CA砂漿干粉料生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的研究

葉昌林

(中鐵八局集團 第四工程有限公司，成都 610081)

CRTSⅠ型板式無砟軌道技術(shù)，需用一種特殊的乳化瀝青水泥砂漿(以下簡稱CA砂漿)灌漿注滿預(yù)制軌道板與基礎(chǔ)之間4～10 cm的中空層，將列車荷載較均勻地傳遞給混凝土基礎(chǔ)，以達到列車平穩(wěn)、舒適運行的目的。所需專用CA砂漿墊層主要由CA砂漿干粉料、乳化瀝青、添加劑等加水攪拌而成。CA砂漿干粉料是CA砂漿的重要成份，加之我國鐵路大規(guī)模建設(shè)的需求量，有必要對其機械化生產(chǎn)工藝和設(shè)備控制等過程進行專題研究，以確保產(chǎn)品質(zhì)量能全面滿足工程施工的需要。

1 生產(chǎn)工藝及設(shè)備

1.1 生產(chǎn)工藝

根據(jù)生產(chǎn)實際需要，CA砂漿干粉料的生產(chǎn)工藝一般為:原材料預(yù)處理→上料儲存→配料計量→攪拌混合→包裝運輸。原材料處理包括砂的烘干至篩分。處理好的原材料放入儲存?zhèn)}進行儲備。上料時，粉料由散裝運輸車通過氣泵輸送，砂通過提升機提升，添加劑采用人工投料并預(yù)均化。生產(chǎn)時，物料計量輸送至螺旋輸送機配料計量，計量好的物料按一定的順序投入攪拌主機中進行攪拌混合?；旌暇鶆蚝?，卸入成品斗中計量，打包出料。

1.2 CA砂漿專用干粉生產(chǎn)線的核心功能

1)按照生產(chǎn)工藝流程，CA砂漿專用干粉生產(chǎn)線(以下簡稱生產(chǎn)線，見圖1)主要由冷料上料系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、熱料上料系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、原料儲存系統(tǒng)、原料計量系統(tǒng)、外加系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)等部分組成，采用國內(nèi)產(chǎn)品。生產(chǎn)周期預(yù)設(shè)4 min，每批次1 200 kg，每小時產(chǎn)量18 t。

2)原料烘干輸送篩分料除塵系統(tǒng)。主要有輸送帶、提升機、烘干機、除塵機、篩分等設(shè)備。

3)計量系統(tǒng)。分為膠集料累加和添加劑計量系統(tǒng)，主要有計量斗、傳感器、計算機等設(shè)備。

4)攪拌系統(tǒng)。主要有攪拌機、除塵、成品儲倉等設(shè)備。攪拌主機設(shè)計采用歐洲最先進、最成熟的犁刀式攪拌機的攪拌機理及其核心技術(shù)。攪拌主機的混合精度高，各種物料的和易性及均勻度好，混合時不產(chǎn)生離析，攪拌的混合比可達1∶10 000，能夠最大程度地滿足施工要求。

5)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用雙計算機同步控制系統(tǒng)，主要硬件設(shè)計由兩臺ADLINK工業(yè)級計算機、高性能的可編程控制器(PLC)、高速高精度的稱重單元和 國 際 著 名 低 壓 電 器 (Schneider、ABB、Omron、MITSUBISHI)組成。其中，一臺為主控機，另一臺為監(jiān)控機。在生產(chǎn)過程中，主控機出現(xiàn)故障時，在不需要任何人工干預(yù)的情況下，監(jiān)控機可自動轉(zhuǎn)換成主控機，承擔控制和管理任務(wù)，從而保證系統(tǒng)持續(xù)生產(chǎn)，將因計算機故障的停機率降到最低，確保產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。

1.3 生產(chǎn)線的安裝和調(diào)試

1.3.1 生產(chǎn)線的安裝

1)進行生產(chǎn)線整體平面規(guī)劃，原則上做到布局合理，滿足各個工序生產(chǎn)功能的需要，同時考慮產(chǎn)品運輸、裝卸、儲存能力以及環(huán)境保護。

