支管连通所述第二输送管与所述第一空腔；所述第二环形槽设有第二通孔，所述第二通孔连通所述第二空腔和所述第一输送管。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述旋转密封接头还包括转动轴承，所述第一输送管插接固定于所述转动轴承的内圈，所述转动轴承的外圈与所述套筒固定连接。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述喷射装置还包括混凝土添加机构和辅料添加机构，所述混凝土添加机构包括搅拌机及输送泵，所述搅拌机、所述输送泵与所述第一输送管顺次连接；和/或，所述辅料添加机构包括速凝剂添加装置及空气压缩机，所述速凝剂添加装置和所述空气压缩机分别与所述第二输送管相连。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述驱动机构包括直线驱动组件及旋转驱动组件，所述直线驱动组件用于驱动所述喷嘴沿所述输送管的轴向直线运动，所述旋转驱动组件用于驱动所述喷嘴旋转。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述直线驱动组件包括直线驱动件、直线轨道及支架，所述输送管安装于所述支架，所述支架可滑动安装于所述直线轨道，所述直线驱动件用于驱动所述支架以带动所述输送管沿所述直线轨道直线运动。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述直线轨道上设置有托轮，所述托轮用于承托所述输送管。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，还包括厚度检测装置及控制装置，所述控制装置与所述厚度检测装置通信连接，所述控制装置用于根据所述厚度检测装置采集的信息控制所述喷嘴的直线运动速度。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备，所述喷嘴的喷射方向与所述输送管的轴线之间所形成的夹角为45°～90°。
本发明还提供一种如上所述的预制空腔柱生产设备的使用方法，包括：
预制混凝土通过所述输送管输送至所述喷嘴，所述喷嘴在所述模板内以所述输送管的轴线为轴心旋转喷射预制混凝土，并沿所述输送管的轴线方向前进和/或后退。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，基于所述喷嘴的喷射速度和目标壁厚确定所述喷嘴的喷射时长；
基于所述喷射时长和预制空腔柱的轴向长度确定所述喷嘴前进和/或退出的速度。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，基于所述目标壁厚确定预制空腔柱所需的混凝土目标体积V；
基于所述混凝土目标体积V和所述喷嘴的喷射速度确定喷射时长。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，基于目标壁厚确定预制空腔柱的截面面积S，基于所述空腔柱的截面面积S确定预制空腔柱所需的混凝土目标体积V为：
V＝S×H
所述喷嘴在模板内的喷射时长t为：
喷嘴前进和/或退出的速度v0为：
其中，H为预制空腔柱的轴向长度；v为所述喷嘴的喷射速度，S为预制空腔柱的截面面积。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，还包括：
获取当前预制空腔柱的实际壁厚；
基于所述实际壁厚和所述目标壁厚调整所述喷嘴的前进和/或退出的速度。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，所述基于所述实际壁厚和所述目标壁厚调整所述喷嘴的前进和/或退出的速度具体包括：
若所述实际壁厚与所述目标壁厚之间的差值低于第一预设值，则降低所述喷嘴的前进和/或退出速度；
若所述实际壁厚与所述目标壁厚之间的差值高于第二预设值，则提高所述喷嘴的前进和/或退出速度；
其中，所述第一预设值不大于所述第二预设值。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，所述获取当前预制空腔柱的实际壁厚具体包括：
获取混凝土的图像数据，基于所述图像数据构建混凝土的三维模型；
基于所述三维模型确定混凝土的实际壁厚。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，所述输送管包括第一输送管和第二输送管，所述第一输送管套设于所述第二输送管外，且所述第一输送管和所述第二输送管的轴线重合，所述第一输送管和所述第二输送管均与混合仓连通，所述喷嘴设置在混合仓的出料口；
混凝土通过第一输送管输送至所述混合仓，辅料通过第二输送管输送至所述混合仓，所述混凝土和所述辅料在所述混合仓内混合形成预制混凝土，所述第一输送管、所述第二输送管和所述喷嘴同步旋转并同步前进和/或后退，以在所述模板内喷射预制混凝土。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，所述输送管包括第一输送管和第二输送管，所述第一输送管套设于所述第二输送管外，且所述第一输送管和所述第二输送管的轴线重合，所述第一输送管和所述第二输送管均与混合仓连通，所述喷嘴设置在混合仓的出料口；
