雙塊式軌枕智能運輸與養護技術研究

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摘要：高速鐵路無砟軌道雙塊式軌枕預制生產技術正逐步向著自動化、智能化的方向發展，軌枕的運輸和養護作為軌枕預生產過程中的關鍵環節，傳統的技術問題頗多，逐漸不能匹配軌枕生產智能化的理念。提出了雙塊式軌枕智能運輸與養護技術，全面取代傳統人工作業方式，通過試點應用，在軌枕生產過程中能夠提高勞動生產率、加快建設速度、降低工程成本、提高工程質量，可為后續軌枕運輸與養護技術的研究提供理論和技術參考，同時也反映出雙塊式軌枕的生產只有向著工廠化、施工機械化和智能化的方向發展，才能高質量、高效率。

關鍵詞：高速鐵路；運輸和養護技術；智能化；雙塊式軌枕

隨著互聯網技術、信息技術的迅速發展，全球眾多優秀制造企業相繼建設智能工廠，促使工廠智能化成為可能[1]。2017年，中國正式啟動智能京張、智能京雄等重大工程建設，并提出建設智能高鐵的發展目標。鐵路制造業相繼開始自動化、智能化的偉大實踐，面臨著機遇與挑戰。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]。軌枕運輸及養護是其生產的重要環節，傳統的軌枕運輸及養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]，同時易造成環境污染，嚴重影響軌枕的質量。針對以上傳統方式存在的問題，通過對比和借鑒其他行業技術，本文提出了軌枕生產過程中運輸和養護的智能化技術，推進雙塊式軌枕高品質、高質量生產，同時也預示著智能化、信息化、自動化是雙塊式軌枕運輸及養護技術發展的必然趨勢[4-5]。

1智能運輸技術研究與應用

1.1傳統工藝及存在問題

雙塊式軌枕脫模后需將其送至二次養護間繼續保溫、保濕養護，運送過程中需借助一些機械設備用于軌枕的運輸與碼放。傳統作業主要采用叉車將軌枕運送至養護區域并將其碼放整齊。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量和后期布設安裝[6]。另外，叉車需要使用柴油驅動，產生的廢氣和噪音都會造成環境污染。

1.2AGV小車工作原理

針對傳統工藝及存在的問題，結合無人駕駛和自動搬運技術，設計以AGV小車進行搬運軌枕的智能系統[7]，可以保證軌枕擺放整齊、控制系統增加安全防護系統，保證運送過程安全平穩、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小車系統由計算機、電控設備、磁氣感應傳感器、激光反射板等控制，當生產好的雙塊式軌枕脫模后需要運輸到養護區域進行養護時，AGV小車通過布設在車間內的傳感器接受到命令。以生產車間為基礎建立運輸網，通過預設在車間內反光柱定位到AGV小車當前位置，系統內自動規劃路線。AGV小車起動按照規劃路徑行走，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小車按照規劃路徑行走。當AGV小車行走至碼垛區前停止，對碼垛區雙塊式軌枕確認后，緩慢將一組雙塊式軌枕叉起一定高度，然后根據系統內自動規劃路徑將雙塊式軌枕運至二次養護區域，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，如在行進中發現有人員和障礙物出現在AGV小車周圍，AGV小車立即停止，待人員或障礙物移除后繼續規劃路徑行走[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應用效果AGV小車在京張高鐵軌枕生產開展示范應用，通過現場測試及使用，效果如下：①無人叉車搬運勻速穩定且能消除人工駕駛安全隱患；②無人叉車采用電能源為主動力，能夠減少環境污染，增加環境效益；③軌枕擺放整齊，擺放位置準確一致，使得雙塊式軌枕受力一致，保證了雙塊式軌枕質量。

