雙塊式軌枕智能運輸與養(yǎng)護技術(shù)研究

1、雙塊式軌枕智能運輸與養(yǎng)護技術(shù)研究摘要：高速鐵路無砟軌道雙塊式軌枕預(yù)制生產(chǎn)技術(shù)正逐步向著自動化、智能化的方向發(fā)展，軌枕的運輸和養(yǎng)護作為軌枕預(yù)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的技術(shù)問題頗多，逐漸不能匹配軌枕生產(chǎn)智能化的理念。提出了雙塊式軌枕智能運輸與養(yǎng)護技術(shù)，全面取代傳統(tǒng)人工作業(yè)方式，通過試點應(yīng)用，在軌枕生產(chǎn)過程中能夠提高勞動生產(chǎn)率、加快建設(shè)速度、降低工程成本、提高工程質(zhì)量，可為后續(xù)軌枕運輸與養(yǎng)護技術(shù)的研究提供理論和技術(shù)參考，同時也反映出雙塊式軌枕的生產(chǎn)只有向著工廠化、施工機械化和智能化的方向發(fā)展，才能高質(zhì)量、高效率。關(guān)鍵詞：高速鐵路；運輸和養(yǎng)護技術(shù)；智能化；雙塊式軌枕隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)的迅速發(fā)展

2、，全球眾多優(yōu)秀制造企業(yè)相繼建設(shè)智能工廠，促使工廠智能化成為可能1。2022年，中國正式啟動智能京張、智能京雄等重大工程建設(shè)，并提出建設(shè)智能高鐵的發(fā)展目標。鐵路制造業(yè)相繼開始自動化、智能化的偉大實踐，面臨著機遇與挑戰(zhàn)。雙塊式軌枕是埋在無砟軌道混凝土道床板中的重要部件，其精確度要求較高2。軌枕運輸及養(yǎng)護是其生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的軌枕運輸及養(yǎng)護模式投入的人力資本較高，容易造成軌枕的破碎與龜裂3，同時易造成環(huán)境污染，嚴重影響軌枕的質(zhì)量。針對以上傳統(tǒng)方式存在的問題，通過對比和借鑒其他行業(yè)技術(shù)，本文提出了軌枕生產(chǎn)過程中運輸和養(yǎng)護的智能化技術(shù)，推進雙塊式軌枕高品質(zhì)、高質(zhì)量生產(chǎn)，同時也預(yù)示著智能化、信息化、自

3、動化是雙塊式軌枕運輸及養(yǎng)護技術(shù)發(fā)展的必然趨勢4-5。1智能運輸技術(shù)研究與應(yīng)用1.1傳統(tǒng)工藝及存在問題雙塊式軌枕脫模后需將其送至二次養(yǎng)護間繼續(xù)保溫、保濕養(yǎng)護，運送過程中需借助一些機械設(shè)備用于軌枕的運輸與碼放。傳統(tǒng)作業(yè)主要采用叉車將軌枕運送至養(yǎng)護區(qū)域并將其碼放整齊。人工操作叉車存在很大的安全隱患，且對司機要求較高，搬運過程中極易造成軌枕邊角破損和外露桁架鋼筋變形等問題，嚴重影響軌枕的外觀質(zhì)量和后期布設(shè)安裝6。另外，叉車需要使用柴油驅(qū)動，產(chǎn)生的廢氣和噪音都會造成環(huán)境污染。1.2agv小車工作原理針對傳統(tǒng)工藝及存在的問題，結(jié)合無人駕駛和自動搬運技術(shù)，設(shè)計以agv小車進行搬運軌枕的智能系統(tǒng)7，可以保證軌

