一、立項(xiàng)背景

　　隨著裝配式建筑在我國(guó)發(fā)展的速度加快、需求提升，預(yù)制構(gòu)件裝備及生產(chǎn)線的制造成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。當(dāng)前，在國(guó)家和地方政府的積極引導(dǎo)和培育下，國(guó)內(nèi)建成大量的預(yù)制構(gòu)件廠，從早期單純以生產(chǎn)預(yù)制疊合板、陽(yáng)臺(tái)板、樓梯板等產(chǎn)品為主的生產(chǎn)廠，到如今結(jié)合綠色建筑、綜合管廊、被動(dòng)式超低能耗建筑產(chǎn)品生產(chǎn)和集成的綜合型生產(chǎn)基地，生產(chǎn)線的效率、性能和信息化水平也都得到了很大的提升。

　　然而，我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展也面臨著許多挑戰(zhàn)。首先，我國(guó)建筑形式多樣，結(jié)構(gòu)的基本尺寸不統(tǒng)一，形式多樣化，異形構(gòu)件多，導(dǎo)致構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化難度大、程度低；其次，不同類型的各類預(yù)制構(gòu)件千差萬(wàn)別，生產(chǎn)工藝不盡相同，在生產(chǎn)不同類型的預(yù)制構(gòu)件時(shí)，往往需要建立多條不同的生產(chǎn)線，導(dǎo)致投資成本過(guò)高；或者根據(jù)構(gòu)件的要求對(duì)生產(chǎn)線的工藝、模具和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改造，在提升成本的同時(shí)，生產(chǎn)周期也過(guò)高；最后，生產(chǎn)線多個(gè)工序需要人工操作，效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低、人工成本高。

　　為了進(jìn)一步推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展應(yīng)用，解決在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中存在的實(shí)際問題，形成具有特色的預(yù)制混凝土異形構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)，青島環(huán)球集團(tuán)重工科技有限公司、青島環(huán)球集團(tuán)股份有限公司針對(duì)中小型構(gòu)件，特別是生態(tài)護(hù)坡、景觀護(hù)坡、市政景觀產(chǎn)品等具有成品模具的異形構(gòu)件的市場(chǎng)需求，經(jīng)過(guò)自主創(chuàng)新，設(shè)計(jì)并開發(fā)出“中小型預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化通用生產(chǎn)線”。

本項(xiàng)目生產(chǎn)線生產(chǎn)的中小型市政景觀預(yù)制構(gòu)件

　　二、研究?jī)?nèi)容

　　青島環(huán)球集團(tuán)重工科技有限公司、青島環(huán)球集團(tuán)股份有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)主要從控制系統(tǒng)、工作線、蒸養(yǎng)線、牽引系統(tǒng)、運(yùn)輸小車、混凝土澆注振搗系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)和混凝土周轉(zhuǎn)系統(tǒng)幾大部分進(jìn)行了研究：

　　1.控制系統(tǒng)

　　生產(chǎn)線全自動(dòng)運(yùn)行，全系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，全自動(dòng)PLC程序控制，及計(jì)算機(jī)全系統(tǒng)控制管理。生產(chǎn)線對(duì)運(yùn)行順序的選擇要求穩(wěn)定,整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，既分散又集中，對(duì)信號(hào)傳送要求穩(wěn)定，無(wú)干擾。生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)各生產(chǎn)線的選取、記憶及互鎖、置位等必須協(xié)調(diào)一致，哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)造成整個(gè)生產(chǎn)線的停滯。

　　2.牽引系統(tǒng)

　　工作線模具的行進(jìn)由牽引系統(tǒng)來(lái)完成。本系統(tǒng)是在模具的下方鋪設(shè)導(dǎo)軌，平移車裝載異形構(gòu)件模具行走在導(dǎo)軌上。工作時(shí)通過(guò)牽引油缸控制中間拉桿的伸縮，來(lái)實(shí)現(xiàn)將模具推入或拉下平移車。每一個(gè)模具位置設(shè)置一個(gè)推點(diǎn)，為模具的端模操作預(yù)留大約800mm 的操作空間。

