铁路混凝土轨枕生产振动设备改进分析

朱荣耀

摘要：混凝土轨枕生产振动设备（俗称振动台）是对产品质量产生直接影响的设备，它适用于试验室，现场工地作试件成型和预制构件震实各种板柱、梁等混凝土构件振实成型，本文重点讨论分析一下该设备存在的问题，并对其进行改进分析。

关键词：铁路轨枕；振动设备；改进分析

1 引言

我国铁路迄今已有100多年的历史：从1876年第一条营业铁路——上海吴淞铁路通车之时算起已有123年；从1881自办的第一条铁路——唐胥铁路通车之时算起，也已有118年，现在铁路进入了快速发展阶段。铁路行业最显著的特点是载运重量大、运行成本低、能源消耗少，既在大宗、大流量的中长以上距离的客货运输方面具有绝对优势，而且在大流量、高密度的城际中短途旅客运输中具有很强的竞争优势，是最适合中国经济地理特征和人们收入水平的区域骨干运输方式。“十二五”期间，中国铁路建设继续加快推进，新线投产总规模达3万公里，安排铁路投资2.8万亿元，全国铁路运营里程将达12万公里左右。修建铁路最常用的材料是轨枕，轨枕是置于钢轨之下，是支承钢轨并将钢轨所受荷载传布与道床上，是铁路轨道重要组成部分，按材质分类有：木枕、混凝土枕、钢枕、塑料枕，我国现在大部分使用混凝土枕。

2.轨枕生产设备概述

轨枕作为铁路上的重要配件，有着严格的封闭环形流水线生产工艺，主要通过专用生产设备来制作。轨枕生产线按照设备功能可以分为10大系统：工艺控制系统（主要包括各种电气控制设备），清模喷涂系统，配件安装系统，张拉放张系统（主要包括张拉设备、放张设备）；搅拌供料系统（主要包括搅拌设备、骨料配送设备、骨料提升设备、水泥仓、螺旋输送设备、电气控制系统），下料振动系统（主要包括振动台、电动机、下料小车）、养护保湿系统（主要包括蒸汽锅炉、自动温控系统、传感器、养护池、喷水设备），翻转脱模系统（主要包括脱模机、脱模辊道、传感器、电动机、减速机），成品辊道系统（主要包括成品辊道、码垛机、操作台），模具返回系统（主要包括纵向辊道和横移装置）。

在上述所有设备中，下料振动系统是最为关键的设备之一，设备安装时，对下料振动系统有以下注意事项：振动台基础与整体地基不可连成整体，原则上需要添加泡沫板隔开，防止振动时破坏地基；振动台面安装时，先将弹簧座碗调整好，要增加垫层保证绝对水平，高度偏差为±1-2mm，要确保中心线对齐，整机前后方向的相对误差±5mm以内；轴承座、连接板等所有非刚性连接部位都需要加防止松动的配件，避免振动时出现松动，出现意外伤害；安装需要加弹平垫，防止松动；拉伸油缸需要估计行程、距离、斜度等方面，如果条件具备采用使振升滚筒斜置、油缸拉伸至最大行程直接安装，可保证行程最大，保护振升滚筒；振动台电动机必须保证轴中心和万向节中心在同一直线上，即保证等轴，防止出现偏心和扭断；激振器为台面下关键配件，通过偏心轮产生振动力，制作时要保证高质量、高精度、耐使用等优点，其结构如图1、图2所示。

振动台使用时的要求：振动台安装前，应先打好基础，打基础时上平面要按水平找并按底梁螺栓孔埋好固定螺栓，然后安装，安装时固定螺栓必须拧紧；安装完毕试车前，先开车3—5分钟后停车，对所有紧固螺栓进行检查，若松动须拧紧后方可使用；振实过程中，混凝土制品应牢固的紧固在振动台面上，所需振实的制品放置要与台面对称，使负荷平衡，振实制品的紧固装置用户可根据自己的需求自行设计配制；振动器轴承应经常检查，并定期拆洗，更换润滑油，使轴承保持良好的润滑，延长振动器的使用寿命；应有可靠的接地线，防止触电，确保安全。

3 轨枕生产关键工艺

轨枕生产中搅拌、张拉、振动、养护四个环节为关键工艺，控制的好坏直接影响产品的质量，因此要重点做好几个工艺设备的加工制作，才可确保混凝土轨枕的质量。

4 轨枕生产振动台存在的问题及改进方向

混凝土振动台主要由台底架、振动器弹簧、弹簧底座、台面、升降装置等部件组成。台面与底架均用钢板和型钢焊接而成，振动台是用电动机、一对相同的偏心轮，并通过一对吊架联轴器安装在台面下方中心位置，起着振实过程中平稳、垂直方向的作用。振动台符合 GB/T13309，IEC68-2-6（FC）等国家标准。

4.1振动台存在的问题

4.1.1 噪声污染

噪声污染与空气污染、水污染一起被列为三大污染。环境噪声标准是为保护人群健康和生存环境，对噪声容许范围所作的规定。制定原则，应以保护人的听力、睡眠休息、交谈思考为依据，应具有先进性、科学性和现实性。城市环境噪声标准值分为5类，具体如表1所示（单位：dB），3类标准适用于工业区[1]。经过测试，通常情况旧式厢式振动台产生的噪声值达到80 dB以上，已经超过了有关标准，对作业人员身心健康已经产生了一定影响。

