雙塊式軌枕智能化預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)的探索

楊柏楓 中鐵三局集團線橋工程有限公司高級工程師

1 雙塊式軌枕智能化預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)的概述

我國現(xiàn)階段的高速鐵路主要采用無砟軌道結(jié)構(gòu)，在杭深、成渝等高速鐵路的相繼建成開通之后，無砟軌道技術(shù)的應(yīng)用更是逐漸朝著現(xiàn)代化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。雙塊式軌枕是雙塊式無砟軌道的重要組成部分，主要發(fā)揮支撐鋼軌和保持鋼軌位置的作用。對于雙塊式軌枕預(yù)制生產(chǎn)來說，一般是將人工與自動化的方式進行配合，在進行預(yù)制化軌枕生產(chǎn)的過程中，需要注意鋼筋骨架的尺寸偏差，同時還要關(guān)注混凝土的振搗以及養(yǎng)護，對各個預(yù)埋件要進行精準(zhǔn)的定位，重視有限工期內(nèi)的施工進度，這些都是軌枕生產(chǎn)中重要的技術(shù)性難點。在高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展之下，原有的生產(chǎn)模式開始逐漸的暴露出不少的問題，比如說生產(chǎn)環(huán)節(jié)配合方面的不緊密、生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法有效管理、資源投入過多、安全隱患和環(huán)保污染等等，這些問題都是在當(dāng)代生產(chǎn)過程中需要重點關(guān)注的內(nèi)容。

將智能感知識別技術(shù)與計算機互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)進行結(jié)合，產(chǎn)生智能化的制造技術(shù)，可以帶來生產(chǎn)力的飛躍。雙塊式軌枕智能化預(yù)制技術(shù)主要是依托京張鐵路懷來梁枕廠、鄭萬南漳軌枕廠、黃黃蘄春軌枕廠，對原有的生產(chǎn)工藝和作業(yè)情況進行一定的調(diào)查和分析，然后根據(jù)不同工位的技術(shù)特點來實現(xiàn)各類程序的編寫，自主的研發(fā)出相關(guān)自動化設(shè)備，通過集合形成工序智能化管理，滿足相關(guān)的規(guī)范和要求，進而達到提質(zhì)提量，節(jié)能環(huán)保的重要目的[1]。

2 雙塊式枕軌預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用實例

（1）鄭萬南漳軌枕廠：新建鄭州至萬州鐵路湖北段，南漳軌枕場主要負(fù)責(zé)DK348+500～DK500+202.651段雙塊式軌枕預(yù)制施工任務(wù)，雙塊式軌枕采用工廠化生產(chǎn)。

（2）黃黃蘄春軌枕廠：新建黃岡至黃梅鐵路位于湖北省東北部黃岡市境內(nèi)。黃黃蘄春軌枕廠主要負(fù)責(zé)DK0+306.011～DK127+136.87段約40萬根雙塊式軌枕預(yù)制施工任務(wù)，雙塊式軌枕采用工廠化生產(chǎn)。

2.2.2 安裝預(yù)埋套管和螺旋筋

在涂刷脫模劑后，需要將模具送至套管安裝的工位，并且要將套管進行精確定位，利用專業(yè)的工具來進行套管的安裝，讓套管和模具可以保持垂直密貼的程度，并且將縫隙控制在0.2 mm之內(nèi)，然后再在套管上進行螺旋筋的安裝。在日常的檢查中，需要關(guān)注定位軸的磨損現(xiàn)象，一旦變形要及時更換，進一步保證定位軸的精確度[2]。

2.2 雙塊式軌枕生產(chǎn)工藝流程

2.2.1 模具清理

在對模具進行清理時，需要采用專業(yè)工具，做好對模具腔內(nèi)混凝土殘渣和粘皮的清理，同時還要檢查模具，觀察其是否有損壞、不光滑或者是凹凸變形等現(xiàn)象，對于存在問題的模具要將其吊出，強制下線之后進行修復(fù)處理。模具都需要通過日常檢查配合定期檢查，并且要及時的做好相應(yīng)記錄，確保軌枕外觀質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 安裝鋼筋桁架及箍筋

鋼筋的生產(chǎn)主要是采用數(shù)控彎箍機來完成的，要根據(jù)箍筋圖紙，調(diào)出相應(yīng)的程序，在面板上顯示出箍筋的形狀，完成箍筋，然后對桁架焊接控制面板參數(shù)進行設(shè)置，采用電腦進行合理的控制。在安裝鋼筋之前，需要將焊接好的箍筋以預(yù)埋套管為中心進行放置，并且要合理控制箍筋與套管間的距離。箍筋與桁架鋼筋是通過固定件連接在一起的，因此在安裝的時候需要格外關(guān)注鋼筋的精確定位，避免出現(xiàn)位移的現(xiàn)象。

