張克強(qiáng)

（中國鐵建重工集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410100）

近些年來，各大城市由于地鐵建設(shè)的迅速發(fā)展，盾構(gòu)管片的需求量大幅增加，而采用自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)管片可以充分發(fā)揮出預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和特點(diǎn)，確保管片的尺寸精度、質(zhì)量可控，性能穩(wěn)定，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的目的。本文通過對地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)方式的分析，結(jié)合長沙某管片廠自動化流水生產(chǎn)線實例，總結(jié)出了一套不同尺寸規(guī)格管片共線生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)線施工技術(shù)。

1 管片生產(chǎn)概述

目前國內(nèi)已建成不同規(guī)格管片共線生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)線，由于地鐵、城際鐵路、市政等工程項目所用管片型號、大小、規(guī)格均不同，為此特對引進(jìn)的管片自動化生產(chǎn)線進(jìn)行了設(shè)計改動，實現(xiàn)了不同規(guī)格管片共線生產(chǎn)，為以后其它管片廠承接不同類型管片生產(chǎn)積累了經(jīng)驗。通過對國內(nèi)管片生產(chǎn)工藝進(jìn)行考察研究，近幾年來，為提高生產(chǎn)效益，所新建的預(yù)制管片構(gòu)件的工廠均采用自動化生產(chǎn)線。

2 自動化生產(chǎn)線工作原理

自動化生產(chǎn)線是由:控制系統(tǒng)、模具行走系統(tǒng)、溫控蒸氣養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)室升降門系統(tǒng)、混凝土輸送和下料系統(tǒng)、實時監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)定點(diǎn)開模，定點(diǎn)下料，定點(diǎn)振動搗固，人工修光后進(jìn)入養(yǎng)護(hù)線作分區(qū)升溫、恒溫蒸汽養(yǎng)護(hù)，使用自動溫度控制實施窯式蒸汽養(yǎng)護(hù)線的升溫、恒溫、降溫分段控制，最后降溫出養(yǎng)護(hù)室。

在PLC集中控制下,模具在生產(chǎn)線上按設(shè)定的節(jié)拍自動運(yùn)行，實行定人定崗的工序細(xì)分，在各自的工位上，操作工人在規(guī)定的相應(yīng)時間內(nèi)獨(dú)立完成該崗位應(yīng)該完成的工作，最終完成混凝土管片的制作。

3 主要系統(tǒng)描述

3.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是利用PLC程序控制器實施管片生產(chǎn)流程的自動化控制。生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)有三個方式:全自動運(yùn)行方式、操作臺上的半自動單點(diǎn)操作方式和執(zhí)行器上的單獨(dú)手動操作方式。

3.1.1 全自動操作方式是保護(hù)最全面的運(yùn)行模式，在系統(tǒng)和模具均正常的情況下使用；

3.1.2 半自動操作方式是在系統(tǒng)或模具不太穩(wěn)定是使用，在進(jìn)行該操作時，操作員應(yīng)觀察每一個動作條件下的檢測點(diǎn)的信號狀態(tài)，在確認(rèn)動作條件滿足的情況下進(jìn)行單步操作；

3.1.3 執(zhí)行器上的單獨(dú)手動操作方式是在系統(tǒng)調(diào)試及排障是才使用的特殊運(yùn)行模式，在該模式下的運(yùn)行必須非常慎重，操作員除了要觀察本地運(yùn)作條件外還須兼顧和該操作有關(guān)的其他關(guān)聯(lián)動作直接的相關(guān)關(guān)系，其協(xié)調(diào)操作人員之間必須建立無線電聯(lián)絡(luò)通道，且操作員必須在保障自身、他人及系統(tǒng)安全的前提下進(jìn)行操作。

3.2 模具行走系統(tǒng)

