CN116494375B - 一种节能高效预制空心桩离心成型装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能高效预制空心桩离心成型装置及使用方法，属于管桩离心成型设备技术领域，离心成型装置包括模块化设计的主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件，所述主动托轮滚筒组件沿同一直线方向间隔排布，被动托轮滚筒组件与主动托轮滚筒组件相对应，空心桩钢模设置在主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件之间，通过主动托轮滚筒组件的托轮带动空心桩钢模转动，在空心桩钢模上设有用于与托轮相配合的环形凸台；所述主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件采用相同的外壳结构；本发明通过永磁滚筒带动托轮转动进行扭矩的传递，并且每个主动托轮滚筒组件使用单独的永磁滚筒作为动力进行驱动，能够减小管桩成型过程中单个主动托轮滚筒组件承受的扭矩，提升装置承受上限。

Description

一种节能高效预制空心桩离心成型装置及使用方法

技术领域

本发明涉及管桩生产技术领域，具体涉及一种节能高效预制空心桩离心成型装置及使用方法。

背景技术

传统的300-600mm直径管桩成型一般利用离心机带动空心桩钢模转动，实现混凝土在钢模内的成型；现有离心机的传动机构，是由电机上小带轮带动主动轴上的大皮带轮再从头端带动主动轴组合，主动轴组合是由首尾相连接的4组托轮组（2个托轮为一组）、中间长轴、长轴之间的刚性联轴器、轴承座等串接的，这样的主传动从一端传递到15米长的另一端，带动钢模回转需要很大的扭矩和足够的高抗扭钜的长轴，目前长轴长度已经达到4米、轴径130以上了，其上还要安装轴承锥套、托轮锥套方便拆装轴承和托轮，加工精度和材质、热处理要求都很高，造成设备造价高，维修费用高。而且主传动轴仅有一台主电机传动，不论钢模长短都是这个电机在驱动，跑轮和托轮、三角皮带之间打滑多，造成电费高。运行时，由于托轮内主动轴上锥套经常松动，导致托轮移位与钢模跑轮错位，严重时钢模跑轮越到托轮挡边上造成钢模飞出离心机，造成严重的设备事故和人身事故，增加了钢模跑轮的跳动并撞击离心机托轮，既影响了混凝土成型质量，离心机断轴、轴承损坏现象经常发生，也增加了离心机的故障。另外，主动轴长轴之间都是刚性联轴器连接，长期频繁的启动下，联轴器和长轴的键槽磨损严重，影响了动力传递效果。由于离心机的主动轴粗大，轴承座尺寸也非常大，由于轴承运行不稳定、轴承锥套松动、经常发热，里面的润滑脂消耗也快，必须经常打开轴承盖添加润滑脂，离心机的作业环境差，粉尘、跑轮和托轮之间的摩擦铁屑都污染进入轴承座中，增加了离心机的运行故障。维修时间也很长，需要几天才能修复，严重影响了企业的生产运行。

发明内容

技术目的：针对上述现有管桩钢模的离心机存在的不足，本发明公开了一种动力传递均匀，扭矩大，打滑现象少、传动平稳、效率高，对离心机和钢模的长期运行故障少的节能高效预制空心桩离心成型装置及使用方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种节能高效预制空心桩离心成型装置，包括模块化设计的主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件，所述主动托轮滚筒组件沿同一直线方向间隔排布，被动托轮滚筒组件与主动托轮滚筒组件相对应，空心桩钢模设置在主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件之间，通过主动托轮滚筒组件的托轮带动空心桩钢模转动，在空心桩钢模上设有用于与托轮相配合的环形凸台；所述主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件采用相同的外壳结构。

优选地，本发明的主动托轮滚筒组件包括永磁滚筒，在永磁滚筒通过轴承与同心穿设的中心轴转动连接，中心轴与设置在永磁滚筒两端的支撑组件之间固定连接；在永磁滚筒的端部通过法兰固定连接有用于与空心桩钢模相配合的托轮，通过托轮带动空心桩钢模转动，所述被动托轮滚筒组件设有与永磁滚筒相一致的被动滚筒，被动滚筒的端部同样通过中心轴与对应设置在中心轴端部的支撑组件固定连接。

