一种扭王字块自动支拆模板设备的制作方法

本发明涉及一种扭王字块自动支拆模板设备，属于扭王字块设备领域。

背景技术：

在港口工程中，混凝土人工块体主要用于斜坡式防波堤和护岸的外侧护面以及直立式结构的护底。常用的混凝土人工块体种类有栅栏板、扭工字块、四脚空心方块、四脚锥体和扭王字块等。其中，扭王字块为较常用的一种人工块体。

扭王字块外形复杂，生产费用较高。通常预制数量大，少则几千件，多则几万件，需自始至终保证每件的质量。扭王字块属于预制混凝土人工块体，一般在拟建工程所在地建设临时预制场进行预制。

现阶段国内大多数扭王字块预制基本均采用纯人工的预制方法。使用过程中需要对模板进行支拆，具体需要进行如下操作：1）在浇注混凝土前，模板表面应彻底清理干净，并检查橡胶条有无脱落，如有脱落及时更换，清理合格后涂刷脱模剂，脱模剂应涂刷均匀，不得污染混凝土。；2）模板支立由人工进行。模板必须按施工图进行放样，正确安装，精确就位，重要部位应多设控制点，以利检查校正，模板应支立牢固、拼装时拼缝平顺、严密、不得漏浆。；3）构件浇筑完成，根据气温情况合理确定模板的拆除时间，具体应由试验室根据同条件试件强度确定。拆模用千斤顶缓慢进行，当模板脱离混凝土5cm左右时，施工人员从模板两侧将模板移出，然后将模板运到下一底胎上。拆下的模板及配件，应将表面的灰浆、污垢清除干净，并及时进行维修整理，增加模板的周转次数，提高浇筑质量。

上述操作中，具体存在以下缺点：

（1）以上扭王字块模板支拆工序均采用人工进行，然而实际生产中工人的技术能力参差不齐，因此常干扰模板拼装的质量，从而管理难度较大。

（2）人工支拆扭王字块模板存在安全隐患较多，如存在模板倾倒、人员跌倒等风险。

（3）现如今施工行业劳动力老龄化日益严重，存在“用工荒”风险。

（4）人工生产模式对劳动力依赖较强，风险较大。

（5）天气对生产进度影响较明显。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种扭王字块自动支拆模板设备，降低劳动强度，提高工作效率和工作质量。

为了实现上述目的，本发明采用的一种扭王字块自动支拆模板设备，包括主框架部、分别安装在主框架部上的夹持部和顶杆辅助部，主框架部设置在扭王字块的两侧；

所述主框架部包括钢骨架和行走端梁，钢骨架由型钢焊接而成，通过法兰盘与行走端梁连接，所述夹持部通过竖向直线轴安装在钢骨架上，所述顶杆辅助部通过法兰盘与钢骨架连接。

作为改进，所述行走端梁具有两个，左右对称布置，所述行走端梁包括交流电机、减速机、主动轮及从动轮；

所述行走端梁上还设有用于定位固定的轨道夹持装置，所述从动轮上安装有霍尔角度传感器，两行走端梁上的前后两端各安装一组对射型光电开关。

作为改进，所述夹持部包括若干夹持组，每个夹持组均通过竖向直线轴安装于钢骨架上，各夹持组分别包括两个夹持单元，两个夹持单元通过连接燕尾槽相连。

作为改进，所述夹持单元包括夹持框架、拉伸装置和夹具；

所述夹持框架为夹持单元的安装骨架，夹持框架包括夹持单元钢架和上下控制油缸，所述上下控制油缸控制整个夹持单元在z轴方向的运动及锁紧状态，每个夹持框架与钢骨架间分别安装一个上限限位开关和一个下限限位开关。

作为改进，所述拉伸装置作为扭王字块侧面模板支拆的动力结构，拉伸装置安装于夹持框架上，拉伸装置前端安装夹具，所述拉伸装置由燕尾槽、加强梯形导轨、支拆油缸和对位传感器支架组成；

所述燕尾槽配合加强梯形导轨使夹具沿y轴方向运动，所述加强梯形导轨的前部为夹具的下片，加强梯形导轨的上部安装有导向轴，导向轴上表面刻有沟槽；

所述支拆油缸与加强梯形导轨和夹具铰接；

所述拉伸装置包含对位传感器、夹具电子尺和夹具下片传感器，所述对位传感器安装在对位传感器支架上，对位传感器前端与扭王字块钢底胎模板配合，为夹具在y轴方向上精确定位；

