先张法CRTSⅢ型板“流水机组法”制造技术

2023-02-09刘超刘林府中铁四局集团有限公司第八工程分公司安徽合肥230041

安徽建筑 2023年1期

刘超，刘林府（中铁四局集团有限公司第八工程分公司，安徽合肥 230041）

1 概述

“流水机组法”生产高速铁路CRTSⅢ型轨道板工艺是通过轨道板生产模具在流水生产线上的流转，依次通过各个生产工位，达到轨道板的循环生产、模具的循环利用。生产工位包含模具清理工位、喷涂脱模剂工位、组模工位、预应力张拉工位、绝缘检测工位、浇筑振捣工位、蒸养养护仓、预应力放张工位、脱模工位、封锚、水养、成品堆放、产品检验。模具依次通过各工位从而完成轨道板的生产作业。轨道板的生产周期等于模具的流转周期。

图1 轨道板流水生产示意图

2 轨道板“流水机组法”制造技术

2.1 轨道板模具

2.1.1 模具设计

模具的外形尺寸参数是成品轨道板外观控制的重要因素，除了长宽高基本尺寸，为了抵消成品轨道板在脱模养护过程中的四边翘曲现象，轨道板模具还需要设置整体反拱，反方向对模具施加拉力，使生产出来的初期轨道板实现反向翘曲。同时轨道板模具外框是整个轨道板预应力张拉后的着力点，必须要求模具具有一定的刚度，提前预设的模具底部的预应力张拉构架能够与预应力张拉杆实现杠杆平衡，有效抵挡模具在张拉施加预应力之后的变形现象。

此种模具反拱张拉构架是在模具的底部，采用预应力钢棒布置张拉网，模具横向8组、纵向5组。通过将施加拉力后的钢棒固定在模具外框上，使模具底部四角实现反向翘曲。在正式生产之前要进行试验预生产，一是对比模具在张拉和放张后的外形尺寸变化量；二是根据预生产的轨道板在按规范标养28天后的翘曲量，来调整模具的反拱值，控制每个预应力钢棒的拉力找到合适的平衡点。

图2 模具侧面图

图3 轨道板模具

2.1.2 制作要求

轨道板模具常用规格型号有三种：P5600、P4925、P4856，整体重量在10.3t～12.4t。以 P5600 模具为例，长6480mm、宽3380mm、高615mm。一套模具由模具刚性外框、模具底模、模具盆、模具底部预应力结构组成。

①模具底模和模具盆是轨道板面直接成型面，关系到成品轨道板的表面质量，必须保证平面的光滑无错台。底模需由大型铣床整体铣削成型，根据图纸位置准确镂空出模具盆的位置。模具盆因为是曲面，加工要求较高，需球磨铸铁铸造一次成型，保证承轨台曲面平顺。模具内表面需调质处理，保证长期使用的刚度。

图4 灌浆连接示意图

图5 定位销连接示意图

图6 模具盆连接示意图

②模具外框主体是承受轨道板预应力和反拱钢棒预应力的着力点，对整体刚度要求极高。外框需由抗弯强度很高的钢板焊接成型，对于存在的残余应力，要进行机械振动消除和退火处理，保证长期使用不变形。

③模具配套其他附件。主要附件是张拉杆，张拉杆作为预应力筋的张拉锚固装置，要求具有很高的抗拉强度和刚度，同时保证预应力筋连接丝扣的强度，避免出现连接脱丝现象。张拉杆整体进行热处理，在连接丝扣处加强处理。其他附件有钢字牌、灌浆柱、封锚胶圈、孔定位销、胀套等，都需要根据模具情况紧密配合安装。