优选地，本发明的永磁滚筒沿长度方向分为驱动腔和散热腔，在驱动腔和散热腔之间通过隔板分隔，永磁滚筒内靠近散热腔所在一侧的中心轴同心从散热腔穿出后与设置在外部的支撑组件相连接；所述散热腔内壁沿圆周方向设有用于对驱动腔所使用的润滑油进行循环散热冷却的集油盒，集油盒通过溜油管穿过隔板与驱动腔相连通，在隔板上设有用于润滑油在驱动腔和散热腔之间交互的透油孔。

优选地，本发明的集油盒的盒体固定在散热腔的内壁上，集油盒的盒体靠近散热腔内部的表面设有向盒体内部倾斜的挡板，挡板与盒体的其中一个侧壁形成用于进油的进油口，并与盒体的其余侧壁形成储存润滑油的储油腔，溜油管连接在储油腔的底部。

优选地，本发明的溜油管在散热腔内倾斜设置，溜油管与隔板连接位置距永磁滚筒中心的距离小于集油盒距永磁滚筒中心的距离。

优选地，本发明的驱动腔靠近隔板的一端在内壁上设有用于进行润滑油导向和分散的螺旋叶片，螺旋叶片的螺旋方向与永磁滚筒转动方向相一致，通过螺旋叶片将润滑油输送至驱动腔背离螺旋叶片的一端。

优选地，本发明的支撑组件包括底板、固定轴座和地脚螺栓，固定轴座通地脚螺栓固定在底板上，中心轴的端部与固定轴座相连接。

优选地，本发明的托轮外侧设有用于对空心桩钢模进行轴向限位的挡边，挡边的内侧位于环形凸台的外侧，所述挡边与托轮一体浇铸成型或者通过螺栓可拆卸的固定在托轮上，螺栓与滚筒端部的法兰相连接。

本发明还提供一种基于上述预制空心桩离心成型装置的使用方法，包括步骤：

S01、将空心桩钢模放置在主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件之间，空心桩钢模的环形凸台与托轮相抵接，位于托轮外侧的挡边位于环形凸台的侧面，对空心桩钢模的轴向移动进行限位；

S02、向空心桩钢模内放入混凝土，启动主动托轮滚筒组件转动，带动空心桩钢模同步进行转动，主动托轮滚筒组件按照预设的离心成型转速进行工作，实现混凝土在空心桩钢模内的离心成型，得到混凝土管桩。

优选地，在本发明的步骤S02中，主动托轮滚筒组件转动过程中，驱动腔内的润滑油通过螺旋叶片向驱动腔背离隔板所在一端移动，对驱动腔内的部件进行润滑冷却；散热腔内的润滑油在离心力的作用下进入位于散热腔内壁的集油盒内，并通过散热腔的壁面进行散热，永磁滚筒转速降低，离心力不足以保持润滑油进入集油盒时，集油盒储油腔内冷却的润滑油顺着溜油管回流至驱动腔内

有益效果：本发明所提供的一种节能高效预制空心桩离心成型装置及使用方法具有如下有益效果：

1、本发明利用永磁滚筒带动托轮转动进行扭矩的传递，并且每个主动托轮滚筒组件使用单独的永磁滚筒作为动力进行驱动，能够减小管桩成型过程中单个主动托轮滚筒组件承受的扭矩，提升装置承受上限；模块化的托轮滚筒组，都是独立安装，中间也需无联轴器串接，更换也十分简单，1—2个小时就能修复恢复正常运行。

