一種組合可移動(dòng)式鐵路廢舊軌枕智能化 收集破碎處置一體化裝備研究

牙馬忠

（中鐵物總資源科技有限公司，合肥 230088）

軌枕[1-3]是支撐鋼軌、保持軌距并將鋼軌承受載荷傳遞到道床上的重要載體，是鐵路的重要組成部分。按使用要求不同，它主要有普通軌枕、橋梁軌枕和道岔軌枕；按其材質(zhì)分類，主要有木枕、水泥軌枕、鋼枕以及塑料枕（目前國(guó)內(nèi)使用尚少）等。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開始普遍使用水泥軌枕鋪設(shè)鐵路，現(xiàn)水泥軌枕鋪設(shè)的鐵路里程已達(dá)10萬多千米，在用水泥軌枕超過1.6億根，水泥軌枕設(shè)計(jì)使用壽命25年。2020年起，每年有不少于120萬根水泥軌枕需要更換處置。水泥軌枕形狀和鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)，分別如圖1和圖2所示。

圖1 水泥軌枕形狀

圖2 水泥軌枕鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

更換淘汰后的軌枕堆放在鐵路線路兩側(cè)，天窗點(diǎn)采用人工收集，效率低、成本高、安全壓力大，且收集后不及時(shí)破碎處置存在占用大量的土地資源、造成環(huán)境污染等問題。本文設(shè)計(jì)了一種組合可移動(dòng)式鐵路廢舊軌枕智能化收集破碎處置一體化裝備，對(duì)廢舊水泥軌枕進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、抓取收集、破碎處置以及資源化再利用等，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

1 裝備設(shè)計(jì)

1.1 水泥軌枕結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能參數(shù)

水泥軌枕的主要特點(diǎn)為蒸汽脫模一次成型，外觀光滑，強(qiáng)度高，硬度大，規(guī)格統(tǒng)一，彈性均勻，絕緣性好，穩(wěn)定性高，不受天氣溫度影響，壽命長(zhǎng)。此外，鋪設(shè)水泥軌枕的軌道穩(wěn)定性高，能滿足高速、大運(yùn)量等要求[4]。

水泥軌枕多為C58-C60高強(qiáng)混凝土。軌枕中設(shè)有直徑6 mm鋼筋骨架和M24高強(qiáng)度螺栓。軌枕的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于普通建筑混凝土強(qiáng)度。另外，軌枕的矩形截面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)異于塊狀建筑混凝土和建筑固廢。普通破碎設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)一次破碎回收利用，必須進(jìn)行二次破碎，且破碎后的骨料需進(jìn)行多次分選。

常用水泥軌枕性能參數(shù)，如表1[5]所示。

表1 新Ⅱ型、Ⅲa型、Ⅲb型軌枕主要性能參數(shù)

1.2 裝備概念設(shè)計(jì)

1.2.1 工藝流程設(shè)計(jì)思路

水泥軌枕強(qiáng)度大，與建筑混凝土的破碎、篩分、回收處置有一定的差異。水泥軌枕收集裝置采用的是可移動(dòng)式廢舊軌枕自動(dòng)識(shí)別、智能抓取設(shè)備。破碎設(shè)備的設(shè)計(jì)思路為“先破后碎，分級(jí)破碎”。一級(jí)破碎采用顎式破碎機(jī)，二級(jí)破碎為已分解混凝土段的破碎。選擇反擊破碎機(jī)，二級(jí)破碎后設(shè)置磁性分選和震動(dòng)篩分，磁性分選選擇常用除鐵器。篩分設(shè)備選擇多層震動(dòng)篩，震動(dòng)和篩分過程中選用可移動(dòng)式除塵設(shè)備。整個(gè)設(shè)備設(shè)置控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信號(hào)控制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)報(bào)廢軌枕收集、處置一體化全過程管理。裝備設(shè)計(jì)工藝流程圖如圖3所示。

圖3 裝備設(shè)計(jì)工藝流程圖

1.2.2 裝備主要組成

一種組合可移動(dòng)式鐵路廢舊軌枕智能化收集破碎處置一體化裝備，按工藝流程包括機(jī)械取料系統(tǒng)、機(jī)械喂料系統(tǒng)、一級(jí)破碎系統(tǒng)、光電識(shí)別一、送料裝置一級(jí)和二級(jí)破碎系統(tǒng)、送料裝置二、光電識(shí)別二、二級(jí)除鐵系統(tǒng)、第二篩分系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)一、輸送裝置、環(huán)保系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輸送裝置一、輸送裝置二、輸送裝置三和一級(jí)除鐵系統(tǒng)共17個(gè)部分，如圖4所示。

