模塊化建筑起模系統

吳東東，范久臣

(1.青島科技大學 自動化學院，山東 青島 266042;2.北華大學 機械工程學院，吉林 吉林 132021)

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模塊化建筑起模系統

吳東東1,2，范久臣2*

(1.青島科技大學 自動化學院，山東 青島 266042;2.北華大學 機械工程學院，吉林 吉林 132021)

設計了起模機構的起升/頂升裝置以及尺寸調節裝置。液壓缸和液壓馬達組成了液壓控制系統。通過ansys軟件對頂升機構進行了強度分析以及壓桿穩定性校核。采用RecurDyn動力學仿真實現了尺寸調節的動態過程。

模塊化建筑；起模系統；液壓系統

0 引 言

模塊化建筑作為一個新興行業，具有非常巨大的市場潛力。模塊化建筑需要模塊化墻體的制作和運輸的保證，其中,在制作中的起模過程急需能夠自動完成全過程的自動化機設備。目前,國內在模塊墻體制作中大多使用傳統的起模設備，設備自動化程度低，效率也不高，浪費人力。我們在傳統起模機構的基礎上加入了針對不同模塊墻體大小的尺寸調節裝置，并對整個裝置的機械結構和液壓系統進行了設計和改進，使之能更好地滿足使用要求。

1 系統的主要結構和性能指標

1.1 起模系統機械結構

液壓起模系統主要靠液壓缸實現不同的動作，即實現對模塊的翻轉起升和頂升脫離動作。起升液壓系統主要靠兩個與底座相鉸接的液壓缸伸縮來實現功能。需要用不同的閥來實現調速功能和鎖死功能。脫模是靠裝置上方安裝在齒輪齒條機構上的兩個液壓缸實現的[1-4]，伸出的液壓桿直接將澆筑好的模塊頂出。

技術參數見表1。

表1 技術參數

在以上技術參數中，起重量和載荷中心距決定了起升系統的承載能力，起升角速度體現工作裝置的工作效率，起升角度和起升高度則體現了與后續生產步驟的連續性[5]

為實現功能，起升機構和頂升機構布局如圖1所示。

圖1 起模系統機械設計圖

整個機構的模型建立如圖2所示。

圖2 起升機構整體模型

1.2 可調式頂模機構的設計

模塊化建筑在生產過程中，要生產尺寸大小不同的模板墻體，以滿足不同的房型、不同部位的需求，具體反映到起模翻轉系統的要求就是需要起模系統能對不同尺寸大小的模板墻體進行頂升，頂模液壓缸的直線方向移動可以用液壓缸實現[6]。

由于尺寸調節的運動形式為直線形式，因此考慮使用齒輪齒條結構，傳動結構簡單[7]。將所建模型導入到RecurDyn中進行齒輪齒條機構的動力學仿真，如圖3和圖4所示。

圖3 可調式頂模機構位置調節前

圖4 可調式頂模機構位置調節后

從圖3和圖4的對比可以直觀地看到通過齒輪齒條機構進行的距離調節，這樣可以使設備用來適應不同建筑模塊的大小。

2 強度及穩定性校核

2.1 結構強度有限元分析

ansys分析如圖5所示。

圖5 ansys分析

通過ansys計算結果(見圖5)，結構在承受載荷22 000 kg的情況下，最大應力處均位于載荷作用區域，滿足剛度要求。整體結構滿足強度要求，且不存在局部屈曲不穩定現象[8]。

2.2 穩定性校核

根據液壓缸設計標準，當液壓缸長徑比超過10∶1時就需要校核活塞桿的穩定性，因此可在設計過程中適當取值，最后進行彎矩撓度的穩定性校核。

經液壓系統設計中的計算得到壓缸內徑尺寸系列選取D=90 mm，活塞桿直徑為d=50 mm。活塞桿的穩定性驗算可通過等截面積計算法，假設液壓缸承受的為無偏心載荷[9]，如圖6所示。

圖6 彎曲撓度示意圖

(1)

安裝高度取工作的極限位置，即鋼架結構與水平面成45°的位置，由計算可知l=3m,液壓缸活塞桿為實心結構，因此取k=d/4=0.125m，查取相關資料可知，一般鋼結構m=85，根據兩端鉸接的情況知n=1，因此得出

根據式(1)計算臨界載荷：

102 000N=102kN

由此可見，Pk>F1,因此經校核選用的液壓缸能夠滿足要求。

3 結 語

設計了一套在模塊化建筑中對澆注成型、烘干后的墻體模塊能進行翻轉、脫模，方便后續吊車對建筑模塊的運輸。通過液壓系統實現起升和頂升的動作，以此來完成對建筑模塊的翻轉和脫模的操作。通過計算對結構中的關鍵部件進行尺寸的選擇，并對其強度和穩定性進行校核。得到的計算結果顯示，所設計的機構結構合理，穩定性達到正常標準。

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A construction lifting modular system

WU Dongdong1,2,FAN Jiuchen2*

(1.College of Automation,Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266042，China;2.College of Mechanical Engineering,Beihua University,Jilin 132021,China)

A hydraulic construction lifting modular system is designed which includes lifting/topping set and a size-adjustment device. The hydraulic cylinder and hydraulic motor are used in the driving system. With ANSYS software,both the strength of the lifting mechanism and leverage stability are analyzed. We also simulate the dynamic process of the size adjustment with RecurDyn software.

modular construction; lifting mechanism; hydraulic system.

2016-07-25

教育部青年基金資助項目(20130061120038)

吳東東(1990-)，男，漢族，吉林榆樹人，青島科技大學碩士研究生,主要從事控制工程設備及系統的設計與開發方向研究,E-mail:15948649385@163.com. *通訊作者：范久臣(1973-)，男，漢族，吉林吉林人，北華大學教授，博士，主要從事工業通用技術與設備的研究開發,E-mail:fanjiuchen1973@163.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.5.20

TH 21

A

1674-1374(2016)05-0512-04