模具行走系統(tǒng)是在PLC程序控制器控制下實現(xiàn)管片模具的自動化運(yùn)行。平移小車是把模具從生產(chǎn)線運(yùn)送到養(yǎng)護(hù)線和從養(yǎng)護(hù)線運(yùn)送到生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，平移小車采用變頻器控制，以減速馬達(dá)為動力，可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)?shù)募訙p行走及停車速度,使工作流程更加合理化。平移小車上配備有液壓油缸，模具在推進(jìn)油缸的作用下行走。在全自動運(yùn)行模式下，兩臺平移小車同步保持同一條生產(chǎn)線或養(yǎng)護(hù)線上,從而保證同線上一端有一個模具的進(jìn)入，另一端有空閑模具工位等待模具出養(yǎng)護(hù)室，依次動作形成生產(chǎn)線和養(yǎng)護(hù)線上模具的轉(zhuǎn)換和循環(huán)作業(yè)。根據(jù)不同規(guī)格的模具設(shè)計出模具小車，可隨時調(diào)換不同規(guī)格模具，實現(xiàn)不同規(guī)格模具共線生產(chǎn)。

3.3 溫控蒸氣養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

溫控蒸氣養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)是由熱源、溫度傳感器、溫度控制器組成，在自動溫孔儀器的控制下實現(xiàn)養(yǎng)護(hù)室溫度的自動化控制。管片養(yǎng)護(hù)的溫度要求相對比較嚴(yán)格,升溫速度不超過 15℃/h,降溫速度不超過 20℃/h。管片養(yǎng)護(hù)分預(yù)養(yǎng) (與靜停同時進(jìn)行),升溫,恒溫,降溫四個過程。每個區(qū)域都在溫度控制器上設(shè)定好溫度范圍,溫度控制器會根據(jù)傳感器反饋回來的溫度自動控制各個區(qū)域的溫度,來保證管片的蒸養(yǎng)條件，模具在按次序進(jìn)入不同的溫度區(qū)的同時,完成所規(guī)定的升溫、恒溫和降溫養(yǎng)護(hù)程序。

3.4 養(yǎng)護(hù)室升降門系統(tǒng)

養(yǎng)護(hù)室升降門系統(tǒng)是精確配合管片運(yùn)行節(jié)拍自動開閉、保證養(yǎng)護(hù)室溫度穩(wěn)定的垂直升降門，在PLC控制的減速電機(jī)操作下自動打開，模具離開后關(guān)閉。門的打開高度可通過調(diào)整限位感應(yīng)器調(diào)整。除了中央控制室操作外，門也可通過現(xiàn)場控制箱上的開關(guān)控制其開關(guān)。

3.5 混凝土輸送和下料系統(tǒng)

混凝土輸送和下料系統(tǒng)是采用軌道式高低位雙料斗來完成管片澆注成型的組成單元。高料斗負(fù)責(zé)從攪拌站接料口接混凝土送入車間，投放到低料斗內(nèi)，低料斗負(fù)責(zé)向模具投料。其動力為減速馬達(dá)，電源和電信號由電纜拖鏈供給，具中央控制和現(xiàn)場控制兩種操作方式。當(dāng)發(fā)生斷電或電氣故障時，扳動馬達(dá)的剎車扳手可人工推動料斗，而料斗門也可用人工方法操作電磁閥進(jìn)行開關(guān)。當(dāng)?shù)土隙钒l(fā)生故障時，也可以直接采用高料斗投料，避免流水線作業(yè)的停滯。

3.6 監(jiān)控系統(tǒng)

為實現(xiàn)在預(yù)設(shè)程序控制下實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的錄象監(jiān)控，在平移小車、養(yǎng)護(hù)室升降門、下料斗等關(guān)鍵位置安裝攝像頭。使操作員掌握各部生產(chǎn)情況和設(shè)備運(yùn)行情況，確保安全生產(chǎn)，使生產(chǎn)控制具可追溯性。

4 不同規(guī)格管片自動化生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)

4.1 降低生產(chǎn)能耗

傳統(tǒng)生產(chǎn)模式模具是固定不動的，鋼筋籠入模、混凝土澆注、管片脫模等都需要行車頻繁地來回長距離運(yùn)行。 因此，采用傳統(tǒng)生產(chǎn)方式時，行車運(yùn)行時間長，能耗大。自動化流水線生產(chǎn)方式下，鋼筋籠入模、管片脫模都是定點(diǎn)工位工序，涉及到吊裝區(qū)域小，混凝土澆注無需行車參與，大幅降低了行車運(yùn)行時間。

傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下的管片蒸養(yǎng)采用簡易蒸養(yǎng)罩，密封性差，蒸汽易逃逸，蒸養(yǎng)溫度不宜控制，影響整個生產(chǎn)車間環(huán)境，濕度增大，能見度降低。自動化流水線模式下，采用蒸養(yǎng)窯養(yǎng)護(hù)管片，密封保溫效果好，通過計算機(jī)智能控制靜養(yǎng)區(qū)和蒸養(yǎng)窯的溫度以及濕度等，有效控制蒸汽使用量，大幅降低蒸汽使用量，節(jié)約生產(chǎn)成本。

4.2 提高管片質(zhì)量

自動化流水線生產(chǎn)模式下，各工位定點(diǎn)定人，操作單一，熟練度易提高，質(zhì)量易控制。通過計算機(jī)控制蒸養(yǎng)窯內(nèi)的管片蒸養(yǎng)溫度、時間，控制的更為精確可靠，管片質(zhì)量能夠得到有效提高。

采用振搗平臺或附著式振動馬達(dá)加人工振搗，多種振搗方式，有效降低塌落度和減少管片內(nèi)部和表面氣泡，進(jìn)一步提高管片質(zhì)量。

4.3 提高了管片生產(chǎn)自動化流水線的通用性

流水線上設(shè)計增加通用模具小車，模具工位定距，從而實現(xiàn)不同規(guī)格管片共線生產(chǎn)。另一方面增加通用模具小車，方便的模具的維修，在缺一個管片模具的情況下，仍然可以保證流水線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

傳統(tǒng)的管片生產(chǎn)都是批量的進(jìn)行生產(chǎn)，現(xiàn)在不但可以批量生產(chǎn)，還可以同時生產(chǎn)不同型號規(guī)格的管片。較高的自動化程S度，不僅極大的提高了生產(chǎn)效率，還節(jié)約了人力成本。

5 自動化生產(chǎn)線的局限性

5.1 自動化生產(chǎn)線對設(shè)備的要求高

制約自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的關(guān)鍵是設(shè)備的可靠性。其中有兩個關(guān)鍵點(diǎn),第一是控制系統(tǒng);第二是平移小車。每個點(diǎn)出現(xiàn)問題都會使生產(chǎn)線停頓,同時造成其它工位延時作業(yè)，造成整體生產(chǎn)效率的降低。所以一定要把設(shè)備的檢查保養(yǎng)放在首位，提高設(shè)備的檢查保養(yǎng)力度，降低設(shè)備故障率，減小因設(shè)備故障對生產(chǎn)進(jìn)度的影響。

5.2 配套設(shè)備的要求高

配套設(shè)備如鍋爐、行車、空壓機(jī)、管片倒運(yùn)設(shè)備等，其中任何設(shè)備出現(xiàn)故障都會影響到流水線是否繼續(xù)運(yùn)行，所以另一方面也要保證配套設(shè)備的可靠性。

5.3 自動化生產(chǎn)線對工人的熟練程度要求高

在固定生產(chǎn)節(jié)拍開始以后,工人需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成所在工序的操作,否則就會影響整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)進(jìn)度，所以要求工人要有一定的熟練程度，從而不影響到整個流水線的步進(jìn)進(jìn)度。

5.4 自動化作業(yè)的安全性

傳統(tǒng)模式的吊裝區(qū)域大，安全隱患高。自動化流水線減小了吊裝區(qū)域，提高了安全保障。在管片的生產(chǎn)過程中，每個模具在完成澆注振搗以后，為提高生產(chǎn)效率，模具要移動馬上進(jìn)入下一個工序環(huán)節(jié)，在此過程中很容易引發(fā)模具擠壓事故；在流水線運(yùn)轉(zhuǎn)中，不允許平移小車區(qū)域的人員活動。流水線作業(yè)在提高了生產(chǎn)效率，同時也要提高作業(yè)人員的安全意識，保證安全生產(chǎn)。

6 結(jié)束語

現(xiàn)在的管片構(gòu)件預(yù)制廠已實現(xiàn)了不同規(guī)格管片的共線生產(chǎn)，是管片自動化生產(chǎn)線的一個重大進(jìn)步，但是不論是從系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化上,還是設(shè)備的可靠性上都存在著很多不足的地方，這些都需要制造商和相關(guān)的工程技術(shù)人員來不斷完善。相信隨著人們對自動化生產(chǎn)線認(rèn)識的不斷深入,流水線形式的生產(chǎn)，并大范圍地應(yīng)用于軌道交通標(biāo)準(zhǔn)化管片生產(chǎn)。