雙塊式軌枕智能運(yùn)輸與養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

馮棟梁

（中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)的迅速發(fā)展，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]。2017 年，中國(guó)正式啟動(dòng)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(biāo)。鐵路制造業(yè)相繼開始自動(dòng)化、智能化的偉大實(shí)踐，面臨著機(jī)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(yùn)輸及養(yǎng)護(hù)是其生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的軌枕運(yùn)輸及養(yǎng)護(hù)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(shí)易造成環(huán)境污染，嚴(yán)重影響軌枕的質(zhì)量。針對(duì)以上傳統(tǒng)方式存在的問題，通過對(duì)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(yùn)輸和養(yǎng)護(hù)的智能化技術(shù)，推進(jìn)雙塊式軌枕高品質(zhì)、高質(zhì)量生產(chǎn)，同時(shí)也預(yù)示著智能化、信息化、自動(dòng)化是雙塊式軌枕運(yùn)輸及養(yǎng)護(hù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)[4-5]。

1 智能運(yùn)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(hù)間繼續(xù)保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，運(yùn)送過程中需借助一些機(jī)械設(shè)備用于軌枕的運(yùn)輸與碼放。傳統(tǒng)作業(yè)主要采用叉車將軌枕運(yùn)送至養(yǎng)護(hù)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(duì)司機(jī)要求較高，搬運(yùn)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(yán)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(dòng)，產(chǎn)生的廢氣和噪音都會(huì)造成環(huán)境污染。

1.2 AGV 小車工作原理

針對(duì)傳統(tǒng)工藝及存在的問題，結(jié)合無人駕駛和自動(dòng)搬運(yùn)技術(shù)，設(shè)計(jì)以AGV 小車進(jìn)行搬運(yùn)軌枕的智能系統(tǒng)[7]，可以保證軌枕擺放整齊、控制系統(tǒng)增加安全防護(hù)系統(tǒng)，保證運(yùn)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(yùn)輸過程安全、合理、有序進(jìn)行。AGV 小車如圖1 所示。

圖1 AGV 小車

AGV 小車系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、電控設(shè)備、磁氣感應(yīng)傳感器、激光反射板等控制，當(dāng)生產(chǎn)好的雙塊式軌枕脫模后需要運(yùn)輸?shù)金B(yǎng)護(hù)區(qū)域進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，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(yùn)輸網(wǎng)，通過預(yù)設(shè)在車間內(nèi)反光柱定位到AGV 小車當(dāng)前位置，系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)規(guī)劃路線。AGV 小車起動(dòng)按照規(guī)劃路徑行走，行走過程中通過對(duì)反光柱不斷反射識(shí)別定位AGV 小車位置并保證AGV小車按照規(guī)劃路徑行走。當(dāng)AGV 小車行走至碼垛區(qū)前停止，對(duì)碼垛區(qū)雙塊式軌枕確認(rèn)后，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(dòng)規(guī)劃路徑將雙塊式軌枕運(yùn)至二次養(yǎng)護(hù)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(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)自身位置，當(dāng)通過路口等位置時(shí)AGV 小車自動(dòng)減速緩慢通過，如在行進(jìn)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(shí)自動(dòng)返回充電位置進(jìn)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(chǎng)測(cè)試及使用，效果如下：①無人叉車搬運(yùn)勻速穩(wěn)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(dòng)力，能夠減少環(huán)境污染，增加環(huán)境效益；③軌枕擺放整齊，擺放位置準(zhǔn)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(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

雙塊式軌枕智能養(yǎng)護(hù)分兩個(gè)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(hù)，第二階段為軌枕脫模后采用的二次養(yǎng)護(hù)。

2.1 蒸汽養(yǎng)護(hù)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(hù)是決定軌枕預(yù)制施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，軌枕的養(yǎng)護(hù)效果直接決定了軌枕的質(zhì)量，所以要嚴(yán)格遵守軌枕養(yǎng)護(hù)要求。雙塊式軌枕通常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)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(hù)倉或養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)，通過人工定時(shí)檢測(cè)溫度，從而進(jìn)行軌枕蒸汽養(yǎng)護(hù)作業(yè)。但是傳統(tǒng)方法存在養(yǎng)護(hù)不到位、升溫速度過快、溫度控制不準(zhǔn)確等問題，軌枕蒸汽養(yǎng)護(hù)效果較差。

2.1.2 技術(shù)原理

通過對(duì)其他行業(yè)的借鑒，發(fā)現(xiàn)箱梁的自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量自動(dòng)控制[10]，保證箱梁表面濕度，可以應(yīng)用到軌枕蒸汽養(yǎng)護(hù)當(dāng)中。

雙塊式軌枕養(yǎng)護(hù)采用蒸汽鍋爐、蒸汽管道、溫度探針、溫控系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和有效控制，如圖2所示。當(dāng)養(yǎng)護(hù)窯池內(nèi)放置滿模具后，養(yǎng)護(hù)窯池門自動(dòng)關(guān)閉，溫控系統(tǒng)開啟，開始養(yǎng)護(hù)的四個(gè)階段。整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程通過系統(tǒng)設(shè)定和劃分嚴(yán)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(shí)之后在5 ℃以上的環(huán)境中靜置不少于2 h。升溫控制在2 h左右，升溫速度不應(yīng)大于10 ℃/h 且不大于5 ℃/20 min，恒溫控制在6 h 左右，枕芯溫度不應(yīng)大于55 ℃，養(yǎng)護(hù)室溫度控制在30～40 ℃，降溫控制在2 h 左右，降溫速度不應(yīng)大于10 ℃/h 且不大于5 ℃/20 min。保證脫模時(shí)雙塊枕表面與環(huán)境溫差不應(yīng)大于15 ℃。

