隨著國家對安全、環(huán)保、節(jié)能的要求越來越嚴(yán)格，預(yù)制混凝土管樁生產(chǎn)企業(yè)也在積極尋求更安全、更環(huán)保、更節(jié)能的生產(chǎn)方式。布料是管樁生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，前后制約著籠筋加工、管樁模具離心的進度，因此對布料工藝的嚴(yán) 格執(zhí)行顯得尤為重要。在這種情況下，對傳統(tǒng)布料方式進行技術(shù)改造，使用混凝土泵機進行自動布料，不但可以節(jié)省人工，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低損耗，而且可以嚴(yán)格按照工藝要求進行布料，達到提高管控質(zhì)量的目的，為生產(chǎn)活動提供技術(shù)保障。

一、改造前的狀況

混凝土管樁傳統(tǒng)布料方式，普遍采用的是合模前布料，先使用喂料機將混凝土澆入底模，再合上模，這種方式主要存在以下問題：

(1)傳統(tǒng)喂料機布料受到設(shè)備和材料的影響，不能準(zhǔn)確將混凝土全部按照要求澆入到底模內(nèi)，布料區(qū)地面會散落很多石子，影響工作環(huán)境。

(2)混凝土坍落度小，管樁模具內(nèi)混凝土填充率高，需要合模員工多次鏟料、抹漿，才能使管樁模具內(nèi)混凝土堆積均勻，給員工造成很大的工作強度。

(3)手動操作的布料方式無法保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)過程管控難度較大。

二、改造內(nèi)容

2.1 改造方案原理

管樁泵送布料自動控制系統(tǒng)由混凝土泵機、混凝土輸送管、稱重系統(tǒng)、計量平車和系統(tǒng)操作臺構(gòu)成。控制系統(tǒng)采集泵送設(shè)備、計量平車、稱重系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定好的程序自動控制混凝土泵機、計量平車的運行，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化。管樁泵送布料自動控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 管樁泵送布料自動控制系統(tǒng)示意圖

2.2 技術(shù)要求

(1)管樁使用泵機布料后，管樁模具內(nèi)的混凝土分布要求均勻一致。

(2)計量平車稱量的準(zhǔn)確性及運行的穩(wěn)定性需要得到保障。

(3)計量平車、系統(tǒng)控制臺和混凝土輸送設(shè)備之間，需有有效的聯(lián)動控制。

(4)托舉混凝土輸送管的支架移動時，不能影響稱重系統(tǒng)計量。

(5)計量平車需能夠承載20t的重量，50Hz運行時速度不小于35m/s，并且速度可調(diào)。

(6)控制系統(tǒng)內(nèi)存儲的管樁布料配方不少于20種。

(7)系統(tǒng)內(nèi)具有修改權(quán)限，只有管理人員可以修改工藝參數(shù)。

(8)系統(tǒng)具有顯示布料工藝的相關(guān)信息，布料過程能夠?qū)崟r在線顯示，生產(chǎn)記錄能夠保存、在線查看及打印。

2.3 方案選擇

常規(guī)的混凝土泵機有閘板閥泵機和S閥泵機。理論情況下，閘板閥泵機更具有控制性，但管樁使用的混凝土是C80配方，泵機每天需要輸送約800m3混凝土。從前期閘板閥泵機的使用情況來看，閘板閥泵機的耐磨件損壞比較嚴(yán)重，洗管不方便，輸送效率難以滿足生產(chǎn)需求；后期經(jīng)過綜合考慮，決定采用S閥泵機的控制方案。

S閥泵機的控制原理是：自動控制系統(tǒng)采集稱重儀表、編碼器、檢測開關(guān)、泵機運行的數(shù)據(jù)，根據(jù)觸摸屏上選擇的配方，控制混凝土泵機的運行、輸送量、計量平車運行速度和行走距離，實現(xiàn)混凝土均勻堆放在管樁模具內(nèi)部的需求，自動完成管樁布料。S閥泵送布料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 S閥泵送布料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.4 設(shè)備改造

管樁生產(chǎn)線原有的開模布料設(shè)備已不適應(yīng)泵送布料系統(tǒng)，為了確保S管維修、更換時能夠取出來，把攪拌機下料斗口抬高到泵機料斗上方30cm處，防止泵機給管樁布料時管模尾端流出的余料散落到地面上，污染環(huán)境。在計

在計量平車上加裝余料翻板，在地面增加余料斗和輸送裝置。余料收集如圖3所示。

考慮到泵機工作時必須要保證自身的穩(wěn)定性，對泵機的四條腿進行加固并調(diào)整好泵機的中心高度及泵機出口與兩條路軌的平行度。計量平車的路軌水平誤差調(diào)整到8mm以內(nèi)。

2.5 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

管樁泵送布料自動控制系統(tǒng)軟件體系分為HMI人機界面、PLC運算控制程序、故障診斷等三部分，軟件運行于系統(tǒng)的各個硬件平臺上，并通過系統(tǒng)通訊軟件和通訊接口，彼此相互配合，相互協(xié)調(diào)，交換各種數(shù)據(jù)、管理和控制信息，完成整個系統(tǒng)的各種功能。

圖4所示的程序為稱重數(shù)據(jù)通訊程序，系統(tǒng)通過RS指令讀取稱重儀表的顯示值，并把讀取的10進制ASCI碼轉(zhuǎn)換成16進制的BIN值，儲存到數(shù)據(jù)寄存器D2040中，參與程序運算。

