智能化流水作業(yè)法SK-2型雙塊式軌枕預制關鍵成套裝備研究

高 貴

(武九鐵路客運專線湖北有限責任公司,湖北 武漢 430000)

隨著中國制造2025計劃的推出，智能、智慧及綠色鐵路成為鐵路建設的重點方向，對施工質量的過程監(jiān)控和勞動力投入提出了更高的要求。傳統(tǒng)軌枕生產設備[1]多為人工操作或簡單的電氣控制，運行中的工藝參數(shù)調整大多憑經驗,管理水平低，軌枕智能化成套裝備研究勢必成為發(fā)展趨勢。

雙塊式軌枕智能化關鍵成套裝備研發(fā)目標是實現(xiàn)軌枕預制全過程的自動化控制和現(xiàn)代化管理。針對自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及軌枕預制的現(xiàn)狀,將生產線設備自動化、智能化作為研發(fā)的重點，實現(xiàn)模具清潔、噴涂脫模、套管螺旋筋安裝、鋼筋桁架安裝、精準布料、模具出入窯、脫模及碼垛自動化，軌枕緩存養(yǎng)護、紅外線檢測等功能智能化。

1 模具自動清潔吸廢系統(tǒng)

軌枕模具自動化清潔吸廢系統(tǒng)包括清模設備系統(tǒng)和吸塵系統(tǒng)兩部分。設備組件包括：工業(yè)吸塵機單元總成、機架、滑動工作臺面、吸盤吸頭、模具鎖模單元、PLC控制系統(tǒng)、HMI人機界面操作系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)。采用的關鍵技術：自動清潔技術、自動吸附回收技術。自動清潔吸廢設備見圖1。

圖1 自動清潔吸廢設備

工作原理和作業(yè)方法：①模具到達清模工位后，采用模具兩端液壓裝置進行模具的精確定位。②清潔系統(tǒng)自動啟動，電腦控制系統(tǒng)通過6個伺服電機或步進電機運行z軸、y軸、x軸和c軸旋轉組件對內腔內壁、定位軸處、擋肩處、承軌面全方面、無死角打磨。③完成8個內腔的打磨后，打磨設備恢復初始狀態(tài)，定位鎖定打開。④模具運行至下一工位。⑤模具到達吸廢工位，電腦自控系統(tǒng)運行吸盤對模具內腔的殘渣進行吸附，通過管道吸附至密封垃圾桶，殘渣統(tǒng)一回收。

實施效果：自動清潔吸廢系統(tǒng)的應用，解決了人工打磨強度大、人工成本高的問題，提高了工作效率，清模質量減少人為因素干擾；工作間環(huán)境良好，員工的身體健康得到保障。

2 脫模劑全自動噴涂設備

脫模劑全自動噴涂設備是針對特定標準性模具研發(fā)的自動噴涂設備，主要結構包含：支撐支架、數(shù)控控制柜、x及y軸走行機構、旋轉氣缸、自動噴槍、供油系統(tǒng)。采用的關鍵技術：自動噴涂技術、精準定位技術。

工作原理及作業(yè)方法：①當模具到達噴涂工位后，設備按照既定坐標系統(tǒng)(x方向、y方向和噴槍擺頭軸向)完成精準的往返走行路徑。②采用氣動隔膜泵形成高壓供油系統(tǒng)，自動噴槍完成霧化噴涂。

噴涂脫模劑工位采用密封鋁合金防護棚全方面封閉，確保彌漫在空氣中的脫模劑不擴散到車間，在防護棚上方，采用抽排系統(tǒng)，把多余的脫模劑抽排到專用桶中，進行回收利用。雙槍設計保證一次噴涂即可覆蓋內腔所需噴涂面積，操作簡便，效率高。

實施效果：自動噴涂設備相比手動噴涂功效提高1倍，從90 s/模減至40 s/模，且噴涂均勻，保證了軌枕外觀質量；密封抽排系統(tǒng)降低了車間環(huán)境污染，減少工人職業(yè)健康傷害。

