预制构件生产线成套装备关键技术研究

预制构件生产线成套装备关键技术研究河北新大地机电制造有限公司韩彦军摘要：本文重点介绍了混凝土预制构件的流水生产组织及工厂设施设计的方法；以三明治墙板为分析对象介绍了PC预制构件生产线的技术设计和组织设计，并对生产线的关键设备进行了分析。

1.引言1.1概述目前市场上的混凝土预制构件产品种类非常多，基础设施构件类、建筑构件类、地基类是主要的三大类产品。

近几年兴起的预制复合(装饰、保温)挂板、预制清水看台、预制景观构件(护栏、灯杆、座椅等)虽然技术含量较高，但还不是主流。

以京津高铁建设为开端，以引进德国博格公司无砟轨道板工厂化生产线为标志，表明我国预制构件进入工厂化生产时代。

无砟轨道板、双块石轨枕的工厂化生产因具有提高建设质量、减少施工现场人员伤亡、提升效率、减少浪费、彻底改变传统的建筑方式的优点，在近几年我国的高速铁路建设中也发挥了重要的作用，同时也进一步推动了预制构件工厂化生产在桥梁建设、普通铁路、轨道交通、高速公路建设方面的应用。

PC（Prefabricated Concrete Structure）即“预制装配式混凝土结构”，是以预制混凝土构件为主要构件，经装配、连接，结合部分现浇而形成的混凝土结构。

PC构件是以构件加工单位工厂化制作而形成的成品混凝土构件。

而预制化程度是目前衡量建筑工业化发展的重要指标之一。

在住宅产业化的热潮之下，将更多的现场作业转移至工厂预制也逐步成为业内的共识。

除承重结构外，墙体、楼板等都是在工厂生产、配送的预制件，传统的建筑工地变成住宅工厂的“总装车间”。

产业化流水预制构件工业化程度高，成型模具和生产设备一次性投入后可重复使用，耗材少，现场装配和连接使得劳动力资源投入相对减少。

住宅的构件部品在工厂成批量生产，现场施工实行高度机械化装配。

这种全新的现代建筑产业将真正成为支柱业。

所谓住宅产业化，是用工业化生产的方式来建造住宅，以提高住宅生产的劳动生产率，提高住宅的整体质量，降低成本，降低物耗。

1.2预制构件的流水生产组织流水生产组织是大批大量的典型组织形式。

在流水生产组织中，劳动对象按制订的工艺路线及生产节拍，连续不断地，顺序通过各个工位，最终形成产品的一种组织方式。

其特征是：工艺过程封闭，各工序时间基本相等或成简单的倍比关系，生产节奏性强，过程连续性好。

其优势在于能采用先进、高效的技术装备、能提高工人的操作熟练程度和效率，缩短生产周期。

缺点是适应性差。

按流水生产要求设计和组织的生产线叫流水生产线，简称流水线。

按生产节拍性质分为强制节拍流水线和自由节拍流水线。

按自动化程度分为自动化流水线、机械化流水线和手工流水线。

按加工对象移动方式分为移动式和固定式流水线。

按加工对象品种分为单品种和多品种流水线。

结合以上划分，在各类预制构件方面典型的流水生产类型包括：1）环形生产线。

如轨枕、管片生产线和目前新上PC构件生产线。

前者属于单一品种、强制节拍、移动式自动化生产线，后者为多品种、柔性节拍、移动式自动化生产线。

2）长线台座法。

如预应力叠合板生产线、无砟轨道板生产线等，属于固定式机械化生产线，该类型生产线比较典型的布置形式是采用三套（或成三的倍数）长模的布置形式，在三班制作业条件下分别交替进行空模作业、浇注作业、养护。

3）固定台座法。

传统预制构件多采用该形式。

手工作业，可按照流水生产组织形式。

2.工厂设施规划预制构件工厂设计的核心内容之一是厂内设施布置，即合理选择厂内设施（如混凝土搅拌、钢筋加工、预制、存放等生产设施，以及实验室、锅炉、配电室、生活区、办公室等辅助设施）的合理位置及关联方式，使得各种物资资源以最高效率组合为产品服务。

