隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土樁行業(yè)得到了迅速壯大，到2011年底，國內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土樁的用量達(dá)到3億多m。但關(guān)于預(yù)制樁生產(chǎn)環(huán)境的諸多問題一直沒有得到根本有效的解決。如，現(xiàn)有預(yù)制樁設(shè)備布置工藝自動化程度低；起重機在作業(yè)人員的工作區(qū)域內(nèi)運行，安全隱患大；部分工序的作業(yè)方式影響到樁的質(zhì)量，如先布料后合模造成合縫漏漿、樁身橢圓，兩端鉤吊式吊樁造成樁身環(huán)裂等。預(yù)應(yīng)力混凝土樁企業(yè)普遍面臨著招工難、留人難的困難局面。

本文通過分析現(xiàn)行預(yù)制管樁生產(chǎn)工藝存在的問題，提出了一種新的預(yù)制混凝土管樁生產(chǎn)工藝，并介紹了一條自動化程度較高的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生產(chǎn)線。

一、國內(nèi)預(yù)制管樁生產(chǎn)工藝流程現(xiàn)狀分析

國內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的生產(chǎn)工藝從引進(jìn)到現(xiàn)在雖已有近二十年的歷史，但生產(chǎn)工藝及裝備沒有發(fā)生根本性的改變。這可能是由于：?國內(nèi)經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，帶動了管樁行業(yè)的高速發(fā)展，管樁用量每年都以二十幾個百分點以上的速度增長；?國內(nèi)勞動力資源豐富，勞動力價格較低，導(dǎo)致大部分企業(yè)不愿投入大量資金去做技術(shù)創(chuàng)新。

1. 傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生產(chǎn)工藝

傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生產(chǎn)傳統(tǒng)流程

2. 傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生產(chǎn)工藝布局圖

圖2 為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁直形線生產(chǎn)工藝布局圖。

圖3 為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁回形線生產(chǎn)工藝布局圖。

按照管樁生產(chǎn)工藝流程（圖2及圖3），國內(nèi)管樁企業(yè)設(shè)計的生產(chǎn)線布局模式是將生產(chǎn)車間分成六個區(qū)，即：混凝土料制作區(qū)、布料張拉區(qū)、離心成型區(qū)、蒸汽養(yǎng)護(hù)區(qū)、裝拆模區(qū)、鋼筋骨架制作區(qū)。模具在各工作區(qū)間的流轉(zhuǎn)是通過起重機來完成的。六個工作區(qū)各自的功能特點具體如下。

圖2預(yù)應(yīng)力混凝土管樁直形線生產(chǎn)工藝布局圖

圖3預(yù)應(yīng)力混凝土管樁回形線生產(chǎn)工藝布局圖

（1）混凝土料制作區(qū)的主要功能是制備混凝土料。該區(qū)的主要缺點是粉塵大、噪音大。

（2）布料張拉區(qū)的主要功能是：?將制作好的混凝土料均勻布入到裝好鋼筋骨架的底模上；?將上下模進(jìn)行合模，并把合模螺栓鎖緊；?張拉，即給管樁主筋施加預(yù)應(yīng)力。該區(qū)的主要缺點是：人員多、員工勞動強度大、安全隱患多、粉塵多、噪音大。

（3）離心區(qū)的主要功能是使混凝土離心成型為管樁。該區(qū)的主要缺點是噪音大、環(huán)境衛(wèi)生差、高速旋轉(zhuǎn)安全隱患多。

（4）蒸汽養(yǎng)護(hù)區(qū)的主要功能是將制作好的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，使管樁的樁身強度達(dá)到規(guī)定要求。 該區(qū)的主要缺點是環(huán)境溫度高、安全隱患多。

（5）裝拆模區(qū)的主要功能是：?將管樁從模具里取出；?將模具清理干凈；?將端頭板、頭尾板、編制好的鋼筋骨架及張拉擋板等全部裝入底模；?對預(yù)制樁逐條進(jìn)行外觀品質(zhì)檢驗。該區(qū)的主要缺點是：人員多、員工勞動強度大、安全隱患多、溫度高、噪音大、工作環(huán)境差。