混凝土通过第一输送管输送至所述混合仓，辅料通过第二输送管输送至所述混合仓，所述混凝土和所述辅料在所述混合仓内混合形成预制混凝土，所述第一输送管、所述第二输送管和所述喷嘴同步旋转并同步前进和/或后退，以在所述模板内喷射预制混凝土。
根据本发明提供的一种预制空腔柱生产设备的使用方法，所述辅料包括速凝剂，液态的所述速凝剂经速凝剂添加装置雾化，雾化后的速凝剂在空气压缩机的作用下沿所述第二输送管输送至所述混合仓，预制混凝土在空气压缩机的高压空气推送下经所述喷嘴喷出。
本发明还提供一种预制空腔柱的生产方法，包括：
对混凝土进行混流，
将混流后的混凝土在模板内旋转喷射，以形成预制空腔柱的预制混凝土层；
其中，模板沿预制空腔柱的轴向四周围合。
根据本发明提供的一种预制空腔柱的生产方法，对混凝土进行混流包括：向所述混凝土内添加速凝剂和压缩气体。
根据本发明提供的一种预制空腔柱的生产方法，所述辅料为速凝剂。
根据本发明提供的一种预制空腔柱的生产方法，控制混凝土在预制空腔柱轴向方向上单位距离的喷射时间，以控制所述预制混凝土层的厚度。
本发明提供的预制空腔柱生产设备、使用方法及生产方法，通过与输送管相连的喷嘴在模板内喷射形成预制混凝土壁，相比于传统生产设备，方便控制预制混凝土的喷射量，而且模板沿空心柱的四周围合，方便脱模。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的空腔预制柱生产设备的结构示意图；
图2是本发明提供的喷射装置的结构示意图；
图3是本发明提供的模板与骨架的分解示意图；
图4是本发明提供的模板与骨架在预制空心柱生产前的截面图；
图5是本发明提供的柱模板与骨架在预制空心柱生产后的截面图；
图6是本发明提供的第一输送管与旋转密封接头的连接示意图；
图7是本发明提供的第一输送管与旋转密封接头的分解示意图；
图8是本发明提供的旋转密封接头的立体图；
图9是本发明提供的第一输送管与第二输送管的配合示意图；
图10是本发明提供的第一输送管和第二输送管的连接结构图；
图11是本发明提供的空腔预制柱生产设备的使用流程图之一；
图12是本发明提供的空腔预制柱生产设备的使用流程图之二；
图13是本发明提供的实际壁厚检测原理图；
图14是本发明提供的空腔预制柱生产方法的流程示意图。
附图标记：
10、混凝土添加机构；20、速凝剂添加装置；21、空气压缩机；30、输送管；31、第一输送管；32、第二输送管；33、管体支架；34、连接棱条；35、输送管封头；40、混合仓；50、喷嘴；60、旋转密封接头；61、第一连接通道；62、第二连接通道；63、第一环形槽；64、连通支管；65、第二环形槽；66、第二通孔；67、转动轴承；68、封堵环；69、密封件；71、直线轨道；72、支架；73、旋转驱动组件；80、厚度检测装置；81、控制装置；90、托轮；100、模板；200、骨架；300、预制空腔柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图10介绍本发明提供的预制空腔柱生产设备。
本发明实施例提供一种预制空腔柱生产设备，如图1所示，其包括喷射装置和模板100，模板100沿预制空腔柱300的轴向方向周向围合形成空腔。如图2所示，喷射装置包括输送管30、喷嘴50及驱动机构，输送管30设置在空腔的轴线上，输送管30用于输送预制混凝土。喷嘴50与输送管30连通，用于从空腔的内部向模板100内旋转喷射预制混凝土。驱动机构用于驱动喷嘴50以空腔的轴线为轴心旋转，并沿轴线方向移动。
其中，输送管30用于为喷嘴50提供空腔预制柱生产用的原料。在一可选的实施例中，将混凝土和速凝剂混合形成预制混凝土，通过输送管30将预制混凝土输送至喷嘴50。在又一可选的实施例中，输送管30包括同轴设置的第一输送管31和第二输送管32，第一输送管31和第二输送管32的输出端均与混合仓40相连，喷嘴50安装在混合仓40的出料口。混凝土添加机构10通过第一输送管31向混合仓40输送混凝土，辅料添加机构通过第二输送管32向混合仓40输送速凝剂等辅料，混凝土和辅料在混合仓40内混合均匀后从喷嘴50喷出。
在一实施例中，喷嘴50的进料口通过旋转密封接头60与混合仓40或者是输送管30相连。在驱动机构的作用下，仅喷嘴50旋转并且输送管30和喷嘴50沿输送管30的轴向直线运动，从而实现喷嘴50的螺旋运动。在又一实施例中，在驱动机构的作用下，喷嘴50和输送管30一并旋转的同时还能沿输送管30的轴向直线运动，同样可以实现喷嘴50在空心柱模板100内的螺旋运动。
预制空腔柱300可以为方形柱或者圆形柱或者其他形状的柱体，对应的，模板100为方形柱状壳体或者圆柱状壳体，具体根据预制空腔柱300的外形选择。使用时，在驱动机构的作用下，喷嘴50在模板100内旋转喷射预制混凝土并逐渐从模板100内退出或前进，或者在退出后再次前进或前进后再次退出。由此借助喷嘴50在模板100内喷射预制混凝土以制备具有目标厚度的预制空腔柱300。
