装配式预制构件混凝土浇筑参数失配的自动补偿控制方法

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参数失配的自动补偿控制方法。

背景技术：

装配式预制混凝土构件是建筑产品中的重要品部件，当前我国主要采用人工方式进行现场浇筑生产。随着经济的发展和技术的进步，现浇生产方式已经不能满足人们对高质量产品、低环境污染的生产要求，预制构件的生产方式急需向工厂化、数字化转变。在此背景下，“绿色化、高效化、自动化”的预制混凝土构件工业化生产开始了飞速发展。

混凝土布料机是预制构件工业化生产的主要设备之一，用于将混凝土浇筑在提前设置好的边模中。混凝土浇筑自动控制是布料机的核心控制技术，用于自动实现混凝土浇筑生产，并保证浇筑的混凝土重量既要均匀分布，又要总体上达到目标值，所以浇筑自动控制水平直接决定了预制构件的产品质量和生产效率。

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》等科技文献中设计了混凝土布料自动控制系统架构，并进一步设计了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。上述文献从实现混凝土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，但并未针对预制构件浇筑道次结束阶段存在的混凝土分布不均问题采用相应的补偿控制方法。

在浇筑道次结束阶段，如图1所示，布料机从稳定浇筑生产状态退出，经道次结束阶段后进入道次更换停止状态或结束生产停止状态。在设备退出稳定状态时，意味着它的运行参数从预设的理想运行状态退出，各个机构、装置之间的运行参数不再相互匹配。参数失配导致道次结束阶段浇筑的混凝土重量与其他部位存在明显的分布偏差，且这一偏差随着浇筑生产道次增多而累加，造成构件重量精度降低。由此可见，道次结束阶段浇筑的混凝土重量分布偏差，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或去料，降低了预制混凝土构件的生产效率和生产质量，进而限制了当前混凝土浇筑控制系统和控制方法的应用。

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参数失配的自动补偿控制方法。

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参数失配的自动补偿控制方法，包括如下步骤：

步骤1：预设浇筑自动补偿控制时间tn；

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、行走装置的稳定生产状态运行速度v1和行走装置减速时间tv；所述布料机输送机构的运行参数包括输送机构螺旋的角加速度a2和输送机构的稳定生产状态运行转速n1。

步骤3：计算布料机浇筑道次结束阶段行走装置从稳定运行状态到停止状态对应浇筑构件几何体重量gx1，过程如下：

步骤3.1：计算布料机行走装置从稳定运行状态到停止状态所需的减速时长tc：

步骤3.2：计算行走装置从稳定运行速度到静止状态的匀减速运行距离lc：

步骤3.3：结合布料机的浇筑宽度b、构件高度h和混凝土密度ρ，计算布料机行走装置匀减速运行时对应浇筑构件几何体重量gx1：

gx1＝lcbhρ。

步骤4：计算布料机浇筑道次结束阶段输送机构从稳定生产运行状态到停止状态输送的混凝土重量gs1，过程如下：

步骤4.1：计算布料机输送机构从稳定生产运行状态到停止状态螺旋的减速时长th：

步骤4.2：结合输送机构输送量，计算布料机输送机构匀减速运行时输送的混凝土重量gs1：

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：比较步骤3和步骤4计算的gx1和gs1的大小，确定预设浇筑自动补偿控制时间tn值与行走装置减速时间tv值的大小：

情况一：若gx1≤gs1，则tn≤tv；

情况二：若gx1＞gs1，则tn＞tv；

步骤6：计算各情况下的布料机行走装置浇筑道次结束阶段对应的浇筑构件几何体重量gx和布料机输送机构浇筑补偿控制结束阶段的混凝土输送重量gs，过程如下：

步骤6.1：计算各情况下的布料机行走装置浇筑道次结束阶段对应的浇筑构件几何体重量gx，过程如下：

情况一：结合行走装置的运行参数、布料机的浇筑宽度b、构件高度h和混凝土密度ρ，计算布料机行走装置浇筑道次结束阶段对应的浇筑构件几何体重量gx，如下：

其中，lh为布料机行走装置在浇筑道次结束阶段中的匀速行走距离；lx为布料机行走装置在浇筑道次结束阶段的行走距离；

情况二：gx＝gx1；

步骤6.2：计算各情况下的布料机输送机构浇筑补偿控制结束阶段的混凝土输送重量gs，过程如下：

情况一：gs＝gs1；

情况二：结合输送机构的运行参数和输送机构输送量，计算布料机输送机构在浇筑补偿控制结束阶段的混凝土输送重量gs，如下所示：

其中，gs2为道次结束阶段布料机输送机构匀速运行输送的混凝土重量。

步骤7：考虑投入工作的布料机输送机构数量i的影响，使投入工作的布料机输送机构的影响下的混凝土输送重量gs与gx相等，即gx＝i×gs，得到步骤1预设浇筑自动补偿控制时间tn的具体数值；

步骤8：在浇筑道次结束阶段，浇筑控制系统其他预设参数不变，令布料机按照步骤7计算出的时间tn开展浇筑自动补偿控制，即可实现混凝土浇筑道次结束阶段的混凝土浇筑自动补偿控制。