（6）鋼筋骨架制作區(qū)的主要功能是進(jìn)行鋼筋骨架的編制成型和端板制作。該區(qū)的主要缺點是：員工勞動強度大、溫度高。

二、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁新生產(chǎn)工藝

要解決傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程中存在的員工勞動強度大、用工人數(shù)多、工作環(huán)境差、安全隱患多、勞動效率低、產(chǎn)品外觀質(zhì)量差等一系列問題，就必須對傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程及生產(chǎn)裝備進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后新的管樁生產(chǎn)工藝流程圖如圖4所示。

圖4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁新的生產(chǎn)工藝流程圖

按新的生產(chǎn)工藝流程圖設(shè)計的管樁生產(chǎn)線布局見圖5。

新的自動化程度較高的管樁生產(chǎn)線與傳統(tǒng)的管樁生產(chǎn)線相比，主要有以下幾方面改進(jìn)。

（1）生產(chǎn)線將混凝土入模工序（布料工序）調(diào)整到合模、張拉工序以后。

（2）新生產(chǎn)線將混凝土的入模方式做了改變，由原來的利用喂料機將混凝土澆入到底模，再合上模的方式改為用泵送設(shè)備將混凝土泵入到模具內(nèi)且是在裝鋼筋骨架、合模工序完成之后進(jìn)行。

（3）混凝土注入管模內(nèi)的重量計量系統(tǒng)，由特制的計量平車及混凝土泵送設(shè)備構(gòu)成，通過控制程序來進(jìn)行控制，改變了傳統(tǒng)的進(jìn)入攪拌機中原材料量的控制方式。

（4）模具從出蒸汽養(yǎng)護(hù)池開始到達(dá)布料區(qū)，轉(zhuǎn)運過程中全部采用鏈條機輸送，模具在每個工位的傳遞是通過光電開關(guān)、控制程序來實現(xiàn)的，改變了傳統(tǒng)的起重機吊運方式。

（5）對傳遞預(yù)應(yīng)力的張拉頭板進(jìn)行革新設(shè)計，將傳統(tǒng)的“內(nèi)”張拉方式改為“外”張拉方式，頭板重量比過去有所降低，徹底解決了樁身端面傾斜的問題。

圖5 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁自動化生產(chǎn)線工藝布局圖

（6）起重設(shè)備全部配置了機械抓手或真空吸盤，改變了傳統(tǒng)的人工掛鉤方式。

（7）將人工給模具噴涂脫模劑的方式改為利用機械設(shè)備自動向模具噴涂脫模劑。

（8）新生產(chǎn)線還有一個重要的改變就是把傳統(tǒng)生產(chǎn)線上集中在布料、張拉裝模、拆模兩個工作區(qū)的所有工序全部分散到整個鏈條輸送線上，將生產(chǎn)員工分散開，有效避免了起重機在作業(yè)人員的工作區(qū)域內(nèi)運行，消除了安全隱患。

（9）由于采用了自動抓鉤、鏈條輸送工藝，新工藝將離心、蒸汽養(yǎng)護(hù)兩個工作區(qū)用防護(hù)墻與其他區(qū)域完全隔開，減少了噪音、高溫的影響。

（10）新生產(chǎn)線是把鋼筋骨架與端板、張拉頭板及尾板全部裝配好后再放入到模具中，改變了將鋼筋骨架放入管模后再裝端板和張拉頭、尾板的方式。解決了往日多道工序堆積在一起，相互影響、工作效率低的問題。

（11）新生產(chǎn)線各工序間還設(shè)置了通信裝置，采用上位機編程、配合LED燈顯示器、機房設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，將上下道工序構(gòu)成信息化連接，確保作業(yè)信息準(zhǔn)確高效傳遞，減少了生產(chǎn)現(xiàn)場的信息錯誤。