模板100内插设有骨架200。如图3所示，骨架200包括纵横交错的多根钢筋，多根钢筋交错设置形成钢筋骨架200。当然，骨架200也可以为其他形式的骨架200结构。模板100围合形成方形腔，方形腔的两端敞口。批量生产空腔柱时，将成型的骨架200插设在模板100内，其形成的截面图如图4所示。如图1所示，将喷嘴50插入模板100内并位于骨架200的空置区域，喷嘴50在驱动机构作用下以空腔的轴向为轴心旋转。通过喷嘴50向模板100内注入预制混凝土，将预制混凝土和骨架200固定在一起形成预制空腔柱300，生产后的截面图如图5所示。
本发明实施例提供的预制空腔柱生产设备，通过与输送管30相连的喷嘴50在模板100内喷射形成预制混凝土壁，相比于传统生产设备，方便控制预制混凝土的喷射量，而且模板100沿空心柱的四周围合，方便脱模。
在本发明一具体实施例中，喷射装置还包括旋转密封接头。其中，旋转密封接头为中央回转接头，其包括外套筒及内套筒，内套筒可转动插设在外套筒内。外套筒设有第一连接通道和第二连接通道，内套筒设有第一环形槽、第二环形槽、第一通道及第二通道。第一通道的一端位于第一环形槽的槽底，另一端位于内套筒的端面。第二通道的一端位于第二环形槽的槽底，另一端位于内套筒的端面。第一连接通道的一端与辅料添加机构相连，另一端针对第一环形槽。第二连接通道的一端正对第二环形槽，另一端与混凝土添加机构10相接。第二输送管32对接第一通道，第一输送管31对接第二通道。
第一输送管31和第二输送管32并行设置，两者一同旋转时，内套筒在外套筒内旋转。其中，外套筒和内套筒通过轴承结构转动连接。内套筒的相对两端分别设置有一个轴承结构。当然也可以仅设置一个轴承结构，本发明不具体限定轴承结构的数量。第一连接连接通道和第二连接通道间隔设置，两者沿外套筒的厚度方向贯穿外套筒并且外凸于外套筒，以便与辅料添加机构和混凝土添加机构10相连。
其中，第一通道和第二通道均从内套筒的侧壁延伸至内套筒的端面。比如，第一通道和第二通道的结构呈L型，其一端开设在对应的环形槽的槽底，另一端开设在内套筒的端面以对接第一输送管31和第二输送管32。
在内套筒相对外套筒旋转过程中，第一环形槽与第一连接通道始终保持连接，从而使辅料添加机构向第一环形槽内通入辅料，通过与第一环形槽连通的第一通道输送至第二输送管内。混凝土添加机构通过第二连接通道与第二环形槽保持连通，以便连续向第二环形槽内供给混凝土，并通过与第二环形槽连通的第二通道。
该实施例提供的喷射装置，通过旋转密封接头实现第一输送管31和第二输送管32的并行设置，确保两者在转动的同时不会发生缠绕。
在本发明又一具体实施例中，喷射装置还包括混合仓40，输送管30包括第一输送管31和第二输送管32，第一输送管31套设于第二输送管32外。第一输送管31和第二输送管32的输出端均与混合仓40连通，喷嘴50设置在混合仓40的出料口，第一输送管31和第二输送管32中的一个用于输送混凝土，另一个用于输送辅料。混合仓40用于混合混凝土和辅料以形成预制混凝土。
具体地，第一输送管31用于输送混凝土；第二输送管32用于输送辅料。第一输送管31和第二输送管32套设在一起同步输送物料。需要说明的是，输送管30还可以为三个相互嵌套的同轴管，借由三个同轴管输送三种不同的物料。
在一可选的实施例中混合仓40的出料口通过旋转密封接头60与喷嘴50相连。在又一可选的实施例中，第一输送管31和第二输送管32远离混合仓40的一端设有旋转密封接头60，第一输送管31、第二输送管32、混合仓40和喷嘴50同步运动。
可选的，第一输送管31和第二输送管32的轴线重合。由此，第一输送管31和第二输送管32旋转过程中内部管体偏心力小，提高输送管30的耐用性。
在一具体实施例中，第二输送管32的外壁与第一输送管31的内壁之间通过管体支架33相连。
具体地，管体支架33包括沿第一输送管31内部周向均布的多个连接棱条34，连接棱条34沿第一输送管31的径向延伸。每一连接棱条34的一端与第一输送管31相连，另一端与第二输送管32相连。如图10所示，第一输送管31和第二输送管32之间设置有三个连接棱条34，以实现稳固的连接和支撑。可选地，第二输送管32和第一输送管31同轴设置。
当然，第二输送管32也可以通过其他方式固定在第一输送管31内。
本发明实施例提供的预制空腔柱生产设备，通过管体支架33将第二输送管32固定在第一输送管31内，不影响混凝土在第一输送管31内的输送。
其中，输送管30还包括输送管封头35，输送管封头35用于密封第一输送管31和第二输送管32远离混合仓40的一端。
如图9所示，输送管封头35封堵第一输送管31和第二输送管32的端部。当然，第一输送管31和第二输送管32也可以设置成一端封闭的管体，同样可以实现该端的密封。
本发明实施例提供的预制空腔柱生产设备，通过输送管封头35密封第一输送管31和第二输送管32，防止物料从输送管30内漏出。
如图2所示，喷射装置还包括旋转密封接头60。第一输送管31可转动插设于旋转密封接头60。旋转密封接头60设有第一连接通道61和第二连接通道62。第一连接通道61的第一端用于添加辅料，第一连接通道61的第二端与第二输送管32连通。第二连接通道62的第一端用于添加混凝土，第二连接通道62的第二端与第一输送管31连通。
如图6至图8所示，旋转密封接头60呈套筒状，第一输送管31可转动插设在旋转密封接头60内。混凝土添加机构10通过旋转密封接头60上的第二连接通道62向第一输送管31内输送混凝土，辅料添加机构通过旋转密封接头60上的第一连接通道61向第二输送管32内输送速凝剂或其他辅料，辅料和混凝土在混合仓40内混合均匀，经由喷嘴50喷射在模板100内部。