2)根據(jù)主設(shè)備安裝要求，基礎(chǔ)要求規(guī)范、牢固，避免設(shè)備在運行時對產(chǎn)品質(zhì)量和計量造成影響。

3)設(shè)備的吊裝要按照作業(yè)規(guī)范安全地進行。

4)各種材料輸送管道焊接按照國家技術(shù)規(guī)范進行驗收，安裝必須固定、可靠，確保良好運行，避免安全隱患。特別需要注意的是:現(xiàn)場焊接工作前，應(yīng)該先把傳感器拆下，等焊接完成后，再將傳感器重新安裝上;如無條件拆下傳感器，焊接前，在傳感器附近做好傳感器的跨接短路保護，并盡量縮短地線和焊槍的距離，以避免焊接電流燒壞傳感器。

圖1 CA砂漿干粉料生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備配置

1.3.2 生產(chǎn)線的調(diào)試

1)做好調(diào)試前的準備工作:① 依照設(shè)計圖紙檢查線路的連接情況，確保無錯接、漏接和松動等現(xiàn)象。新機臺在通電生產(chǎn)一段時間后，必須再次將接線端子進行擰緊處理。② 在接通電源前，必須保證所有的空氣開關(guān)處于斷開狀態(tài)，轉(zhuǎn)換開關(guān)處于停止狀態(tài)。

2)控制電源調(diào)試如下:① 通電前，必須確保緊急停止開關(guān)的可靠性。② 在進行控制電源調(diào)試前，應(yīng)逐級檢查各隔離變壓器初級、次級繞組接線是否正確，開關(guān)電源各輸入電壓擋位是否在正確位置。

3)主機調(diào)試內(nèi)容有:① 單獨合上主機空氣開關(guān)，然后，觀察主機軸的轉(zhuǎn)動方向。② 若主機轉(zhuǎn)動方向不對，應(yīng)斷開總電源開關(guān)，將主機兩根電源線對調(diào)，再合閘重試。

4)卸料門開關(guān)調(diào)試:調(diào)整好卸料門開、關(guān)的檢測位置，操作計算機界面上開關(guān)(卸料)門按鈕，檢查開關(guān)門顯示與實際開、關(guān)門位置是否相符。同時，觀察半開門檢測開關(guān)和清掃位的輸入信號是否正常。

5)氣閥調(diào)試內(nèi)容有:① 啟動空壓機，把氣動三聯(lián)件的氣壓調(diào)到0.6～0.8 MPa，達到壓力后，打開總氣閥。② 檢查各氣動機構(gòu)是否處于關(guān)閉狀態(tài)，若處于開啟狀態(tài)，應(yīng)先關(guān)閉總氣閥，等氣壓下降后，再對調(diào)氣缸進氣口與出氣口的管路。③ 打開總氣閥，在計算機上分別點擊手動按鈕操作各氣閥，觀察是否與相應(yīng)倉的位置相符，倉門開關(guān)是否靈活;對于開、關(guān)門檢測的開關(guān)，應(yīng)等氣缸完全打開或關(guān)閉時，再調(diào)整氣缸檢測信號的位置。

6)待各部分都調(diào)整正常后，空機運轉(zhuǎn)數(shù)小時，并隨時觀察各部件的運轉(zhuǎn)情況，以及各電機的電流值，將整機調(diào)整到最佳運行狀態(tài)。

7)試生產(chǎn)時，按主機最大容量的一半進行生產(chǎn)，并再次適當調(diào)整各開關(guān)門檢測開關(guān)的位置。待試生產(chǎn)完全正常后，方可進入滿負荷的自動生產(chǎn)狀態(tài)。

2 工藝及設(shè)備的改進和完善

由于生產(chǎn)線在哈大高速鐵路建設(shè)中屬首次應(yīng)用，其生產(chǎn)工藝和設(shè)備當然也存在一些不完善之處，在生產(chǎn)實際中，對其生產(chǎn)工藝和設(shè)備進行分析研究后進行了以下幾方面改進和完善。

2.1 水泥庫存量的工藝檢算

生產(chǎn)線設(shè)計配置一個100 t的水泥倉。該設(shè)計有兩點不足:①當水泥倉的下料螺旋輸送機一旦出現(xiàn)任何故障，生產(chǎn)只能全線停機，無法進行正常生產(chǎn);②如果按日產(chǎn)200 t的正常生產(chǎn)任務(wù)進行設(shè)計，水泥的日用量為66 t，其庫存供應(yīng)周期還不足2 d，存在水泥供應(yīng)不能滿足生產(chǎn)的隱患，可能出現(xiàn)停機待料的現(xiàn)象。為此，自行設(shè)計加裝了一個100 t的備用水泥倉和計量控制系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)線生產(chǎn)保障能力。

