一种装配式预制构件混凝土浇筑自动补偿控制方法

本发明涉及混凝土布料机自动控制技术领域，尤其涉及一种装配式预制构件混凝土浇筑自动补偿控制方法。

背景技术：

建筑业是关系国计民生的支柱产业，近年来，装配式建筑因其“绿色，高效、经济”的特点，其数字化水平已经进入高速发展阶段。装配式预制混凝土构件是装配式建筑中的重要品部件，过去主要采用现场浇筑方式生产。此种生产方式因环境污染大、人力占用多，正在向采用混凝土布料机浇筑的工厂预制工业化生产方式转变。混凝土浇筑自动控制技术是预制混凝土构件工业化生产不可或缺的技术，它不仅可以极大减轻人工劳动强度、而且可以显著改善预制构件生产质量和效率。

对于混凝布料机的自动控制技术，学者和业者已经开展了广泛的研究和应用。李冬等分别在论文《researchonmulti-agentcontrolsystemforconcretedistribution》和发明专利《一种基于光电开关的混凝土布料机自动预标定方法》等科技文献中设计并实现了混凝土布料自动控制系统架构及浇筑生产前布料机定位的预标定方法，这些工作奠定了混凝土布料浇筑自动控制实现的理论和技术基础。张太山等在发明专利《一种自动混凝土布料车控制系统及其控制方法》中针对某工位的浇筑点设计了按规定重量浇筑的控制方法，满足总体重量要求；李倩等在发明专利《一种混凝土预制板生产线的浇筑行进自动控制系统及控制方法》中、曹英荣等在发明专利《有门窗洞口的混凝土预制板自动浇筑控制系统及控制方法》和《一种混凝土预制板生产线布料加料控制系统及控制方法》中设计了布料机浇筑控制系统的硬件平台，并设计了布料机行进和加料的控制方法。上述文献从实现浇筑生产流程的自动控制、准确定位及预制构件总体重量满足要求等方面设计了布料机浇筑控制系统和控制方法，但并未针对混凝土浇筑重量均匀分布问题采用相应的补偿控制方法，特别是每个工位或者每个构件开始浇筑生产的道次起始位置，如浇筑过程示意图1所示。

因布料机设备刚启动，各装置运行状态未达到设定的理想状态，各个执行机构之间的运行参数未达到相互匹配状态，导致此阶段浇筑的混凝土重量与其他部位存在明显的分布偏差。对于此类重量分布偏差，随构件浇筑生产道次数量增加而累加，不仅影响重量分布均匀度，更影响最终构件重量精度，需进行人工二次补料，导致浇筑生产效率和产品质量降低，也无法充分发挥现有浇筑自动控制技术水平。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种装配式预制构件混凝土浇筑自动补偿控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种装配式预制构件混凝土浇筑自动补偿控制方法，包括如下步骤：

步骤1：预设浇筑自动补偿控制时间tv，该时间段浇筑控制系统控制布料机行走装置处于静止状态，而布料机输送机构正常运行；

步骤2：读取浇筑控制系统设置的浇筑生产设定参数，包括布料机行走装置的运行参数和布料机输送机构的运行参数；

所述布料机行走装置的运行参数包括行走装置的加速度a1和行走装置的稳定生产状态运行速度v；所述布料机输送机构的运行参数包括输送机构的角加速度a2和输送机构的稳定生产状态运行速度n。

步骤3：结合步骤1中预设的浇筑自动补偿控制时间tv和步骤2中读取的运行参数，确定补偿控制结束时间th，过程如下：

步骤3.1：根据浇筑控制系统设置的布料机行走装置的加速度a1和稳定生产状态运行速度v，计算布料机行走装置从静止状态达到稳定运行速度所需时间tc；

步骤3.2：根据浇筑控制系统设置的布料机输送机构的角加速度a2和稳定生产状态运行速度n，计算输送机构从静止状态达到预设稳定运行速度所需时间tn，如下所示：

步骤3.3：比较tc和tn的大小，选择时间长的值作为补偿控制结束时间th。

步骤4：计算浇筑补偿控制结束时的混凝土浇筑道次起始阶段浇筑构件几何体重量gx，过程如下：

步骤4.1：以补偿控制结束时间th作为浇筑自动补偿控制总时长，计算布料机行走装置在th时间内行走的距离lx，如下所示：

步骤4.2：结合布料机的浇筑宽度b、构件高度h和混凝土密度ρ，计算出此行走距离lx对应的浇筑构件几何体重量gx，如下：

gx＝lxbhρ。

步骤5：计算布料机输送机构在浇筑补偿控制结束时的混凝土输送重量g1，过程如下：

步骤5.1：计算布料机输送机构达到预设稳定运行速度时间tn前，螺旋匀加速运行期间浇筑的混凝土重量gl1，如下：

q＝47ψhcnρ(d²-d²)

其中，ψ为螺旋充填系数；h为螺杆节距；c为螺旋倾斜修正系数；d为螺旋叶片直径；d为螺旋轴直径；q为螺旋输送量；

步骤5.2：计算螺旋匀速运行期间浇筑的混凝土重量gl2，如下：

gl2＝47ψhcnρ(d²-d²)(th-tn)

