预制装配式T梁生产线工艺设计与设备选型.pdf

建筑施工第45 卷第8 期1647naMUNICIPALNGINEERING市政程预制装配式T梁生产设计与设备选型李长春刘志权1.安徽省路港工程有限责任公司安徽合肥230031；2.同济大学上海200092摘要：为积极推动装配式桥梁高质量建设，各种新工艺、新设备应用到桥梁工业化建造过程中，不断提升桥梁工程建设效率及质量，创建以装配式轻型T梁标准部品为基础的标准化、专业化、规模化、智能化生产体系是预制厂高效运行的关键。结合预制梁厂生产线工艺设计，介绍设备选型要求及生产设备选型，使预制厂的生产调度环节更加智能化、安全化和高效率，整体设备方案的选型与设计已满足工程建设需求，为混凝土构件预制厂建设和生产提供参考。关键词：预制；生产线；工艺；设备；T梁中图分类号：U445.47文献标志码：A文章编号：10 0 4-10 0 1(2 0 2 3)0 8-16 47-0 3DOl:10.14144/ki.jzsg.2023.08.044ProcessDesignandnenelectionrefabricatedT-beamProductionLineLI Changchun LIU Zhiquan?21.Anhui Province Highway&Port Engineering Co.,Ltd.,Hefei 230031,Anhui,China;2.Tongji University,Shanghai,200092,ChiAbstract:To actively promote the high-quality construction of prefabricated bridges,various new processes andequipment are applied to the industrial construction process of bridges,thereby continuously improving the efficiencyand quality of bridge engineering construction.Creating a standardized,specialized,large-scale,and intelligentproduction system based on the standard components of prefabricated light T-beams is the key to the efficient operationof prefabrication plants.Based on the production line process design of the precast beam factory,the equipmentselection requirements and production equipment selection are introduced,which can make the production schedulingprocess of the precast factory more intelligent,safe,and efficient.The selection and design of the overall equipmentscheme can meet the needs of engineering construction and provide reference for the construction and production ofconcrete component prefabricationplants.Keywords:prefabrication;production line;workmanship;equipment;T-beam传统桥梁预制构件多在临时预制梁场中生产，使用范围有限、利用率不高，且对土地资源影响大，根据产业化发展规划，建设永久性桥梁构件预制生产工厂，已成为公路桥梁行业发展趋势-2 。基于工业4.0 发展要求，引入信息化管理模式，智能化生产设备，建设桥梁预制智能工厂，是技术进步、产业升级的必然趋势。传统生产中大多采用分散、低水平、低效率的生产方式，设备不够智能化，做不到精准控制。生产设备是预制工厂正常运行的前提，合理规划生产工艺，正确选择生产设备，满足工艺产能的要求至关重要。在配置设备时，应综合考虑，确保安全生产、稳定可靠，满足生产产能与质量，实现整体投资效益，力求建立一个能实现智能生产协同、设备互联智能、质量智能控制、支持智能决策等功能，贯穿产品生产全过程，且高度灵活的个性化、数字作者简介：李长春（19 8 6 一），男，本科，高级工程师。通信地址：安徽省合肥市高新区海棠路3 6 9 号(230031)。电子邮箱：2 8 18 8 8 0 5 5 收稿日期：2 0 2 3-0 4-13化、智能化的产品生产系统。