3 套管螺旋筋自動鎖附系統(tǒng)

套管螺旋筋自動鎖附系統(tǒng)是針對預埋套管及螺旋筋自動安裝的設備，由六軸往復機、氣動抓手系統(tǒng)、電動鎖附系統(tǒng)等組成；配置人員輔助作業(yè)，采用完全數(shù)字化電腦操作，實現(xiàn)了套管及螺旋筋抓取、定位、鎖附動作的自動化；x、y、z軸采用電缸驅動，鎖附機構采用旋轉氣缸。

主要部件包含：鎖附單元總成、機架、工作臺面、夾頭模具、夾頭庫移動平臺及其升降單元、PLC控制系統(tǒng)、HMI人機界面操作系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)[2]；采用的關鍵技術：精準定位技術、自動旋擰技術。

工作原理及作業(yè)方法：①當模具到達該工位，液壓裝置進行模具精確定位。②鎖附機構抓起上料作業(yè)臺上套管螺旋筋，按照設定好的行走路線運行至定位軸處，并啟動旋轉氣缸進行鎖附，緊固后停止。③返回上料作業(yè)臺繼續(xù)抓起、作業(yè)，工作過程操作簡單、鎖附牢固。

4 鋼筋桁架自動安裝機械手

為解決傳統(tǒng)桁架鋼筋4人配合拆分、搬運、安裝，勞動強度大的問題，研制了鋼筋桁架自動安裝機械手，其通過設定電腦程序完成鋼筋桁架自動抓取、定位、安裝。主要部件包含：電腦數(shù)控控制系統(tǒng)、2個機械手；采用的關鍵技術：機械手智能抓取技術、智能安裝技術。

工作原理及作業(yè)方法：①模具進入該工位，啟動兩端氣動壓力泵，進行模具的精準定位。②機械手抓取儲料架上桁架，提升并旋轉180°，準確將桁架放進模具相應槽中，每次抓取1根，每個機械手完成4根桁架的安裝。

實施效果：機械手代替人工，實現(xiàn)了安裝過程的自動化和無人化，提高勞動效率。

5 自動精準布料系統(tǒng)

自動精準布料系統(tǒng)主要由布料機、送料小車和精計量系統(tǒng)三個部分組成，其主要結構組成見圖2。系統(tǒng)采用的關鍵技術包括精準稱重技術和智能分層振搗技術。

圖2 精準布料系統(tǒng)組成

工作原理及作業(yè)方法：①混凝土輸送系統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)控制進行接料和卸料。②運料小車與攪拌站定位采用傳感器信號聯(lián)系完成自動對接。③自動精準布料通過稱重系統(tǒng)分兩次布料，第一次布70%，第二次布滿，同時把控振動開閉時間，同步完成振搗。

實施效果：精準布料避免了工人配合添減料，工效高、避免了混凝土浪費；布料機走行和模板傳輸?shù)裙ば蛴袡C組合，提高生產效率。

6 軌枕自動出入窯、自動脫模及自動碼垛成套系統(tǒng)

為解決傳統(tǒng)軌枕養(yǎng)護、脫模效率低、定位不準、危險系數(shù)高等問題，研發(fā)成套自動出入窯、脫模、碼垛系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由輸送輥道、空中自動翻模機構、脫模機構、運枕小車、軌枕鏈式輸送機、模具自動碼垛機、軌枕自動碼垛機、液壓站和電控系統(tǒng)等構成，通過機械、液壓、氣動、電氣系統(tǒng)來實現(xiàn)軌枕生產程序的自動控制。采用的關鍵技術：自動翻轉技術、智能感應技術。自動出入窯設備具體結構見圖3，自動脫模設備結構見圖4。