（12）新生產(chǎn)線對蒸養(yǎng)工序也采取了自動化控制，通過電器將閥等機械元件進(jìn)行聯(lián)動控制，實現(xiàn)了無人操作。

由于上述多方面的改變，按新工藝流程設(shè)計的新生產(chǎn)線采用了較多的技術(shù)控制系統(tǒng)。這些技術(shù)控制系統(tǒng)包括：混凝土泵送控制系統(tǒng)、混凝土計量控制系統(tǒng)、新型張拉組件及張拉控制系統(tǒng)、模具及張拉頭尾板的輸送控制系統(tǒng)、自動噴涂脫模劑控制系統(tǒng)、自動抓鉤裝置及真空吸盤的使用、自動化控制系統(tǒng)、自動揭蓋模系統(tǒng)、蓋模輸送系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)池溫度自動控制系統(tǒng)、管樁模具的改進(jìn)等。由于該生產(chǎn)線是一個開放的系統(tǒng)，以后還可根據(jù)技術(shù)發(fā)展情況增加管樁模自動清理系統(tǒng)、自動拆裝合模螺栓系統(tǒng)、自動拆裝張拉頭尾板系統(tǒng)等。

三、新生產(chǎn)線采用的專用技術(shù)控制系統(tǒng)介紹

1. 混凝土泵送控制系統(tǒng)

混凝土泵送技術(shù)是新生產(chǎn)線核心技術(shù)，它包含泵送設(shè)備及可泵送的混凝土技術(shù)，這是新生產(chǎn)線是否能運行的關(guān)鍵。

對于泵送設(shè)備結(jié)構(gòu)的選型主要有兩種：?采用 “S”閥技術(shù)；?采用閘板閥技術(shù)。兩種技術(shù)國內(nèi)企業(yè)都能生產(chǎn)制造。

采用混凝土泵送技術(shù)制作預(yù)制樁時，混凝土是通過泵送設(shè)備被注入到模具內(nèi)，并可以達(dá)到以下效果。

（1）車間布料工作區(qū)只需三人，大大減少了員工數(shù)量。

（2）采用泵送布料，混凝土不會落到車間地面，車間干凈衛(wèi)生，不易產(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）預(yù)制樁樁頭裙板幾乎不出現(xiàn)裙板凹陷的質(zhì)量問題，裙邊干凈。

（5）空模合模時，合模螺栓所需的力矩最小，因此，合模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)生跳動小。因此，不但噪音得到一定程度的控制，而且也延長了模具的跑輪、離心機托輪的使用壽命。

采用泵送設(shè)備泵送混凝土到模具內(nèi)需要解決兩個問題，一是混凝土在模具內(nèi)的堆積必須是均勻的；二是注入模具內(nèi)混凝土的重量必須準(zhǔn)確。為達(dá)到此目的，還需混凝土料計量控制系統(tǒng)。

混凝土料計量控制系統(tǒng)是由操作臺、可編程控制器、觸摸屏、稱重系統(tǒng)、編碼器、計量平車、計量平車驅(qū)動機構(gòu)等組成。該系統(tǒng)可根據(jù)模具內(nèi)混凝土的泵送量、泵送位置及泵送設(shè)備泵送能力的大小，通過程序控制計量平車的運行速度，保證模具內(nèi)的混凝土是均勻分布的，總重量是準(zhǔn)確的。這個系統(tǒng)是否精確，完全決定預(yù)制樁的混凝土壁厚是否能控制在國標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。

2. 新型張拉組件及張拉控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)生產(chǎn)線的張拉組件是由五件套組成，即：張拉尾板、張拉頭板、張拉絲桿、張拉檔板及鎖緊螺母。其中尾板、頭板及絲桿組合件總重量大，在將這些工件裝入模具時，操作人員的勞動強度非常大。另外，采用這種方式進(jìn)行張拉，容易出現(xiàn)預(yù)制樁端板傾斜的質(zhì)量問題。

新型張拉組件是由尾板、張拉頭板及鎖緊螺母三件套組成，重量比傳統(tǒng)的張拉組件減少很多，降低了操作人員的勞動強度。

新生產(chǎn)線由于張拉頭板型式的改變，張拉機設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式也做了相應(yīng)的調(diào)整：?張拉機的張拉頭結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了改變；?張拉機設(shè)備上增加了鎖緊裝置；?液壓控制程序進(jìn)行了調(diào)整。張拉行程變短，張拉機的千斤頂長度變短。