2、本发明的永磁滚筒沿长度方向分成驱动腔和散热腔，由于管桩生产的特性，托轮的直径需要与管桩相适配，导致永磁滚筒的体积（直径）也受到托轮的限制、滚筒直径很小只能400mm以内（传统管桩市场上应用量最大的也就是600mm直径内的管桩），内部空间有限，无法及时对内部的润滑油、电机等进行散热，使设备无法实现长时间运行，影响管桩生产效率，本发明通过加长永磁滚筒长度的设计，并将内部分成驱动腔和散热腔，可以实现对内部润滑油的循环散热，根据管桩的生产特性，实现对润滑油的持续散热冷却。

3、本发明在散热腔的内壁周向设置集油盒，并通过溜油管与驱动腔连通进行润滑油的循环流动和润滑、冷却作用，能够在永磁滚筒高速转动过程中接收润滑油，停机时驱动腔底部流往散热腔的润滑油，在下一次离心力的作用下进入集油盒内，在永磁滚筒转速降低或者停机时，集油盒冷却后的润滑油会在重力作用下顺着溜油管进入驱动腔内，对驱动腔内的中心轴、齿轮、轴承、电机等部件进行润滑和冷却。

4、本发明在驱动腔靠近隔板的一端设有螺旋叶片，通过螺旋叶片能够将驱动腔一端的润滑油输送至另一端，实现对内部结构均匀充分的润滑和冷却。

5、本发明在托轮的外侧设置挡边，通过挡边对空心桩钢模进行轴向限位，保证进行管桩离心成型的过程中，钢模位置的稳定，进而保证成型效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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介绍。

图1为本发明装置整体结构主视图；

图2为本发明装置整体结构俯视图；

图3为本发明装置整体结构侧视图；

图4为本发明主动托轮滚筒组件结构图；

图5为本发明被动托轮滚筒组件结构图；

图6为本发明永磁滚筒内部结构图；

图7为本发明集油盒结构示意图；

图8为本发明托轮与挡边配合结构图；

图9为本发明两种不同长度的空心桩钢模结构示意图；

1-主动托轮滚筒组件、2-被动托轮滚筒组件、3-空心桩钢模、4-托轮、5-环形凸台、6-永磁滚筒、7-中心轴、8-支撑组件、9-法兰、10-被动滚筒、11-驱动腔、12-散热腔、13-隔板、14-集油盒、15-溜油管、16-螺旋叶片、17-底板、18-固定轴座、19-地脚螺栓、20-挡边、21-挡板、22-储油腔、23-进油口。

具体实施方式

下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图9所示为本发明所提供的一种节能高效预制空心桩离心成型装置，包括模块化设计的主动托轮滚筒组件1和被动托轮滚筒组件2，所述主动托轮滚筒组件1沿同一直线方向间隔排布，被动托轮滚筒组件2与主动托轮滚筒组件1相对应，空心桩钢模3设置在主动托轮滚筒组件1和被动托轮滚筒组件2之间，通过主动托轮滚筒组件1的托轮4带动空心桩钢模3转动，在空心桩钢模3上设有用于与托轮4相配合的环形凸台5；所述主动托轮滚筒组件1和被动托轮滚筒组件2采用相同的外壳结构。通过模块化设计的驱动结构，便于组装，能够根据需要生产的管桩进行灵活调整，提升装置整体的适应性，同时主动托轮滚筒组件1使用单独的动力源进行驱动，能够提升装置的转矩承受上限，减小每一单独的驱动部分所受的扭矩和磨损，提升使用寿命。