2.1PC构件工厂设施布置按照系统工程的观点，设施布置在提高设施系统整体功能上的意义比设备先进化程度更大。

PC构件生产厂几种典型布置形式如图所示。

在进行设施布置时，尽可能考虑遵守以下原则，并考虑搬运要求。

1）系统性原则。

整体优化，不能追求个别指标先进。

2）近距离原则。

在环境与条件允许的情况下，设施之间距离最短，减少无效运输，降低物流成本。

3）场地与空间有效利用原则。

空间充分利用，有利于节约资金。

4）机械化原则。

既要有利于自动化的发展，还要留有适当的余地。

5）安全方便原则。

保证安全，不能一味追求运输距离最短。

6）投资建设费最小原则。

使用最少的投资达到系统功能要求。

7)便于科学管理和信息传递原则。

信息传递与管理是实现科学管理的关键。

2.2评价方法在获得的多方案布置结果中可此用设施优化分析的方法进行评价。

其基本原理是：设给定平面系统有n 个设施，并记每两个设施间的物流量(在一定时期内)为f ij ，f ij 可又统计工作得到；两设施之间的距离为d ij ，则两设施之间的物料搬运量为：ij ij ijw f d 生产线1生产线1混凝土搅拌生产线2生产线3生产线4存储区生产线1混凝土搅拌钢筋加工生产线2生产线3存储区生产线1生产线1混凝土搅拌生产线2生产线3生产线4存储区1存储区2全系统的物料搬运工作量M:1111nn n nijijiji j i j M w f d======∑∑∑∑若c ij 为设施i 到设施j 的单位搬运费用，则系统搬运费用为cM:1111nn n nijijij ijiji j i j cM c w cf d ======∑∑∑∑由于受设施面积、工艺条件、环境、管理等方面所限，假设设施布置存在l 个方案，则最佳位置布置设计方案M p 或从cM p 为：M p =min ｛M (1),M (2),…,M (l)｝cM p =min ｛cM (1),cM (2),…,cM (l)｝2.3规划实例如某PC 构件工厂规划如图所示，其一期项目建设内容主要包括： 预制构件生产车间总体构造 板环形生产线 固件生产固定台座 钢筋加工车间 混凝土搅拌站 实验室材料、成品等辅助储存区域 锅炉房、变配电室等辅助设施办公设施1）PC 构件生产车间总体构造PC 构件车间按二个环形生产线车间、台座生产新车间、钢筋预埋件准备车间共四跨车间设计，设计尺寸（参考）为：长约200m 、宽4×24m ，钢结构厂房，地面硬化采用C20混凝土，厚度不低于200mm 。

车间需配料斗桁吊2台、脱模桁吊2台、钢筋构件桁吊1台，要求起吊重量各为10t ，起升高度不小于8m 。

预留各设备基础及地脚螺栓，生产线振动台基础需特殊处理。

车间内配套水、电、暖、气的供应设施。

钢筋车间内配搅拌站（楼）一座，理论生产率2×90m ³/h，通过运料小车把预制混凝土运送到车间内。

车间一端为附属用房和办公用房。

2）环形生产线二条，其中一条以生产叠合楼板、单一内墙板为主，另外一条以生产复合墙板为主同时能够生产叠合楼板、单一内墙板。

3）固定台座生产线固定台座生产线主要产品：异形构件和小批量构件。

用于生产楼梯、阳台、异型墙板等小批量构件。

生产按照模具清理、布料、振捣、抹光、养护、脱模等生产工艺，台座法生产。

主要设备：固定大平模、吊斗布料机、附着振动器、插入式振动器、抹光机、折叠式构件养护罩、混凝土运输车、成品运输车。

4）钢筋构件、预埋件、保温板准备车间钢筋焊件、预埋件、保温板车间设置在板环形生产线车间和固定台座生产线车间中间，钢筋原材料、保温板、钢筋焊件、钢筋折弯件等集中放置。