2.2.4 混凝土灌注和振搗

軌枕混凝土主要是采用分層灌注，兩層灌注成型的方式，并且灌注的時間不能超過10 min。在進行灌注時，需要將空模送至振動臺上，讓鋼模可以隨著氣動升降輥道降下。當(dāng)?shù)谝淮蔚牟剂细采w住預(yù)埋套管時，需要開啟強震，第二次補料的時候，要繼續(xù)進行振搗，直到模具殼體塞滿，使混凝土振動密實。另外，在混凝土灌注的時候，要將模具溫度控制在5～35 ℃。

2.2.5 軌枕養(yǎng)護

軌枕的養(yǎng)護一般可分為分蒸汽養(yǎng)護和自然養(yǎng)護，通過這樣的養(yǎng)護方式可以加快模具周轉(zhuǎn)的速率，提升效率。蒸汽養(yǎng)護的主要目的是提升混凝土的早期強度，這樣可以提升軌枕質(zhì)量。當(dāng)生產(chǎn)速度慢且氣溫較高的時候，可以采用自然養(yǎng)護的方式進行處理[3]。

2.2.6 軌枕脫模

當(dāng)混凝土脫模試件的抗壓強度≥40 Mpa時，需要將模具從養(yǎng)護窯內(nèi)吊運出來，然后使用桁車將模具吊至脫模工位。在拆模之前，需要將桁架固定夾旋轉(zhuǎn)90°，然后使用空翻吊具將模具進行180°翻轉(zhuǎn)，再將其放置在脫模臺上，啟動脫模程序。

2.2.7 軌枕二次養(yǎng)護

當(dāng)軌枕出蒸養(yǎng)坑后，要確保軌枕表面與室外溫差小于15℃，達到要求之后再將軌枕轉(zhuǎn)運到二次養(yǎng)護區(qū)，進行保濕養(yǎng)護的作業(yè)，主要是為彩鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置霧化養(yǎng)護系統(tǒng)，采用智能濕度養(yǎng)護設(shè)備對濕度進行控制，保持車間溫濕度的適宜性。

3 雙塊式軌枕智能化預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)化

在近些年的雙塊式軌枕預(yù)制過程中，由于操作失誤、養(yǎng)護不夠以及機械作業(yè)不夠充分等因素的影響，部分軌枕出現(xiàn)了裂紋，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)報廢產(chǎn)品。雙塊式軌枕1×4模生產(chǎn)工藝是傳統(tǒng)的雙塊式軌枕生產(chǎn)方式，在雙塊式軌枕現(xiàn)代化新型預(yù)制車間，實現(xiàn)生產(chǎn)線的各個工序間的高效銜接和配合，可以更好地避免傳統(tǒng)作業(yè)方式造成的問題。智能化預(yù)制生產(chǎn)系統(tǒng)主要是利用中控室來對整個車間設(shè)備進行實時的監(jiān)控，通過這樣的方式來實現(xiàn)對設(shè)備運行狀況和生產(chǎn)過程的監(jiān)控和控制。不同工序之間的系統(tǒng)內(nèi)容主要是通過傳感器監(jiān)測產(chǎn)品和設(shè)備的參數(shù)，讓生產(chǎn)精度可以得到保障，同時也能發(fā)揮出設(shè)備故障報警的功能。

3.1 自動模具清潔系統(tǒng)

全自動的模具清潔系統(tǒng)主要是對模具腔內(nèi)的水泥和灰塵進行清潔，將模具翻轉(zhuǎn)，讓其底面保持朝上的狀態(tài)，然后通過精準(zhǔn)定位系統(tǒng)實現(xiàn)對模腔內(nèi)表面的清潔，再通過吸納裝置進行灰塵的吸納，并做好過濾處理。

3.2 全自動套管、螺旋筋組裝、安裝平臺設(shè)備系統(tǒng)

套管的分揀機構(gòu)是將套管按照制定好的方向和位置，進行自動化的分揀，然后由機器對螺旋筋進行抓取，組裝到套管的位置上。機器人主要是利用視覺識別系統(tǒng)明確套管組件的位置和模具腔內(nèi)的安裝位置，然后實現(xiàn)套管組件的精準(zhǔn)安裝處理[4]。