圖5和圖6所示程序顯示，控制系統(tǒng)根據(jù)觸摸屏設(shè)定管樁布料配方和采集設(shè)備實際的數(shù)據(jù)，分析后對混凝土泵機和計量平車的運行進行自動控制。

三、問題及解決辦法

S閥泵機給管樁布料易受混凝土可泵性、設(shè)備、操作等諸多因素的影響，從而出現(xiàn)混凝土輸送管堵塞現(xiàn)象，不僅影響生產(chǎn)效率，也直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。

3.1 混凝土可泵性問題及解決辦法

(1)解決混凝土的可泵性需要做好碎石級配，要求碎石整體大顆粒含量不能過大，要有良好的連續(xù)性，針片狀含量小于5%，含泥量小于0.5%。砂細(xì)度最好在2.6~3.0之間，如平均粒徑過小(即細(xì)砂過多)，則需增加混凝土的用水量及水泥用量；如平均粒徑過大，則需提高砂率。

在改善混凝土和易性的前提下，有效地降低砂率進行生產(chǎn)，既能解決管樁混凝土內(nèi)結(jié)構(gòu)的分層，提高管樁的耐打性，又能降低生產(chǎn)成本。建議砂率控制在38%~42%之間。

水膠比過小時，混凝土偏干，易造成泵送困難；水膠比過大時，混凝土偏稀，粗骨料易沉降，建議水膠比控制在0.32~0.35之間。

混凝土不能因利于泵送而過分追求大流動性，坍落度在攪拌機出料時宜保證在120~180mm，泵口處宜控制在60~120mm之間。

圖3 余料收集示意圖

圖4 稱重數(shù)據(jù)通訊程序

圖5 計量平車運行控制程序

圖6 S閥混凝土泵機運行控制程序

(2)泵機的S閥與眼鏡板間隙過大，砂漿容易從縫隙間流出，工作時系統(tǒng)壓力會有所損失造成堵管。出現(xiàn)間隙過大時，應(yīng)調(diào)節(jié)擺臂上的調(diào)節(jié)螺母，使橡膠彈簧保持一定的預(yù)緊力，磨損嚴(yán)重時應(yīng)更換切割環(huán)和眼鏡板。

輸送管直徑既要符合粗骨料的要求，又要能夠順利通過管模尾板孔，建議選擇直徑為￠159的鋼管，且要保證各管卡接頭處可靠密封，以免砂漿外泄造成堵管。

(3)操作人員需要根據(jù)布料的情況控制泵送速度。開始布料時，應(yīng)處于慢速，泵送正常時轉(zhuǎn)入正常速度，不能一味圖快，盲目增加泵送壓力而造成堵管；要隨時注意泵送壓力表的讀數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)壓力表讀數(shù)突然增大，應(yīng)立即反泵2~3個行程，降低排量再正泵，待混凝土通過后再把排量返回到設(shè)定值。

3.2 計量誤差問題及解決辦法

泵送布料系統(tǒng)工作是一個連續(xù)的過程，在讀取計量平車移動的距離、管模內(nèi)混凝土重量的同時，控制泵機輸送量和計量平車移動，這個計量誤差無法消除；加上混凝土輸送管壓的影響和泵機性能的差異，使混凝土在模內(nèi)重量分布的均勻性無法做到與傳統(tǒng)的開式布料一樣穩(wěn)定，特別是小直徑管樁因每米重量相對較小，受計量誤差的影響更大。因此，建議控制泵機排量適應(yīng)不同規(guī)格的管樁，如生產(chǎn)直徑為400mm以下管樁時，泵機排量控制在60%以內(nèi)；生產(chǎn)直徑為500mm~600mm的管樁時，排量控制在85%以內(nèi)。

3.3 稱重系統(tǒng)和控制系統(tǒng)問題及解決辦法

稱重系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，有無線傳輸和有線傳輸兩種通訊方式。對于管樁企業(yè)來說，需要采用有線通訊方式，因為車間內(nèi)離心機變頻器產(chǎn)生的諧波會干擾稱重系統(tǒng)無線通訊發(fā)送的信號。為了保證稱重數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，建議稱重系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之間采用RS232有線通訊方式。

四、改造效果

4.1 經(jīng)濟效益

項目總投資(單臺設(shè)備)為50萬元左右，扣除日常人力成本投入，預(yù)計兩年內(nèi)可收回投資成本。

4.2 應(yīng)用效果

(1)車間布料工作區(qū)作業(yè)員工由8人減少至3人，減少了用工數(shù)量。

(2)采用泵送布料，混凝土不會落到地面上，車間干凈衛(wèi)生，不宜產(chǎn)生粉塵。

(3)預(yù)制樁不再出現(xiàn)合縫漏漿的質(zhì)量問題。

(4)杜絕了管樁頭端裙板凹陷的質(zhì)量問題，裙邊干凈。

(5)合模螺栓的使用壽命得到提高；同時上下模的跑輪貼合緊密，離心時模具產(chǎn)生的跳動小。不僅噪音得到一定程度的控制，而且延長了模具的跑輪、離心機拖輪的使用壽命。

結(jié)語

隨著社會的發(fā)展進步，企業(yè)一線員工作業(yè)時，對安全保障、工作環(huán)境、勞動強度等方面的要求會越來越高。自 動化技術(shù)的應(yīng)用，是管樁企業(yè)今后重點研究方向之一。本文通過介紹管樁泵送布料工藝的自動化改造，希望引起同行的重視，不斷對生產(chǎn)工藝進行改進和創(chuàng)新。