混凝土砌块成型机的设计及优化研究

商品混凝土砌块成型机是我国目前广泛应用的一种新型墙体建材机械， 用于生产各类商品混凝土砌块及制品。与国外成型机相比，国产砌块成型机价格低，配件供货时间短。但国内生产的砌块成型机在某些方面仍有缺陷，主要体现在砌块生产周期长、制品强度低、可靠性差。因此，对我国商品混凝土砌块成型机设计进行改进与优化具有重要的研究意义。
一、全自动砌块成型机概述
QTY6- 15型全自动砌块成型机主要由主机、分料斗、一次固定式布料杆、供板机、送砖机、 液压站和电气控制柜等部分组成，该机采用机械传动和液压传动相结合的传动方式，自动实现砌块成型中的送料、破拱、成型、脱模、送板、送砖等过程。在电气控制上采用PLC和人机界面控制，完成砌块生产的全自动循环。
目前国产机型与国外机型相比，存在问题主要体现在：①布料不畅、不均匀，影响砌块制品强度；②激振力小，制品强度差，制品高度误差大；③液压件(如液压缸、阀与阀块结合处)泄漏严重，可靠性差；④砌块成型周期长，影响生产效率。
针对国产砌块成型机存在的问题，我们在QTY6- 15型全自动砌块成型机的设计、安装、 调试过程中，围绕砌块成型机的可靠性、操作上的方便性、制品的密实性、缩短砌块成型周期等方面进行了重点研究，并在结构上作了一系列改进。
二、砌块成型机机械设计与优化
2.1 优化布料箱内的破拱方式
与国外砌块成型机相比，在同一块托板上，国内砌块成型机生产的砌块强度普遍存在着较大差异，即：在台式振动砌块成型机中，靠近布料箱一侧的砌块强度高、远离布料箱的砌块强度差。造成这种现象的主要原因是布料时商品混凝土料布入模箱中的不均匀性。要消除这种现象，必须改进布料方式及布料箱内破拱轴爪的结构。我们将破料齿与破料轴由直角焊接改进成齿与轴成β角度焊接， 以增加破拱齿面与商品混凝土料在破拱时的接触面积。并改进破拱齿、轴在破拱时的运动方式，将破拱齿、轴的摆动破料方式，设计成四轴联动正、反向旋转强制式破拱的方式。在这种布料破拱过程中，四只破料轴在布料箱内相对正、反向旋转，从而使商品混凝土在布料箱内旋转、强制搅拌。试验表明，这种布料箱内破拱轴爪正、反向旋转强制式破料的效果，要比摆动式破料的效果好，既能有效地防止布料箱中商品混凝土料的凝结，又能使模箱前后的商品混凝土布料量均匀，让商品混凝土强制均匀、快速地落入模箱间隙中。
2.2 合理选用机器的制造材质
砌块成型机是利用振动源生产制品的机械，在生产过程中，由于要生产高强度的制品， 砌块机的激振力往往都比较大，导致机架、模具等零部件变形和开裂。因此我们在设计过程中，重点考虑了零件各部分的强度，增加了零部件的刚性。如机架部分，对承载力特别大的零件，如立柱部位焊接加强筋，有的部分焊接加强板，以提高机架的强度和刚度， 减小机架变形。而在模具设计制造过程中，选用合适的模具制造材料和热处理方式，提高模具的耐磨性，避免了模具在使用中的开裂。
对于砌块成型中直接与砂、石接触的零件，如送料箱及破料齿轴等部分，我们均增加了零件的结构尺寸，满足砌块生产的恶劣环境需要。
2.3 改进部分零部件之间的连接方式
砌块成型机在使用过程中，用户根据市场需要，经常更换不同的模具；再加上砌块成型机的工作环境差，常需更换易损件。因此，凡是砌块机的易损部分及需经常调整的部分，都进行了结构优化设计，以便用户操作维修。
在设计过程中， 我们主要从以下几方面进行了优化：
（1）为保证送板机的送板平面与振动台底板高度一致，其送板机高度调整采用四螺杆调节；为保证送板机送板槽钢的前端与振动台板之间有合适的间隙，保证托板能平滑地滑移到振动台板上，在送板机和机架之间采用螺栓可调整机构，保证了送板机与主机之间的正确位置。
（2）送料箱底板高度调整的外置式结构。在模具的更换过程中，经常调整送料底板的高度， 以保证送料底板上平面和模箱的上平面高度一致，我们采用送料底板的外置式可调机构，实现了送料底板高度调整的方便性。
