拆模技术在一体成型蒸压泡沫混凝土砖生产过程中的应用.pdf

自动化应用工业过程控制系统拆模技术在一体成型蒸压泡沫混凝土砖生产过程中的应用管灿,黄文新2,赖萧2（1.国机智能科技有限公司，广东广州510 535;2.天风（惠州）墙体材料有限公司，广东惠州516 12 3）摘要：为提高砖块的机械强度、抗压强度和防水隔音性能，本文介绍了一种非切割式一体成型蒸压泡沫混凝土砖的生产工艺（该工艺与常规方法最大的不同在于砖块的成型方式），详细设计了脱模工序（包括机械部分和动力部分），并进行了实验论证。实践证明，该工艺虽然增加了一定的生产成本，但大大延长了砖块的使用寿命，增强了砖块的机械性能，并且该工艺实现了生产过程的自动化控制，其中，自动拆模程序的运用大大提高了工作效率，节省了人工成本。关键词：一体成型，脱模工序，自动化控制中图分类号：TU528Application of Demoulding Technology in the Production Process of One-Piece(1.SINOMACH Intelligent Technology Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510535,China;2.Tianfeng(Huizhou)Wall Materials Co.,Ltd.,Huizhou,Guangdong 516123,China)Abstract:In order to improve the mechanical strength,compressive strength and waterproof and soundproof performance ofbricks,this paper introduces a non-cutting one-piece molding autoclaved foam concrete bricks production process(thebiggest difference between this process and the conventional method lies in the molding method of bricks),designs thedemolding process in detail(including the mechanical part and the power part),and carries on the experimentaldemonstration.Practice has proved that the process has greatly improved the service life and mechanical properties of thebricks,although it has increased the production cost to a certain extent,and the process has realized the automated control ofthe production process,in which the use of the automatic demoulding procedure greatly improves the working efficiency andsaves the labor cost.Key words:one-piece molding,demolding process,automatic control文献标识码：AAutoclaved Foam Concrete BricksGUAN Can,HUANG Wenxin?,LAI Xiao?0引言蒸压泡沫混凝土砖是用水泥、矿渣粉、河沙、添加剂等原料拌和后，通过机械制备泡沫，将优质不易破裂的泡沫强制加人水泥基胶凝材料、集料、掺合料、外加剂和水拌合的混合料内,形成具有微气泡结构的轻质料浆,并经浇注、静养成型后再进行蒸压反应工序而制作成的微孔硅酸盐制品。常规蒸压泡沫混凝土砖生产过程采用整体成型，切割成块的方式，包括材料处理、输送与计量，搅拌制浆、浇注成型、静养,，脱模、切割与蒸压等工艺。其中，切割工序提高了砖块的外形尺寸标准程度和美观度，降低了工艺难度，减少了工序数量2。但切割过程破坏了砖体表层的物理结作者简介：管灿，女，19 7 8 年生，硕士，工程师，研究方向为机械制造及自动化。