集约式PC生产线的设计及应用

刘元元

(山东华宇工学院 机械工程学院,山东 德州 253000)

0 引言

预制装配建筑技术是建筑工业化的发展方向,以构件预制化生产、装配式施工为生产方式,整合设计、生产、施工等产业链,实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化及可持续发展,是一种新型建筑生产技术[1]。装配式建筑质量好、工期短、节能环保、节约人力,是推动建筑业转型升级的重要抓手,是实现建筑业碳达峰、碳中和的重要载体[2]。混凝土预制构件生产线(PC生产线)可满足混凝土构件预制化的生产要求[3],正向着自动化、标准化、模数化、通用化的生产方向发展[4]。PC生产线设备投资高,占地面积大,厂房要求高,生产效率低,这些条件限制了预制构件的发展,故PC生产线集约化及设备小型化已成为重要的发展趋势。

为顺应PC生产线的发展方向,紧跟市场需求,提出集约式PC生产线。其较传统PC生产线具有设备投资少、占地面积小、厂房要求低、生产效率高等优势,适用于低矮的老旧厂房,大大降低了投资门槛。

1 集约式PC生产线的总体方案

集约式PC生产线的总体方案是在保证PC构件生产工艺的基础上对传统PC生产线方案布局进行升级,通过改变模台大小、优化码垛方式及养护方式,实现PC生产线的集约化、低成本化。

1.1 集约式PC生产线的标准布局

集约式PC生产线布局如图1所示。本布局为叠合板生产线经典布局,可实现传统PC生产线布局的模台清理、喷油、布筋组模、布料振捣、静养、码垛养护等功能,并创新性地提出平窑养护、十字摆渡车及堆垛拆垛分开式布局。

A-拆模起吊工位 B-拆垛工位 C-清理涂油及组模工位 D-布料振捣工位 E-养护工位 F-净养工位 G-堆垛工位

1.2 集约式PC生产线的工位分区与工艺流程

如图1所示,本布局分为清理涂油及组模布筋工位、布料振捣工位、静养工位、堆垛工位、养护工位、拆垛工位、拆模起吊工位等。

叠合板生产线工艺流程如图2所示。本工艺流程只对主要工艺进行展示,不包括质量检验及不合格品处理等辅助工艺。

图2 集约式PC生产线工艺流程

1)清理涂油及组模布筋工位。接收上个工作循环拆模起吊完成的模台,进行清扫,用旋转清扫机将前一次构件脱模后残留在模台上的混凝土清除至底部固废槽中,确保模台光洁平整,保证构件生产质量。均匀喷洒脱模剂,以便构件顺利脱模,保证构件质量。根据划线位置将各边框模具拼装完整,以固定销或固定磁铁定位,根据不同板型及尺寸将预制好的钢筋网片放入模具框内,用钢丝固定完成安装钢筋工序[5],将模台流转至下个工位。次工位模台数量需根据生产工艺及节拍合理分布,以保证生产线的顺利流转。

2)布料振捣工位。接收清理涂油及组模布筋工位流转过来的模台,螺旋布料机可以向模具进行均匀定量的布料。采用程序控制,按预先输入飞程序为每一个模台均匀布料,且具有平面两坐标运动控制、纵向料斗升降功能。布料机走行速度、布料速度均可调,下方配置振动台,可在同一工位上完成布料振捣。振动台的主要功能是将螺旋布料机摊铺在模台模具内的混泥土振捣,充分保证混泥土分摊均匀、内部密实,使其表面平整,保证凝固后的强度[6]。完成布料、振捣作业后,将模台流转至下个工位。