3.3 智能桁架鋼筋、箍筋自動安裝、復(fù)檢設(shè)備系統(tǒng)

組裝機器人是將桁架鋼筋和焊接完成后的箍筋進行自動組裝，然后再由運輸機器人將其組件運送到模具上，通過機械手精準(zhǔn)的控制，完成相關(guān)的組裝動作。這項工作主要是通過識別技術(shù)來實現(xiàn)精準(zhǔn)的定位，之后還要對組合好的桁架進行復(fù)檢。

3.4 自動化精準(zhǔn)布料系統(tǒng)

在進行混凝土澆筑的過程中，需要采用自動化設(shè)備，主要是通過中央控制系統(tǒng)來對接料和卸料進行控制，節(jié)省了人力。布料機的整體由四個部分組成，會通過帶有稱重功能的定量料斗，將混凝土布入軌枕模具中，然后利用體積和重量精準(zhǔn)地接布料。

3.5 自動軌枕養(yǎng)護及加蓋一體化系統(tǒng)

智能化的蒸養(yǎng)加蓋溫控一體化系統(tǒng)將模具吊入養(yǎng)護池中，就會采用自動化的方式進行封蓋處理，同時也會自動進行溫度調(diào)節(jié)，通過形成溫度線形圖的方式，實現(xiàn)對蒸養(yǎng)的智能溫度控制，最后會通過自動采集和控制的手段，進行相關(guān)記錄。

3.6 全自動脫模系統(tǒng)

采用全自動的轉(zhuǎn)線系統(tǒng)可以讓模具的運送、旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)同步進行，也能實現(xiàn)脫模和回模施工的無縫銜接。待軌枕的脫模工作完成之后，就可以將模具吊回到軌枕生產(chǎn)線上，這就實現(xiàn)了一次全自動的生產(chǎn)施工，對作業(yè)工序的簡化具有重要意義，能在很大程度上提升生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

3.7 智能化軌枕緩存養(yǎng)護

在緩存養(yǎng)護車間中，需要采用恒溫、恒濕的智能養(yǎng)護系統(tǒng)，然后利用智能控制儀表來進行實時的調(diào)控，并通過遠程終端對緩存車間中的運行情況進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)人工養(yǎng)護向智能養(yǎng)護的轉(zhuǎn)變，進一步提升軌枕的養(yǎng)護等級。此外，要在合理控制緩存車間溫濕度的前提下，做好對軌枕二次養(yǎng)護強度和外觀質(zhì)量的保障。

4 結(jié)論與建議

國內(nèi)雙塊式軌枕智能化預(yù)制生產(chǎn)均采用流水機組法，在具體的工位上國內(nèi)相關(guān)單位做過許多嘗試，比如采用2×4模具、噴砂清模工藝、軌枕擋肩裂紋視覺識別檢測等技術(shù)，形成了不同的技術(shù)路線與成套工藝，各具特色。總體而言，目前裝塊式軌枕智能化預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)當(dāng)在下述幾個方面予以改進提升[5]。

（1）噴砂清模工藝的能耗大、設(shè)備投入多且清模效果一般，影響模具使用壽命，不建議繼續(xù)推廣使用。（2）將螺旋制作與螺旋套管組裝等工序與軌枕生產(chǎn)線進行整合集成，雖然提高了機械化、自動化、智能化的水平，但是降低了生產(chǎn)線的可靠性，建議采用模塊化的思維，將鋼筋桁架加工、螺旋筋生產(chǎn)及螺旋套管組裝等軌枕生產(chǎn)主線之外的工序單獨布置，采用智能物流的理念，組織流水線生產(chǎn)，減少關(guān)聯(lián)性，增加可靠性和靈活性。（3）軌枕擋肩裂紋單單采用智能視覺識別系統(tǒng)等接觸式檢測技術(shù)，檢測結(jié)果的可靠性受限，還需要改進或輔以其他技術(shù)措施。（4）軌枕緩存應(yīng)當(dāng)借鑒軌道板預(yù)制技術(shù)的做法，在分區(qū)分倉智能緩存方面進行提升。（5）為了保障鐵路項目生產(chǎn)能力和進度指標(biāo)的要求，生產(chǎn)線設(shè)備的正常高效維護至為重要。為了滿足在特殊條件下生產(chǎn)能力的需要，場地條件允許時，建議在生產(chǎn)線上串聯(lián)設(shè)置人工生產(chǎn)的輔助工位，以備不時之需。