本发明实施例提供的预制空腔柱生产设备，第一输送管31和第二输送管32均与旋转密封接头60连接，在驱动机构的作用下，第一输送管31、第二输送管32和喷嘴50一同旋转，通过旋转密封接头60避免第一输送管31和第二输送管32发生缠绕。
在上述实施例基础上，如图7所示，第一输送管31上设置第一环形槽63和第二环形槽65。第一环形槽63和第二环形槽65的两侧分别设置封堵环68，封堵环68用于封堵第一输送管31和旋转密封接头60之间的空隙，以使第一环形槽63形成第一空腔并使第二环形槽65形成第二空腔。第一连接通道61的第二端连通第一空腔，第二连接通道62的第二端连通第二空腔。第二输送管32设有连通支管64，连通支管64连通第二输送管32与第一空腔。第二环形槽65的槽底设有第二通孔66，第二通孔66连通第二空腔和第一输送管31。
具体地，第一环形槽63和第二环形槽65沿第一输送管31的轴向间隔布设，第一环形槽63和第二环形槽65均绕第一输送管31的周向设置。第一连接通道61的第二端正对第一环形槽63，以使第一连接通道61与第一空腔连通。第二连接通道62的第二端正对第二环形槽65，以使第二连接通道62与第二空腔连通。
其中，第一连接通道61用于连接辅料添加机构，辅料添加机构提供的辅料沿第一连接通道61进入第一空腔，并经由连接支管进入第二输送管32内。第二连接通道62与混凝土添加机构10相接，混凝土添加机构10提供的混凝土沿第二连接通道62进入第二空腔，经由第二通孔66进入第一输送管31。当第一输送管31和第二输送管32一起相对套筒旋转时，第一环形槽63与第一连接通道61始终保持连接，从而使辅料添加机构向第一空腔内持续不断通入辅料；混凝土添加机构10通过第二连接通道62始终与第二环形槽65保持连通，以便连续向第二空腔内输送混凝土。
封堵环68套设在第一输送管31上，并与旋转密封接头60的内壁抵接，以防止环形槽内的物料溢出。其中，封堵环68为O型圈、普通密封圈或其他形式的密封结构中的一种或多种组合。可选的，封堵环68有四个，第一环形槽63和第二环形槽65的相对两侧各设置有一个封堵环68，以隔离出第一空腔和第二空腔。当然，封堵环68也可以设置三个，其中一个设置在第一环形槽63和第二环形槽65之间，其他两个设置在第一环形槽63和第二环形槽65的远离中部的一侧，只要能将第一空腔和第二空腔分隔出来即可。
在本发明一具体实施例中，连接支管设有多个，多个连接支管沿第二输送管32的周向设置，第一环形槽63设有多个第一通孔，随着第二输送管32的转动，连接支管可与第一通孔对接连通。
如图7和图9所示，三个第二通孔66沿第二环形槽65的周向设置，随着第一输送管31在套筒内的旋转，混凝土经过第二通孔66和第一输送管31上设有的通孔进入第一输送管31内。三个连接支管设置在第二输送管32上，第一环形槽63的槽底设有第一通孔，随着第二输送管32的转动，连接支管的管口可与第一通孔连通，从而将第一环形槽63内的辅料输送至第二输送管32内。
本发明实施例提供的预制空腔柱生产设备，通过设置多个连接支管，加快辅料进入第二输送管32内的速度。
在一具体实施例中，旋转密封接头60还包括转动轴承67，第一输送管31插设于转动轴承67的内圈，转动轴承67的外圈与旋转密封接头60固定连接。
如图7所示，沿套筒的轴向两端分别设置有一个转动轴承67。第一环形槽63和第二环形槽65间隔布设在第一输送管31的外壁。第一环形槽63通过连通支管64与第二输送管32相连，连通支管64有多条或单条。如图9所示，连通支管64沿第二输送管32的周向设置有三条，每一连通支管64的一端连通第二输送管32，另一端连通第一环形槽63。
本发明实施例提供的预制空腔柱生产设备，第一输送管31通过转动轴承67与旋转密封接头60连接，使转动更加平稳。
如图7所示，每一转动轴承67的相对两侧分别设有密封件69，以密封转动轴承67。可选的，密封件69为O型圈。
在本发明一具体实施例中，预制空腔柱生产设备还包括混凝土添加机构10和辅料添加机构。混凝土添加机构10包括搅拌机及输送泵，搅拌机、输送泵与第一输送管31顺次连接。和/或，辅料添加机构包括速凝剂添加装置20及空气压缩机21，速凝剂添加装置20与第二输送管32相连，空气压缩机21与第二输送管32相连。
在一实施例中，混凝土添加机构10采用混凝土泵送车。在另一实施例中，混凝土添加机构10包括搅拌机及输送泵，在输送泵的作用下，搅拌机内混合好的混凝土被输送至第一输送管31内。其中，混凝土的粒径不宜过大，控制在5mm以内，确保其沿第一输送管31能顺畅输送，不至于出现卡料现象。
具体地，辅料添加机构包括速凝剂添加装置20及空气压缩机21，速凝剂添加装置20和空气压缩机21同时运行，由此，向第二输送管32内输送速凝剂的同时向第二输送管32内输送空气，以便将速溶剂推送至混合仓40内，并将混合仓40内混合好的预制混凝土推送至喷嘴50以喷射至模板100的内壁。
在本发明一具体实施例中，驱动机构包括直线驱动组件和旋转驱动组件73，直线驱动组件用于驱动喷嘴50沿第一输送管31的轴向运动，旋转驱动组件73用于驱动喷嘴50旋转。
