双块式轨枕智能化预制生产技术的探索

杨柏枫 中铁三局集团线桥工程有限公司高级工程师

1 双块式轨枕智能化预制生产技术的概述

我国现阶段的高速铁路主要采用无砟轨道结构，在杭深、成渝等高速铁路的相继建成开通之后，无砟轨道技术的应用更是逐渐朝着现代化和标准化的方向发展。双块式轨枕是双块式无砟轨道的重要组成部分，主要发挥支撑钢轨和保持钢轨位置的作用。对于双块式轨枕预制生产来说，一般是将人工与自动化的方式进行配合，在进行预制化轨枕生产的过程中，需要注意钢筋骨架的尺寸偏差，同时还要关注混凝土的振捣以及养护，对各个预埋件要进行精准的定位，重视有限工期内的施工进度，这些都是轨枕生产中重要的技术性难点。在高速铁路建设的不断发展之下，原有的生产模式开始逐渐的暴露出不少的问题，比如说生产环节配合方面的不紧密、生产数据无法有效管理、资源投入过多、安全隐患和环保污染等等，这些问题都是在当代生产过程中需要重点关注的内容。

将智能感知识别技术与计算机互联网、物联网进行结合，产生智能化的制造技术，可以带来生产力的飞跃。双块式轨枕智能化预制技术主要是依托京张铁路怀来梁枕厂、郑万南漳轨枕厂、黄黄蕲春轨枕厂，对原有的生产工艺和作业情况进行一定的调查和分析，然后根据不同工位的技术特点来实现各类程序的编写，自主的研发出相关自动化设备，通过集合形成工序智能化管理，满足相关的规范和要求，进而达到提质提量，节能环保的重要目的[1]。

2 双块式枕轨预制生产技术的应用

2.1 应用实例

（1）郑万南漳轨枕厂：新建郑州至万州铁路湖北段，南漳轨枕场主要负责DK348+500～DK500+202.651段双块式轨枕预制施工任务，双块式轨枕采用工厂化生产。

（2）黄黄蕲春轨枕厂：新建黄冈至黄梅铁路位于湖北省东北部黄冈市境内。黄黄蕲春轨枕厂主要负责DK0+306.011～DK127+136.87段约40万根双块式轨枕预制施工任务，双块式轨枕采用工厂化生产。

2.2.2 安装预埋套管和螺旋筋

在涂刷脱模剂后，需要将模具送至套管安装的工位，并且要将套管进行精确定位，利用专业的工具来进行套管的安装，让套管和模具可以保持垂直密贴的程度，并且将缝隙控制在0.2 mm之内，然后再在套管上进行螺旋筋的安装。在日常的检查中，需要关注定位轴的磨损现象，一旦变形要及时更换，进一步保证定位轴的精确度[2]。

2.2 双块式轨枕生产工艺流程

2.2.1 模具清理

在对模具进行清理时，需要采用专业工具，做好对模具腔内混凝土残渣和粘皮的清理，同时还要检查模具，观察其是否有损坏、不光滑或者是凹凸变形等现象，对于存在问题的模具要将其吊出，强制下线之后进行修复处理。模具都需要通过日常检查配合定期检查，并且要及时的做好相应记录，确保轨枕外观质量符合标准。

2.2.3 安装钢筋桁架及箍筋

钢筋的生产主要是采用数控弯箍机来完成的，要根据箍筋图纸，调出相应的程序，在面板上显示出箍筋的形状，完成箍筋，然后对桁架焊接控制面板参数进行设置，采用电脑进行合理的控制。在安装钢筋之前，需要将焊接好的箍筋以预埋套管为中心进行放置，并且要合理控制箍筋与套管间的距离。箍筋与桁架钢筋是通过固定件连接在一起的，因此在安装的时候需要格外关注钢筋的精确定位，避免出现位移的现象。

2.2.4 混凝土灌注和振捣

轨枕混凝土主要是采用分层灌注，两层灌注成型的方式，并且灌注的时间不能超过10 min。在进行灌注时，需要将空模送至振动台上，让钢模可以随着气动升降辊道降下。当第一次的布料覆盖住预埋套管时，需要开启强震，第二次补料的时候，要继续进行振捣，直到模具壳体塞满，使混凝土振动密实。另外，在混凝土灌注的时候，要将模具温度控制在5～35 ℃。

2.2.5 轨枕养护

轨枕的养护一般可分为分蒸汽养护和自然养护，通过这样的养护方式可以加快模具周转的速率，提升效率。蒸汽养护的主要目的是提升混凝土的早期强度，这样可以提升轨枕质量。当生产速度慢且气温较高的时候，可以采用自然养护的方式进行处理[3]。

2.2.6 轨枕脱模

当混凝土脱模试件的抗压强度≥40 Mpa时，需要将模具从养护窑内吊运出来，然后使用桁车将模具吊至脱模工位。在拆模之前，需要将桁架固定夹旋转90°，然后使用空翻吊具将模具进行180°翻转，再将其放置在脱模台上，启动脱模程序。