主要放置的物品有钢筋原材料、保温板等，在该车间可加工钢筋桁架、钢筋网片、钢筋折弯件。

安装的主要设备有：桁架钢筋生产线、钢筋调直切断机、氩弧焊机、钢筋折弯机等。

5）混凝土搅拌站建造混凝土搅拌站一座，双搅拌筒，摆放在钢筋预埋件车间一端，理论生产率2×90m³/h，通过运料小车把混凝土运送到两侧车间，为两条环形生产线和固定台座提供预拌混凝土。

6）实验室在办公楼的一层建立实验室，实现主要原材料及生产过程的检验与记录，实验室可实现对于诸如钢筋强度、混凝土强度等主控项目的自动测量和记录，不能人工干预，可实现每个构件关键数据的可追溯性。

7）材料、成品等辅助储存区域。

材料储存区域主要用于钢材储存、砂石料储存、成品储存。

钢材储存区和各成品储存区各配置16t天车一台。

8）锅炉房、变配电室等辅助设施厂内建立锅炉房、变配电室等辅助设施，用于厂内供气、供暖、供电等。

3.生产线的设计生产线的设计包括技术设计和组织设计两部分。

本文以三明治墙板生产线设计过程为例进行说明。

3.1生产线的技术设计技术设计是指工艺流程的制定、工艺设备与输送设备的选用和设计、模具设计等。

三明治墙板生产工艺流程如下图所示：钢筋供应混凝土供应模具清理下层模具组装涂刷脱模剂摆放放进、安装埋件一次浇筑混凝土一次振动成型铺设聚苯二次摆放钢筋、安装埋件二次浇筑混凝土二次振动成型预养护表面装饰处理养护脱模成品检验缺陷处理成品验收存贮与运输三明治墙板生产线主要设备组成：包括轨道、轨道输送小车、布料机及其控制系统、混凝土储料斗、料斗运输车、振动台、摆渡车、通道养护窑及控制系统、电瓶运输车（运板小车）、模具清理装置、喷涂脱模剂装置、横向运输车、成品运输车等设备。

3.2生产线的组织设计组织设计是确定生产线的节拍、设备数量、负荷计算、平面布置等。

1）确定流水线的形式和节拍。

取决于构件结构、年产量、工艺稳定性、厂房面积等。

节拍r 可按下式计算：(1)(1)F r N βα-=+F ：计划期内工作时间N ：计划期内产量β：调整时间百分比α：允许废品率2）工序同期化。

通过技术措施调整工序的时间，使其尽可能等于或成倍于生产线的节拍，以提高劳动生产率。

措施包括采用自动化程度高的设备、减少组模时间、增加同时作业人员、提高熟练程度等。

3）计算设备（或工作地）数量及其负荷系数设备计算数量：i i t S r=i t ：第i 工序的单件时间，r:生产线节拍设备负荷系数：`i i i S k S4）计算工人数5）平面布置。

应有利于操作、运输线路短等要求3.3墙板自动化生产线典型平面布置形式墙板自动化生产线典型平面布置形式如下图所示。

该生产线布置特点如下：1）平模流水工艺，基于成组技术将生产线环形布置，充分利用生产面积。

生产线输送采用滚轮线输送为主，横向分体摆渡车摆渡，柔性输送，适应多品种变节拍的生产要求。

2）两台布料机呈直线排列，便于混凝土输送与供应。

3）二次布料之后预养护，有利于初凝之后抹光。

抹光之后立体养护，节省能源。

4）限制性工序采用采用平行布置的方式，提高了生产线的效率。

5）将拟增加的顺序加工工位与横向摆渡结合起来，以适应新的品种的变化。

6）对生产线合理分段，并设置缓冲区，以解决变节拍生产条件下，段与段之间的平滑衔接问题。

4.生产线的关键技术及装备1）模台（1）结构设计采用有限元分析的方法有限元分析是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统。