異形混凝土構件模具高頻低噪振動裝置

陸立東 閆志波

摘 要：在異形結構的混凝土構件生產時，由于模具結構復雜，通常在混凝土澆注至模具中時，給模具側模模板上直接安裝振動器，或者對模腔內使用插搗棒。但這種方式振動效果差，噪聲巨大難以忍受，產品質量高低參差，生產勞動工況差。針對于此，研發出一種高頻振動裝置，用于異形構件模具混凝土密實，解決現有的振動器難以解決的混凝土密實、排氣順暢和振動降噪問題。

關鍵詞：異形混凝土預制構件；模具；高頻振動；降噪

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0105-03

0 引言

混凝土構件的生產是通過將混凝土澆注至相應的模具中，經過對混凝土進行振動，使混凝土流動填滿模具內腔的所有空間并將空氣排除，成型后形成所需結構形狀的混凝土構件。在異形結構的混凝土構件生產時，由于成形模具結構復雜，混凝土密實難度大，氣泡排出難，產品表面氣孔、疏松多，產品質量高低參差不一。

目前混凝土異形構件生產時，通常在混凝土澆注至模具中時，給模具側模模板上直接安裝附著式振動器或者對模腔內使用插搗棒。由于插搗器采用軟軸輸送，基本需要人工操作并且無法進入彎折空間，導致在異形構件的生產中多安裝使用附著式振動器。附著式振動器工作原理是利用高速旋轉電機或壓縮空氣馬達，帶動偏心塊產生不平衡離心力，產生振動得到激振力和沖擊力。通過將其固定在模具模板或框架上，與模具產生共振達到振動模板的目的。而這樣的結構不可避免會產生巨大噪聲。

而前市場上有些用于異形混凝土構件生產用的整體振動裝置，在模具到位后，直接使用液壓缸夾緊裝置將模具緊固，通過底部振動器對混凝土進行振動。振動力沿夾緊裝置機構力臂傳導激振力，硬接觸導致振動力能夠有效傳遞，在振動力作用下硬接觸面產生微小高頻碰撞和摩擦，加劇了模具夾緊裝置和振動臺面造成嚴重磨損，影響整個振動裝置的使用壽命，且碰撞和摩擦加大工作噪聲。有的設備廠家會在液壓抓鉤下鋪設橡膠墊，這樣做既無法有效降低振動器自身的噪聲，又會降低振動力傳導影響混凝土密實效果[1]。

本次設計的一種新結構設計的高頻振動裝置用于異形構件模具混凝土密實，解決了現有的振動器混凝土密實和難以解決的降噪問題，同時兼容不同結構、規格尺寸的異形混凝土構件生產。

1高頻振動裝置工作原理

高頻振動裝置配置到布料工作位上，在混凝土構件澆筑時用于對模具進行振動密實。現場使用布料斗用于混凝土澆筑，高頻振動裝置安裝在地面以下，使模具能夠方便移動到布料振動工位，同時配置對正裝置對稱布于振動臺座兩側，對正裝置工作時對模具底模接觸。

設備為對稱安裝配置在模具兩側，模具擺放于振動臺座的中心位置。裝置通過振動臺座與對正裝置給模具提供均勻的豎直向上的振動力。

2高頻振動裝置結構設計

高頻振動裝置主要由模具設備底座、振動裝置、液壓鎖緊裝置以及氣動升降裝置組成。高頻振動裝置主要部件如圖1所示。

振動器安裝于振動臺座下方底部。氣動頂升裝置既滿足了輸送線上和設備之間模具放置的水平高度差需求，也可利用橡膠空氣彈簧緩沖振動力，將振動臺座和裝置底座分離，達到控制振動力分散的目的。同時也降低設備噪聲，解決強振動對周邊設備安裝精度影響。配置鎖緊裝置使得模具不會偏移，并且使得模具受振動力均勻，保證模具內的混凝土布料有效振實。