4.1.2 台面裂纹

振動台台面的尺寸一般情况下长为1800mm，宽为1000mm，但是可以根据需要进行改进，直至达到生产工艺需求。旧式厢式振动台整个台面主要依靠各种钢板材料焊接而成，台面接触部分使用h=20mm钢板，其它使用h=8-12mm各种板材拼接，设计成箱体形状，焊接工艺较多，由于焊接时会产生焊接缺陷，主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺欠等。这些缺欠减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹；降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断，最终影响设备的使用寿命，增加生产成本。

4.1.3 振幅过小

振动台主要目的是提供一定的振动力，将模具内的混凝土振实，保证轨枕的密实度，提高产品的质量，减少不合格的产生。旧式厢式振动台每组由4-5个振动台组成，每个台面下有四个弹簧和底座，放在四个角上，支持台面，通过电动机带动相关设备传递振动力。由于模具重量约3-4吨吨，轨枕重约3-4吨，加起来6-8吨，重量较大，振动台会出现振幅过小，力量不足的现象，主要原因可能有：电机的频率和弹簧频率不一致，电机的功率过小，振动台重量过大，弹簧强度不够或者过大，激振器松动。

4.2 振动台改进方向

4.2.1 噪声污染

噪声对人的影响和危害跟噪声的强弱程度有直接关系。控制噪音环境，除了考虑人的因素之外，还须兼顾经济和技术上的可行性，充分的噪音控制，必须考虑噪音源、传音途径、接受者所组成的整个系统。在工厂建筑物中，为了减小噪声而采取的措施主要是吸声、隔声、隔震和消声。吸声——直接吸收声污染源的声能（主要途径有吸声材料、泡沫塑料玻璃棉、吸声砖、绿化隔离带等）；隔声——阻止声波不能直接通过（主要途径有隔声墙、隔声罩、声屏障等）；隔震——防治振动能量从振源传播（主要途径有金属弹簧、橡胶垫等）；消声——降低空气动力设备的进排气口噪声和沿管道传播的噪声（主要途径有阻性、抗性、复合性消声器）。综合考虑各种因素，可以从以下方面对振动台噪声改进，达到减少噪声污染的目的。一是从设备源头上改进，将旧式厢式振动台改成平板式振动台，减少声音在箱体内的传播和回音；采用高分子耐磨塑料代替台面垫块，避免钢板与钢板即振动台与模具直接接触；在钢板垫块上加高质量耐磨橡胶板，进行硫化处理，减少接触面。只有从源头上控制了噪声才会起到最佳效果，通过改进后，能够将噪声控制在55dB以下，符合了工业噪声的要求，改进后结构如图3所示。。二是采取吸声办法，安装吸声装置、用吸声砖盖厂房、厂房周围设置绿化隔离带等。三是加强对接受者的防护，如佩带耳塞、防声棉、耳罩或头盔等。

4.2.2台面裂纹

旧式厢式振动台整个台面主要依靠各种钢板材料焊接而成，改进后台面直接使用h=45-50mm整体钢板，没有进行焊接，不会产生应力集中和裂纹现象，提高了强度，增加了设备使用寿命。

4.2.3 振幅过小

由于台面上重量较重，振动台会出现振幅过小，力量不足的现象，主要原因可能有：振动台重量过大，弹簧强度不够或者过大，激振器松动，电机的频率和弹簧频率不一致，电机的功率过小。但是经过试验发现，弹簧强度不够和电机的功率过小是主要原因。因此我们对振动台弹簧和底座进行了分析，每个台面弹簧和底座由四个改为八个，增加弹簧数量，提高强度，改进后的结构如图4所示；增加电动机功率，由22KW改成37KW，提高原动力，成功解决了振幅过小的问题。

4.3 材料选择

振动台台面和底座可以使用碳钢和合金钢，由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲强度，故采用碳钢制造更为广泛。根据设备的使用情况，台面使用Q235钢，底座使用45钢[2]。

5 振动台改进后应用前景

混凝土轨枕产品质量的好坏对铁路行车是否安全有重要影响，而轨枕产品的质量与振动台振动的效果息息相关，如果振动不到位可能产生蜂窝、露筋、粘皮、缝隙与夹渣层、裂纹、崩落等问题。为提高混凝土产品的质量，可以通过以下途径：一是严格选料：选择商品混凝土时选用具有密实度高，收缩率小，强度高，可灌性好等多种性能的商品混凝土；二是加强捣固：捣固时采用“快插慢抽”工艺，在捣固过程中，将振动棒上下略为抽动，以使上下捣固均匀。在轨枕方面就是加强振动，增加密实度，提高产品质量；三是加强混凝土成型后的养护，提高强度，防止出现干裂现象。

此项研究对振动台改进后，避免了以前存在的问题，对生產工艺进行了优化，减少了蜂窝、露筋、粘皮、缝隙与夹渣层、裂纹、崩落等问题的发生，提高了产品质量。随着铁路建设步伐的加快，轨枕需求量进一步增加，将具有良好和广泛的应用前景。

6 结束语

本文通过对铁路混凝土轨枕生产振动设备改进进行较为深入的研究，对振动台存在的问题进行分析，着重对噪声污染、台面开裂、振幅过小等问题进行了改进，减少了噪声环境污染，增加了设备使用寿命，提高了产品质量，最终提升了工作效率，满足了生产的要求。

参考文献：

[1]《中华人民共和国环境噪声污染防治法》.国家环境保护部 2008.10.

[2]相俞才.工程材料及机械制造基础[M].高等教育出版社.2004：22-23.