2智能養護技術研究與應用

雙塊式軌枕智能養護分兩個階段，第一階段為加快生產節拍，提前脫模采用的蒸汽養護，第二階段為軌枕脫模后采用的二次養護。

2.1蒸汽養護技術研究與應用

2.1.1傳統工藝及存在問題雙塊式軌枕養護是決定軌枕預制施工的關鍵環節，軌枕的養護效果直接決定了軌枕的質量，所以要嚴格遵守軌枕養護要求。雙塊式軌枕通常采用蒸汽養護的方式[9]，傳統方法是將澆筑完成的雙塊式軌枕放到養護倉或養護窯內，通過人工定時檢測溫度，從而進行軌枕蒸汽養護作業。但是傳統方法存在養護不到位、升溫速度過快、溫度控制不準確等問題，軌枕蒸汽養護效果較差。2.1.2技術原理通過對其他行業的借鑒，發現箱梁的自動噴淋養護可以實現定時定量自動控制[10]，保證箱梁表面濕度，可以應用到軌枕蒸汽養護當中。雙塊式軌枕養護采用蒸汽鍋爐、蒸汽管道、溫度探針、溫控系統對養護窯內溫度進行實時檢測和有效控制，如圖2所示。當養護窯池內放置滿模具后，養護窯池門自動關閉，溫控系統開啟，開始養護的四個階段。整個養護過程通過系統設定和劃分嚴格遵循靜停、升溫、恒溫、降溫環節[11]，通過控制蒸汽電磁閥比例調整池內溫度。保證混凝土振搗密實之后在5℃以上的環境中靜置不少于2h。升溫控制在2h左右，升溫速度不應大于10℃/h且不大于5℃/20min，恒溫控制在6h左右，枕芯溫度不應大于55℃，養護室溫度控制在30～40℃，降溫控制在2h左右，降溫速度不應大于10℃/h且不大于5℃/20min。保證脫模時雙塊枕表面與環境溫差不應大于15℃。圖2蒸汽養護控制系統在對每個養護池的軌枕進行養護完成后，可生成每個養護池的蒸汽養護曲線以及蒸汽養護報表，如圖3、圖4所示，作為蒸汽養護的記錄，供后續檢查和校核。2.1.3應用效果通過現場對雙塊式軌枕智能蒸汽養護技術的應用發現，與傳統的人工控制蒸養相比，主要有以下優點：①減少了用水量及養護過程人工投入，消除了人為因素產生的漏養和養護不到位造成的質量缺陷等問題，減少了水電資源的浪費；②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4℃降低至1℃之內；③養護各階段劃分清楚，保證養護各階段養護質量，合理提升雙塊式軌枕強度，從而保證了雙塊式軌枕養護質量。

2.2二次養護技術研究與應用

2.2.1傳統工藝及存在問題雙塊式軌枕傳統二次養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護。外界環境對軌枕二次養護的影響較大，溫度變化較大，極易使得軌枕產生收縮裂紋，不利于軌枕的二次養護，無法保障軌枕的質量；另一方面，傳統工藝無法實時監測二次養護的溫度、濕度。2.2.2技術原理結合相關標準，混凝土養護應進行保溫保濕養護且環境溫度低于5℃時禁止灑水養護，通過對不同行業借鑒發現蔬菜大棚的霧化加濕可以保證環境濕度[12]，可以利用到軌枕二次養護中；另一方面，根據軌枕蒸汽養護的溫度監測系統啟發，可以利用系統監測溫濕度及其變化?？刂葡到y采用溫濕度傳感器實時監測環境溫濕度，并對霧化加濕器進行控制。如監測到溫濕度未達到設定要求，系統發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護區域各個角落，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。二次養護車間布置如圖5所示。軌枕現場養護如圖6所示，二次養護完成后也生成二次養護記錄，供后續的查閱和校核。2.2.3應用效果軌枕二次養護技術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，合理化自動控制緩存車間溫濕度。通過溫濕控制系統通過溫濕傳感器對緩存環境進行溫濕度檢測，并控制超聲波霧化加濕器對緩存環境進行保溫保濕養護[7]。通過現場測試及使用，達到如下效果：①二次智能養護減少2名養護人員，節省了大量人工費用，同時避免了人工灑水養護不均勻、人為因素干擾大等問題；②二次智能養護系統的應用改變了噴淋養護模式，減少水電資源的浪費，每班可節省用水20t，經濟效益和節能環保效益顯著；③二次智能養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量得到很大的提升，保證了雙塊式軌枕質量。

3結語

本文基于雙塊式軌枕生產過程中的運輸、蒸汽養護和二次養護三個重要生產工序，提出了優于傳統工藝的智能化技術：①智能運輸。基于AGV小車進行搬運軌枕的智能系統，遵循信號識別、信號接收、AGV小車啟動、定位、行走、搬運的作業流程，消除安全隱患、減少環境污染、減少能源消耗，增加了經濟效益和社會效益。②智能蒸汽養護。整個蒸汽養護過程分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個環節，通過蒸汽鍋爐、蒸汽管道、溫度探針、溫控系統對養護窯內溫度進行實時檢測和有效控制，節約水電資源、提升軌枕強度、提高養護質量。③智能二次養護?；诔暡F化加濕器、加濕管道、溫濕傳感器和溫濕控制系統，通過溫濕傳感器對緩存環境進行溫濕度檢測，并控制超聲波霧化加濕器對緩存環境進行保溫保濕養護，經濟效益和節能環保效益顯著，軌枕強度和質量得到顯著提升。智能運輸和養護技術的研究響應著中國鐵路制造業向著智能化、自動化發展，符合“精品工程、智能京張”的建設理念，具有良好的推廣應用前景。同時，為進一步推廣和發展鐵路工程的信息化提供了重要保障。

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作者：馮棟梁 單位：中鐵三局集團有限公司