由于采取了新型張拉組件及張拉控制系統(tǒng)的方式進(jìn)行張拉，杜絕了預(yù)制樁端板傾斜的質(zhì)量問題，也減輕了操作人員的勞動強度。

3. 模具及頭尾板的輸送控制系統(tǒng)

模具輸送控制系統(tǒng)主要是由縱向鏈條輸送機、橫向鏈條輸送機、頂升平移機、頂升機、蓋模輸送小車、自動揭蓋模機等設(shè)備組成。

頭尾板輸送控制系統(tǒng)主要是由動力輸送滾筒線、提升機、機械吊具等組成。

上述兩個系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的起重機吊運方式，大大減輕了員工的勞動強度，減少了安全隱患。

4. 自動噴涂脫模劑控制系統(tǒng)

在模具輸送線上設(shè)置了兩處自動噴涂脫模劑裝置，分別對輸送通過的上、下模自動噴涂脫模劑。

該系統(tǒng)的投入使用，不再需要人工噴涂脫模劑。

5. 自動抓鉤裝置及真空吸盤的使用

起重機分別配備了不同種類的自動抓鉤裝置或者真空吸盤。這樣配備具有以下優(yōu)勢：?取消掛鉤手崗位，減少用工人數(shù)；?由于人員不用進(jìn)入離心機及蒸汽養(yǎng)護(hù)池工作區(qū)域，消除了這兩個工作區(qū)域的安全隱患；?鋼筋骨架不再需要人工搬運，員工的勞動強度得到降低；?預(yù)制樁脫模采用真空吸盤，杜絕了由于起吊原因造成的預(yù)制樁環(huán)裂的問題。

6. 自動揭蓋模系統(tǒng)

自動揭蓋模系統(tǒng)由自動識別系統(tǒng)、定位系統(tǒng)；液壓、氣動系統(tǒng)；機械抓手系統(tǒng)組成。

自動揭蓋模系統(tǒng)的主要作用：當(dāng)管模的合模螺栓被全部拆除后，通過鏈條輸送機輸送到自動揭蓋模工位時，電子儀器將檢測到的信號發(fā)送到控制程序，控制程序發(fā)出指令，使得機械抓手將蓋模提起，并橫向移送到鏈條機上，控制程序繼續(xù)發(fā)出指令讓鏈條機將管模往下一道工序輸送。

7. 蓋模輸送系統(tǒng)

蓋模輸送系統(tǒng)的主要作用是：輸送小車將清干凈的蓋模自動抓起，并輸送到相對應(yīng)的底模合模工位（輸送過程中，自動噴脫模劑設(shè)備自動完成對蓋模噴涂脫模劑），并將蓋模準(zhǔn)確與底模完成合模。

四、自動化新生產(chǎn)線存在的不足

自動化新生產(chǎn)線已經(jīng)過近半年的運行，基本上達(dá)到了當(dāng)初所提出的減少用工人數(shù)、降低勞動強度、提高勞動效率、改善工作環(huán)境、減少安全事故、提高產(chǎn)品質(zhì)量的要求。但目前尚存以下不足，還需做進(jìn)一步研究和改進(jìn)。主要涉及的方面有：?泵送混凝土比傳統(tǒng)混凝土成本高；?采用泵送工藝時，目前還無法做接樁；?自動化生產(chǎn)線的固定資產(chǎn)投資比傳統(tǒng)生產(chǎn)線大很多；?泵送設(shè)備的易損件用量較大。

五、結(jié)語

隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，企業(yè)一線員工在選擇工作時，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，這對混凝土與水泥制品行業(yè)的企業(yè)來說將是非常大的挑戰(zhàn)。因此，自動化生產(chǎn)線的技術(shù)研究工作將是水泥制品企業(yè)今后重點的研究方向之一。筆者通過介紹預(yù)應(yīng)力混凝土管樁現(xiàn)有生產(chǎn)線的不足和新式生產(chǎn)線的工藝流程、工藝布置、改進(jìn)特點等內(nèi)容，希望能引起同行的重視，積極努力，不斷對生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新，推動預(yù)制樁行業(yè)健康、有序地發(fā)展。