其中，直线驱动组件用于驱动喷嘴50沿直线方向运动，实现喷嘴50在模板100内的进退。可以理解的，在一实施例中，喷嘴50的进料口通过旋转密封接头60与混合仓40相连。直线驱动组件驱动第一输送管31、第二输送管32、混合仓40和喷嘴50整体沿第一输送管31的轴向直线运动。其中，第一输送管31和第二输送管32通过轴承与支架72相连。在又一实施例中，在第一输送管31和第二输送管32的出料口安装旋转密封接头60。直线驱动组件驱动第一输送管31、第二输送管32、混合仓40和喷嘴50一并沿第一输送管31的轴向直线运动。在再一实施例中，第一输送管31和第二输送管32的进料口安装有旋转密封接头60，直线驱动组件驱动第一输送管31、第二输送管32、混合仓40和喷嘴50一并沿第一输送管31的轴向直线运动。
如图2所示，直线驱动组件包括直线驱动件、直线轨道71及支架72。第一输送管31和第二输送管32通过轴承安装于支架72，支架72可滑动安装于直线导轨。直线驱动组件用于驱动支架72以带动其上安装的第一输送管31和第二输送管32沿直线轨道71直线运动。
具体地，第一输送管31插接于轴承的内圈，轴承的外圈与支架72固定连接。当然，也可以通过滚动件使第一输送管31和支架72发生平稳转动。
旋转密封接头60安装在第一输送管31和第二输送管32的进料口的情况下，旋转驱动组件73安装在支架72上，以驱动用于驱动第一输送管31和第二输送管32形成的整体相对于支架72旋转。
如图1所示，直线轨道71位于模板100外。可选的，直线导轨的延伸方向与模板100中心轴线的延伸方向一致。
在本发明一具体实施例中，直线驱动组件包括电机、减速箱及传动链。电机的输出端与减速箱相连，减速箱的输出端与传动链相连。第一输送管31和第二输送管32作为一个整体随传动链沿直线轨道71直线往复运动。使用时，在电机的驱动下，第一输送管31和第二输送管32在直线滑轨上运动，带动喷嘴50沿模板100的轴向移动至模板100的外部。除此之外，直线驱动组件还可以为直线运动气缸或者是其他驱动结构，只要能带动第一输送管31和第二输送管32进而带动喷嘴50沿直线运动即可。
旋转驱动组件73包括旋转电机，旋转电机的输出端连接第一输送管31和第二输送管32，以带动第一输送管31和第二输送管32相对支架72旋转，进而带动喷嘴50沿模板100周向旋转。
在直线驱动组件和旋转驱动组件73的共同作用下，喷嘴50在模板100内呈螺旋运动，以控制混凝土和辅料在模板100内的铺设。
在上述实施例基础上，直线轨道71上设置有托轮90，托轮90用于支撑第一输送管31和第二输送管32。
如图2所示，在托轮90的作用下，第一输送管31和第二输送管32处于水平状态，避免沿直线轨道71移动过程中发生倾斜。
需要说明的是，在第一输送管31和第二输送管32长度不大的情况下，可以不设置托轮90或者是将托轮90与支架72设置在同侧。具体根据实际情况确定是否需要设置托轮90。在第一输送管31和第二输送管32较长的情况下，托轮90可以沿直线轨道71间隔设置多个。
其中，喷嘴50的喷射方向与输送管30的轴线之间所形成的夹角为45°～90°。
以方形空腔柱为例，喷嘴50螺旋运动所形成的运动轨迹为螺旋，螺旋的中轴线与空腔柱的轴线重合。该轴线与输送管30的轴线方向平行。喷嘴50的喷射方向朝向模板100内壁，通过向模板100内喷射混凝土以形成空腔柱。
可选的，喷嘴50的喷射方向与喷嘴50螺旋运动轨迹的中轴线之间所形成的夹角为45°、50°、60°、75°、80°或者90°。
下面结合图11至图13描述本发明提供的预制空腔柱生产设备的使用方法。
采用如上的预制空腔柱生产设备进行生产时，预制混凝土通过输送管30输送至喷嘴50，喷嘴50在模板100内以输送管30的轴线为轴心旋转喷射预制混凝土，并沿输送管30的轴线方向前进和/或后退。
其中，预制混凝土可以为混合有速凝剂等辅料的混凝土。预制混凝土通过输送管30直接输送到喷嘴50，借由喷嘴50在模板100内的螺旋运动，在模板100内形成一定厚度的混凝土层。
需要说明的是，喷嘴50在模板100内可以仅前进或后退，通过一次操作制备目标厚度的混凝土层。或者，喷嘴50在模板100内即可前进也可以后退，通过多次重复操作制备目标厚度的混凝土层。
本发明实施例提供的使用方法，通过喷嘴50在模板100内以输送管30的轴线为轴心旋转并沿输送管30的轴线方向前进和/或后退，从而制备预制空腔柱300，相比于传统空腔柱制备设备，借助喷嘴50方便控制制备过程，提高生产效率。
如图11所示，步骤110，基于喷嘴50的喷射速度和目标壁厚确定喷嘴50的喷射时长；步骤120，基于喷射时长和预制空腔柱300的轴向长度确定喷嘴50前进和/或退出的速度。
喷嘴50的旋转速度由用户设定，喷嘴50的旋转速度不影响其在模板100内制备预制空腔柱300所耗费的时间。喷嘴50的喷射速度由用户设置，目标壁厚由用户输入，或根据检测结果自动生成当前生产的预制空腔柱300的目标厚度。
在一可选的实施例中，基于喷嘴50的喷射速度和喷嘴50的截面面积确定预制空腔柱300的等效长度，根据目标壁厚和等效长度确定喷嘴50的喷射时长，基于喷射时长和预制空腔柱300的轴向长度确定喷嘴50在模板100内的前进和/或退出的速度。
