一種激振式環(huán)保磚壓制機(jī)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑材料也正日新月異地技術(shù)進(jìn)步，而作為建筑材料基礎(chǔ)的制磚行業(yè)也面臨技術(shù)革新。我國(guó)曾在引進(jìn)國(guó)外的免燒磚生產(chǎn)線設(shè)備，隨著工業(yè)技術(shù)的提升，國(guó)產(chǎn)的全自動(dòng)成型機(jī)設(shè)備研制也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在近年來的環(huán)保政策下，國(guó)內(nèi)開始出現(xiàn)利用粉煤灰、建筑垃圾等廢料的免燒磚生產(chǎn)線，但真正能生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)建材的設(shè)備少之又少，因此設(shè)計(jì)出一款合格且優(yōu)秀的自動(dòng)化制磚生產(chǎn)設(shè)備也就成了建筑行業(yè)和機(jī)械行業(yè)從業(yè)人員追求與探索的問題。建筑制磚業(yè)和人們的生活息息相關(guān)，而制磚業(yè)的核心就是制磚機(jī)，制磚機(jī)的發(fā)展關(guān)系著這個(gè)行業(yè)的一切。有些自動(dòng)制磚機(jī)仍然是針對(duì)傳統(tǒng)粘土磚設(shè)計(jì)制造的，不具備環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)。由于快速而大量的城鄉(xiāng)建設(shè)，傳統(tǒng)的粘土磚會(huì)破壞土地資源和造成污染環(huán)境，已不能適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展需要。綠色的環(huán)保磚即保護(hù)了土地資源，也實(shí)現(xiàn)了資源的重復(fù)利用，是新時(shí)代建筑材料的新發(fā)展。利用粉煤灰等廢料做成的環(huán)保磚是一種新型墻體材料，環(huán)保磚是一種取代粘土磚的極有發(fā)展前景的換代產(chǎn)品。目前制磚機(jī)結(jié)構(gòu)上主要分兩大類型：四柱液壓式和偏心激振式。傳統(tǒng)的普通自動(dòng)制磚機(jī)常用四柱液壓機(jī)，采用三梁四柱框式結(jié)構(gòu)，利用液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，雖然提高了效率，但是由于液壓系統(tǒng)元件和密封件在制磚車間粉塵環(huán)境下容易老化失效，機(jī)器的故障率較高。同時(shí)由于設(shè)備是直接施加壓力，模腔中的坯料顆粒間摩擦力較大，流動(dòng)性較差，較容易出現(xiàn)上下模接觸面密實(shí)不均，甚至出現(xiàn)邊角的缺陷現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量。激振式制磚機(jī)在結(jié)構(gòu)上相比其他類型主要有2點(diǎn)區(qū)別：第一是利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)械連桿來實(shí)現(xiàn)模組的安裝、壓緊、脫模、開合等動(dòng)作；第二是采用簡(jiǎn)單的偏心軸結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)模組的激振、成型等工作，這2個(gè)機(jī)構(gòu)造價(jià)較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。偏心軸采用簡(jiǎn)單的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)壓緊和脫模動(dòng)作；同時(shí)激振和成型也是采用簡(jiǎn)單的偏心軸機(jī)械結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)也降低了坯料顆粒間的磨擦力，增加了流動(dòng)性，使壓制出的磚坯產(chǎn)品各面疏密一致，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，也降低了能耗，利用偏心軸實(shí)現(xiàn)激振，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、性價(jià)比高。同時(shí)操作簡(jiǎn)單，操作工人不需要太多的文化知識(shí)，只需要掌握不同用途的磚類選擇合適的原料配合比，通過更換相應(yīng)的模具即可生產(chǎn)各種類型的磚料，且模具更換方便，設(shè)備體積不龐大，適用于各種道路及偏遠(yuǎn)地區(qū)和小型場(chǎng)地進(jìn)行運(yùn)輸安裝。1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介通常自動(dòng)制磚機(jī)的外部結(jié)構(gòu)主要由機(jī)體結(jié)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、壓磚機(jī)構(gòu)、模具等機(jī)械組成（圖1）。主要完成自動(dòng)送料、壓磚、出磚等連續(xù)工作。該制磚機(jī)主體結(jié)構(gòu)主要包括有機(jī)架部件、電動(dòng)機(jī)總成、傳動(dòng)三角皮帶、外罩殼體總成、振動(dòng)部件、起模部件、磚型模具、回轉(zhuǎn)總成和上模操縱總成。