7桐城预制厂生产线简介桐城厂主要预制2 5 m轻型T梁，某工程项目轻型T梁订单数量19 2 0 片，根据工期需求，结合后期长期规划，共设置5 条生产线十2 条回路，每条生产线共5 个工位，每条生产线配置1套液压模板，4个移动台车，每条生产线每天可生产1片轻型T梁，各生产区的功能分区如图1所示。120308ZNZNZNZNN钢筋绑扎混凝土浇筑蒸养张拉压浆提梁区合座合座台座合座图1预制厂生产线平面布置根据生产需求，轻型T梁预制区为5 4m120m钢结构厂房，各功能区预留尺寸为3 0 m，可根据工艺需求优化调整工位间隙。通过合理设备选型，充分利用人工智能技术对质量、能耗、设备等大数据进行分析，提高预制梁厂生产效率，降低成本支出，为固定预制梁厂奠定基础。164820238BuildingConstruction李长春、刘志权：预制装配式T梁生产线工艺设计与设备选型2工艺设计与设备要求2.1生产工艺预制梁厂在选择与配置设备时，应保证投产设备的技术成熟性、能耗环保性、管控便捷性及生产经济性。因此，预制梁厂设备工艺应满足如下要求：一是可实现设备空间布设结构合理集约，整个生产工艺安全可靠、运作稳定、生产高效；二是设备选型匹配合理，设备保养维修简易，经久耐用；三是提高生产线智能化水平与设备自动化控制水平；四是设备间联动生产应存在适当可调节空间；五是加强噪声监测、合理控制噪声，并降低粉尘污染。工厂化智能生产工艺是结合信息自动化技术，采用先进制造设备和人工智能，优化工艺参数，形成人机交互与智能产线，从而提高生产效率、质量与灵活性。该智能生产工艺主要由智能机器人钢筋加工与绑扎、混凝土标准线运与浇筑、蒸养与智能管控等构成，流程如图2 所示。订单接收模板清理、喷涂脱模剂底腹板钢筋加工绑扎吊装底腹板钢筋施工图纸数据转化顶板板钢筋加工绑扎吊装顶板板钢筋液压模板安装合模混凝土运输（鱼雷罐混凝土布料（布料机混凝土浇筑、振捣混凝土制作（拌和站静停养护、脱模强度试验智能温控高温蒸养强度、弹模达到要求预应力束安装预应力智能张拉压浆压浆强度达到要求自动喷淋养护移染存放图2预制梁厂自动化生产工艺流程2.2设备选型要求预制梁厂实际运营生产过程中，因生产工艺不同，使用的设备种类也不同，功能及价格也不尽相同。对于装配式轻型T梁智能生产线成套装备，原则上要选择技术先进、经久耐用、安全可靠、环保、经济合理、维修方便、生产效率高、备件易采购、易损件使用寿命长的生产设备。3各工艺段设备选型及要点3.1拌和站选型经测算，预制梁厂生产最高峰单日混凝土最大浇筑方量为3 0 0 m，每次送料机运输混凝土最大量为3 m，根据生产线混凝土用量及生产节拍确定采用HZS-90型拌和站生产混凝土。HZS-90型拌和站每盘最大出料1.5 m，理论出料90m/h，按理论产量的7 0%，每小时生产混凝土6 3 m，生产5 h即能够满足要求，故HZS-90型拌和站可完成混凝土施工计划。拌和站采用2 台HZS-90型地埋式拌和系统，配设6个斗配料秤，配备2 台装载机上料，8 个储料罐，2 部罐车，8个料仓，1套混凝土平面运输系统，2 台最大出料3 m。3.2钢筋加工及绑扎设备选型新型装配式T梁自动化生产线中，一般引入钢筋数控加工系统，应用BIM技术通过触屏或电脑对钢筋参数进行编辑，然后指令发送至PLC，利用数控技术和伺服电机按指定尺寸，操控钢筋的调直、弯曲、切断，具有高效、精准、节约的优点，产能是传统钢筋生产设备的5 7 倍，精度控制可达土1mm，角度控制为土1。系统设备包括钢筋智能剪切机器人、智能钢筋弯箍机等钢筋数控加工设备。3.3移动台座与液压模板选型为适应新型装配式T梁智能自动化生产线的生产需求，采用移动台座十固定液压模板的形式（图3）4，模板采用底模移动、侧模固定方式，每条生产线配置1套侧模、4套底模。智能液压钢模板由侧模板、端模板、移动台车及液压控制系统构成，根据预制构件的外形和尺寸设计和拼装模板。其中，移动台车由底模和移动小车组成，移动台车完全智能化控制，可以自动定位、自行移动。全智能控制液压钢模板采用PLC液压系统和红外测距系统联合控制模板的自行移动、定位、收合、顶升、拆模等工序，实现预制构件一次成形，具有施工安全高效、自动化程度高、整体性能好、绿色环保、能耗少的优势。3.4附着式振捣器选型在新型装配式T梁的预制生产过程中，混凝土振捣主要采用安装在模板表面上的附着式振捣器振捣，并结合混凝土振动台与人工振捣棒辅助振捣。附着式振捣器产生振动波通过模板间接振捣混凝土，一般情况下，沿着模板外表面每2 3 m配置1对振捣器，振频一般设置为5 0 Hz（3 0 0 0 r/m i n），振幅为2.0 6.2 mm。附着式振捣器不会造成混凝土离析或分层，具有操作简捷、不会破坏钢筋及模板的优点，可实现混凝土振捣密实的效果。3.5筒式送料车鱼雷罐）选型为能把现有的相关设备系统都联系起来，使预制厂的生产调度环节更加智能化、安全化和高效率，在自动化程度较高的生产线中，通常引入筒式送料车（鱼雷罐）进行混凝土输送。筒式送料车的任务是将拌和站生产的混凝土在规定时间内沿着特定轨道运送到构件生产线的一种混凝土智能运输设备。