喷嘴50中在模板100内的喷射方向不影响其在模板100内的喷射时长。在一可选的实施例中，以喷嘴50为圆口且沿与模板100垂直的方向喷射为例，将预制空腔柱300视为多个圆柱沿环形排布后沿模板100的轴向逐层堆叠而成。以单层环形排布的圆柱为例，基于喷嘴50的喷射速度和目标壁厚确定喷嘴50的喷射时长。
记喷嘴50的截面面积为C0，喷射速度为v，预制空腔柱300的截面中心周长为C，喷射时长t为：
比如，预制空腔柱300为方形柱，其截面长度为L，宽度为D，目标壁厚为d，则厚度为d的环形中心周长为2×(L-d)+2×(D-d)，喷射时长t为：
预制空腔柱300的轴向长度为H，共计有H/d个环形层叠而成。基于喷射时长和预制空腔柱300的轴向长度确定喷嘴50的前进和/或退出速度v0为：
在另一可选的的实施例中，基于目标壁厚确定预制空腔柱300所需的混凝土目标体积V；
基于混凝土目标体积V和；喷射速度确定喷射时长，基于喷射时长和预制空腔柱300的轴向长度确定喷嘴50的前进和/或退出速度v0。
具体地，基于目标壁厚和预制空腔柱300的尺寸确定预制所需的混凝土目标体积V为：
V＝S×H
其中，H为预制空腔柱300的轴向长度；S为预制空腔柱300的截面面积。
以方形预制空腔柱300为例，预制空腔柱300横截面的长度为L，宽度为D；目标壁厚为d，则预制空腔柱300的内壁宽度为L-2d，宽度为D-2d，预制空腔柱300的轴向长度为H，则预制空腔柱300所需的混凝土目标体积V为：
V＝L×D×H-(L-2d)×(D-2d)×H
基于喷嘴50的喷射速度v可知喷嘴50单位时间内喷射的混凝土体积。
由此，确定喷嘴50在模板100内的喷射时长t为：
基于喷射时长和预制空腔柱300的轴向长度确定喷嘴50的前进和/或退出速度v0为：
如图12所示，本发明提供的预制空腔柱生产方法还包括：
步骤210，获取当前预制空腔柱的实际壁厚；
步骤220，基于实际壁厚和目标壁厚调整喷嘴50的前进和/或退出的速度。
在一可选的实施例中，获取混凝土的图像数据，基于混凝土的图像数据构建混凝土的三维模型；基于三维模型确定混凝土的实际壁厚。
具体地，通过双目摄像头等光学测量探头或者红外成像设备或微波成像设备获取混凝土粘接处图像，通过图像处理确定混凝土待测处的三维坐标，构建出混凝土的三维模型。
如图2所示，本发明实施例提供的喷射装置还包括厚度检测装置80及控制装置81。控制装置81与厚度检测装置80通信连接，控制装置81用于根据厚度检测装置80采集的信息控制喷嘴50的运动速度。
在本发明一可选的实施例中，厚度检测装置80包括超声波传感器。通过超声波传感器检测喷嘴50在模板100内壁形成的混凝土层的厚度。若厚度与预设厚度不一致则调整直线驱动组件和旋转驱动组件73的输出功率。当然，也可以发出警报，由操作人员调整直线驱动组件和旋转驱动组件73的输出功率以改变喷嘴50的螺旋运动速度，确保喷嘴50喷出的混凝土满足厚度要求。
在本发明另一可选的实施例中，厚度检测装置80包括激光图像采集器及图像处理器，图像处理器与图像采集器相连以根据图像采集器采集的图像确定壳体的厚度。激光图像采集器安装在喷嘴50靠近端部的位置，以拍摄混凝土端面处的图像，基于图像信息确定混凝土的厚度。当然，还可以采用其他方式确定混凝土厚度，对此，本发明实施例不做具体限定。
如图13所示，模板100的内壁与新喷射的混凝土不断形成一圈交线m，交线上每一点a向内取垂线n，垂线n与混凝土壳体内壁所在平面A的交点为b，点a和点b之间的垂直距离n即为混凝土的实际壁厚。
除此之外，基于构建出的三维模型也可以直接检测预制空腔柱内壁与外壁之间的间距，此间距即为混凝土的实际壁厚。
本发明实施例提供的预制空腔柱生产方法，获取已预制部分的实际壁厚，根据实际壁厚和目标壁厚调整喷嘴50的前进和/或退出速度，从而及时调整喷嘴50的前进和/或退出速度，使实际壁厚更接近目标壁厚。
在本发明一具体实施例中，基于实际壁厚和目标壁厚调整前进和/或退出速度具体包括：
若实际壁厚与目标壁厚之间的差值低于第一预设值，则降低喷嘴50的前进和/或退出速度；
若实际壁厚与目标壁厚之间的差值高于第二预设值，则提高喷嘴50的前进和/或退出速度
其中，第一预设值小于第二预设值。
具体地，若实际壁厚小于目标壁厚且两者之间的差值低于第一预设值，则降低喷嘴50的前进和/或退出速度。在一可选的实施例中，降低喷嘴50的前进和/或退出速度时每次降低特定值，根据调整后预制空腔柱的实际壁厚确定是否需要再次调整喷嘴50的前进和/或退出速度。或者，根据差值的大小分不同档位调整，每一档位调整的特定值不同。总体上，差值较大时单次降低喷嘴50的前进和/或退出速度的特定值较大，差值较小时单次降低的特定值较小。若实际壁厚大于目标壁厚且两者之间的差值大于第二预设值，则提高喷嘴50的前进和/或退出速度。可选的，提高喷嘴50的前进和/或退出速度时每次提高特定值或者根据差值所属的档位调整。
可选的，第一预设值和第二预设值的绝对值相等，若实际壁厚和目标壁厚的差值在第一预设值和第二预设值之间，则维持喷嘴50的前进和/或退出速度不变。
在又一可选的实施例中，基于实际壁厚和目标壁厚调整前进和/或退出速度具体包括：
若实际壁厚和目标壁厚的差值在预设范围之外，则基于目标壁厚和实际壁厚重新确定喷嘴50的前进和/或退出速度。