|自动化应用构,降低了机械强度,损害了砖体的防水、隔音性能2。本文设计了一种非切割式一体成型蒸压泡沫混凝土砖的生产工序一一拆模。通过调整前后工序,生产的砖块机械强度、防水隔音性能更强，大幅提高房屋素质，改善居住体验。一体成型的砖块强度等级可达到MU5.0,常规切割砖块轻度等级一般为MU4.031非切割式一体成型蒸压泡沫混凝土砖整体工艺设计结合生产场地的实际情况，本文设计的非切割式一体成型蒸压泡沫混凝土砖的生产过程分为6 道工序：（1)搅拌制浆，材料处理、输送、计量、加泡、搅拌生产，得到均匀、充满气泡的混凝土砂浆；(2)灌模,将得到的浆料灌入摊铺工业过程控制系统自动化应用为1层的模具，再将其叠加为7 层；(3)静养硬化，将7 层模为一个长方形框体，在框体的凹槽插入3片纵向隔板,5模具送人静养池，保持预设的温度、湿度，使砖块初步硬片横向隔板,形成2 4个(4x6)隔离的长方形，上模可以整化；（4)拆模，完成静养工艺后，将模车输送到拆模机进行体放人下模。下模的作用是：(1)作为上模的容器；(2)在拆拆模，使砖块与上模分离；(5)高温蒸养，砖块呈7 层堆叠模过程移除上模后，作为砖块的容器，托着砖块完成后续状态进入高压蒸养釜，在高温高压蒸汽的作用下进行反应的高压蒸养流程直至垛码机。下模由底部托板和长方形两及完全硬化；6)垛码,将反应釜中完全硬化的砖块送人垛长边侧的两个突起侧板构成，如U型槽。因为生产过程中码机，并将砖块从下模夹出，错落9 0 叠放至9 层，即可打磨损较小，模具采用45号钢制成，表面淬火硬化。包存储及出厂4。详细工艺流程如图1所示。生产过程中使用的脱模机具有防锈功能，模具可以长期使用而不发生锈蚀5。搅拌站待料浆在方格中静养硬化后,进人拆模工序。外部辅水泥计量矿渣粉计量搅拌机罐模缓存仓就绪，准备罐模罐模叠模进入静养池，保温保湿，初步硬化进入拆模机摊模，将7 层摊成1层拆模，拆分下模+砖，上模下模+砖，上模叠模，将下模+砖叠成7 层高温高压蒸养以促进反应进入垛码机发货底托板就绪图1非切割式一体成型蒸压泡沫混凝土砖的生产工艺流程图2拆模主机结构设计非切割式一体成型蒸压泡沫混凝土砖的生产过程与常规过程最大的不同在于砖块的成型方式。前者采用隔离的模具，在浆料灌模过程中即可实现砖块分离；经过静养硬化成型后,使用拆模机将砖块与模具分离,所有环节中砖块未受到物理破坏，从而保证了砖块的机械强度与表面特性。非切割式工艺中，隔离的模具由上模和下模组成。上黄沙计量就绪，开始垛码加紧砖块，带离下模支被加紧的2 4个砖块，下模24个砖块为一层，进行垛码错落累加垛码至9 层砖块垛码完成存储，出货发泡剂计量（7 层上下模总成）上模套模，将上下模（1层）组成一体摊模（1层）进入拆模机（7 层下模）经轨道转运叠模（7 层）下模（1层）助机构将拆模单元和待拆模具定位好后，拆模主机整体下行，接触到砖块时停止，此时压脚板挡住砖块阻止其上行，关闭脱模钩，油缸推动脱模钩上行，使上模与砖块分离。实验证明,此时砖块表面的损坏压强大于3kPa,作用上模（1层）于砖块表面的最大允许推力为：F=PxS=3x0.19x0.29x24=3.967kN式中:P为压强(3kPa),S为脱模机作用在砖块上的总面轨道转运积(0.19 mx0.29m）。总共有2 4个脱模顶板，即每次脱模，完成2 4块砖。叠模则脱模油缸最大允许压力为：P=F/S=3.967/(3.14x0.042)=789 kPa式中：S为油缸的圆截面面积(3.14x0.04m)。由于压脚板与砖块的上面接触,即使造成些许表面损坏,也是作用在影响最小的顶部，不会对其他5个面造成损害，从而不会破坏砖块的整体结构和性能。3拆模机构总体机构设计图2 中拆模机构由提升机1、提升机2、提升机3、提升机4、拆模机、套模机等6 个主要部分组成。所有部件必须按照设定程序执行，才能有效完成整个拆模过程6。-7层模车提升机4图2 拆模机构总体结构示意图以下为各子部件的功能/作用描述。提升机1：将静养池来的7 层模车分摊成1层，排列在轨道上，依次进人拆模机。拆模机：拆除进入拆模机工作位的模车的上模，砖块留在下模上不动，下模和砖沿轨道前移至提升机2，上模被送往套模机。提升机2：将从拆模机来的带砖下模，叠加为7 层后，送出至高压蒸养釜。提升机3：将从垛码机送来的7 层模车（此时只有空的下模)分摊成1层，排列在轨道上，依次进入套模机。套模机：确认从提升机3分摊而来的空下模车到位后，将由拆模机来的上模装入下模，得到完整的1层空模，依次前行进人提升机4。