所述夹具电子尺为直线位移传感器，其安装在燕尾槽与加强梯形导轨之间，用于监控夹具在y轴方向的位置，夹具下片传感器设置在加强梯形导轨的前部，用于使夹具下片在z轴方向精确定位。

作为改进，所述夹具包括夹具上片、夹紧油缸，夹具上片配合夹具下片夹持扭王字块侧面模板，所述夹紧油缸的活塞部分安装在加强梯形导轨的前部，缸体部分安装在夹具上片，为夹具上片提供夹持动力；

所述夹具上片配有夹具压力传感器，用以监控夹持压力。

作为改进，所述顶杆辅助部安装在主框架部上，顶杆辅助部包括若干顶推单元，每个顶推单元的位置对应单片扭王字块侧面模板的四角，并在扭王字块侧面模板四角处加装顶推牛腿，为顶推单元顶推提供支点。

作为改进，每个顶推单元均由顶推支架、顶推油缸和顶推板组成；

顶推支架用以固定顶推油缸，顶推支架由型钢制成，通过法兰盘安装在主框架部；

所述顶推板安装在顶推油缸活塞前端，用以顶推扭王字块侧面模板，各顶推单元均包含顶杆电子尺和顶杆传感器；

所述顶杆电子尺为直线位移传感器，安装在顶推支架和顶推板之间，用于监控顶推单元的拉伸长度；

所述顶杆传感器安装在顶推板前端，用于监控顶推板与顶推牛腿的接触状态，以控制顶推油缸的动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）根据施工经验，通常扭王字块每条模板支拆生产线需配备拧螺栓人员4名、模板清理及脱模剂涂刷人员2名、模板拼装人员4名、模板拆除人员5名，总共15名工人。熟练后支拆一套模板的时间为8min。本发明的设备根据交流电机及各油缸运行速度计算，单纯拆装一套模板的时间为2min，中间加上2min的模板清理及脱模剂涂刷时间，螺栓拆卸及安装工序可与其他工序不发生冲突，可单独进行。因此，完成一套模板拆装的时间为4min，同时省去了9名支拆模板工人。即应用此设备进行扭王字块模板支拆可节省人工60%，功效提升100%。

（2）此设备的应用相对人工生产可有效减少生产过程中人为因素的干扰，降低管理难度，在产品质量方面更有保证。

（3）应用此设备生产扭王字块可减少人工操作，有效降低生产过程中的安全隐患。尤其针对夜间施工，安全性大大提升。

（4）本设备通过机器代替人工，可降低企业对劳动力的依赖。

（5）此设备可容易安装防雨系统，对于雨水较多地区施工，可有效减少天气对施工进度的影响。

（6）减少劳动力使用，有效对应“用工荒”。

（7）根据各零件单价及人工测算，该设备制造成本约为15万元，如按照（1）中人力计算，该设备工作效率相当于18个人工，按人工每月单价5000元计算，若工期紧张，工作饱满的情况下约50天即可收回成本，因此该设备更为节省成本。

附图说明

图1为本发明设备整体轴测图；

图2为本发明设备整体俯视图；

图3为本发明设备整体主视图；

图4为本发明设备整体左视图；

图5为本发明夹持单元轴测图；

图6为本发明夹持单元俯视图；

图7为本发明夹持单元主视图；

图8为本发明夹持单元左视图；

图9为本发明夹具下片的结构示意图；

图10为本发明夹具上片的结构示意图；

图11为本发明顶推单元轴侧图；

图12为本发明顶推单元俯视图；

图13为本发明顶推单元主视图；

图14为本发明顶推单元左视图；

图15为本发明的工艺流程图；

图中：1、主框架部，2、夹持部，3、顶杆辅助部，4、扭王字块，5、扭王字块侧面模板，6、钢轨，7、钢骨架，8、行走端梁，9、竖向直线轴，10、交流电机，11、主动轮，12、从动轮，13、轨道夹持装置，14、对射型光电开关，15、扭王字块钢底胎模板，16、夹持组，17、夹持单元，18、连接燕尾槽，19、夹持框架，20、拉伸装置，21、夹具，22、夹持单元钢架，23、上下控制油缸，24、上限限位开关，25、下限限位开关，26、燕尾槽，27、加强梯形导轨，28、支拆油缸，29、对位传感器支架，30、导向轴，31、对位传感器，32、夹具电子尺，33、夹具下片传感器，34、夹具上片，35、夹紧油缸，36、夹具压力传感器，37、顶推单元，38、顶推牛腿，39、顶推支架，40、顶推油缸，41、顶推板，42、顶杆电子尺，43、顶杆传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明设备分为三个功能部分，如图1-4所示所示，分别为主框架部1、夹持部2和顶杆辅助部3。