4、枕擺放整齊、控制系統(tǒng)增加安全防護系統(tǒng)，保證運送過程安全平穩(wěn)、減少軌枕破損情況、減少燃油使用和廢氣的排放，保證運輸過程安全、合理、有序進行。agv小車如圖1所示。agv小車系統(tǒng)由計算機、電控設(shè)備、磁氣感應(yīng)傳感器、激光反射板等控制，當生產(chǎn)好的雙塊式軌枕脫模后需要運輸?shù)金B(yǎng)護區(qū)域進行養(yǎng)護時，agv小車通過布設(shè)在車間內(nèi)的傳感器接受到命令。以生產(chǎn)車間為基礎(chǔ)建立運輸網(wǎng)，通過預(yù)設(shè)在車間內(nèi)反光柱定位到agv小車當前位置，系統(tǒng)內(nèi)自動規(guī)劃路線。agv小車起動按照規(guī)劃路徑行走，行走過程中通過對反光柱不斷反射識別定位agv小車位置并保證agv小車按照規(guī)劃路徑行走。當agv小車行走至碼垛區(qū)前停止，對碼垛區(qū)雙塊式軌枕確認后

5、，緩慢將一組雙塊式軌枕叉起一定高度，然后根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)自動規(guī)劃路徑將雙塊式軌枕運至二次養(yǎng)護區(qū)域，將雙塊式軌枕緩慢下降擺放整齊。agv小車在行走過程中光感反射實時定位監(jiān)測自身位置，當通過路口等位置時agv小車自動減速緩慢通過，如在行進中發(fā)現(xiàn)有人員和障礙物出現(xiàn)在agv小車周圍，agv小車立即停止，待人員或障礙物移除后繼續(xù)規(guī)劃路徑行走8。agv小車在電量不足或無命令時自動返回充電位置進行充電。1.3應(yīng)用效果agv小車在京張高鐵軌枕生產(chǎn)開展示范應(yīng)用，通過現(xiàn)場測試及使用，效果如下：無人叉車搬運勻速穩(wěn)定且能消除人工駕駛安全隱患；無人叉車采用電能源為主動力，能夠減少環(huán)境污染，增加環(huán)境效益；軌枕擺放整齊，擺放位置

6、準確一致，使得雙塊式軌枕受力一致，保證了雙塊式軌枕質(zhì)量。2智能養(yǎng)護技術(shù)研究與應(yīng)用雙塊式軌枕智能養(yǎng)護分兩個階段，第一階段為加快生產(chǎn)節(jié)拍，提前脫模采用的蒸汽養(yǎng)護，第二階段為軌枕脫模后采用的二次養(yǎng)護。2.1蒸汽養(yǎng)護技術(shù)研究與應(yīng)用2.1.1傳統(tǒng)工藝及存在問題雙塊式軌枕養(yǎng)護是決定軌枕預(yù)制施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，軌枕的養(yǎng)護效果直接決定了軌枕的質(zhì)量，所以要嚴格遵守軌枕養(yǎng)護要求。雙塊式軌枕通常采用蒸汽養(yǎng)護的方式9，傳統(tǒng)方法是將澆筑完成的雙塊式軌枕放到養(yǎng)護倉或養(yǎng)護窯內(nèi)，通過人工定時檢測溫度，從而進行軌枕蒸汽養(yǎng)護作業(yè)。但是傳統(tǒng)方法存在養(yǎng)護不到位、升溫速度過快、溫度控制不準確等問題，軌枕蒸汽養(yǎng)護效果較差。2.1.2技術(shù)原理

7、通過對其他行業(yè)的借鑒，發(fā)現(xiàn)箱梁的自動噴淋養(yǎng)護可以實現(xiàn)定時定量自動控制10，保證箱梁表面濕度，可以應(yīng)用到軌枕蒸汽養(yǎng)護當中。雙塊式軌枕養(yǎng)護采用蒸汽鍋爐、蒸汽管道、溫度探針、溫控系統(tǒng)對養(yǎng)護窯內(nèi)溫度進行實時檢測和有效控制，如圖2所示。當養(yǎng)護窯池內(nèi)放置滿模具后，養(yǎng)護窯池門自動關(guān)閉，溫控系統(tǒng)開啟，開始養(yǎng)護的四個階段。整個養(yǎng)護過程通過系統(tǒng)設(shè)定和劃分嚴格遵循靜停、升溫、恒溫、降溫環(huán)節(jié)11，通過控制蒸汽電磁閥比例調(diào)整池內(nèi)溫度。保證混凝土振搗密實之后在5以上的環(huán)境中靜置不少于2h。升溫控制在2h左右，升溫速度不應(yīng)大于10/h且不大于5/20min，恒溫控制在6h左右，枕芯溫度不應(yīng)大于55，養(yǎng)護室溫度控制在3040

