錘擊式脫模在雙塊式軌枕生產中的應用

謝凱，鄭愛國，康祥梅

（1.成鐵德陽軌道有限責任公司，四川 德陽 618007；2. 成鐵德陽軌道有限責任公司貴陽分公司，貴陽 551400）

1 引言

隨著鐵路“重載、高速”的發展需求，雙塊式軌枕在近年來得到普遍應用。作為混凝土產品，出現裂紋現象在所難免，雙塊式軌枕的結構幾何形狀在軌枕承軌面與擋肩處設置了1 個圓弧形的凹槽，容易在此處造成應力集中，使得成品軌枕在脫模后容易產生裂紋。如何控制裂紋的發生將是比較復雜的過程。擋肩裂紋的出現與脫模工藝密切相關，雙塊式軌枕就其裂紋產生的主要原因在于混凝土脫模次數較多，脫模時兩側的混凝土不是同時脫離模板，造成軌枕混凝土與模板擋肩處在再次碰撞脫模時產生瞬間的沖擊力，從而折斷后脫離模具的一側軌枕擋肩【1】。解決軌枕斷面裂紋的首要任務是減少軌枕承軌槽部位所受應力【2】。

2 常用脫模方式及其優劣

軌枕的生產工藝主要包括：混凝土攪拌、澆灌成型、養護、脫模等。脫模作為軌枕生產的一個必備的工序，結合多年的軌枕生產經驗，將脫模方式總結為以下3 種。

2.1 常用脫模方式

2.1.1 依靠軌枕自重自由脫模

非預應力軌枕脫模工藝流程為：利用翻轉脫模機將鋼模翻轉后，用翻模機大臂抓住鋼模后反復輕磕，直到軌枕能從模具中自由脫落。其主要工裝是脫模機，國內各廠使用的型式基本一致。

2.1.2 沖擊式脫模

沖擊式脫模方式是利用翻模機將鋼模翻轉后，凸輪或氣囊將鋼模頂升到一定高度，突然凸輪轉動或氣囊放氣，利用這種自由落差，使鋼模連同軌枕一起做自由落體運動，但模具受阻停止下落，軌枕由于慣性繼續下落并與模具脫離【3】，這樣反復多次，達到軌枕脫模的目的。

2.1.3 錘擊式脫模

錘擊式脫模原理主要是用氣缸快速充氣，從底部向上錘擊鋼模主梁槽鋼，從而讓瞬間的沖擊力通過主梁槽鋼傳遞到雙塊式軌枕產品上，達到使雙塊式軌枕脫離鋼模的目的。其核心就是利用翻模機將鋼模翻轉后，利用瞬間的錘擊力的作用，使軌枕從鋼模中自動脫落，只要反復敲擊2～3 次，就可達到軌枕脫模的目的。

2.2 脫模方式的優劣

脫模過程中阻力大，主要表現為軌枕不能靠自重自行脫落。脫模過程實際是使軌枕在制造過程中從倒梯形放置狀態，轉變為正梯形放置狀態，最后使軌枕下落的作用力僅是自重力，它必須克服各種阻力，否則脫模困難【4】。為了解決脫模困難的問題，就不得不考慮脫模方式。脫模方式的不同，脫模的效果也不盡相同。

2.2.1 依靠軌枕自重自由脫模的優劣

自由脫模方式，投資較少，只需利用常規的翻模設備，不需增加其他的設施。但對于雙塊式軌枕的生產，其生產線的發展已明顯落后，標準雙塊式軌枕生產線的改造升級勢在必行，急需進一步發展創新、改造升級成適合我國國情的工廠化、標準化、機械化且經濟適用的雙塊式軌枕生產線【5】。依靠軌枕自重，由于自重力矩的作用，軌枕不能沿重力方向垂直下落，自由脫模的方式是反復輕磕鋼模，軌枕從模具中出來的時間一般很難保證一致，以至于有的軌枕先出，有的后出，甚至有的軌枕脫不出；同時反復輕磕的操作對設備操作人員要求較高，操作人員必須隨時觀察軌枕脫出的時間，否則先出的軌枕極易被后出的輕磕碰傷，導致軌枕出現棱角破損和掉角的質量缺陷。