为方便描述，设置沿轨道方向为x轴方向的右手直角坐标系。

主框架部1为整套设备的支撑框架，其余两部分（夹持部2和顶杆辅助部3）均安装于本框架之上。该部分主要功能包括为其余部分提供安装空间、带动整套设备沿x轴运动、整套设备x轴方向的定位及锁定。同时，包括液压油泵在内的动力系统和控制柜均安装在主框架上。

所述主框架部1包括钢骨架7和行走端梁8，钢骨架7由型钢焊接而成，通过法兰盘与行走端梁8连接。两个夹持部2通过8个竖向直线轴9安装于钢骨架7上；8个顶杆辅助部2通过法兰盘与钢骨架7连接。

行走端梁8有左右两个，在机械结构上两者相同。每榀端梁包含1个交流电机10、1个减速机、1个主动轮11及1个从动轮12，为整套设备在钢轨6上运行提供动力。每榀端梁还包含1个轨道夹持装置13，用于定位后将整套设备固定于钢轨6上。传感器方面，每个从动轮12上安装一个霍尔角度传感器，用以计量整个系统沿x轴方向运动的距离。两榀端梁前后两端各安装一组对射型光电开关14的发射端和接收端，用于整套设备在x轴方向与扭王字块钢底胎模板15精确定位。

夹持部2为整套设备的核心部分，用于拆除模板的主要工作及安装模板的全部工作。其包含左右对称的两个夹持组16。每个夹持组16通过4个竖向直线轴9安装于钢骨架7上。两个夹持组16均可通过竖向直线轴9沿z轴方向运动，每个夹持组16又分为两个夹持单元17，两个单元间17通过连接燕尾槽18连接，保证每个夹持单元17在z轴方向上可独立运动，避免因模板加工精度不足而造成被夹持变形。

如图5-图8所示，每个夹持单元17又可细分为夹持框架19、拉伸装置20、夹具21三部分。

夹持框架19为夹持单元的安装骨架，其包括夹持单元钢架22和上下控制油缸23，上下控制油缸23控制整个夹持单元在z轴方向的运动及锁紧状态。同时，每个夹持框架19与钢骨架7间分别安装一个上限限位开关24和一个下限限位开关25，用以约束夹持单元17的z轴运动范围。

拉伸装置20为扭王字块侧面模板5支拆的主要动力结构，其安装于夹持框架19上，前端安装夹具21，由燕尾槽26、加强梯形导轨27、支拆油缸28、对位传感器支架29组成，其中燕尾槽26配合加强梯形导轨27保证夹具21沿y轴方向运动，所述加强梯形导轨27的前部为夹具21的下片，上部安装导向轴30，导向轴30上表面刻有沟槽以增大摩擦力；所述支拆油缸28与加强梯形导轨27成整体式，且它们和夹具21铰接，为夹具21支拆模板提供主要动力；传感器方面，每个拉伸装置20包含一个对位传感器31、一个夹具电子尺32和夹具下片传感器33，其中，对位传感器31安装在对位传感器支架29上，其为微动开关，前端与扭王字块钢底胎模板15配合，为夹具21在y轴方向上精确定位；夹具电子尺32为直线位移传感器，其安装在燕尾槽26与加强梯形导轨27之间，监控夹具21在y轴方向的位置。夹具下片传感器33设置在加强梯形导轨27的前部，在夹具21夹持过程中，该传感器可使夹具下片（即加强梯形导轨27的前部）在z轴方向精确定位。

如图9、图10所示，夹具21的作用为在拆装模板过程中夹持扭王字块侧面模板5，夹具21由夹具上片34、夹紧油缸35组成，夹具上片34配合夹具下片（即加强梯形导轨27的前部）夹持扭王字块侧面模板5，夹紧油缸35活塞部分安装在加强梯形导轨27的前部，缸体部分安装在夹具上片34，为夹具上片34提供夹持动力，传感器方面，夹具上片34配有夹具压力传感器36，用以监控夹持压力，以控制夹具21的夹紧程度。