8、，降溫控制在2h左右，降溫速度不應(yīng)大于10/h且不大于5/20min。保證脫模時雙塊枕表面與環(huán)境溫差不應(yīng)大于15。圖2蒸汽養(yǎng)護控制系統(tǒng)在對每個養(yǎng)護池的軌枕進行養(yǎng)護完成后，可生成每個養(yǎng)護池的蒸汽養(yǎng)護曲線以及蒸汽養(yǎng)護報表，如圖3、圖4所示，作為蒸汽養(yǎng)護的記錄，供后續(xù)檢查和校核。2.1.3應(yīng)用效果通過現(xiàn)場對雙塊式軌枕智能蒸汽養(yǎng)護技術(shù)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的人工控制蒸養(yǎng)相比，主要有以下優(yōu)點：減少了用水量及養(yǎng)護過程人工投入，消除了人為因素產(chǎn)生的漏養(yǎng)和養(yǎng)護不到位造成的質(zhì)量缺陷等問題，減少了水電資源的浪費；避免人工控制及外界溫度的干擾，提高溫度變化的精度，從傳統(tǒng)4降低至1之內(nèi)；養(yǎng)護各階段劃分清楚，保證養(yǎng)護各階段

9、養(yǎng)護質(zhì)量，合理提升雙塊式軌枕強度，從而保證了雙塊式軌枕養(yǎng)護質(zhì)量。2.2二次養(yǎng)護技術(shù)研究與應(yīng)用2.2.1傳統(tǒng)工藝及存在問題雙塊式軌枕傳統(tǒng)二次養(yǎng)護是將軌枕存放到室外用土工布覆蓋，并用人工灑水的方法進行保濕養(yǎng)護。外界環(huán)境對軌枕二次養(yǎng)護的影響較大，溫度變化較大，極易使得軌枕產(chǎn)生收縮裂紋，不利于軌枕的二次養(yǎng)護，無法保障軌枕的質(zhì)量；另一方面，傳統(tǒng)工藝無法實時監(jiān)測二次養(yǎng)護的溫度、濕度。2.2.2技術(shù)原理結(jié)合相關(guān)標準，混凝土養(yǎng)護應(yīng)進行保溫保濕養(yǎng)護且環(huán)境溫度低于5時禁止灑水養(yǎng)護，通過對不同行業(yè)借鑒發(fā)現(xiàn)蔬菜大棚的霧化加濕可以保證環(huán)境濕度12，可以利用到軌枕二次養(yǎng)護中；另一方面，根據(jù)軌枕蒸汽養(yǎng)護的溫度監(jiān)測系統(tǒng)啟發(fā)，

10、可以利用系統(tǒng)監(jiān)測溫濕度及其變化。控制系統(tǒng)采用溫濕度傳感器實時監(jiān)測環(huán)境溫濕度，并對霧化加濕器進行控制。如監(jiān)測到溫濕度未達到設(shè)定要求，系統(tǒng)發(fā)出命令直接控制超聲波霧化加濕器進行保溫和加濕，形成溫濕度變化曲線。超聲波霧化加濕器將水進行霧化，水霧均勻分布在二次養(yǎng)護區(qū)域各個角落，保證雙塊式軌枕各部位濕度一致，從而保證雙塊式軌枕后期強度。二次養(yǎng)護車間布置如圖5所示。軌枕現(xiàn)場養(yǎng)護如圖6所示，二次養(yǎng)護完成后也生成二次養(yǎng)護記錄，供后續(xù)的查閱和校核。2.2.3應(yīng)用效果軌枕二次養(yǎng)護技術(shù)是利用超聲波霧化加濕器、加濕管道、溫濕傳感器和溫濕控制系統(tǒng)，合理化自動控制緩存車間溫濕度。通過溫濕控制系統(tǒng)通過溫濕傳感器對緩存環(huán)境進行