具体的，实际壁厚与目标壁厚的差值在预设范围值之外，则基于目标壁厚和实际壁厚的差值确定第二前进和/或退出速度。若实际壁厚与目标壁厚的差值在预设范围值之外，且实际壁厚比目标壁厚大，在控制喷嘴50提高前进和/或退出速度且提高量为第二前进和/或退出速度。若实际壁厚与目标壁厚的差值在预设范围值之外，且实际壁厚比目标壁厚小，在控制喷嘴50降低前进和/或退出速度且降低量为第二前进和/或退出速度。
在本发明一具体实施例中，输送管30包括第一输送管31和第二输送管32，第一输送管31套设于第二输送管32外，且第一输送管31和第二输送管32的轴线重合，第一输送管31和第二输送管32均与混合仓40连通，喷嘴50设置在混合仓40的出料口。
混凝土通过第一输送管31输送至混合仓40，辅料通过第二输送管32输送至混合仓40，混凝土和辅料在混合仓40内混合形成预制混凝土。第一输送管31、第二输送管32和喷嘴50同步旋转并同步前进和/或后退，以在模板100内喷射预制混凝土。
通过第一输送管31输送混凝土，通过第二输送管32输送速凝剂等辅料，第一输送管31和第二输送管32同时向喷嘴50内输送物料，以实现同心输送。
在上述实施例基础上，混凝土添加机构10向第一输送管31内输送混凝土，辅料添加机构向第二输送管32内输送辅料。
具体地，混凝土添加机构10包括搅拌机和输送泵，在输送泵的作用下，混凝土从搅拌机进入第一输送管31内。辅料添加机构包括速凝剂添加装置20及空气压缩机21，空气压缩机21将加压后的速凝剂从速凝剂添加装置20传送至第二输送管32内。
在上述实施例基础上，辅料包括速凝剂，液态的速凝剂经过速凝剂添加装置20雾化，雾化后的速凝剂在空气压缩机21的作用下沿第二输送管32输送至混合仓40，预制混凝土在空气压缩机21的高压空气推送下经喷嘴50喷出。
其中，速凝剂添加装置20和空气压缩机21同步运行，空气压缩机21的高压空气为雾化后的速凝剂提供输送动力的同时还能将混合仓40内的预制混凝土推送至喷嘴50喷出。
除此之外，本发明还提供一种预制空腔柱的生产方法，如图14所示，其包括：
步骤310，对混凝土进行混流；
步骤320，将混流后的预制混凝土在预制空腔柱的模板100内旋转喷射，形成预制空腔柱的预制混凝土层。
其中，模板100沿预制空腔柱的轴向四周围合。
预制混凝土加压后通过输送管30输送至喷嘴50内，通过喷嘴50在模板100内的螺旋运动喷射混凝土，形成预制混凝土层。
在上述实施例基础上，对混凝土进行混流包括：向混凝土内添加速凝剂。
可选的，第一输送管31输送混凝土，第二输送管32输送速凝剂，第一输送管31和第二输送管32均与混合仓40相连，混凝土和速凝剂在混合仓40内混合均匀，形成预制混凝土。
在上述实施例基础上，控制混凝土在预制空腔柱轴向方向上单位距离的喷射时间，以控制预制混凝土层的厚度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (21)
1.一种预制空腔柱生产设备，其特征在于，包括：喷射装置和模板，所述模板沿所述预制空腔柱的轴向方向四周围合形成空腔，所述喷射装置还包括输送管、喷嘴及驱动机构；
所述输送管设置于所述空腔的轴线上，所述输送管用于输送预制混凝土；
所述喷嘴与所述输送管连通，用于从所述空腔的内部向所述模板旋转喷射所述预制混凝土；
所述驱动机构用于驱动所述喷嘴以所述空腔的轴线为轴心旋转，并沿所述轴线方向移动；
所述输送管包括第一输送管和第二输送管，所述第一输送管套设于所述第二输送管外，所述喷射装置还包括旋转密封接头，所述第一输送管可转动插设于所述旋转密封接头，所述旋转密封接头设有第一连接通道和第二连接通道，所述第一连接通道的第一端用于添加辅料，所述第一连接通道的第二端与所述第二输送管连通，所述第二连接通道的第一端用于添加混凝土，所述第二连接通道的第二端与所述第一输送管连通；
所述喷射装置还包括混合仓，所述混合仓用于混合所述混凝土和所述辅料以形成所述预制混凝土，所述第一输送管和所述第二输送管的输出端均与所述混合仓连通，所述喷嘴设置在所述混合仓的出料口；
所述第一输送管设有第一环形槽和第二环形槽，所述第一环形槽和所述第二环形槽的两侧分别设置封堵环，所述封堵环用于封堵所述第一输送管与所述旋转密封接头之间的空隙，以使所述第一环形槽形成第一空腔，使所述第二环形槽形成第二空腔；
所述第一连接通道的第二端连通所述第一空腔，所述第二连接通道的第二端连通所述第二空腔；
所述第二输送管设有连通支管，所述连通支管连通所述第二输送管与所述第一空腔；所述第二环形槽设有第二通孔，所述第二通孔连通所述第二空腔和所述第一输送管；
所述驱动机构包括直线驱动组件及旋转驱动组件，所述直线驱动组件用于驱动所述喷嘴沿所述输送管的轴向直线运动，所述旋转驱动组件用于驱动所述喷嘴旋转。
2.根据权利要求1所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，所述第一输送管和所述第二输送管的轴线重合。
3.根据权利要求1所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，所述第一输送管的内壁和所述第二输送管的外壁之间通过管体支架相连。
4.根据权利要求1所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，所述输送管还包括输送管封头，所述输送管封头用于密封所述第一输送管和所述第二输送管远离所述混合仓的一端。