圖3 自動出入窯設備結構

圖4 自動脫模設備結構

軌枕脫模工作原理及作業(yè)方法：①澆筑完成后進入濕邊緩存線的模具，由模具運輸車運送進行編組。②模具自動碼垛機設定指令將已編組完成的模具運送到指定的養(yǎng)護坑內，完成入窯；同步將已養(yǎng)護完成的模具從指定的養(yǎng)護窯內按順序取出，完成出窯。③由干邊的模具運輸車將已經養(yǎng)護完成的模具運送到緩存線上，自動向前運行至相應位置。④空中翻轉機根據程序的要求將模具抓取，在運行中將模具垂直翻轉180°并水平旋轉90°后放置在脫模臺上。⑤脫模機開啟自動脫模模式，當8個感應器均接收到脫模完成的信號后，脫模機完成脫模。⑥脫模完成的模具由空中翻轉機旋轉后放置在回模線上。⑦軌枕在模具運輸車1的運送下，放置在軌枕檢測臺上。⑧檢測完成的軌枕在模具運輸車2的運送下，放置在軌枕鏈式輸送機上。⑨檢測完成后的軌枕進入自動軌枕碼垛機，自動軌枕碼垛機將連續(xù)送來的軌枕進行碼垛。

實施效果：采用智能機械手配以智能定位系統(tǒng)，實現(xiàn)了模具的自動抓、吊、運及出入窯；干、濕邊緩存線和自動脫模及自動碼垛成套系統(tǒng)實現(xiàn)了從澆筑、振搗到成品堆碼全過程自動化。操作人員僅用1名，工效指標由3 min/模提高為2 min/模，節(jié)省了勞力、提高了工效。

7 軌枕智能化緩存養(yǎng)護系統(tǒng)

為提高軌枕的養(yǎng)護質量，設置軌枕緩存養(yǎng)護車間。溫濕度智能養(yǎng)護設備通過霧化水來控制濕度、水溫，對緩存養(yǎng)護車間的溫濕度實施監(jiān)控和調整，確保車間內溫濕度適宜，溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)可實時采集溫濕度數(shù)據，上傳至遠程終端。

實施效果：智能化緩存養(yǎng)護實現(xiàn)了軌枕全面保濕養(yǎng)護，確保了軌枕養(yǎng)護質量，節(jié)約了勞力和用水量。

8 軌枕自動檢測系統(tǒng)

軌枕自動檢測系統(tǒng)結構搭建高平順性整體框架平臺，為檢測系統(tǒng)提供縱橫向走行測量路徑，實現(xiàn)精準計量。運用激光圖像檢測技術、圖像采集識別技術、結構光原理實現(xiàn)軌枕幾何尺寸檢測，運用工業(yè)超高清相機、識別算法、自動控制模塊實現(xiàn)外觀質量檢測。采用的關鍵技術：3D紅外技術、智能成像技術。

工作原理及工作方法：①軌枕進入自動檢測工位。②按照設定的路線，紅外線自動對軌枕進行掃描并生成3D模型。③按照驗標要求，將紅外線檢測的數(shù)據與驗標數(shù)據自動比對，并將檢測數(shù)據通過后端服務器實時進行收集整理，形成相應檢測報告并分析數(shù)據。④及時掌握生產質量的變化及模具的變形情況，為行業(yè)其他方面智能化檢測提供了基礎檢測數(shù)據庫。

實施效果：①該檢測系統(tǒng)對軌枕實施100%檢測，保證了軌枕的出廠質量。②檢測完成的軌枕信息形成唯一性的串碼及二維碼，經自動打碼設備直接打印在軌枕上，達到了軌枕質量追溯的目的。

9 結束語

雙塊式軌枕智能化關鍵成套裝備的應用，與傳統(tǒng)軌枕廠模式相比，綜合應用自動化設備+信息化及信息化平臺運用，現(xiàn)場作業(yè)人員從傳統(tǒng)的42人降低至5～7人，工效提高50%，成品廢品率降至1‰以下，軌枕精度提高2%；實現(xiàn)了雙塊式軌枕外形尺寸全參數(shù)、無人化檢測；實現(xiàn)枕廠“人、機、料、法、環(huán)”的數(shù)字化、智能化管理，實現(xiàn)了軌枕生產的初步智能化，為智能工廠建設奠定了技術基礎。