2.2 轨道板“流水机组法”制造技术

2.2.1 “流水机组法”生产工艺流程图

“流水机组法”生产工艺流程图详见图7。

图7 “流水机组法”生产线工艺流程图

2.2.2 关键工序控制点说明

①预应力筋加工工序中关键控制点：预应力筋下料长度、加工精度两个关键控制点。

②钢筋骨架绑扎工序中关键控制点：门型筋固定、钢筋间的绝缘。

③预应力张拉工序中关键控制点：张拉值、张拉速度、张拉力均匀性。

④混凝土搅拌工序中关键控制点：含水量控制、搅拌时间、混凝土流动性。

⑤混凝土灌注工序中关键控制点：混凝土塌落度、下料量、振捣时间。

⑥蒸汽养护工序中关键控制点：蒸养曲线、各阶段养护时间、混凝土强度。

⑦预应力筋放张工序中关键控制点：放张强度、弹模、放张速度。

⑧脱模工序中关键控制点：起吊水平、轨道板温差。

2.2.3 流水机组法制造技术

2.2.3.1 模具反拱预张拉

轨道板模具在上流水线之前，需要提前做好反拱预张拉，将模具底部预应力钢棒张拉到指定数值后锁紧，测量模具的反拱度，以达到合适的位置。

2.2.3.2 预埋件安装

在模具清理完毕，脱模剂喷涂均匀后，开始安装预埋套管，将其用橡胶锤打紧，保证其与底模间没有间隙及歪斜，对损坏的套管固定器及时更换。同时把预埋套管螺旋筋安装到套管上。

2.2.3.3 钢筋骨架安装

绑扎好的成品钢筋骨架笼用桥式起重机采用专用吊装架进行吊装入模，需要注意的是吊点不得少于8个，保证在吊装过程中钢筋笼不发生较大变形。在钢筋笼入模过程中注意不要碰到模具预安装的套管及其他预埋件。钢筋笼放入模具后，下方要安装混凝土垫块，用于控制轨道板表面钢筋埋深度，同时要保证在入模后门形钢筋的露出均匀和门形筋的竖直。

图8 钢筋笼绑扎及入模

2.2.3.4 张拉杆安装

张拉杆分为固定端张拉杆与张拉端张拉杆（与张拉台架相配合使用），张拉杆设有定位装置，锁紧后起到预张拉的效果，保证单根预应力钢筋受力均匀。

2.2.3.5 预应力筋张拉

图9 预应力筋张拉

①技术要求

轨道板预应力张拉采用自动张拉设备，张拉力值由系统控制，每根预应力筋张拉配置拉力传感器，同时设置位移传感器，拉力传感器显示误差不大于±0.5%，位移传感器显示误差不得大于±0.1mm，传感器要定期第三方校验，同时内部每个月进行自校。张拉达到拉力值时，锁紧锁母锁定张拉力，张拉结束后张拉数据自动保存上传。

②张拉工艺

轨道板模具通过辊道运行到张拉工位，碰到相应版型的定位桩后停止运行并下落到工作位，此时横梁和纵梁采用气缸推进靠近模具，每个张拉油缸的张拉爪对应模具的张拉杆，所有的张拉爪就位后，张拉开始。

张拉分为预张拉和快速张拉，预张拉为缓慢张拉，拉力从0上升到20kN，之后切换快速张拉，拉力从0上升到80kN，张拉通过比例伺服阀电信号精准控制张拉力。张拉达到目标力值之后，锁紧装置下落，锁紧张拉杆上的锁紧螺母，将张拉力锁定在模具上。之后完成张拉，张拉梁退出。

预应力张拉施加拉力要均匀缓慢，张拉力上升不大于4kN/s，张拉力加载到张拉力值后静置30秒后锁紧锁母。

③数据采集传输

张拉设备在每个油缸张拉爪前端安装拉力传感器，用于实时监测张拉力值，检测的数据在每次张拉后自动汇总归档。

2.2.3.6 钢筋骨架绝缘检测

钢筋笼骨架要求横向和纵向钢筋绝缘不搭接，在钢筋加工过程中便预先穿好绝缘套管，在钢筋绑扎过程中横向和纵向绝缘套管接触实现钢筋笼的绝缘。因为加工工艺原因偶尔存在偏差，需要在浇筑混凝土之前检测钢筋笼的绝缘性。绝缘检测采用兆欧表测试，对横纵向钢筋电阻进行测试，对于绝缘不合格的钢筋笼及时处理，调整合格后方允许浇筑。