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参数失配的自动补偿控制方法，只需调整进入浇筑生产道次结束阶段的时间，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、根据实际情况调整相关计算参数，很容易适应不同工作情况，具有较强的适用性。

3、采用本方法对浇筑生产过程进行自动补偿控制，可对浇筑道次结束阶段存在的混凝土浇筑重量分布不均匀情况进行补偿，显著改善道次结束阶段的混凝土浇筑重量分布均匀性，进而提高混凝土浇筑重量精度，避免人工二次操作，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为本发明实施例中混凝土浇筑自动补偿控制方法总体流程图；

图3为本发明实施例中未采用浇筑自动补偿控制时浇筑道次结束阶段行走装置与螺旋输送机构的速度曲线图；

图4为本发明实施例中浇筑自动补偿控制运行时行走装置速度曲线图；

图5为本发明实施例中浇筑自动补偿控制运行时螺旋输送机构转速曲线图；

图中，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；t0为布料机浇筑生产稳定运行状态的某个时刻。

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参数失配的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tn，该时间也是浇筑自动补偿控制时间；

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、行走装置的稳定生产状态运行速度v1和行走装置减速时间tv；所述布料机输送机构的运行参数包括输送机构螺旋的角加速度a2和输送机构的稳定生产状态运行转速n1。

步骤3：计算布料机浇筑道次结束阶段行走装置从稳定运行状态到停止状态对应浇筑构件几何体重量gx1，过程如下：

步骤3.1：计算布料机行走装置从稳定运行状态到停止状态所需的减速时长tc：

步骤3.2：计算行走装置从稳定运行速度到静止状态的匀减速运行距离lc：

步骤3.3：结合布料机的浇筑宽度b、构件高度h和混凝土密度ρ，计算布料机行走装置匀减速运行时对应浇筑构件几何体重量gx1：

gx1＝lcbhρ。

步骤4：计算布料机浇筑道次结束阶段输送机构从稳定生产运行状态到停止状态输送的混凝土重量gs1，过程如下：

步骤4.1：计算布料机输送机构从稳定生产运行状态到停止状态螺旋的减速时长th：

步骤4.2：结合输送机构输送量，计算布料机输送机构匀减速运行时输送的混凝土重量gs1：

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。

本实施例中，在未采用浇筑自动补偿控制时，浇筑道次结束阶段布料机行走装置与螺旋输送机构的速度曲线如图3所示。

步骤5：比较步骤3和步骤4计算的gx1和gs1的大小，确定预设浇筑自动补偿控制时间tn值与行走装置减速时间tv值的大小：

情况一：若gx1≤gs1，则tn≤tv；

情况二：若gx1＞gs1，则tn＞tv；

本实施例中，浇筑自动补偿控制运行时行走装置速度曲线如图4所示；

当tn≤tv时，在输送机构减速时(即布料机行走装置在时间tn-tv阶段)，行走装置仍处于稳定生产运行状态，此时运行速度为v1；

当tn＞tv时，布料机行走装置在减速一段时间后(即tv-tn阶段)，输送机构才开始从稳定生产运行转速n1减速。

本实施例中，浇筑自动补偿控制运行时螺旋输送机构转速曲线如图5所示；

当tn≤tv时，在布料机行走装置减速时间tv前，螺旋输送机构提前从稳定生产运行转速n1开始减速；

当tn＞tv时，在布料机行走装置从时间tv开始减速一段时间后，螺旋输送机构仍然处于稳定生产运行运行状态，转速为n1，一直运行到时间tn后，才开始从稳定生产运行状态的转速n1开始减速。

步骤6：计算各情况下的布料机行走装置浇筑道次结束阶段对应的浇筑构件几何体重量gx和布料机输送机构浇筑补偿控制结束阶段的混凝土输送重量gs，过程如下：

步骤6.1：计算各情况下的布料机行走装置浇筑道次结束阶段对应的浇筑构件几何体重量gx，过程如下：

情况一：结合行走装置的运行参数、布料机的浇筑宽度b、构件高度h和混凝土密度ρ，计算布料机行走装置浇筑道次结束阶段对应的浇筑构件几何体重量gx，如下：

其中，lh为布料机行走装置在浇筑道次结束阶段中的匀速行走距离；lx为布料机行走装置在浇筑道次结束阶段的行走距离；

情况二：gx＝gx1；

步骤6.2：计算各情况下的布料机输送机构浇筑补偿控制结束阶段的混凝土输送重量gs，过程如下：

情况一：gs＝gs1；

情况二：结合输送机构的运行参数和输送机构输送量，计算布料机输送机构在浇筑补偿控制结束阶段的混凝土输送重量gs，如下所示：

其中，gs2为道次结束阶段布料机输送机构匀速运行输送的混凝土重量。

步骤7：考虑投入工作的布料机输送机构数量i的影响，使投入工作的布料机输送机构的影响下的混凝土输送重量gs与gx相等，即gx＝i×gs，得到步骤1预设浇筑自动补偿控制时间tn的具体数值；

步骤8：在浇筑道次结束阶段，浇筑控制系统其他预设参数不变，令布料机按照步骤7计算出的时间tn开展浇筑自动补偿控制，即可实现混凝土浇筑道次结束阶段的混凝土浇筑自动补偿控制。