2.2 外加劑的配料方式

生產(chǎn)線初始設(shè)計的外加劑加料方式為:袋裝CSA膨脹劑采用人工加料到中間儲存?zhèn)}，然后由調(diào)速螺旋計量后進入攪拌主機，在中間儲料倉上設(shè)計了大功率的收塵裝置;鋁粉計量后投料進入攪拌主機。該設(shè)計存在的問題有:①由于鋁粉用量極少，再加上其密度小、顆粒細、易漂浮的特點，很不容易實現(xiàn)在攪拌機內(nèi)均勻混合，造成攪拌主機攪拌時間過長，降低生產(chǎn)效率;②由于CSA膨脹劑中間儲料倉上大功率的收塵裝置會抽走CSA膨脹劑中部分細料成份，影響膨脹劑的使用性能。經(jīng)技術(shù)人員的仔細研究和不斷試驗，采取了在CSA膨脹劑中間儲存?zhèn)}前加設(shè)一個外加劑預(yù)混機，袋裝CSA膨脹劑和人工稱量的鋁粉同時投入到預(yù)混機進行預(yù)攪拌，然后由調(diào)速螺旋計量后進入攪拌主機，并同時取消原大功率除塵設(shè)備，另根據(jù)實際需要設(shè)計一個簡易布袋除塵裝置。這樣，既減輕了攪拌主機的攪拌負荷，提高了生產(chǎn)效率和攪拌均勻度，同時，又保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，利于環(huán)境保護。

2.3 砂和水泥的預(yù)篩分

由于CA砂漿干粉原材料使用的是未篩分的河砂，里面免不了含有少量草根、粒徑10 mm以上的卵石等雜質(zhì)，而該生產(chǎn)線只在砂的進料斗處設(shè)有100 mm的初濾網(wǎng)，經(jīng)過皮帶機、提升機進入烘干機干燥，干燥后的砂又經(jīng)提升機進入概率振動篩，這樣，由于有少量卵石進入概率振動篩，大大地降低了其篩分效率，增加了概率篩分裝置的故障率。為此，在烘干機出料口至干砂提升機之間的卸料槽上增設(shè)了一個鋼筋過濾裝置，預(yù)先對進入概率篩分裝置的砂進行了預(yù)篩分，經(jīng)過改進后，既提高了概率振動篩的篩分效率，又降低了其故障率。根據(jù)此原理，在水泥儲存?zhèn)}也加設(shè)了一個過濾裝置，將水泥可能出現(xiàn)的雜質(zhì)進行了預(yù)選，保障了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 生產(chǎn)質(zhì)量控制研究

應(yīng)確保CA砂漿產(chǎn)品質(zhì)量符合高鐵CA砂漿相關(guān)技術(shù)條件和工程應(yīng)用的要求，生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量控制主要包括水泥、砂、外加劑等原材料的質(zhì)量控制，烘干系統(tǒng)的烘干質(zhì)量控制，砂的篩分質(zhì)量控制，計量系統(tǒng)的計量精度控制等。主要從以下幾個方面對其進行了分析和研究。

3.1 烘干系統(tǒng)的質(zhì)量控制

烘干系統(tǒng)的質(zhì)量控制主要從兩個方面進行研究:一是除了加強進場原料砂的質(zhì)量控制外，在條件允許時，利用太陽輻射熱對原砂進行自然烘干，或者增設(shè)庫房，對砂進行存放，以便去除部分水分。二是選擇性能良好和可調(diào)范圍較寬的燃燒器，提高烘干系統(tǒng)的可控度，以提高烘干的質(zhì)量和烘干效率。生產(chǎn)線更換了一個可以任意調(diào)節(jié)火力的ECG160M比例調(diào)節(jié)式燃燒器，可以根據(jù)原材料的實際情況，進行火力大小的調(diào)節(jié)，既保證了烘干質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)效率。