起模機(jī)構(gòu)設(shè)在機(jī)架上，模具包括上模和下模，設(shè)在起模機(jī)構(gòu)正上方，上模操縱總成固連在模具上方，回轉(zhuǎn)總成一端與機(jī)架固連，另一端與上模操縱總成連接，振動(dòng)部件設(shè)在起模機(jī)構(gòu)下方，且與起模機(jī)構(gòu)相接，電動(dòng)機(jī)總成設(shè)在機(jī)架一側(cè)，電動(dòng)機(jī)總成通過三角皮帶與振動(dòng)部件連接。圖1?一種自動(dòng)制磚機(jī)外形模型該制磚機(jī)的外形結(jié)構(gòu)緊湊，主機(jī)尺寸為2?800?mm×1?160?mm×2?690?mm,額定壓力為16?MPa，主振形式為臺(tái)振，振動(dòng)頻率為3?800~4?200次/min，棧板尺寸為680?mm×535?mm，成型周期為15~20?s，總功率為17?kW。液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)化，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適合于加工墻磚系列，包括有花壇磚、墻體磚、實(shí)心磚；地磚系列，包括仿古磚、連鎖路面磚、植草磚、花壇磚、廣場(chǎng)磚；路緣石系列；水利水工護(hù)坡磚系列。不同的磚型是通過不同形狀的模具加工而成，更換不同的磚型模具可以生產(chǎn)工字形、長(zhǎng)方形、正方形、骨頭形等各種異形鋪路磚，且不需要燒結(jié)，通過短時(shí)間的自然晾曬和天然養(yǎng)護(hù)即可，容易達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于各種建筑。2、工作原理該制磚機(jī)的主要工作原理為：采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，經(jīng)軸輪和皮帶傳輸動(dòng)力帶動(dòng)振動(dòng)部件產(chǎn)生激振，磚坯粒料在激振力的作用下，產(chǎn)生反復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而將磚坯粒料填充并密實(shí)在模腔中，產(chǎn)生的強(qiáng)烈激振決定了磚坯具有較高的強(qiáng)度，可以不需要復(fù)雜的液壓系統(tǒng)。通過設(shè)置PLC控制器和變頻器等電機(jī)轉(zhuǎn)速控制裝備，實(shí)現(xiàn)激振機(jī)構(gòu)的頻率控制。利用控制電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速變化，從而控制轉(zhuǎn)動(dòng)軸的速度，經(jīng)過電動(dòng)機(jī)皮帶輪和皮帶傳動(dòng)到模組控制激振的強(qiáng)度和時(shí)間。制磚過程的主要使用方法包括以下步驟。（1）操縱拉伸手柄將模組的上模部件與下模部件完全脫離。（2）待下模和機(jī)架之間露出足夠的距離時(shí)，將專用的托板塞入其中。（3）經(jīng)料斗將制磚材料往下模中投入，待投料滿后，操作上模架歸位，經(jīng)過壓緊手柄，將上下模組對(duì)準(zhǔn)壓合，其中的物料可以為粉煤粉、建筑廢渣等廢料與水泥加水，能充分利用廢料，以降低成本。（4）啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)軸輪和皮帶帶動(dòng)振動(dòng)部件產(chǎn)生激振動(dòng)作，從而振實(shí)模腔中的磚料。（5）操作起模手柄，使下模組壓緊磚坯往上移動(dòng)，當(dāng)上移到一定行程后磚坯脫出模腔。（6）利用托板將制出的磚坯移到中轉(zhuǎn)倉(cāng)位，等待成形磚成品陰干。（7）然后再將空的托板重新推入進(jìn)行下一輪制磚工作。3、主要沖壓結(jié)構(gòu)該型激振式環(huán)保型磚壓制機(jī)，由于采用了與非傳統(tǒng)式液壓型制磚機(jī)不同的沖壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，相比而言最大的區(qū)別在于其是利用偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下激振沖壓成型的原理。動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)上帶有罩殼保護(hù)，主要包括罩板、控制器操作機(jī)構(gòu)、支架等。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)排風(fēng)散熱氣裝置在電動(dòng)機(jī)側(cè)部，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其排風(fēng)扇等會(huì)發(fā)熱，工人較容易接觸燙傷，罩殼能起到安全保護(hù)作用并固連激振操作機(jī)構(gòu)。振動(dòng)源通常采用電動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)作為動(dòng)力源，本文研究對(duì)象選用一款總功率為17?kW的電機(jī)作為動(dòng)力源，振動(dòng)頻率可達(dá)3?800~4?200?次/min。激振式制磚機(jī)的振動(dòng)總成通常由振動(dòng)源和振動(dòng)組件構(gòu)成（圖2）。主要的振動(dòng)部件包括軸承座、偏心軸、皮帶輪、墊片和螺栓，偏心軸的一端安裝在軸承座并固定在機(jī)架上，偏心軸的另一端通過軸承座連接皮帶輪，通過墊片和螺栓與皮帶輪固定。偏心軸通過兩端的軸承座進(jìn)行安裝，皮帶輪通過墊片和螺栓安裝在偏心軸的端部外側(cè)，電動(dòng)機(jī)上方加裝防護(hù)罩板。