目前，混凝土管樁作為一種新興的水泥制品，廣泛的應(yīng)用于各種基礎(chǔ)建設(shè)工程領(lǐng)域。管樁模具是由上下兩個(gè)半圓筒狀模具組成、上下兩半模具通過螺栓鎖緊、采用離心法生產(chǎn)制得。為了提高模具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在模具外表面沿其軸線方向均勻分布有環(huán)狀加強(qiáng)筋板，各加強(qiáng)筋板分別設(shè)置于模具的外周截面上，模具外表面沿其軸線方向還分布有便于離心的多個(gè)跑輪。在模具的下模具上通過銷軸鉸接固定有多只模具螺栓，當(dāng)將上模具與下模具合上時(shí)，需要將下模具上的模具螺栓翻轉(zhuǎn)至上模具模邊的凹槽內(nèi)，之后將模具螺栓鎖緊，使上、下模具緊固在一起形成圓筒狀模具。在管樁的生產(chǎn)過程中，模具各道工序轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中，由于起重機(jī)械和其它轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械的精度等原因，會造成模具的上、下模具的合口部位與水平面呈一定的傾斜角度。在模具的傾斜姿態(tài)下，合口低于水平線的部位，扶上去的模具螺栓在重力的作用下易落下，增加了工人重復(fù)扶螺栓的勞動強(qiáng)度，在起吊轉(zhuǎn)運(yùn)過程中給吊運(yùn)設(shè)備造成一定的難度，同時(shí)在生產(chǎn)線各工序?qū)崿F(xiàn)自動化發(fā)展時(shí)，由于位置的不確定性導(dǎo)致無法準(zhǔn)確定位和檢測。因此，如何設(shè)計(jì)一種可以解決上述技術(shù)問題的模具校正裝置及校正系統(tǒng)，是此團(tuán)隊(duì)潛心研究的課題。

一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本課題的目的在于提供一種模具校正裝置及校正系統(tǒng)，其可以實(shí)時(shí)檢測模具的合口是否與水平面傾斜，并能在傾斜時(shí)快速將模具校正回與水平面平行，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，使用方便。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，通過工作原理設(shè)計(jì)校正裝置的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)選型依據(jù)生產(chǎn)線模具的重量、運(yùn)行方式，各工序轉(zhuǎn)運(yùn)動作，詳細(xì)分析計(jì)算；

圖1 生產(chǎn)線模具

計(jì)算轉(zhuǎn)動慣量：J=m(R2+r2)/2

質(zhì)量：m(kg)

外圓筒半徑：R(m)

內(nèi)圓筒半徑：r(m)

對y回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量：Jy(kg·m)2

電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩：T=J*ε

角加速度：ε=1

電機(jī)功率計(jì)算公式：

P=TDωD/1000

ωD=πnD/3

P—所需電動機(jī)功率，kw

TD—電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，N·m

nD—電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min

ωD—電動機(jī)角速度，rad/s

表1 電機(jī)減速比選型表

選型速比：n=V/v/n1/n2

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇電機(jī)(如圖2)：對此裝置的驅(qū)動系統(tǒng)和檢測機(jī)構(gòu)選擇完成后，對整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化完善設(shè)計(jì)。整體機(jī)構(gòu)包括安裝于小車上用于檢測模具合口傾斜角度并將模具狀態(tài)反饋給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的檢測機(jī)構(gòu)，小車的平臺上表面沿前后方向安裝有至少2個(gè)用于放置模具的輥筒，其中1個(gè)輥筒連接有可使其轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測機(jī)構(gòu)反饋的檢測結(jié)果執(zhí)行工作，當(dāng)檢測機(jī)構(gòu)檢測到模具合口傾斜時(shí)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動模具轉(zhuǎn)動至合口與水平面平行為止。

圖2 電機(jī)減速機(jī)選型手冊

二、基本原理

小車的平臺上表面前、后位置通過軸承座安裝有至少2個(gè)輥筒。驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括安裝于小車上的電機(jī)，電機(jī)的輸出軸上安裝鏈輪，與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接的輥筒一端連接驅(qū)動輔助鏈輪，主鏈輪與輔助鏈輪通過鏈條連接在一起，采用三相異步交流電機(jī)驅(qū)動(如圖3)；

圖3 設(shè)計(jì)和使用實(shí)例

檢測機(jī)構(gòu)采用傳感器及滑動控制機(jī)構(gòu)，傳感器安裝于滑動控制機(jī)構(gòu)上，傳感器通過滑動控制機(jī)構(gòu)沿模具前后方向往復(fù)掃描，并將掃描信號傳送給電機(jī)，電機(jī)根據(jù)掃描信號執(zhí)行工作，滑動控制機(jī)構(gòu)采用直線模組，傳感器安裝于直線模組的滑臺上，輔助設(shè)計(jì)采用了清理傳感器灰塵的吹氣裝置，吹氣裝置與電磁閥連接，吹氣裝置通過電磁閥控制，安裝于位于小車一側(cè)，直線模組安裝于底座上，底座上連接有支撐板，吹氣裝置安裝于支撐板上(如圖4)。

圖4 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)視圖

此裝置及控制系統(tǒng)包括，安裝于多輛小車上的多個(gè)的模具校正裝置，模具放置于多個(gè)模具校正裝置上進(jìn)行工作(如圖5)。

圖5 實(shí)際使用實(shí)例

采用上述方案后，當(dāng)模具轉(zhuǎn)運(yùn)至此工序時(shí)，此裝置及自動控制系統(tǒng)在升降小車上設(shè)置檢測機(jī)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)檢測放置在小車上的模具的合口與水平面的傾斜角度，并將檢測的小車狀態(tài)反饋給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行正反轉(zhuǎn)運(yùn)動或者停止，當(dāng)檢測到傾斜角度不等于零時(shí)，即由驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動模具轉(zhuǎn)動，使模具合口與水平面的夾角為零，從而有效防止了模具在其合口與水平面呈傾斜狀態(tài)下模具螺栓易落下的問題，省去了工人重復(fù)扶模具螺栓，降低勞動強(qiáng)度，同時(shí)自動起吊轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)定位準(zhǔn)確，方便檢測抓取，提高了工作效率，此機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，使用方便。

三、結(jié)語

混凝土管樁傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝比較成熟，屬于勞動密集型，高強(qiáng)度生產(chǎn)模式，隨著社會的發(fā)展，勞動結(jié)構(gòu)的變化，此種生產(chǎn)模式的生產(chǎn)成本在逐漸增加，另外此種結(jié)構(gòu)的勞動力也越來越缺乏，所以，作為混凝土管樁生產(chǎn)企業(yè)要生存，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、生產(chǎn)模式的升級刻不容緩，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和升級自動化的設(shè)備是必不可少，自動化設(shè)備的應(yīng)用相對目前的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)模式，對傳統(tǒng)的生產(chǎn)線本身設(shè)備的改進(jìn)和增加輔助機(jī)構(gòu)調(diào)整和提升生產(chǎn)線整體精度勢在必行，模具轉(zhuǎn)運(yùn)作為生產(chǎn)過程最為重要的環(huán)節(jié)，對模具校正裝置和整體控制系統(tǒng)的研究開發(fā)也是大勢所趨。

模具校正裝置及系統(tǒng)的研究，對于混凝土預(yù)應(yīng)力管樁生產(chǎn)過程整體的生產(chǎn)工藝、員工的勞動強(qiáng)度，生產(chǎn)效率有較大影響；對實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝自動化、單工序自動化設(shè)備的安裝提供條件，為整體工藝自動化的改進(jìn)和提升奠定基礎(chǔ)。