2.1 設備底座

設備底座為整體包裹其余設備的模塊式設計，可以直接整體安裝。模塊為長方形結構，將所有設備包裹其內，安裝便捷，可以直接整體吊入基礎坑內，只需要將電氣、壓縮空氣、液壓管路連接接口，與地基連接件鎖緊，并進行尺寸校核即可。

整體模塊外部采用鋼板整體折彎而成，既可作為所有裝置的整體支撐骨架也可作為外部保護殼，節約結構耗材也縮小尺寸，可以滿足各種生產工況需求。維修時，可以部件拆卸維修，也可整體吊出單獨維修，提升生產維保速度保證生產效率。

2.2 氣動頂升組件

模具到位后，需要將底模和輸送裝置隔離開，避免振動力傳導到輸送裝置上，同時也是為了將振動力集中。

使用空氣彈簧，提供升降高度需求，使模具能夠座在振動裝置的上表面與周邊地面無接觸，又減弱了振動力向下與設備底座、地面基礎傳導的問題。空氣彈簧其內部介質為壓縮空氣，空氣可壓縮性高于橡膠介質，在振動力傳導能力小于密實橡膠。

設計制作氣動頂升裝置，結構簡單，便于設備維護，并有效降低一線生產機電維保人員工作量。

2.3 液壓鎖緊機構

模具振動時，為保證振動力傳導，必須保證模具同振動模塊固定為整體，確保振動力傳導到模具最邊緣，最大程度密實混凝土。為此，設計模具鎖緊裝置將模具底模與振動底板凝固成一體。

設計液壓鎖緊裝置，對稱安裝在底座左右兩側，同時伸出或回縮，將底模扣緊。為保證對稱扣緊，配置對稱安裝的液壓缸，其可以同時動作。

鎖緊裝置保證動作一致性是該設備有效工作的功能基礎，同時液壓壓力能夠調整系統壓強，可以針對不同模具進行壓力調整，達到液壓系統節能降耗的目的。

2.4 高頻振動部件

振動器主要常規選用振動電機或氣動振動器兩種型式。振動器安裝在振動裝置內部，振動底板底部，與模具為上下布局，在模具同振動底板緊固情況下，可以最短距離傳遞激振力。

設計選用4臺振動器，每兩臺為一組，每組振動器左右布置，且旋轉方向相反，所產生的激振力的方向向上。設計的左右對稱布局，使兩組振動器實現同步運動，振幅和振動頻率一致，不會發生扭振現象，同時能夠確保模具承受均勻的振動力。

3 振動噪聲控制設計

振動裝置的噪聲由振動器提供振動源，振動裝置同模具形成共振產生，選用電機或壓縮空氣驅動的不同形式的振動器。

振動裝置的噪聲分兩種傳導方式：通過地面傳遞和空氣傳遞。地面傳遞為振動噪聲通過設備底座和設備基礎在混凝土中傳遞。空氣傳遞分別為噪聲空氣傳播和噪聲沿振動力傳遞方向傳播。對于不同的噪聲的振動源型式采用針對性的降噪方法。

3.1 設備降噪

3.1.1 噪聲振動源降噪

一方面，對振動裝置上以輕載為主模具，優先選用電機驅動振動器作為振動源。振動電機所產生的激振力相對較小，為強阻型振動，能夠提供穩定的振幅。同時振動頻率范圍大，振動頻率可通過調整轉速的辦法進行大范圍的調整，并且能按照不同的通途任意選擇振動頻率，在激振力調節上只須調整偏心塊的夾角，就可無級調整激振力和振幅。

另一方面，對振動裝置是以重載為主模具，則選用壓縮空氣驅動混凝土專用振動器作為振動源。氣動振動器所產生的激振力大，能夠滿足重載模具振動密實效果，而且不會出現發熱現象。即使壓縮空氣發動機發生超負荷現象，工具僅僅是停止轉動，一旦超負荷現象解除則重新恢復正常運轉，安全性高。同時速度調節和輸出功率調節簡單，通過自動或手動控制對壓力以及流量進行調節，可以實現進行激振力、振動頻率等參數的調整。