3)静养工位及堆垛工位。布料完成的模台经过几个模台工位流转实现静养,堆垛机对模台进行堆垛,一般6张模台为一垛。

4)养护工位。十字摆渡车将堆垛机堆完的模台运送至养护窑进行养护,养护窑装满后统一封窑养护,养护窑为平窑养护,十字摆渡车将养护完成的构件及模台一起输送至拆垛工位。

5)拆垛工位。将养护完成的模台垛品进行拆垛,每个模台单独输送至流水线。

6)拆模起吊工位。接收拆垛完成的单个模台进行拆边模起吊构件,将养护达到拆模强度的构件流转致拆模区,将所有模具拆除,利用起重机将完成的构件吊起至运输车上。次工位模台数量需根据生产工艺及节拍合理分布,以保证生产线的顺利流转。

2 集约式PC生产线的设备方案

集约式PC生产线设备主要包括叠加模台、模台驱动组件、摆渡车、布料机、振动台、拉毛机、堆垛机、十字摆渡车、养护窑、拆垛机、中控室等设备。其中,模台驱动组件、摆渡车、布料机、振动台、拉毛机、中控室与传统PC生产线结构类似。故着重介绍叠加模台、堆垛机、十字摆渡车、拆垛机及养护窑。

2.1 叠加模台

为提高模台利用率,设计了3.5 m×6.6 m标准叠加模台,模台利用率达到65%,与传统PC生产线的4 m×9 m模台50%利用率相比,提高30%。此方案提出了模台叠加结构,如图3所示。一般为6张模台堆一垛。

图3 叠加模台堆垛

2.2 堆垛机、拆垛机

传统产线采用单线单循环,单垛机节拍约12 min,集约式产线采用单线双循环,堆垛机负责将静养中的构件及模台堆垛,将养护完成的构件及模台拆垛,其作用相反,结构类似,如图4所示。升降系统采用卷扬技术,可快速对模台进行堆垛或拆垛,堆垛拆垛分离设计方案较传统PC码垛机节拍提升3倍,额定提升重量45 t,提升速度0～5.4 m/min,最大高度7.3 m,此高度是整条生产线的最大高度,适用于大部分老旧厂房,减少了投资成本。

图4 堆垛机、拆垛机

2.3 十字摆渡车

十字摆渡车分为母车和子车,母车负责产线长度方向移动,子车负责产线宽度方向移动。子车可将堆垛机底下的模台垛输送至母车上,母车带载子车及模台垛移动,移动到对应养护窑位置时,子车从母车上移动至养护窑中,将模台垛放置到养护窑中,完成养护输送功能。反向动作为拆垛输送功能。单次运送多张模台,效率大大提升,母车行走速度为传统环线2～3倍,大幅节省了运输时间,具备智能取送模台,自动执行动作。母车最大输送能力45 t,最大移动速度30 m/min。十字摆渡车对运行速度及周期分别进行计算(如表1),得到大约19 min可以出一垛入一垛(每垛多模)。如果生产线节拍是5 min一模,十字摆渡车理论上需要30 min节拍,设计理论上是有余量的。

表1 十字摆渡车运行周期计算表

2.4 养护窑

传统产线采用立体养护窑,钢结构主体,上下层温差大,集约式产线养护窑为平窑单层养护,结构为砖混或钢结构,平窑养护窑体较低,窑顶可利用,作为参观通道,加强钢筋线的使用,甚至可布置固定模台线,达到空间的有效利用,减少了投资。养护采用风循环系统,在窑的后壁装两个风机,在窑顶增加两个向前吹风机,以提升效果,使窑内温度快速达到养护温度。

3 工程案例

通过细化设计,对此集约式方案进行样机试制。根据样机试验,发现的问题得到不断改进优化,目前集约式PC生产线技术已经成熟并推向市场(如图5所示)。该生产线主要用于生产叠合板、内墙板、外墙板等,尤以生产叠合板效率最高(现场产能实测如表2所示)。

表2 河北某公司现场产能实测数据

图5 集约式PC生产线项目(河北某公司)

4 结束语

对集约式PC生产线方案、布局、工艺流程、设备进行改进。实践表明,该生产线方案具有可行性,能够节省空间,提高效率,减少投资,符合PC生产线的发展趋势。