　　牽引系統(tǒng)的所有運(yùn)行動(dòng)作均由 PLC 控制，在接到 PLC 的推進(jìn)指令后，電磁閥帶電，液壓缸開始動(dòng)作，推進(jìn)系統(tǒng)到達(dá)指定位置并觸動(dòng)限位開關(guān)后，PLC 發(fā)出退回指令，推進(jìn)裝置返回初始位置。

　　3.平移車

　　平移車是把模具從澆注工作線運(yùn)送到蒸養(yǎng)線和從蒸養(yǎng)線運(yùn)送到澆注工作線的轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備。每條線的模具在動(dòng)作之前平移車都要處在這條線的兩端。因?yàn)椋蛔＞咴谄渲械囊粋€(gè)平移車上向前推出，另一個(gè)橫移車就必須在這條線的另一端接住前面的模具，平移車把等待養(yǎng)護(hù)的管片運(yùn)送到養(yǎng)護(hù)窯養(yǎng)護(hù)，把養(yǎng)護(hù)好的構(gòu)件運(yùn)送到生產(chǎn)線脫模，這樣就形成了循環(huán)。平移車的運(yùn)行動(dòng)作全部由 PLC 控制，并利用接近開關(guān)和定位油缸進(jìn)行精確定位。

　　4.混凝土的澆注系統(tǒng)

　　澆注系統(tǒng)是用來(lái)完成構(gòu)件澆注成型的組成單元。主要包括布料機(jī)、振動(dòng)臺(tái)、澆筑控制臺(tái)、氣動(dòng)系統(tǒng)、氣源過(guò)濾系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)：在混凝土澆筑區(qū)域內(nèi)，布料機(jī)可沿XYZ軸移動(dòng)，其中在Z軸方向上可實(shí)現(xiàn)1.4米到2米不等的移動(dòng)范圍，對(duì)不同尺寸規(guī)格的模具完成布料操作；澆注控制臺(tái)上設(shè)置有故障指示燈、操作按鈕、觸摸屏?？筛鶕?jù)客戶需求，在監(jiān)控室或者澆筑現(xiàn)場(chǎng)控制振動(dòng)電機(jī)的啟停、混凝土料斗下料和振動(dòng)等動(dòng)作；振動(dòng)臺(tái)通過(guò)油缸將模具與振動(dòng)臺(tái)固定在一起，振動(dòng)的時(shí)候需要皮囊汽缸頂起來(lái)之后振動(dòng)。

　　5.養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

　　養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)是由熱源、溫度傳感器、溫度控制器組成?；炷敛捎谜麴B(yǎng)窯蒸汽養(yǎng)護(hù)，蒸養(yǎng)窯設(shè)置3個(gè)溫區(qū)：升溫區(qū)、保溫區(qū)、降溫區(qū)。每個(gè)區(qū)域都在溫度控制器上設(shè)定好溫度范圍，溫度控制器會(huì)根據(jù)傳感器反饋回來(lái)的溫度自動(dòng)控制各個(gè)區(qū)域的溫度，來(lái)保證構(gòu)件的蒸養(yǎng)條件。蒸養(yǎng)窯溫度由PLC控制通過(guò)PID模式自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)窯內(nèi)溫度，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算將結(jié)果輸出，通過(guò)比例閥控制蒸汽進(jìn)給量，從而控制各溫區(qū)的溫度。構(gòu)件養(yǎng)護(hù)的溫度要求相對(duì)比較嚴(yán)格，升溫速度不超過(guò)15℃/h，降溫速度不超過(guò)20℃/h。

　　6.送料系統(tǒng)