图10 钢筋骨架绝缘检测

2.2.3.7 混凝土浇筑

CRTSIII型轨道板采用C60混凝土，在流水线浇筑工位附近设置混凝土搅拌站，搅拌站的单次搅拌方量不小于3方。混凝土搅拌完成之后通过运料小车在空中轨道运行至布料机上方，卸料至布料机进行布料。

布料机运行至流水线振动台工位上的轨道板模具上方，分层布料，布料层数不小于3层。布料机内设置一根主搅拌螺旋和8根布料螺旋，布料机下方设置4处开门布料口，能有效均匀布料与局部补料。

浇筑后的混凝土振捣，在振捣板下方设置10个高频振捣电机，震动频率65Hz～100Hz，振捣通过变频器控制可调，每个振捣循环分4个阶段振捣，确保混凝土内气泡有效排出，保证轨道板产品质量。

在振捣布料之后，通过布料机均匀布料保证轨道板骨料外露，外露效果很好，大大减少了拉毛工位工作量或者可以直接取消拉毛工位。

图11 混凝土灌注

图12 混凝土振捣

2.2.3.8 蒸汽养护

蒸养工艺由传统的地窖固定养护改为矩阵式单元养护，根据模具数量合理设置养护仓数量，正常情况下以12块模具为一个养护仓储单元。每个养护仓之间通过轨道相互连通。

轨道板养护分为静置等待、升温阶段、恒温阶段、降温阶段。每个蒸养仓布置蒸汽管道用于蒸养升温，设置喷水管网用于洒水降温，设置温度传感器实时监控仓内温度，设置抽排风机用于蒸汽排出。蒸汽养护配置4T锅炉1台用于提供蒸汽。

整个蒸养系统全程计算机程序自动控制，蒸养前提前设置养护每个阶段的时间和目标温度，通过温度传感器采集仓内温度数据，根据与目标温度的对比来控制蒸汽电磁阀的开闭，通过PLC的PID控制精准掌控养护温度，同时电脑自动绘制蒸养温度曲线，反映整个蒸养过程，蒸养曲线保存至本批轨道板的档案内，蒸养过程全程可追溯。

图13 矩阵式单元养护模式

图14 养护曲线

2.2.3.9 放张预应力

轨道板预应力放张要求预应力均匀缓慢释放，同时要求两端放张的同步性。流水线设置自动放张工位，放张设备为4边同时放张，根据轨道板预应力筋布置，以P5600轨道板为例，设置80个放张爪，通过80台伺服电机组态控制，通过电信号控制放张的速率和电机同步。

放张对位后进行预放张，放张扳手缓慢旋转，预应力的释放不得大于2kN/s，之后进行快速放张，放张扳手快速旋转，直至张拉杆与预应力筋完全分离。整个放张过程的重要把控点在于放张速率的可控性和放张的同步性，保证轨道板不会因为预应力释放不均而崩坏或出现裂纹。

图15 自动化放张预应力

2.2.3.10 脱模

当流水线带动模具至脱模工位上方，流水线通过定位销将模具准确定位。脱模设备通过4个反顶油缸固定，4个自动吊爪抓取轨道板门形筋，吊爪上方为伺服电缸，可实时监控四爪位置和吊装扭矩，保证轨道板吊装过程中受力均匀。成品轨道板完全脱离模具后，起吊装置将成品轨道板吊移至成品板传送装置，纵移定位液压缸自动归位后，辊道运输空模具到下一模具清理工位完成流水线流转闭环。

图16 轨道板自动脱模

2.2.3.11 检测

轨道板3D智能检测系统采用先进的激光扫描技术，将工业机器人、光学跟踪仪、激光扫描仪进行集成。通过激光扫描轨道板形成轨道板点云数据，通过计算机处理反馈的数据实现对成品轨道板的3D自动建模，检测模型数据与标准板数据对比得到偏差值。整个检测过程实现检测的自动化、智能化、高效化。在6分钟之内就可以完成一块轨道板的全部数据检测，检测速度较人工检测方式大大提高，检测精度也提高一个数量级。