顶杆辅助部3安装在主框架部1上，共8组顶推单元37，顶杆辅助部3的作用为辅助夹持部2拆除模板，将拆除每片模板的受力点增加至6点，保证扭王字块侧面模板5在频繁的拆装过程中不产生形变，每个顶推单元37位置对应单片扭王字块侧面模板5的四角，并在扭王字块侧面模板5四角处加装顶推牛腿38，为顶推单元37顶推提供支点。

如图11-图14所示，每个顶推单元37均由顶推支架39、顶推油缸40、顶推板41组成，顶推支架39用以固定顶推油缸40，顶推支架39由型钢制成，通过法兰盘安装在主框架部1，结构由位置不同稍有变化；顶推油缸40为顶推单元37提供动力，顶推板41安装在顶推油缸40活塞前端，用以顶推扭王字块侧面模板5；传感器方面，每个顶推单元37包含一个顶杆电子尺42和一个顶杆传感器43，顶杆电子尺42为直线位移传感器，安装在顶推支架39和顶推板41之间，主要监控顶推单元37的拉伸长度，以控制顶推油缸40的动作，顶杆传感器43安装在顶推板41前端，用以监控顶推板41与顶推牛腿38的接触状态，以控制顶推油缸40的动作。

本发明为扭王字块侧面模板自动拆除及安装设备。为配合本设备运行，在扭王字块生产中应配备钢轨6两条。两条钢轨6之间设置顺钢轨方向排布的模板组若干套。该设备、钢轨、模板组及其他配套设施组成一套完整的扭王字块生产线，可自动完成模板支拆。其中，模板组包含两个扭王字块钢底胎模板，一套扭王字块侧面模板。抛开模板组概念，扭王字块钢底胎模板沿x轴均匀布置。

一般地，该套设备可分为4个操作阶段，分别为模板拆除前定位、模板拆除、模板支立前定位及模板支立。该4个阶段循环操作，流程图如图15所示，整个设备运行过程包含了除拧螺栓、模板清理及涂刷脱模剂工序外的其他所有扭王字块侧面模板拆除及安装的所有工序。拧螺栓、模板清理及涂刷脱模剂工序可由人工完成，也可由其他自动化机械设备完成。

模板拆除前定位过程：

此阶段为扭王字块模板支拆循环流程的第一个阶段，从启动设备或上一套模板安装结束开始，至与待拆除模板精确定位为止。初始状态整套装置仍在启动位置或上一套模板位置，夹持部2处于z轴下限位置，且夹具21处于y轴最外侧位置，即支拆油缸28处于收紧状态，同时顶杆辅助部34的顶推油缸40也处于收紧状态。结束状态为夹持部2夹持住模板且顶杆辅助部3顶住顶推牛腿38。

具体分析，本阶段可依次细分为x轴定位阶段、y轴定位阶段和z轴定位阶段。

x轴定位阶段为主框架部1带动整个设备沿钢轨6运行，从设备启动位置或上一个钢底胎模板位置，运行至待拆除侧面模板扭王字块位置。该过程由交流电机10提供动力，通过减速机带动主动轮11转动，为同时满足定位精度及运行效率，该过程需在整个x轴定位过程中系统有一个由慢速到快速再到慢速的变化过程，此过程由变频器控制交流电机10变速运行实现。同时，将从动轮12上霍尔角度传感器的角度信息处理成位移信息，用以确定变速节点。在整套设备即将与钢底胎模板对准时，位于行走端梁8前部的对射型光电开关14激活（此过程仍由位移信息控制）。为保证精确定位，此时系统以最低速速前行，直至对射型光电开关14光线不被钢底胎模遮挡，对射型光电开关14接通，至此交流电机10立即停止运行，整套设备精确沿x轴与刚底胎模板精确定位。随后对射型光电开关14关闭，两侧轨道夹持装置13夹紧轨道，防止系统在拆除侧面模板时发生位移；

y轴定位阶段为夹持部2中伸缩装置20沿y轴向侧面模板侧运行，至夹具21运行至扭王字块侧面模板5被夹持边肋位置。同时，顶杆辅助部3也沿y轴向侧面模板侧运行，至顶推板41与顶推牛腿38接触。夹持部2动力由支拆油缸28提供，当x轴定位完成后，每个支拆油缸28快速顶进，至其同夹持单元的对位传感器31与钢底胎模板接触后立即停止，支拆油缸28自锁。每个加持单元17在y轴定位完成后，即完成夹持部2的y轴定位，此时，同侧两夹具21中心连线y轴与同侧扭王字块侧面模板5重心y轴对应。与此同时，每个顶杆辅助部3的顶推油缸40也快速顶进，至其对应的顶杆传感器43接触，随后顶推油缸40自锁，完成顶杆辅助部3的y轴定位。