具体的，为提高驱动部分的转矩承受能力，减小变形，保证管桩的成型质量，如图4-图6所示，本发明的主动托轮滚筒组件1包括永磁滚筒6，在永磁滚筒6通过轴承与同心穿设的中心轴7转动连接，中心轴7与设置在永磁滚筒6两端的支撑组件8之间固定连接；在永磁滚筒6的端部通过法兰9固定连接有用于与空心桩钢模3相配合的托轮4，通过托轮4带动空心桩钢模3转动，所述被动托轮滚筒组件2设有与永磁滚筒6相一致的被动滚筒10，被动滚筒10的端部同样通过中心轴7与对应设置在中心轴端部的支撑组件8固定连接；具体的，支撑组件8包括底板17、固定轴座18和地脚螺栓19，固定轴座18通地脚螺栓19固定在底板17上，中心轴7的端部与固定轴座18相连接。永磁滚筒6的直径大（相对于传统管桩离心机的长轴轴径），能够承受的扭矩大，同时其轴承均处于滚筒的内部，能够避免外部环境的影响，减少故障的发生。在本发明中的永磁滚筒的电机均采用变频控制柜进行控制，实现各永磁滚筒运行的同步性，同时能够对转速进行灵活控制，保证在管桩离心成型过程中各阶段对转速的不同需求，达到钢模内混凝土由低速搅拌、低中速流动、中速调整、高速密实成型效果。

由于管桩生产的特性，托轮的直径需要与管桩相适配，导致永磁滚筒的体积（直径）也受到托轮的限制，滚筒直径很小只能400mm内（传统管桩市场上应用量最大的也就是600mm直径内的管桩）内部空间有限，无法及时对内部的润滑油及电机等进行散热，使设备无法实现长时间运行，影响管桩生产效率，本发明将永磁滚筒6设计成加长结构（滚筒长度约2.2米），永磁滚筒6沿长度方向分为驱动腔11和散热腔12，在驱动腔11和散热腔12之间通过隔板13分隔，永磁滚筒6内靠近散热腔12所在一侧的中心轴同心从散热腔12穿出后与设置在外部的支撑组件8相连接；所述散热腔12内壁沿圆周方向设有用于对驱动腔11所使用的润滑油进行循环散热冷却的周向设置的集油盒14，集油盒14通过溜油管15穿过隔板13与驱动腔11相连通，溜油管15在散热腔12内倾斜设置，溜油管与隔板连接位置距永磁滚筒中心的距离小于集油盒距永磁滚筒中心的距离。

如图7所示，本发明的集油盒14的盒体固定在散热腔12的内壁上，集油盒的盒体靠近散热腔12内部的表面设有向盒体内部倾斜的挡板21，挡板21与盒体的其中一个侧壁形成用于进油的进油口23，并与盒体的其余侧壁形成储存润滑油的储油腔22，溜油管15连接在储油腔22的底部；在永磁滚筒6转动时，散热腔12内的润滑油会在离心力的作用下通过进油口23进入集油盒的储油腔22内，通过散热腔的外壁进行冷却散热，在永磁滚筒6转速下降或者停止时，储油腔22内的润滑油在重力作用下顺着溜油管15进入驱动腔11内，驱动腔的部分温度较高的润滑油会顺着透油孔进入散热腔内，在下一次永磁滚筒6转动时，对进入的高温润滑油进行冷却散热，以此实现润滑油在驱动腔和散热腔之间的强制冷却循环。

在永磁滚筒6转动带动空心桩钢模进行转动的过程中，先低速运行，然后在最后的成型阶段处于高速运行的状态，在成型完毕后，又会降低转速，停机将成型的管桩及钢模移走，重新放入钢模再次启动。在低速到高速的加速阶段，产生的离心力越来越大，位于散热腔12内的润滑油会克服重力，在离心力的作用下进入周向设置的集油盒14内，并且在离心运行状态下，通过散热腔12的管壁进行散热冷却，在永磁滚筒6从高速向低速运行过程中，离心力逐渐减小，当离心力的大小不足以克服重力时，或者停机状态时，集油盒14内的润滑油会从溜油管15进入驱动腔11内，从而实现根据管桩离心成型过程中的转速变化，进行润滑油的循环冷却，保证设备能够持续运行。

本发明的驱动腔11靠近隔板13的一端在内壁上设有用于进行润滑油导向和分散的螺旋叶片16，螺旋叶片16的螺旋方向与永磁滚筒6转动方向相一致，通过螺旋叶片16将润滑油输送至驱动腔11背离螺旋叶片16的一端，保证对驱动腔内各部件润滑冷却的均匀性。