2.2.2 沖擊式脫模的優劣

沖擊式脫模方式依靠軌枕自重，自由脫模的模式軌枕較為容易脫出。該種方式翻轉180°后，下部的支撐結構將軌枕支住后，撤除保護裝置，通過沖擊完成脫模【6】。將氣動沖擊脫模方式替代有砟軌枕的自動掛鉤形式的反復輕磕方式脫模，可以有效保證軌枕棱角完整性，確保脫模質量【7】。但該脫模方式的缺點也比較明顯，一方面，需要在脫模機的基礎上增加其他的如凸輪、氣囊等附屬設施，投資成本增加，同時，每個模具與脫模平臺在脫模過程中頻繁發生撞擊，致使鋼模本身需要有較高的剛度和強度的需求，脫模輥道也加大了受損的可能性，為了滿足鋼模輥道設備的耐用性而增加采購成本；另一方面，長時間的氣壓升降很難保證軌枕脫模時候的同步性，鋼模升到一定高度后僅靠自身重力下落，雙塊式軌枕的左右兩塊不能同時從鋼模中脫出，這樣的兩端不同步，使得軌枕擋肩出現裂紋的概率大大加大，除去其他的影響因素外，出現裂紋的概率在2%～3%。

2.2.3 錘擊式脫模的優劣

錘擊式脫模方式除了增加如凸輪、氣囊等其他附屬設施，會使投資成本增加外，其他方面的優勢較為明顯：由瞬間的爆發力，從底部向上錘擊鋼模主梁槽鋼，保證了軌枕兩端同步，使得軌枕兩端同步下落，大大降低了擋肩出現裂紋的概率。

3 錘擊式脫模方式的應用

各種脫模方式優劣各異，但根據TB/T 3397—2015《CRTS雙塊式無砟軌道混凝土軌枕》要求：“對承軌臺與擋肩裂紋應采用乙醇等無毒易揮發性液體進行逐個檢驗”【8】。換言之，就是對裂紋的要求非常嚴格，將以前要求的肉眼可見裂紋變更為揮發性液體擦拭檢測。為了降低裂紋的產生概率，在雙塊式軌枕生產中，錘擊式脫模成為首選的脫模方式。

3.1 主要的設備部件

根據前面所述的脫模原理，采用了如圖1 所示的脫模系統。其主要組成部分包括：氣動敲擊錘總成、電磁換向閥控制器、彈性升降支架等。

圖1 脫模系統示意圖

3.2 基本功能要求和具體參數說明

1）核心思路：必須滿足自下而上的動力源、必須有瞬間的爆發力。為了保證自下而上的動力源，采用專用擊打氣缸進行底部安裝。用高頻高速的專用氣缸是提供瞬間爆發力的關鍵。快速充氣，從底部向上錘擊鋼模主梁槽鋼，從而讓瞬間的錘擊力通過主梁槽鋼傳遞到雙塊式軌枕產品上，達到使雙塊式軌枕脫離鋼模的目的；同時為保證錘擊動能均勻，根據軌枕模具的特點，該裝置設計的氣缸頂推裝置必須集成（5 個1 組）。

2）設備適用范圍：滿足2×4 或2×5 的鐵路混凝土雙塊式軌枕鋼模的脫模。

3）錘擊脫模頻率：2min/模（不包含拆卸配件、螺栓）。

4）對氣源的要求：0.5～0.8MPa(氣源必須充分，必須確保足夠的氣壓，否則爆發力會受到一定的影響）。

5）備品備件的要求：主要包括5 個1 組的頂推錘擊裝置及支撐裝置、氣動控制元件、氣管等。對整個系統的安裝調試服務應就脫模工位的具體情況進行優化統籌考慮。

6）其他注意事項：氣囊的容積必須合理，同時應關注錘頭的質量，必須考慮其耐用性。

3.3 脫模工藝

軌枕脫模環節是一個較為復雜的過程，模具由輥道輸出，模具運行至翻轉脫模裝置就位，放下模具，翻轉脫模裝置舉升模具并翻轉，模具下落到位后，氣囊開始工作，錘頭自下而上用力錘擊模具，通過2～3 次撞擊完成脫模過程；軌枕通過輸送輥道運出后歸攏碼垛，空模具由翻模機翻轉后反向通過輥道運回清潤模工序。錘擊脫模設備工作流程見圖2。

圖2 錘擊脫模設備工作流程

脫模工序需要在4min 之內完成，對于錘擊脫模，在綜合考慮拆卸配件、螺栓等工作內容的同時，4min 是科學合理的時間，可以滿足軌枕生產線的設計能力，確保能夠形成正常流水作業。

3.4 經濟效益分析

根據目前的應用，雙塊式軌枕的合格率僅為97%，通過改造為錘擊式脫模方式之后，合格率穩定在99.9%，以供應的成蘭線30 萬根計算，單根軌枕售價按300 元計算，可以節約成本 300 000×（0.999-0.97）×300=2 610 000 元，可見成效顯著。

4 結論

錘擊式脫模方式在雙塊式軌枕生產過程中具有以下優勢：

1）沖擊式脫模可以壓縮生產節奏，可以將脫模工序控制在4min，有利于提高流水線作業效率。

2）可以有效地減少裂紋的出現，使得軌枕合格率穩定保持在99.9%以上，為企業減少了可觀的質量成本。