11、溫濕度檢測，并控制超聲波霧化加濕器對緩存環(huán)境進行保溫保濕養(yǎng)護7。通過現(xiàn)場測試及使用，達到如下效果：二次智能養(yǎng)護減少2名養(yǎng)護人員，節(jié)省了大量人工費用，同時避免了人工灑水養(yǎng)護不均勻、人為因素干擾大等問題；二次智能養(yǎng)護系統(tǒng)的應(yīng)用改變了噴淋養(yǎng)護模式，減少水電資源的浪費，每班可節(jié)省用水20t，經(jīng)濟效益和節(jié)能環(huán)保效益顯著；二次智能養(yǎng)護提高了軌枕后期強度，消除了軌枕表面的收縮裂紋，使得雙塊式軌枕后期強度和外觀質(zhì)量得到很大的提升，保證了雙塊式軌枕質(zhì)量。3結(jié)語本文基于雙塊式軌枕生產(chǎn)過程中的運輸、蒸汽養(yǎng)護和二次養(yǎng)護三個重要生產(chǎn)工序，提出了優(yōu)于傳統(tǒng)工藝的智能化技術(shù)：智能運輸?；赼gv小車進行搬運軌枕的智能系統(tǒng)，遵

12、循信號識別、信號接收、agv小車啟動、定位、行走、搬運的作業(yè)流程，消除安全隱患、減少環(huán)境污染、減少能源消耗，增加了經(jīng)濟效益和社會效益。智能蒸汽養(yǎng)護。整個蒸汽養(yǎng)護過程分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個環(huán)節(jié)，通過蒸汽鍋爐、蒸汽管道、溫度探針、溫控系統(tǒng)對養(yǎng)護窯內(nèi)溫度進行實時檢測和有效控制，節(jié)約水電資源、提升軌枕強度、提高養(yǎng)護質(zhì)量。智能二次養(yǎng)護?；诔暡F化加濕器、加濕管道、溫濕傳感器和溫濕控制系統(tǒng)，通過溫濕傳感器對緩存環(huán)境進行溫濕度檢測，并控制超聲波霧化加濕器對緩存環(huán)境進行保溫保濕養(yǎng)護，經(jīng)濟效益和節(jié)能環(huán)保效益顯著，軌枕強度和質(zhì)量得到顯著提升。智能運輸和養(yǎng)護技術(shù)的研究響應(yīng)著中國鐵路制造業(yè)向著智能化、自動

13、化發(fā)展，符合“精品工程、智能京張”的建設(shè)理念，具有良好的推廣應(yīng)用前景。同時，為進一步推廣和發(fā)展鐵路工程的信息化提供了重要保障。參考文獻：1王明慧，王劍，孟慶斌，等.高速鐵路雙塊式軌枕智能制造技術(shù)j.鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2022（4）：101-106.2馬永磊，霍春陽，陳進杰，等.雙塊式無砟軌道軌枕與道床交界面損傷特性分析j.中國鐵路，2022（1）：32-39.3宋巖.預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫的成因及防治j.今日科苑，2022（8）：176.4李俊紅，徐明星.crts雙塊式無砟軌道智能化建造設(shè)備研究j.智能城市，2022，6（8）：170-171.5張民栓，田永濤，于善毅，等.雙塊式軌枕自動化智能化預(yù)制技術(shù)研究z.2022-10-23.6凌烈鵬，薛峰，王亮明，等.雙塊式軌枕外形質(zhì)量快速檢測系統(tǒng)研制及應(yīng)用j.鐵道建筑，2022，60（4）：46-50.7金鑫.agv小車的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用趨勢j.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報，2022，20（1）：10-13.8雷丹.智能agv避障小車j.機械工程與自動化，2022（2）：146-147.9肖元平.高速鐵路雙塊式軌枕蒸汽養(yǎng)護工藝探討j.應(yīng)用能源技術(shù)，2022（6）：4-6.10程洋.自動噴淋養(yǎng)護技術(shù)在箱梁預(yù)制中的應(yīng)用j.城市住宅，2022，27（12）：203-204.11崔長庚.雙塊式軌枕蒸汽養(yǎng)護技術(shù)j.國防交通工程與技術(shù)，2022，10（sup