圖4 設(shè)備整體平面布置概念設(shè)計(jì)圖

機(jī)械取料系統(tǒng)在車體的尾部設(shè)有固定軌道，沿車體外延設(shè)有完全伸縮式滑動(dòng)軌道。機(jī)械喂料系統(tǒng)位于機(jī)械取料系統(tǒng)的側(cè)方，用于為長(zhǎng)度單方向軌枕進(jìn)料。喂料口位于一級(jí)破碎系統(tǒng)進(jìn)口處，以傾斜供料。送料裝置一的一端連接一級(jí)破碎系統(tǒng)出料口，另一端連接二級(jí)破碎系統(tǒng)和一級(jí)除鐵系統(tǒng)的進(jìn)料口。光電識(shí)別一設(shè)置于送料裝置一的上方。二級(jí)破碎系統(tǒng)的下方設(shè)置送料裝置二和光電識(shí)別二，光電識(shí)別二的出料口與篩分系統(tǒng)二相連接。送料裝置二出料口連接篩分系統(tǒng)一，篩分系統(tǒng)一下方出料口設(shè)置輸送裝置一、輸送裝置二和輸送裝置三。篩分系統(tǒng)上方設(shè)有返料口，用以連接二級(jí)破碎系統(tǒng)的進(jìn)料口。

裝備可以是整體的一個(gè)車體，也可以是由兩個(gè)車體組合而成的車體。移動(dòng)方式可以是輪胎式、履帶式、軌行式或其他方式。

2 裝備工作流程

現(xiàn)場(chǎng)采用液壓調(diào)平系統(tǒng)定位安裝整體設(shè)備。機(jī)械取料系統(tǒng)開始工作，機(jī)器人沿固定導(dǎo)軌、滑動(dòng)導(dǎo)軌360°方向上定向抓取軌枕，放置于機(jī)械喂料系統(tǒng)的喂料槽中，傳輸進(jìn)入一級(jí)破碎系統(tǒng)。經(jīng)過一級(jí)破碎后的骨料進(jìn)入輸送裝置一中，光電識(shí)別一識(shí)別鐵磁性物質(zhì)并輸送至一級(jí)除鐵系統(tǒng)，再經(jīng)過二級(jí)除鐵系統(tǒng)后進(jìn)入篩分系統(tǒng)二。另一部分一級(jí)破碎的混凝土骨料經(jīng)過輸送裝置提升至二級(jí)破碎裝置的進(jìn)料口，破碎后的混凝土依次進(jìn)入輸送裝置二和篩分系統(tǒng)一，篩分后符合要求的骨料依次經(jīng)過輸送裝置一、輸送裝置二、輸送裝置三完成混凝土骨料篩分。不符合要求的混凝土返至二級(jí)破碎繼續(xù)破碎，直至符合粒徑要求。另一部分破碎后的混凝土和金屬結(jié)合物進(jìn)入二級(jí)除鐵系統(tǒng)中，和一級(jí)除鐵系統(tǒng)的產(chǎn)出物一起進(jìn)入篩分系統(tǒng)二中，篩分出混凝土、鋼筋和螺栓。

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

一種組合可移動(dòng)式鐵路廢舊軌枕智能化收集破碎處置一體化裝備，解決了軌道交通領(lǐng)域軌枕破碎散亂、效率低下以及作業(yè)環(huán)境惡劣等關(guān)鍵性問題。本裝備首創(chuàng)了鐵路物資領(lǐng)域回收處置新工藝，實(shí)現(xiàn)了鐵路廢舊軌枕破碎、篩分處置一體化，在鐵路廢舊物資回收處置技術(shù)方面取得了突破，解決了軌道交通領(lǐng)域廢舊軌枕沿線廢棄難以處置的難題。依托廢舊軌枕破碎處置新工藝，創(chuàng)新性研發(fā)了多角度、大范圍、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的機(jī)械取料系統(tǒng)，并結(jié)合水泥軌枕物料特性，設(shè)計(jì)二級(jí)破碎系統(tǒng)和二級(jí)分選系統(tǒng)，形成了一體化集成式裝備技術(shù)體系。該裝置不僅適用于水泥軌枕破碎處置領(lǐng)域的應(yīng)用，也在特殊物料破碎處置領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

依托中鐵物總資源科技有限公司鐵路廢舊水泥軌枕破碎處置專業(yè)設(shè)備研制項(xiàng)目，通過市場(chǎng)調(diào)研，系統(tǒng)研究了鐵路廢舊軌枕收集、破碎、處置智能一體化工藝方法，開展組合可移動(dòng)式鐵路廢舊軌枕智能化收集破碎處置一體化裝備概念設(shè)計(jì)研究，解決了鐵路廢舊水泥軌枕收集處置的難題。該裝備及處置工藝在國(guó)內(nèi)鐵路系統(tǒng)中首次應(yīng)用，適用于處置各類廢舊水泥軌枕，具有良好的市場(chǎng)價(jià)值和推廣應(yīng)用前景。