z轴定位阶段为夹持部2夹紧侧面模板被夹持边肋的过程。当完成夹持部2的y轴定位后，每个上下控制油缸23同时退回，拉动每个夹持单元17上升（夹持单元17在z轴方向各自独立），至每个夹持单元的夹具下片传感器33与侧面模板被夹持边肋接触，上下控制油缸23停止并自锁，随后夹紧油缸35退回，带动夹具上片34夹紧侧面模板被夹持边肋，当夹具压力传感器36达到指定压力时，夹紧油缸35停止并保压。至此，完成z轴定位。

模板拆除过程：

模板拆除过程为夹持部2与顶推辅助部3同时作用将扭王字块侧面模板5拆除的过程。其起始状态为模板拆除前定位过程结束状态，结束状态为夹持部2将扭王字块侧面模板5拉出至模板彻底脱出扭王字块4，同时顶推辅助装置退回到最短状态。

当4个夹具压力传感器36压力均达到设定值且8个顶杆传感器43均顶住顶推牛腿38（即所有夹具21夹紧模板，所有顶推板41顶住模板）后，拆除模板动作立即开始。控制所有支拆油缸28同时慢速向后退回且所有顶推油缸40慢速向前顶进，通过油路设计，此时确保各油缸运行速度大致相同。由每个油缸配合的夹具电子尺32或顶杆电子尺42监控油缸的运行距离。当每个油缸运行20mm后立即停止并自锁，等待其他油缸均运行20mm后再次按原运行方向运行20mm，以此类推，至各油缸均运行100mm后停止。此时两侧扭王字块侧面模板5已完全脱离扭王字块4。此过程完全由传感器及控制系统控制自动完成。

当各油缸均运行100mm后，4个支拆油缸28同时快速退回，至使其夹持的扭王字块侧面模板5能够沿x轴移出，此过程由夹具电子尺32监控油缸退回的位置。同时，8个顶推油缸40快速退回至最短状态，同样由顶杆电子尺42监控油缸的退回的位置。至此，模板拆除过程结束。

模板支立前定位过程：

此阶段本设备夹持2片扭王字块侧面模板5由刚拆除的位置移动至前方扭王字块钢底胎模板位置。具体过程与模板拆除前定位过程的x轴定位阶段相似，在次不做赘述。唯一不同之处在于本过程中夹持部2需夹持2片扭王字块侧面模板5沿z轴方向上升约50mm，防止模板拼装过程中扭王字块侧面模板5与扭王字块钢底胎模板15产生碰撞。此上升过程极限由4个上限限位开关24控制。本过程顶杆辅助部3不运动。

该过程后，设备暂停运行，进行模板清理及脱模剂涂刷工作。

模板支立过程：

本过程通过夹持部2夹持扭王字块侧面模板5精确安放在扭王字块钢底胎模板15上。此过程为拆装模板循环的最后一步，起始状态为模板支立前定位过程结束状态，结束状态为模板拆除前定位过程初始状态。本过程顶杆辅助部3不运动。

本过程可细分为y轴定位阶段、模板放置阶段和夹具退回阶段。

y轴定位阶段与模板拆除前定位过程夹持部分y轴定位阶段运动状态及原理大致相同。其中，由于前后两个钢底胎模板位置不完全一致，在y轴定位阶段末期需保证扭王字块侧面模板5在xy平面有一定的自由性。因此，在即将定位完成前，夹紧油缸35顶推至最长状态，带动夹具上片34离开模板边肋约100mm。此过程操作节点由夹具电子尺32监控，夹紧油缸35推进状态由压力继电器控制。其余过程在此不做赘述。

模板放置阶段为y轴定位完成后将扭王字块侧面模板5安放在扭王字块钢底胎模板15上的过程。此过程通过上下控制油缸23控制每个夹持单元17向下移动至下限限位开关25，此过程每个夹持单元17约向下运行100mm，至约50mm时扭王字块侧面模板5即可安放在扭王字块钢底胎模板15上。

在夹具退回阶段，夹具21由支拆油缸28牵引，快速退回至模板后部，此过程夹具位置由夹具电子尺32监控。

至此，完成一个模板拆除及安装循环，设备进入下一个模板拆除及安装循环。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。