5.根据权利要求1所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，所述旋转密封接头还包括转动轴承，所述第一输送管插接于所述转动轴承的内圈，所述转动轴承的外圈与所述旋转密封接头固定连接。
6.根据权利要求1所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，所述喷射装置还包括混凝土添加机构和辅料添加机构，所述混凝土添加机构包括搅拌机及输送泵，所述搅拌机、所述输送泵与所述第一输送管顺次连接；和/或，所述辅料添加机构包括速凝剂添加装置及空气压缩机，所述速凝剂添加装置和所述空气压缩机分别与所述第二输送管相连。
7.根据权利要求1所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，所述直线驱动组件包括直线驱动件、直线轨道及支架，所述输送管安装于所述支架，所述支架可滑动安装于所述直线轨道，所述直线驱动件用于驱动所述支架以带动所述输送管沿所述直线轨道直线运动。
8.根据权利要求7所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，所述直线轨道上设置有托轮，所述托轮用于承托所述输送管。
9.根据权利要求1所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，还包括厚度检测装置及控制装置，所述控制装置与所述厚度检测装置通信连接，所述控制装置用于根据所述厚度检测装置采集的信息控制所述喷嘴的直线运动速度。
10.根据权利要求1所述的预制空腔柱生产设备，其特征在于，所述喷嘴的喷射方向与所述输送管的轴线之间所形成的夹角为45°～90°。
11.一种如权利要求1至10任一项所述的预制空腔柱生产设备的使用方法，其特征在于，包括：
预制混凝土通过所述输送管输送至所述喷嘴，所述喷嘴在所述模板内以所述输送管的轴线为轴心旋转喷射预制混凝土，并沿所述输送管的轴线方向前进和/或后退。
12.根据权利要求11所述的使用方法，其特征在于，基于所述喷嘴的喷射速度和目标壁厚确定所述喷嘴的喷射时长；
基于所述喷射时长和预制空腔柱的轴向长度确定所述喷嘴前进和/或退出的速度。
13.根据权利要求12所述的使用方法，其特征在于，
基于目标壁厚确定预制空腔柱的截面面积S，基于所述空腔柱的截面面积S确定预制空腔柱所需的混凝土目标体积V为：
V＝S×H
所述喷嘴在模板内的喷射时长t为：
喷嘴前进和/或退出的速度v0为：
其中，H为预制空腔柱的轴向长度；v为所述喷嘴的喷射速度。
14.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，还包括：
获取当前预制空腔柱的实际壁厚；
基于所述实际壁厚和所述目标壁厚调整所述喷嘴的前进和/或退出的速度。
15.根据权利要求14所述的使用方法，其特征在于，所述基于所述实际壁厚和所述目标壁厚调整所述喷嘴的前进和/或退出的速度具体包括：
若所述实际壁厚与所述目标壁厚之间的差值低于第一预设值，则降低所述喷嘴的前进和/或退出速度；
若所述实际壁厚与所述目标壁厚之间的差值高于第二预设值，则提高所述喷嘴的前进和/或退出速度；
其中，所述第一预设值不大于所述第二预设值。
16.根据权利要求14所述的使用方法，其特征在于，所述获取当前预制空腔柱的实际壁厚具体包括：
获取混凝土的图像数据，基于所述图像数据构建混凝土的三维模型；
基于所述三维模型确定混凝土的实际壁厚。
17.根据权利要求12所述的使用方法，其特征在于，所述输送管包括第一输送管和第二输送管，所述第一输送管套设于所述第二输送管外，且所述第一输送管和所述第二输送管的轴线重合，所述第一输送管和所述第二输送管均与混合仓连通，所述喷嘴设置在混合仓的出料口；
混凝土通过第一输送管输送至所述混合仓，辅料通过第二输送管输送至所述混合仓，所述混凝土和所述辅料在所述混合仓内混合形成预制混凝土，所述第一输送管、所述第二输送管和所述喷嘴同步旋转并同步前进和/或后退，以在所述模板内喷射预制混凝土。
18.根据权利要求17所述的使用方法，其特征在于，所述辅料包括速凝剂，液态的所述速凝剂经速凝剂添加装置雾化，雾化后的速凝剂在空气压缩机的作用下沿所述第二输送管输送至所述混合仓，预制混凝土在空气压缩机的高压空气推送下经所述喷嘴喷出。
19.一种预制空腔柱的生产方法，其特征在于，采用如权利要求1至10任一项所述的预制空腔柱生产设备进行生产，所述生产方法包括：
对混凝土进行混流，
混流后的混凝土在预制空腔柱的模板内旋转喷射，以形成预制空腔柱的预制混凝土层；
其中，所述模板沿预制空腔柱的轴向四周围合。
20.根据权利要求19所述的预制空腔柱的生产方法，其特征在于，对混凝土进行混流包括：向所述混凝土内添加速凝剂和压缩气体。
21.根据权利要求19所述的预制空腔柱的生产方法，其特征在于，控制混凝土在所述预制空腔柱轴向方向上单位距离的喷射时间，以控制所述预制混凝土层的厚度。
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