双块式轨枕智能运输与养护技术研究

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摘要：高速铁路无砟轨道双块式轨枕预制生产技术正逐步向着自动化、智能化的方向发展，轨枕的运输和养护作为轨枕预生产过程中的关键环节，传统的技术问题颇多，逐渐不能匹配轨枕生产智能化的理念。提出了双块式轨枕智能运输与养护技术，全面取代传统人工作业方式，通过试点应用，在轨枕生产过程中能够提高劳动生产率、加快建设速度、降低工程成本、提高工程质量，可为后续轨枕运输与养护技术的研究提供理论和技术参考，同时也反映出双块式轨枕的生产只有向着工厂化、施工机械化和智能化的方向发展，才能高质量、高效率。

关键词：高速铁路；运输和养护技术；智能化；双块式轨枕

随着互联网技术、信息技术的迅速发展，全球众多优秀制造企业相继建设智能工厂，促使工厂智能化成为可能[1]。2017年，中国正式启动智能京张、智能京雄等重大工程建设，并提出建设智能高铁的发展目标。铁路制造业相继开始自动化、智能化的伟大实践，面临着机遇与挑战。双块式轨枕是埋在无砟轨道混凝土道床板中的重要部件，其精确度要求较高[2]。轨枕运输及养护是其生产的重要环节，传统的轨枕运输及养护模式投入的人力资本较高，容易造成轨枕的破碎与龟裂[3]，同时易造成环境污染，严重影响轨枕的质量。针对以上传统方式存在的问题，通过对比和借鉴其他行业技术，本文提出了轨枕生产过程中运输和养护的智能化技术，推进双块式轨枕高品质、高质量生产，同时也预示着智能化、信息化、自动化是双块式轨枕运输及养护技术发展的必然趋势[4-5]。

1智能运输技术研究与应用

1.1传统工艺及存在问题

双块式轨枕脱模后需将其送至二次养护间继续保温、保湿养护，运送过程中需借助一些机械设备用于轨枕的运输与码放。传统作业主要采用叉车将轨枕运送至养护区域并将其码放整齐。人工操作叉车存在很大的安全隐患，且对司机要求较高，搬运过程中极易造成轨枕边角破损和外露桁架钢筋变形等问题，严重影响轨枕的外观质量和后期布设安装[6]。另外，叉车需要使用柴油驱动，产生的废气和噪音都会造成环境污染。

1.2AGV小车工作原理

针对传统工艺及存在的问题，结合无人驾驶和自动搬运技术，设计以AGV小车进行搬运轨枕的智能系统[7]，可以保证轨枕摆放整齐、控制系统增加安全防护系统，保证运送过程安全平稳、减少轨枕破损情况、减少燃油使用和废气的排放，保证运输过程安全、合理、有序进行。AGV小车如图1所示。AGV小车系统由计算机、电控设备、磁气感应传感器、激光反射板等控制，当生产好的双块式轨枕脱模后需要运输到养护区域进行养护时，AGV小车通过布设在车间内的传感器接受到命令。以生产车间为基础建立运输网，通过预设在车间内反光柱定位到AGV小车当前位置，系统内自动规划路线。AGV小车起动按照规划路径行走，行走过程中通过对反光柱不断反射识别定位AGV小车位置并保证AGV小车按照规划路径行走。当AGV小车行走至码垛区前停止，对码垛区双块式轨枕确认后，缓慢将一组双块式轨枕叉起一定高度，然后根据系统内自动规划路径将双块式轨枕运至二次养护区域，将双块式轨枕缓慢下降摆放整齐。AGV小车在行走过程中光感反射实时定位监测自身位置，当通过路口等位置时AGV小车自动减速缓慢通过，如在行进中发现有人员和障碍物出现在AGV小车周围，AGV小车立即停止，待人员或障碍物移除后继续规划路径行走[8]。AGV小车在电量不足或无命令时自动返回充电位置进行充电。1.3应用效果AGV小车在京张高铁轨枕生产开展示范应用，通过现场测试及使用，效果如下：①无人叉车搬运匀速稳定且能消除人工驾驶安全隐患；②无人叉车采用电能源为主动力，能够减少环境污染，增加环境效益；③轨枕摆放整齐，摆放位置准确一致，使得双块式轨枕受力一致，保证了双块式轨枕质量。