圖2 蒸汽養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)

在對(duì)每個(gè)養(yǎng)護(hù)池的軌枕進(jìn)行養(yǎng)護(hù)完成后，可生成每個(gè)養(yǎng)護(hù)池的蒸汽養(yǎng)護(hù)曲線以及蒸汽養(yǎng)護(hù)報(bào)表，如圖3、圖4 所示，作為蒸汽養(yǎng)護(hù)的記錄，供后續(xù)檢查和校核。

圖3 蒸汽養(yǎng)護(hù)曲線

圖4 蒸汽養(yǎng)護(hù)報(bào)表

2.1.3 應(yīng)用效果

通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)雙塊式軌枕智能蒸汽養(yǎng)護(hù)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(diǎn)：①減少了用水量及養(yǎng)護(hù)過程人工投入，消除了人為因素產(chǎn)生的漏養(yǎng)和養(yǎng)護(hù)不到位造成的質(zhì)量缺陷等問題，減少了水電資源的浪費(fèi)；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(tǒng)4 ℃降低至1 ℃之內(nèi)；③養(yǎng)護(hù)各階段劃分清楚，保證養(yǎng)護(hù)各階段養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，合理提升雙塊式軌枕強(qiáng)度，從而保證了雙塊式軌枕養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

2.2 二次養(yǎng)護(hù)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(hù)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(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。外界環(huán)境對(duì)軌枕二次養(yǎng)護(hù)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(hù)，無法保障軌枕的質(zhì)量；另一方面，傳統(tǒng)工藝無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)二次養(yǎng)護(hù)的溫度、濕度。

2.2.2 技術(shù)原理

結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)且環(huán)境溫度低于5 ℃時(shí)禁止灑水養(yǎng)護(hù)，通過對(duì)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(hù)中；另一方面，根據(jù)軌枕蒸汽養(yǎng)護(hù)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)啟發(fā)，可以利用系統(tǒng)監(jiān)測(cè)溫濕度及其變化。

控制系統(tǒng)采用溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫濕度，并對(duì)霧化加濕器進(jìn)行控制。如監(jiān)測(cè)到溫濕度未達(dá)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(jìn)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(jìn)行霧化，水霧均勻分布在二次養(yǎng)護(hù)區(qū)域各個(gè)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(qiáng)度。二次養(yǎng)護(hù)車間布置如圖5 所示。

圖5 二次養(yǎng)護(hù)車間布置

軌枕現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)如圖6 所示，二次養(yǎng)護(hù)完成后也生成二次養(yǎng)護(hù)記錄，供后續(xù)的查閱和校核。

圖6 二次養(yǎng)護(hù)工藝

2.2.3 應(yīng)用效果

軌枕二次養(yǎng)護(hù)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(dòng)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(duì)緩存環(huán)境進(jìn)行溫濕度檢測(cè)，并控制超聲波霧化加濕器對(duì)緩存環(huán)境進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)[7]。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及使用，達(dá)到如下效果：①二次智能養(yǎng)護(hù)減少2 名養(yǎng)護(hù)人員，節(jié)省了大量人工費(fèi)用，同時(shí)避免了人工灑水養(yǎng)護(hù)不均勻、人為因素干擾大等問題；②二次智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用改變了噴淋養(yǎng)護(hù)模式，減少水電資源的浪費(fèi)，每班可節(jié)省用水20 t，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保效益顯著；③二次智能養(yǎng)護(hù)提高了軌枕后期強(qiáng)度，消除了軌枕表面的收縮裂紋，使得雙塊式軌枕后期強(qiáng)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(yùn)輸、蒸汽養(yǎng)護(hù)和二次養(yǎng)護(hù)三個(gè)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)：①智能運(yùn)輸。基于AGV 小車進(jìn)行搬運(yùn)軌枕的智能系統(tǒng)，遵循信號(hào)識(shí)別、信號(hào)接收、AGV 小車啟動(dòng)、定位、行走、搬運(yùn)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(jì)效益和社會(huì)效益。②智能蒸汽養(yǎng)護(hù)。整個(gè)蒸汽養(yǎng)護(hù)過程分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個(gè)環(huán)節(jié)，通過蒸汽鍋爐、蒸汽管道、溫度探針、溫控系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和有效控制，節(jié)約水電資源、提升軌枕強(qiáng)度、提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。③智能二次養(yǎng)護(hù)?；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(duì)緩存環(huán)境進(jìn)行溫濕度檢測(cè)，并控制超聲波霧化加濕器對(duì)緩存環(huán)境進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保效益顯著，軌枕強(qiáng)度和質(zhì)量得到顯著提升。

智能運(yùn)輸和養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究響應(yīng)著中國(guó)鐵路制造業(yè)向著智能化、自動(dòng)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(shí)，為進(jìn)一步推廣和發(fā)展鐵路工程的信息化提供了重要保障。