選擇合理的振動器型式，通過調整同模具適配的激振力、振動頻率等參數，從振動源上能夠有效實現振動裝置的降噪。

3.1.2 噪聲傳導方式降噪

一方面，為阻斷噪聲地面傳導，使用了空氣彈簧作為降噪減振裝置。空氣彈簧減振器本身也不產生噪聲，其橡膠囊中的壓縮空氣作為頂升介質，隔絕了振動部件和底座固定部件之間的硬連接，且沒有傳統螺旋彈簧的顫振問題。壓縮空氣在氣壓的作用下，對振動力進行交變變形，形成增大阻尼，消除振動能量，達到了減振降噪的功能。同時所采用的空氣彈簧能夠有效降低振動力向下傳導，降低了對周邊設備的振動，提升周邊設備的可靠性[2]。

另一方面，為消除振動器的噪聲在空氣傳播，在設備底座內腔填充降噪材料。本設備為模塊化結構，整體裝置均為設備底座包裹為封閉整體，填充降噪材料能夠有效隔絕振動噪音空氣傳播路徑，可對設備降振降噪。

通過空氣彈簧進行隔阻減振，并在設備內腔填充降噪材料，從噪聲傳導上能夠有效的實現振動裝置的降噪。

3.2 程序控制

根據現場實際生產操作可知，振動器工作產生噪聲同工作振動頻率相關。當振動頻率在160 Hz時，噪聲約95 dB，當振動頻率在200 Hz時，噪聲約100 dB。頻率的遞升是激振力的增加，對不同混凝土量進行振動密實。

為有效解決多規格產品振動，對振動程序設計為不同頻率等級，做到一鍵啟動。在設定頻率下，可以從100 Hz開始，完成頻率遞升，實現軟啟動，最大程度保證振動器工作平穩性，激振力有效均勻傳遞。

操作面板顯示各機構運行狀態及各傳感器的狀態。振動器啟停控制：按下“振動器運行”按鈕，振動器開始運行，初始頻率為100 Hz，按下“振動器停止”按鈕，振動器停止運行。當振動器運行時，可根據需要按下所需對應頻率值按鈕，則振動器即按照相應的頻率進行振動，實時的頻率會在觸摸屏上顯示。

對設備進行工作狀態下振動幅度模擬（如圖2），在140～260 Hz的工作頻率模擬出振動設備的振動幅度值。根據模擬情況發現，高頻振動設備振動幅度并非隨著頻率的上升而線性上升，在200 Hz達到一個較高的振幅后，再繼續振幅上升。

通過模擬可知，在振動頻率200 Hz時整個設備會有一個較高振幅（如圖3）。該振幅應為設備共振頻率，程序中應設定規避該頻率。根據折線圖，可將振動器設計140～190 Hz頻率可調，并根據所需振動混凝土密實情況將其設定為230～260 Hz。

通過程序控制振動頻率，可將生產中振動工藝的振動頻率控制140～190 Hz頻率。在該頻率區域內可將噪聲控制在90 dB以下，使現場生產作業環境達到較為良好的狀態。

4結束語

該裝置滿足了異形構件模具內的混凝土構件密實需求，也能有效控制噪聲，在設備未使用降噪措施時，正常工作噪聲長時間達到110 dB，工人難以長時間正常工作，通過設計整改后，常規作業中短時間最大噪聲控制在95 dB。

本高頻振動裝置通過振動臺座與對正裝置給模具提供均勻的豎直向上的振動力，鎖緊模具不偏移，不讓模具與振動臺座分離，并且使激振力最大程度用于模具內的布料有效振實，同時可以避免模具和振動臺座的磨損。空氣頂升裝置是既用于模具頂升又用于緩沖振動力，可避免振動力對周邊設備設施影響，達到降噪降力的目的。

參考文獻

[1] 曹國巍，張聲軍，周磊，等.混凝土預制構件線性振動臺設計研究[J].建筑機械化，2020，41（10）：17-20.

[2] 左言言，魏明濤，曾憲任，等.管樁離心機振動噪聲控制研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2015，34（6）：186-190.