2智能养护技术研究与应用

双块式轨枕智能养护分两个阶段，第一阶段为加快生产节拍，提前脱模采用的蒸汽养护，第二阶段为轨枕脱模后采用的二次养护。

2.1蒸汽养护技术研究与应用

2.1.1传统工艺及存在问题双块式轨枕养护是决定轨枕预制施工的关键环节，轨枕的养护效果直接决定了轨枕的质量，所以要严格遵守轨枕养护要求。双块式轨枕通常采用蒸汽养护的方式[9]，传统方法是将浇筑完成的双块式轨枕放到养护仓或养护窑内，通过人工定时检测温度，从而进行轨枕蒸汽养护作业。但是传统方法存在养护不到位、升温速度过快、温度控制不准确等问题，轨枕蒸汽养护效果较差。2.1.2技术原理通过对其他行业的借鉴，发现箱梁的自动喷淋养护可以实现定时定量自动控制[10]，保证箱梁表面湿度，可以应用到轨枕蒸汽养护当中。双块式轨枕养护采用蒸汽锅炉、蒸汽管道、温度探针、温控系统对养护窑内温度进行实时检测和有效控制，如图2所示。当养护窑池内放置满模具后，养护窑池门自动关闭，温控系统开启，开始养护的四个阶段。整个养护过程通过系统设定和划分严格遵循静停、升温、恒温、降温环节[11]，通过控制蒸汽电磁阀比例调整池内温度。保证混凝土振捣密实之后在5℃以上的环境中静置不少于2h。升温控制在2h左右，升温速度不应大于10℃/h且不大于5℃/20min，恒温控制在6h左右，枕芯温度不应大于55℃，养护室温度控制在30～40℃，降温控制在2h左右，降温速度不应大于10℃/h且不大于5℃/20min。保证脱模时双块枕表面与环境温差不应大于15℃。图2蒸汽养护控制系统在对每个养护池的轨枕进行养护完成后，可生成每个养护池的蒸汽养护曲线以及蒸汽养护报表，如图3、图4所示，作为蒸汽养护的记录，供后续检查和校核。2.1.3应用效果通过现场对双块式轨枕智能蒸汽养护技术的应用发现，与传统的人工控制蒸养相比，主要有以下优点：①减少了用水量及养护过程人工投入，消除了人为因素产生的漏养和养护不到位造成的质量缺陷等问题，减少了水电资源的浪费；②避免人工控制及外界温度的干扰，提高温度变化的精度，从传统4℃降低至1℃之内；③养护各阶段划分清楚，保证养护各阶段养护质量，合理提升双块式轨枕强度，从而保证了双块式轨枕养护质量。

2.2二次养护技术研究与应用

2.2.1传统工艺及存在问题双块式轨枕传统二次养护是将轨枕存放到室外用土工布覆盖，并用人工洒水的方法进行保湿养护。外界环境对轨枕二次养护的影响较大，温度变化较大，极易使得轨枕产生收缩裂纹，不利于轨枕的二次养护，无法保障轨枕的质量；另一方面，传统工艺无法实时监测二次养护的温度、湿度。2.2.2技术原理结合相关标准，混凝土养护应进行保温保湿养护且环境温度低于5℃时禁止洒水养护，通过对不同行业借鉴发现蔬菜大棚的雾化加湿可以保证环境湿度[12]，可以利用到轨枕二次养护中；另一方面，根据轨枕蒸汽养护的温度监测系统启发，可以利用系统监测温湿度及其变化。控制系统采用温湿度传感器实时监测环境温湿度，并对雾化加湿器进行控制。如监测到温湿度未达到设定要求，系统发出命令直接控制超声波雾化加湿器进行保温和加湿，形成温湿度变化曲线。超声波雾化加湿器将水进行雾化，水雾均匀分布在二次养护区域各个角落，保证双块式轨枕各部位湿度一致，从而保证双块式轨枕后期强度。二次养护车间布置如图5所示。轨枕现场养护如图6所示，二次养护完成后也生成二次养护记录，供后续的查阅和校核。2.2.3应用效果轨枕二次养护技术是利用超声波雾化加湿器、加湿管道、温湿传感器和温湿控制系统，合理化自动控制缓存车间温湿度。通过温湿控制系统通过温湿传感器对缓存环境进行温湿度检测，并控制超声波雾化加湿器对缓存环境进行保温保湿养护[7]。通过现场测试及使用，达到如下效果：①二次智能养护减少2名养护人员，节省了大量人工费用，同时避免了人工洒水养护不均匀、人为因素干扰大等问题；②二次智能养护系统的应用改变了喷淋养护模式，减少水电资源的浪费，每班可节省用水20t，经济效益和节能环保效益显著；③二次智能养护提高了轨枕后期强度，消除了轨枕表面的收缩裂纹，使得双块式轨枕后期强度和外观质量得到很大的提升，保证了双块式轨枕质量。

3结语

本文基于双块式轨枕生产过程中的运输、蒸汽养护和二次养护三个重要生产工序，提出了优于传统工艺的智能化技术：①智能运输。基于AGV小车进行搬运轨枕的智能系统，遵循信号识别、信号接收、AGV小车启动、定位、行走、搬运的作业流程，消除安全隐患、减少环境污染、减少能源消耗，增加了经济效益和社会效益。②智能蒸汽养护。整个蒸汽养护过程分为静停、升温、恒温、降温四个环节，通过蒸汽锅炉、蒸汽管道、温度探针、温控系统对养护窑内温度进行实时检测和有效控制，节约水电资源、提升轨枕强度、提高养护质量。③智能二次养护。基于超声波雾化加湿器、加湿管道、温湿传感器和温湿控制系统，通过温湿传感器对缓存环境进行温湿度检测，并控制超声波雾化加湿器对缓存环境进行保温保湿养护，经济效益和节能环保效益显著，轨枕强度和质量得到显著提升。智能运输和养护技术的研究响应着中国铁路制造业向着智能化、自动化发展，符合“精品工程、智能京张”的建设理念，具有良好的推广应用前景。同时，为进一步推广和发展铁路工程的信息化提供了重要保障。

参考文献：

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［3］宋岩.预应力混凝土轨枕裂缝的成因及防治［J］.今日科苑，2010（8）：176.

［4］李俊红，徐明星.CRTS双块式无砟轨道智能化建造设备研究［J］.智能城市，2020，6（8）：170-171.

［5］张民栓，田永涛，于善毅，等.双块式轨枕自动化智能化预制技术研究［Z］.2019-10-23.

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［8］雷丹.智能AGV避障小车［J］.机械工程与自动化，2021（2）：146-147.

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［12］桂林电器科学研究所.CS2-3自动加水超声波雾化装置［Z］.2012-01-01.

作者：冯栋梁 单位：中铁三局集团有限公司