提升机4：将套模(1)(2)提升机32023|16期/8 7参考文献自动化应用工业过程控制系统机来的完整1层空模叠加为7 层后，送往灌模中心。4拆模机构的程序设计在本次设计中，蒸压泡沫混凝土砖块的模车采用7 层叠放式进行静养和高温蒸养，以充分利用空间。但这种7层叠放式模车的设计会带来一些额外的问题。例如，与之配套的灌模系统（浇注成型）、拆模系统、垛码系统这3个生产线的子系统，各自都需要配备摊模提升机（把7 层摊成1层）和叠模提升机（把1层叠加成7 层），还需要大量的控制系统资源（计算能力和I0资源）。同时,I0的需求量大于西门子小型PLC能够提供的最大数量（12 0 0 系列最多可以提供2 56 10，实际需要42 0+），需要选用中型或大型PLC。更高端的PLC和大量的IO模块使控制系统的成本居高不下。因此,此次选用西门子12 0 0 系列CPU,加上通过Modbus通信的扩展模块，以提供足够的IO资源。此外，将实时性要求不高但计算量大的工作交给上位机执行,可以节省PLC宝贵的计算能力,确保小型PLC系统的性能也充分满足要求7。控制系统人机界面如图3所示。拆模机构的程序设计尽量以“情景驱动”为依据，可以在任何状态下开始拆模，无需满足苛刻的启动条件。这给实际拆模中遇到意外造成中断停机的情况,以及排除故障后的重新开工带来了很大的便利。图3控制系统人机界面耗费大量计算资源的运算应尽量交给上位机执行，例如拆模压力控制算法，根据计算，软件设置起始脱模油压为30 0 kPa，最大脱模油压为7 0 0 kPa。开始脱模时，产生的压力为30 0 kPa，如果1s内未检测到位移，则增压至350kPa;如果350 kPa后未能在1s内检测到位移,则增压至40 0 kPa；如果40 0 kPa后未能在1s内检测到位移,则增压至450 kPa；以此类推直至设定的最大脱模压力。这里采用逐渐增压，并实时检测位移的方式，目的是为了尽量减小砖块表面的压强，防止对表面造成破坏，保护其机械、隔音、防水性能7。实践证明，该套脱模程序的设计能够很好地满足对拆模机构的联动要求。原来的拆模工作由人工完成，不仅效率低，还耗费了大量的人力资源。在本套程序运行后，全套工序只需不到10 位操作员和维修技师即可完成。同时，机械可重复度和精度更高，产品的外形、质量、稳定性得到提升，企业的经济效益明显。5结语(1)在蒸压泡沫混凝土生产过程中,将常规的切割程序改为拆模程序实际上是可行的。尽管为了避免切割砖块,采用了隔离式的模具,以及为了兼顾效率（如静养空间、高压蒸养空间、各环节之间的运输等），叠加了7 层模具作为一辆模车，产生了摊模机和叠模机等额外成本（与采用分切方式生产出的成本相比，采用此拆模技术生产出的蒸压泡沫混凝土砖要高出10%）。但由于没有后续的切割程序，在高温高压蒸养环节发生化学反应后的低温环境中,砖块的化学稳定性高，老化效应非常有限,这样生产出来的砖块其机械强度增加了2 5%，耐水性增加了40%,故混凝土砖的使用寿命达到了10 0 年,相比常规切割方式增加了50%。目前，这套装置已经在某砖厂成功实现了量产，日产450 方，运行性能良好。(2)通过双规式拆模机控制程序的设计，上位机运行Visual Studio开发的控制程序，经由西门子12 0 0 系列PLC与Modbus模块进行通信，实现大规模IO扩展是可行的。上位机与PLC的通信周期为50 ms,PLC的执行周期在3ms以内,Modbus模块的相应速度在10 0 ms以内，实现了对包括拆模在内整个生产过程机械运动的自动化控制，大大节省了人力资源（同样的产出只需10%的人力资源即可）。1郑靓,王新祥，王元光,等.泡沫混凝土研究进展综述J.广东木与建筑,2 0 18(11):2 1-2 6.2谷亚新,王延钊,王小萌.不同工艺泡沫混凝土的研究进展J混凝,2 0 13(12):148-152.3李雅丽.蒸压泡沫混凝土砖技术质量水平分析J.建材标准化与质量管理,2 0 0 6(5):19-2 1.4徐水富.现浇剪力墙混凝土施工方法J.科技创新导报,2 0 2 2(30):27-27.5王武祥，张磊蕾，王爱军，等.一种建筑预制复合砌块制备模具以及制备方法与流程P.CN103833281A,2023-08-06.6李中年.控制电气及应用M.北京：清华大学出版社，2 0 0 6.7廖常初.西门子S71200PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社,2 0 10.（责任编辑：周贵兰）88|自动化应用