圖2?振動(dòng)總成結(jié)構(gòu)示意本激振制磚機(jī)主要是依靠振動(dòng)力將磚坯壓制成形，而非傳統(tǒng)的液壓直接加壓，激振力對(duì)機(jī)器的性能發(fā)揮有著直接的影響。通過振動(dòng)偏心軸，并通過帶輪帶動(dòng)模組產(chǎn)生垂直的振動(dòng)，這種振動(dòng)的功率越大，產(chǎn)生的激振力也越大，振動(dòng)的加速度也越大，所以該種激振制磚機(jī)的效率較高，成品密度較高。為獲得更高的振動(dòng)成型效率，提高成品的密度，需加大振動(dòng)功率，提高振動(dòng)加速度。制磚機(jī)在運(yùn)行中需要保證穩(wěn)定和控制噪聲，在設(shè)計(jì)振動(dòng)參數(shù)時(shí)，也不能一味地追求更高的振動(dòng)功率，需要保證振動(dòng)的穩(wěn)定性，為了能生產(chǎn)不同材料的磚坯，也需要產(chǎn)生不同的振動(dòng)參數(shù)，可以對(duì)振動(dòng)頻率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，使振動(dòng)頻率設(shè)置在50~90?Hz，振幅的調(diào)整在0.3~1.2?mm，加速度的調(diào)整值在15~20?g，參振質(zhì)量為1?000?kg；參數(shù)匹配關(guān)系保證加速度和頻率的關(guān)系滿足a/f≈2，且最好運(yùn)用復(fù)合振動(dòng)和階梯振動(dòng)的組合操控形式。當(dāng)制磚機(jī)要運(yùn)行在較高的振動(dòng)頻率及較大的加速度情況下，振幅是影響產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素，所以振幅的提高也直接影響到制磚機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)的性能，因此在設(shè)計(jì)振動(dòng)參數(shù)時(shí)應(yīng)綜合各個(gè)因素考慮，從而實(shí)現(xiàn)合適的振動(dòng)參數(shù)指標(biāo)。激振式制磚機(jī)為可換式模組結(jié)構(gòu)，分為上下2組可更換的沖壓模塊（圖3），固定支架不需更換，當(dāng)需要更換模組時(shí)，只需取下固定支架與上下模腔的連接螺栓,再安裝不同的模具進(jìn)入限位卡槽，操作簡(jiǎn)單快捷。（a）

（b）

圖3?沖壓上下模結(jié)構(gòu)示意（a）示意1；（b）示意2通過更換不同的磚型模具，即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工字形、長(zhǎng)方形、正方形、骨頭形等各種建筑用磚產(chǎn)品。精心制作的模具能完美契合自動(dòng)化制磚機(jī)械設(shè)備，生產(chǎn)出各種高質(zhì)量混凝土制品，如混凝土砌塊、路面磚、空心磚、實(shí)心磚、植草磚、路緣石、窯井蓋及其他異型磚等。目前國(guó)內(nèi)的機(jī)械模具行業(yè)設(shè)計(jì)制造較為先進(jìn)，可根據(jù)客戶產(chǎn)品的個(gè)性需求，進(jìn)行壓磚模具設(shè)計(jì)和制造。通常模具車間擁有配套齊全的機(jī)加工、熱處理設(shè)備和自行研制的用于模具和裝配的專用工藝設(shè)備，并使用了WC表面注滲技術(shù)，可保證模具的加工精度、裝配精度、壓頭板和?？虮砻娴挠捕群湍湍バ?，以及?？蚺c壓頭板之間的配合精度，從而生產(chǎn)出表面光潔，尺寸符合要求的混凝土制品。在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)先要對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維畫圖，需要利用Pro/ENGINEER或Solidworks、UnigraphicsNX等三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行零件建模，得出各個(gè)機(jī)械組成結(jié)構(gòu)的三維模型文件，然后將模型文件導(dǎo)入ANSYS等有限元分析軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析，將載荷施加完畢進(jìn)行求解，可以得到相應(yīng)零件和結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力云圖和等效變形云圖，根據(jù)軟件得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否存在問題，以達(dá)到機(jī)器的整體設(shè)計(jì)要求。4、小結(jié)綠色制造和綠色建筑的崛起和發(fā)展是一種趨勢(shì)，這種激振式制磚機(jī)就是一種合乎綠色理念的機(jī)械設(shè)備。可實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)壓實(shí)，利用工業(yè)礦渣、粉煤灰、建筑垃圾等有效制磚，降低了運(yùn)行成本并可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收，高效循環(huán)利用資源。這將大幅提高我國(guó)環(huán)保材料的利用率，可綜合利用資源，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。環(huán)保磚壓制機(jī)是一種利用粉煤灰、建筑廢渣等原料，加入配合比適當(dāng)?shù)乃嗪退?，利用振?dòng)原理將磚坯壓制成型的機(jī)械