为提升空心桩钢模在离心机运行时的稳定性，保证管桩的成型效果，本发明的托轮4外侧设有用于对空心桩钢模3进行轴向限位的挡边20，挡边20的内侧位于环形凸台5的外侧，所述挡边20与托轮4一体浇筑成型或者通过螺栓可拆卸的固定在托轮4上，螺栓与滚筒端部的法兰9相连接。

本发明还提供一种基于上述预制空心桩离心成型装置的使用方法，包括步骤：

S01、将空心桩钢模放置在主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件之间，空心桩钢模的环形凸台与托轮相抵接，位于托轮外侧的挡边位于环形凸台的侧面，对空心桩钢模的轴向移动进行限位；

S02、向空心桩钢模内放入混凝土，启动主动托轮滚筒组件转动，带动空心桩钢模同步进行转动，主动托轮滚筒组件按照预设的离心成型转速进行工作，实现混凝土在空心桩钢模内的离心成型，得到混凝土管桩。

在本发明的步骤S02中，主动托轮滚筒组件转动过程中，驱动腔内的部分润滑油在螺旋叶片的导流作用下，进入驱动腔滚筒端的中心轴和齿轮、轴承、电机等进行润滑和冷却，散热腔的润滑油在离心力的作用下进入周向设置的集油盒，通过集油盒和散热腔的管壁进行散热，永磁滚筒转速降低，离心力不足以保持润滑油进入集油盒时，或者停机状态时，集油盒内冷却的润滑油顺着溜油管回流至驱动腔内。

在本发明实施例中，由于管桩的长度规格不等，导致钢模的长度规格也不同，一般长度9-15米范围内。主传动轴线上共有3个主传动滚筒托轮组和1个被动滚筒托轮组，即可满足管桩的成型需求，为了提升装置的适应性，当使用11米长度以下规格的钢模离心作业时，主传动轴线上仅仅用到3对滚筒托轮组，最右侧的主传动滚筒托轮组是接触不到钢模的，也就不需要启动最右侧的主动滚筒托轮组，仅仅用到左侧的2对主动托轮滚筒组件以及中间1对被动托轮滚筒组件，节省了1对主动托轮滚筒组件电机的运行电能。为便于控制系统对整个过程进行自动控制，可以在主动托轮滚筒组上增加感应装置，感应装置可以利用现有的光电技术或者其他能够及时感应有没有钢模接触托轮的技术状态的判断，从而实现在进行管桩离心成型过程中，对每个永磁滚筒电机的精准控制，从而节省电力能源。由变频控制柜对永磁电机实现对主传动滚筒托轮的离心工艺中多种回转速度的智能控制，达到钢模内混凝土由低速搅拌流动、低中速搅拌排列、中速离心调整、高速离心密实成型效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种预制空心桩离心成型装置，其特征在于，包括模块化设计的主动托轮滚筒组件（1）和被动托轮滚筒组件（2），所述主动托轮滚筒组件（1）沿同一直线方向间隔排布，被动托轮滚筒组件（2）与主动托轮滚筒组件（1）相对应，空心桩钢模（3）设置在主动托轮滚筒组件（1）和被动托轮滚筒组件（2）之间，通过主动托轮滚筒组件（1）的托轮（4）带动空心桩钢模（3）转动，在空心桩钢模（3）上设有用于与托轮（4）相配合的环形凸台（5）；所述主动托轮滚筒组件（1）和被动托轮滚筒组件（2）采用相同的外壳结构；

所述主动托轮滚筒组件（1）包括永磁滚筒（6），在永磁滚筒（6）通过轴承与同心穿设的中心轴（7）转动连接，中心轴（7）与设置在永磁滚筒（6）两端的支撑组件（8）之间固定连接；在永磁滚筒（6）的端部通过法兰（9）固定连接有用于与空心桩钢模（3）相配合的托轮（4），通过托轮（4）带动空心桩钢模（3）转动，所述被动托轮滚筒组件（2）设有与永磁滚筒（6）相一致的被动滚筒（10），被动滚筒（10）的端部同样通过中心轴（7）与对应设置在中心轴端部的支撑组件（8）固定连接；