3.2 砂的篩分質(zhì)量控制

生產(chǎn)線的篩分設(shè)備采用的是概率振動篩，其篩網(wǎng)孔徑分別為1.18 mm，0.60 mm，0.30 mm和0.15 mm四種。由于在選擇原料砂的顆粒分布時，主要考慮0.60 mm，0.30 mm兩種粒徑的含量要占80%以上，最后選用的砂中含這兩種臨界粒徑的砂含量相對集中，造成0.60 mm，0.30 mm的篩網(wǎng)堵孔率較大，影響砂的篩分質(zhì)量和篩分效率。采取的措施有:①加大對振動篩分料口的檢查，避免局部堵塞，影響分料裝置的分散性能;②加大對振動篩網(wǎng)的清孔頻率，在每班生產(chǎn)前，必須對振動篩網(wǎng)進行清孔，以提高篩分質(zhì)量和篩分效率;③將1.18 mm以下的篩網(wǎng)由一層改為上下兩層，上層為原孔徑篩網(wǎng)，下層為大一個規(guī)格的篩網(wǎng)，這樣，大大加強了篩網(wǎng)的強度，使篩網(wǎng)更加經(jīng)久耐用，減少了檢修更換時間，降低了成本。

3.3 計量精度的控制

生產(chǎn)線的計量控制系統(tǒng)采用雙機同步控制系統(tǒng)，主要硬件由兩臺ADLINK工控計算機、高性能長壽命的 MITSUBISHI PLC、MITSUBISHI AD 模塊:500 μs高速轉(zhuǎn)換，1/20 000高分辨率、高速高精度的稱重單元和國 際 著 名 低 壓 電 器 (Schneider、ABB、Omron、MITSUBISHI)組成(如圖2所示)。

圖2 FBZ1200型生產(chǎn)線的計量控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用專業(yè)的控制軟件實現(xiàn)干混砂漿生產(chǎn)的自動化控制，具有全立體界面動畫模擬生產(chǎn)工況和全方位在線實時檢測設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)，并進行安全聯(lián)鎖管制。若出現(xiàn)異常工況，可準確提示設(shè)備故障點并提醒工作人員進行定位查看與檢修，實現(xiàn)準確的故障定位并排除故障。

在對FBZ1200型生產(chǎn)線的計量控制系統(tǒng)進行全面分析和研究的基礎(chǔ)上，主要采取以下措施來提高系統(tǒng)的計量精度:①通過調(diào)整慢速配料值和慢速配料速度來提高計量精度，一般為目標值的50%。②粉料計量斗檢查排氣通道是否保持通暢，除塵管路堵塞，會使電子秤的讀數(shù)變化;蝶閥與主機的軟連接不宜太硬，過硬的軟連接約束了秤體的靈活性，會導致零點漂移與秤間距的偏差。③檢查粉料秤卸料口的軟件連接，檢查是否有粉料凝固塊，如秤體被托起，將會影響精度。

4 有待進一步研究的問題

4.1 烘干系統(tǒng)的節(jié)能問題

烘干過程的熱損耗是不容忽視的，一是熱耗通過收塵器排風機直接排入空氣中，二是通過烘干機筒體散發(fā)掉，三是通過未完全冷卻的干砂帶入儲砂倉，經(jīng)測量，其帶走的熱量占熱損耗的60%以上。因此，擬研究用尾氣余熱對砂進行預(yù)熱，以提高烘干系統(tǒng)的熱效率，從而進一步實現(xiàn)節(jié)能降耗。

4.2 篩分系統(tǒng)的篩分質(zhì)量和效率問題

現(xiàn)在使用的概率振動篩篩砂的方法，由于未徹底解決篩網(wǎng)的堵孔問題，砂的篩分質(zhì)量和篩分效率會受到一定的影響，需要進一步對篩分系統(tǒng)進行深入研究。目前，主要考慮從調(diào)整振動器的激振力、振動篩網(wǎng)的傾斜角度及提高有效過濾面積等幾個方面開展研究。

5 結(jié)語

通過對CA砂漿干粉料機械化生產(chǎn)工藝和設(shè)備控制等過程進行的專題研究，其成果在哈大高速鐵路得到應(yīng)用，CA砂漿干粉料與乳化瀝青等材料配合良好，材料性能滿足國家高速鐵路施工技術(shù)規(guī)范條件，完全符合工程方的施工要求，同時也得到了業(yè)主、監(jiān)理和設(shè)計院的一致認可。

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