（3）改善砌块高度的可调控性。砌块高度是砌块质量性能的一项重要指标，其高度必须可调，并能在砌块成型中严格控制。为此，我们在砌块成型机压头部分及模箱导套上均采用了定位螺杆可调定位，可分别控制压头、模箱向下的位置，保证压头、模箱每次均能以均恒力施加在振动台板上， 保证了振动台上所承受的力均匀一致， 从而保证砌块高度一致。
（4）改进送坯机的输送平稳性。成型完好的砌块制品，若送坯机的输送平面不平整，也会在砌块制品的输送过程中开裂，特别是掺粉煤灰的制品。当托板厚度薄，易变型时，最容易开裂。为此我们将送板机的链条输送和辊轮输送分成两部分设计制造，并采用螺栓可调连接，这样保证了链条上平面和托辊上平面在同一平面上，保证托板能平滑地从链条上输送到托辊上，提高了制品的合格率，减少了制品开裂。
（5）振动器带动的液压马达座调整装置。通过该装置的调节既保证液压马达上的皮带轮槽与激振器上的皮带轮在一条直线上，又保证了其皮带适当的张紧度。
2.4 扩大整机功能，做到一机多用
用户不仅是用砌块成型机来生产砌块，更多的是用来生产市政产品，即生产各类彩色路面砖、植草砖和护坡砖等。我们在QTY6-15型全自动单层砌块机的基础上，增加二次布料成型机的功能。液压站设计时配有二次固定式布料杆液压接口，用户只要装上二次固定式布料杆、在控制机柜上选择好成型方式，该机即可分层布料，生产面层为彩色、底层为素商品混凝土的彩色路面砖及各类市政制品，广泛应用于建筑、交通、市政等方面。
3 砌块成型机液压系统设计与优化
3.1 采用比例伺服阀，与PLC联动，缩短砌块成型周期
采用机械传动和液压传动相结合的方式，控制砌块成型机的送料、布料、起模、送砖等过程。 在液压系统中采用液压比例阀的方式，并与PLC结合在一起，通过比例阀来控制液压系统压力和流量的大小，通过人机界面调整压力参数，控制各阶段的运动速度，从而控制好各阶段的成型时间，缩短了成型周期。 并将多余液压油用来驱动液压马达，带动激振器振动，解决了用电机作为驱动源频繁启动的电机发热问题。
3.2 改进液压缸的连接方式，提高液压件的使用寿命
砌块成型机的主要动作，如压头上下、模箱上下、布料等都是由油缸的驱动来完成的。由于砌块成型机处于粉尘环境下工作，又是振动设备，工作环境差。在长期使用过程中，油缸活塞杆易出现拉毛损坏，从而导致油缸端处漏油。造成压头与模箱升、降油缸拉毛的原因， 主要是导向柱上滑动导向套的磨损，导向套和导向柱间有的间隙增大，油缸运动不同步，从而导致活塞杆运动时的导向性差。因此，我们在油缸活塞杆与机件的连接处采用活动连接的方式，增加油缸活塞杆运动的自由度。
布料箱油缸活塞杆损坏的主要原因是布料箱运动中布料箱参与振动。因而活塞杆与布料箱的连接我们也采用软连接的方式，使油缸活塞杆运动时能作适当摆动。通过改进液压缸的连接方式，提高液压件的使用寿命。
3.3 合理设计液压系统， 减少系统液压油温升
由于砌块成型机连续工作，液压系统工作压力高，且大多数机器都在野外作业，特别是在夏季，液压系统油温高。这样增加了漏油的程度，同时液压系统工作不稳定。因此我们在设计安装过程中，一是合理设计了液压油箱的大小。二是合理布置油管，在油管安装时，我们将液压油管路排列有序，各连接阀块内孔径均匀，弯曲半径符合规范，使液压油的流动行程最短，压力损失最小。三是增大冷凝器的散热面积。通过上述措施将油温控制在理想的范围内。
总之，商品混凝土砌块成型机性能的提高，取决于其整机各零部件结构的合理性，并使各零部件科学组合。我们通过其液压系统、机械结构的优化设计、不断完善整机性能，使QTY6- 15型全自动砌块成型机的整机性能大大提高。该砌块成型机批量生产投放市场后，得到用户好评，取得良好的经济效益和社会效益。
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