本预制厂采用上海电气研砼重工研发设计的筒式送料车，主要由混凝土圆筒仓、自动行走系统、建筑施工第45 卷第8 期1649李长春、刘志权：预制装配式T梁生产线工艺设计与设备选型卸料装置等构成，容量为3 m，具有转弯和爬坡功能，最小转弯半径4m，爬坡角度6，运输速度达10 0 m/min；仓体总成为圆柱形罐体，用来装混凝土料，罐体上部开口，通过罐体旋转18 0 后将内料卸出，可无线操控，不占用地面空间，可实现多工位装料和卸料，具有运输安全监控预警和防倾翻预警功能 5 。与传统混凝土搅拌运输车相比，鱼雷罐定位精度高、稳定性好、鲁棒性强（图4）。图3 禾移动台座与液压模板3.6自动布料机选型在自动化程度较高的生产线中，混凝土浇筑往往采用智能布料机进行，根据预设的程序和布料参数进行精准布料。布料机是一种预制混凝土构件生产线中，把鱼雷罐运输来的混凝土均匀地浇筑在模板内。上海电气研砼研发设计的混凝土自动布料机，容量为4m，通过参数控制布料位置、布料速度和下料总量。在实际生产线布置中，满足布料机在多个工位间移动和沿模台前进方向布料的要求，料门全开可实现超过3 m的布料宽度，大大提高生产效率。3.7蒸养棚选型根据国内采取蒸养工艺的预制梁场，一般蒸养2 4h，梁板强度、弹模即可满足张拉条件。为保证新型装配式T梁的预制生产效率，应采用蒸汽养生设备进行养护。蒸汽养生设备主要由天然气锅炉、蒸养箱、蒸汽管道及控制系统组成，设置自动温控，对养护温度实时监控及自动调整。采用有限元分析方法，对蒸养温度参数进行了数值优化分析，蒸养棚设定室温为2 0，蒸养温度6 0；1榻2 5 m新型装配式T梁从2 0 至6 0，需热量约2 2 5 万kJ；环形生产线每天生产5 榻T梁，考虑最不利工况下全部梁体同时处于升温过程，同时处于升温过程的梁体设定为5 榻，则至少需要蒸发量为2.1t/h的锅炉，因此，在预制区配备1套蒸汽量3 t/h燃气锅炉，通过管道向预制区输送养生蒸汽。为满足新型装配式T梁的养护需求，宜选用的蒸养箱尺寸为3 0 m3.5m3.8m保温蒸养箱。蒸汽管道布置为：蒸养箱两边各一条，蒸汽出口离地高度1.3 m，蒸汽出口间距1m，靠近蒸养箱壁布置。3.8预应力张拉及压浆设备选型预应力自动张拉装置通过计算机控制系统实现预应力筋的张拉力、伸长量、张拉速度、持荷时间等参数的精确控制，将张拉力与伸长量双重同步控制，具有张拉高效、数据精准的特点。张拉力精度1%，压力传感器精图4鱼雷罐度0.2 5%，压力传感器量程0 6 0 MPa，位移传感器精度0.05%，单顶有效行程2 0 0 mm。智能压浆系统通过计算机控制实现预应力筋孔道的压浆力、压浆速度及压浆时间等参数的精确控制，确保压浆密实。另外，智能压浆系统具有吸尘集尘功效，避免粉尘排放，降低作业环境污染。3.9自动喷淋选型为保证养护过程水源供应的充足性，养护区配置储水罐，若日产3 5 片梁，其对应的储水池总容量应达到10m。梁场自动喷淋装置根据预制构件外形和尺寸进行喷淋管道规划及旋转喷头设计。针对新型装配式T梁，每排构件上部边侧和底部中侧各布一道，做到无死角喷淋养护。为避免出现水压不合理、水资源浪费等异常，利用继电器自动、合理控制单次喷淋所持续的时间以及相邻2 次的间隔时间，喷淋后的水转入沉淀净化池内，经过特定的沉淀工艺后回至储水池，提高水资源的利用效率。3.10其他配套设备摆渡车是用于预制梁厂转运预制构件的设备，一般是沿着轨道或道路将预制构件从生产线运送至堆放区、质检区或装车区。摆渡车具有自动探测定位系统，定位精度可达到3 mm。搬运机采用四点起吊三点平衡技术，满足梁体移运过程中的技术要求，可采用单层和双层，工序简捷、操作方便。移梁台车通过刚性台车和柔性台车完成了四点起运三点平衡技术，满足移梁的技术要求，只能采用单层存梁；移梁小车体积小、质量轻、设备简洁，依次投入的机械设备费用少，一般与提梁门吊配合使用。4结语本文针对预制梁厂设备选型的问题，从预制梁的生产工艺、设备类型、设备性能、设备配置等方面进行了分析，综合考虑了设备的技术性能、经济效益、环境影响等因素，得到了满足预制梁厂生产需求的最佳设备组合方案。该生产线生产的产品已成功运用于某项目桥梁工程的建设中，验证了整体设备方案的选型与设计已满足工程建设的需求，值得类似工程项目借鉴和参考。参考文献1王佳伟.预制装配式桥梁在公路建设中的应用 J.科学技术创新，2019(35):102-103.2 张海涛.预制装配式桥梁在公路建设中的应用 J.交通世界,2 0 2 0(27):86-87.3 张曙.工业4.0 和智能制造 .机械设计与制造工程,2 0 14,43(8):1-5.4张立志，国璟.移动底胎座式预制梁厂与传统梁场的对比研究 1.公路,2 0 2 1(2):3 7 9-3 8 2.5HSU Y H,LIN Z T.Torpedo car tracking system at China SteelCorporation J.Baosteel Technical Research,2010,4(增利 1):9 6.