2.2.7 轨枕二次养护

当轨枕出蒸养坑后，要确保轨枕表面与室外温差小于15℃，达到要求之后再将轨枕转运到二次养护区，进行保湿养护的作业，主要是为彩钢结构设置雾化养护系统，采用智能湿度养护设备对湿度进行控制，保持车间温湿度的适宜性。

3 双块式轨枕智能化预制生产技术的优化

在近些年的双块式轨枕预制过程中，由于操作失误、养护不够以及机械作业不够充分等因素的影响，部分轨枕出现了裂纹，严重时还会出现报废产品。双块式轨枕1×4模生产工艺是传统的双块式轨枕生产方式，在双块式轨枕现代化新型预制车间，实现生产线的各个工序间的高效衔接和配合，可以更好地避免传统作业方式造成的问题。智能化预制生产系统主要是利用中控室来对整个车间设备进行实时的监控，通过这样的方式来实现对设备运行状况和生产过程的监控和控制。不同工序之间的系统内容主要是通过传感器监测产品和设备的参数，让生产精度可以得到保障，同时也能发挥出设备故障报警的功能。

3.1 自动模具清洁系统

全自动的模具清洁系统主要是对模具腔内的水泥和灰尘进行清洁，将模具翻转，让其底面保持朝上的状态，然后通过精准定位系统实现对模腔内表面的清洁，再通过吸纳装置进行灰尘的吸纳，并做好过滤处理。

3.2 全自动套管、螺旋筋组装、安装平台设备系统

套管的分拣机构是将套管按照制定好的方向和位置，进行自动化的分拣，然后由机器对螺旋筋进行抓取，组装到套管的位置上。机器人主要是利用视觉识别系统明确套管组件的位置和模具腔内的安装位置，然后实现套管组件的精准安装处理[4]。

3.3 智能桁架钢筋、箍筋自动安装、复检设备系统

组装机器人是将桁架钢筋和焊接完成后的箍筋进行自动组装，然后再由运输机器人将其组件运送到模具上，通过机械手精准的控制，完成相关的组装动作。这项工作主要是通过识别技术来实现精准的定位，之后还要对组合好的桁架进行复检。

3.4 自动化精准布料系统

在进行混凝土浇筑的过程中，需要采用自动化设备，主要是通过中央控制系统来对接料和卸料进行控制，节省了人力。布料机的整体由四个部分组成，会通过带有称重功能的定量料斗，将混凝土布入轨枕模具中，然后利用体积和重量精准地接布料。

3.5 自动轨枕养护及加盖一体化系统

智能化的蒸养加盖温控一体化系统将模具吊入养护池中，就会采用自动化的方式进行封盖处理，同时也会自动进行温度调节，通过形成温度线形图的方式，实现对蒸养的智能温度控制，最后会通过自动采集和控制的手段，进行相关记录。

3.6 全自动脱模系统

采用全自动的转线系统可以让模具的运送、旋转和翻转同步进行，也能实现脱模和回模施工的无缝衔接。待轨枕的脱模工作完成之后，就可以将模具吊回到轨枕生产线上，这就实现了一次全自动的生产施工，对作业工序的简化具有重要意义，能在很大程度上提升生产的效率和质量。

3.7 智能化轨枕缓存养护

在缓存养护车间中，需要采用恒温、恒湿的智能养护系统，然后利用智能控制仪表来进行实时的调控，并通过远程终端对缓存车间中的运行情况进行实时监控，实现人工养护向智能养护的转变，进一步提升轨枕的养护等级。此外，要在合理控制缓存车间温湿度的前提下，做好对轨枕二次养护强度和外观质量的保障。

4 结论与建议

国内双块式轨枕智能化预制生产均采用流水机组法，在具体的工位上国内相关单位做过许多尝试，比如采用2×4模具、喷砂清模工艺、轨枕挡肩裂纹视觉识别检测等技术，形成了不同的技术路线与成套工艺，各具特色。总体而言，目前装块式轨枕智能化预制生产技术应当在下述几个方面予以改进提升[5]。

（1）喷砂清模工艺的能耗大、设备投入多且清模效果一般，影响模具使用寿命，不建议继续推广使用。（2）将螺旋制作与螺旋套管组装等工序与轨枕生产线进行整合集成，虽然提高了机械化、自动化、智能化的水平，但是降低了生产线的可靠性，建议采用模块化的思维，将钢筋桁架加工、螺旋筋生产及螺旋套管组装等轨枕生产主线之外的工序单独布置，采用智能物流的理念，组织流水线生产，减少关联性，增加可靠性和灵活性。（3）轨枕挡肩裂纹单单采用智能视觉识别系统等接触式检测技术，检测结果的可靠性受限，还需要改进或辅以其他技术措施。（4）轨枕缓存应当借鉴轨道板预制技术的做法，在分区分仓智能缓存方面进行提升。（5）为了保障铁路项目生产能力和进度指标的要求，生产线设备的正常高效维护至为重要。为了满足在特殊条件下生产能力的需要，场地条件允许时，建议在生产线上串联设置人工生产的辅助工位，以备不时之需。