步骤5.3：将螺旋匀加速运行期间和螺旋匀速运行期间计算的浇筑混凝土重量进行求和，得到输送机构在浇筑补偿控制结束时的混凝土输送重量g1，如下：

gl＝gl1+gl2。

步骤6：考虑投入工作的螺旋数量i的影响，使投入工作的螺旋数量的影响下的混凝土输送重量g1与步骤4计算的gx相等，即gx＝i×gl，得到步骤1预设浇筑自动补偿控制时间tv的具体数值；

步骤7：在浇筑道次起始阶段，令布料机按照步骤6计算出的时间tv开展浇筑自动补偿控制，浇筑控制系统的其他设置参数不变，即可实现混凝土浇筑道次起始位置的自动补偿控制。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明提出一种装配式预制构件混凝土浇筑自动补偿控制方法，只需在浇筑生产道次的启动阶段改变布料机行走时间，很容易与其他混凝土浇筑控制系统兼容，进一步实现了混凝土浇筑的精细化自动控制；

2、本发明提供的方法可以根据实际情况调整相关运行参数，很容易适应不同工作情况，具有较强的适用性；

3、本发明提供的方法对浇筑道次起始阶段存在的混凝土浇筑重量分布不均匀情况进行补偿，显著改善浇筑道次起始位置的混凝土浇筑重量分布均匀性，进而提高混凝土浇筑重量总体精度，避免人工二次补料，节省劳力和工时，提高预制构件浇筑生产质量和效率。

附图说明

图1为本发明背景技术中混凝土布料机浇筑过程示意图；

图2为本发明实施例中装配式预制构件混凝土浇筑自动补偿控制方法流程图；

图3为本发明实施例中布料机行走装置速度曲线图；

图4为本发明实施例中布料机输送机构速度曲线。

其中，1为布料机大车；2为布料机小车；3和4分别为布料机小车和布料机大车行走的导轨；5为布料机料斗；6为配有螺旋的出料口；7为底模托盘；8为边模。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图2所示，本实施例中装配式预制构件混凝土浇筑自动补偿控制方法如下所述：

步骤1：预设浇筑自动补偿控制时间tv，该时间段浇筑控制系统控制布料机行走装置处于静止状态，而布料机输送机构正常运行；

步骤2：读取浇筑控制系统设置的浇筑生产设定参数，包括布料机行走装置的运行参数和布料机输送机构的运行参数；

所述布料机行走装置的运行参数包括行走装置的加速度a1和行走装置的稳定生产状态运行速度v；所述布料机输送机构的运行参数包括输送机构的角加速度a2和输送机构的稳定生产状态运行速度n。

步骤3：结合步骤1中预设的浇筑自动补偿控制时间tv和步骤2中读取的运行参数，确定补偿控制结束时间th，过程如下：

步骤3.1：根据浇筑控制系统设置的布料机行走装置的加速度a1和稳定生产状态运行速度v，计算布料机行走装置从静止状态达到稳定运行速度所需时间tc；

步骤3.2：根据浇筑控制系统设置的布料机输送机构的角加速度a2和稳定生产状态运行速度n，计算输送机构从静止状态达到预设稳定运行速度所需时间tn，如下所示：

步骤3.3：比较tc和tn的大小，选择时间长的值作为补偿控制结束时间th。

本实施例中，行走装置速度曲线如图3所示，输送机构速度曲线如图4所示，当tc<tn时，th＝tn；当tc>tn时，th＝tc。

步骤4：计算浇筑补偿控制结束时的混凝土浇筑道次起始阶段浇筑构件几何体重量gx，过程如下：

步骤4.1：以补偿控制结束时间th作为浇筑自动补偿控制总时长，计算布料机行走装置在th时间内行走的距离lx，如下所示：

本实施例中，当th＝tn时，lx＝lh+lc；当th＝tc时，lx＝lc。

步骤4.2：结合布料机的浇筑宽度b、构件高度h和混凝土密度ρ，计算出此行走距离lx对应的浇筑构件几何体重量gx，如下：

gx＝lxbhρ。

步骤5：计算布料机输送机构在浇筑补偿控制结束时的混凝土输送重量g1，过程如下：

步骤5.1：计算布料机输送机构达到预设稳定运行速度时间tn前，螺旋匀加速运行期间浇筑的混凝土重量gl1，如下：

q＝47ψhcnρ(d²-d²)

其中，ψ为螺旋充填系数；h为螺杆节距；c为螺旋倾斜修正系数；d为螺旋叶片直径；d为螺旋轴直径；q为螺旋输送量；

步骤5.2：计算螺旋匀速运行期间浇筑的混凝土重量gl2，如下：

gl2＝47ψhcnρ(d²-d²)(th-tn)

步骤5.3：将螺旋匀加速运行期间和螺旋匀速运行期间计算的浇筑混凝土重量进行求和，得到输送机构在浇筑补偿控制结束时的混凝土输送重量g1，如下：

gl＝gl1+gl2。

本实施例中，当th＝tn时，gl＝gl1；当th＝tc时，gl＝gl1+gl2。

步骤6：考虑投入工作的螺旋数量i的影响，使投入工作的螺旋数量的影响下的混凝土输送重量g1与步骤4计算的gx相等，即gx＝i×gl，得到步骤1预设浇筑自动补偿控制时间tv的具体数值；

步骤7：在浇筑道次起始阶段，令布料机按照步骤6计算出的时间tv开展浇筑自动补偿控制，浇筑控制系统的其他设置参数不变，即可实现混凝土浇筑道次起始位置的自动补偿控制。