所述永磁滚筒（6）沿长度方向分为驱动腔（11）和散热腔（12），在驱动腔（11）和散热腔（12）之间通过隔板（13）分隔，永磁滚筒（6）内靠近散热腔（12）所在一侧的中心轴同心从散热腔（12）穿出后与设置在外部的支撑组件（8）相连接；所述散热腔（12）内壁沿圆周方向设有用于对驱动腔（11）所使用的润滑油进行循环散热冷却的集油盒（14），集油盒（14）通过溜油管（15）穿过隔板（13）与驱动腔（11）相连通，在隔板（13）上设有用于润滑油在驱动腔（11）和散热腔（12）之间交互的透油孔。

2.根据权利要求1所述的一种预制空心桩离心成型装置，其特征在于，所述集油盒（14）的盒体固定在散热腔（12）的内壁上，集油盒的盒体靠近散热腔（12）内部的表面设有向盒体内部倾斜的挡板（21），挡板（21）与盒体的其中一个侧壁形成用于进油的进油口（23），并与盒体的其余侧壁形成储存润滑油的储油腔（22），溜油管（15）连接在储油腔（22）的底部。

3.根据权利要求1所述的一种预制空心桩离心成型装置，其特征在于，所述溜油管（15）在散热腔（12）内倾斜设置，溜油管与隔板连接位置距永磁滚筒中心的距离小于集油盒距永磁滚筒中心的距离。

4.根据权利要求1所述的一种预制空心桩离心成型装置，其特征在于，所述驱动腔（11）靠近隔板（13）的一端在内壁上设有用于进行润滑油导向和分散的螺旋叶片（16），螺旋叶片（16）的螺旋方向与永磁滚筒（6）转动方向相一致，通过螺旋叶片（16）将润滑油输送至驱动腔（11）背离螺旋叶片（16）的一端。

5.根据权利要求1所述的一种预制空心桩离心成型装置，其特征在于，所述支撑组件（8）包括底板（17）、固定轴座（18）和地脚螺栓（19），固定轴座（18）通地脚螺栓（19）固定在底板（17）上，中心轴（7）的端部与固定轴座（18）相连接。

6.根据权利要求1所述的一种预制空心桩离心成型装置，其特征在于，所述托轮（4）外侧设有用于对空心桩钢模（3）进行轴向限位的挡边（20），挡边（20）的内侧位于环形凸台（5）的外侧，所述挡边（20）与托轮（4）一体浇铸成型或者通过螺栓可拆卸的固定在托轮（4）上，螺栓与滚筒端部的法兰（9）相连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的预制空心桩离心成型装置的使用方法，其特征在于，包括步骤：

S01、将空心桩钢模放置在主动托轮滚筒组件和被动托轮滚筒组件之间，空心桩钢模的环形凸台与托轮相抵接，位于托轮外侧的挡边位于环形凸台的侧面，对空心桩钢模的轴向移动进行限位；

S02、向空心桩钢模内放入混凝土，启动主动托轮滚筒组件转动，带动空心桩钢模同步进行转动，主动托轮滚筒组件按照预设的离心成型转速进行工作，实现混凝土在空心桩钢模内的离心成型，得到混凝土管桩。

8.根据权利要求7所述的预制空心桩离心成型装置的使用方法，其特征在于，在步骤S02中，主动托轮滚筒组件转动过程中，驱动腔内的润滑油通过螺旋叶片向驱动腔背离隔板所在一端移动，对驱动腔内的部件进行润滑冷却；散热腔内的润滑油在离心力的作用下进入位于散热腔内壁的集油盒内，并通过散热腔的壁面进行散热，永磁滚筒转速降低或停机时，离心力不足以保持润滑油进入集油盒时，集油盒储油腔内冷却的润滑油顺着溜油管回流至驱动腔内。