　　送料系統(tǒng)主體包括鋼結(jié)構(gòu)框架、軌道、運(yùn)輸料斗、行走機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。送料系統(tǒng)將混凝土從攪拌站運(yùn)送到固定澆注口。送料系統(tǒng)設(shè)置有行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)料斗行走，提高了混凝土的周轉(zhuǎn)效率，降低了運(yùn)輸成本。主體框架需具備足夠的強(qiáng)度滿足運(yùn)輸料斗的安全運(yùn)行；輸送料斗采用電液推桿、油缸或者氣缸作為動(dòng)力，通過(guò)兩個(gè)擋板的同步運(yùn)動(dòng)來(lái)控制放料口的開合。輸送料斗側(cè)面安裝電動(dòng)振動(dòng)器，以便于混凝土的流動(dòng)下落。運(yùn)輸料斗的運(yùn)動(dòng)及定位采用傳感器和繼電器自動(dòng)控制，放料口的開合采用手工控制。

通用式底盤適用各種模具

三維移動(dòng)式布料機(jī)

混凝土輸送系統(tǒng)

獨(dú)立通過(guò)式養(yǎng)護(hù)窯

　　三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

　　本項(xiàng)目開發(fā)了中小型預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化通用生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了在一條自動(dòng)化生產(chǎn)線上生產(chǎn)不同類型和品種的構(gòu)件。采用可拆卸可旋轉(zhuǎn)出料口、自動(dòng)稱重計(jì)量系統(tǒng)、揺桿十字開關(guān)控制布料技術(shù)，開發(fā)了三維移動(dòng)式自動(dòng)布料機(jī)。研制的通用式移動(dòng)平臺(tái)，可固定不同構(gòu)件的模具，提升了生產(chǎn)產(chǎn)品的多樣性。研制的組合式內(nèi)空間可調(diào)養(yǎng)護(hù)窯、搖擺式和振搗式振動(dòng)臺(tái)、進(jìn)出模車導(dǎo)向糾偏機(jī)構(gòu)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與維護(hù)系統(tǒng)等，有效地提升生產(chǎn)效率、保障產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。

　　四、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

　　本項(xiàng)目從2016年開始研發(fā)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的異形構(gòu)件生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線。該項(xiàng)目的成功研發(fā)，改變了我國(guó)尚無(wú)專業(yè)的中小型異形構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線的行業(yè)現(xiàn)狀，為未來(lái)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線的發(fā)展作出了有益的嘗試，提出了正確的發(fā)展方向，并做出了有效的示范，具有顯著的社會(huì)效益。

　　公司于2018年售出一條生產(chǎn)線，新增產(chǎn)值165萬(wàn)元，新增利潤(rùn)38萬(wàn)元，新增稅收11萬(wàn)元；目前已累計(jì)售出三條生產(chǎn)線，并預(yù)計(jì)于2019年底之前售出10條，新增產(chǎn)值1650萬(wàn)元，新增利潤(rùn)380萬(wàn)元，新增稅收115萬(wàn)元。該生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，是目前國(guó)內(nèi)首條可生產(chǎn)多構(gòu)件的自動(dòng)化生產(chǎn)線，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)混凝土構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)不可缺少的設(shè)備，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　五、總結(jié)

　　該成果申請(qǐng)發(fā)明專利1項(xiàng)、實(shí)用新型6項(xiàng)，已授權(quán)實(shí)用新型專利3項(xiàng)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中小型預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化通用生產(chǎn)線的成套關(guān)鍵技術(shù)。該生產(chǎn)線經(jīng)青島市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院檢測(cè)，符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　中小型預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化通用生產(chǎn)線自從投入市場(chǎng)以來(lái)，在中山建華墻體材料有限公司等多個(gè)預(yù)制構(gòu)件企業(yè)得到了應(yīng)用，受到了用戶的一致好評(píng)。隨著預(yù)制構(gòu)件的需求量在不斷加大，尤其是在政策的推動(dòng)下，相信預(yù)制構(gòu)件行業(yè)會(huì)成為下一個(gè)藍(lán)海市場(chǎng)。中小型預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化通用生產(chǎn)線為中小型構(gòu)件的快速化、通用化生產(chǎn)，提供強(qiáng)有力的保證。