葉昌林

(中鐵八局集團 第四工程有限公司，成都 610081)

CRTSⅠ型板式無砟軌道技術，需用一種特殊的乳化瀝青水泥砂漿(以下簡稱CA砂漿)灌漿注滿預制軌道板與基礎之間4～10 cm的中空層，將列車荷載較均勻地傳遞給混凝土基礎，以達到列車平穩(wěn)、舒適運行的目的。所需專用CA砂漿墊層主要由CA砂漿干粉料、乳化瀝青、添加劑等加水攪拌而成。CA砂漿干粉料是CA砂漿的重要成份，加之我國鐵路大規(guī)模建設的需求量，有必要對其機械化生產工藝和設備控制等過程進行專題研究，以確保產品質量能全面滿足工程施工的需要。

1 生產工藝及設備

1.1 生產工藝

根據生產實際需要，CA砂漿干粉料的生產工藝一般為:原材料預處理→上料儲存→配料計量→攪拌混合→包裝運輸。原材料處理包括砂的烘干至篩分。處理好的原材料放入儲存?zhèn)}進行儲備。上料時，粉料由散裝運輸車通過氣泵輸送，砂通過提升機提升，添加劑采用人工投料并預均化。生產時，物料計量輸送至螺旋輸送機配料計量，計量好的物料按一定的順序投入攪拌主機中進行攪拌混合。混合均勻后，卸入成品斗中計量，打包出料。

1.2 CA砂漿專用干粉生產線的核心功能

1)按照生產工藝流程，CA砂漿專用干粉生產線(以下簡稱生產線，見圖1)主要由冷料上料系統、干燥系統、熱料上料系統、篩分系統、原料儲存系統、原料計量系統、外加系統、攪拌系統、包裝系統等部分組成，采用國內產品。生產周期預設4 min，每批次1 200 kg，每小時產量18 t。

2)原料烘干輸送篩分料除塵系統。主要有輸送帶、提升機、烘干機、除塵機、篩分等設備。

3)計量系統。分為膠集料累加和添加劑計量系統，主要有計量斗、傳感器、計算機等設備。

4)攪拌系統。主要有攪拌機、除塵、成品儲倉等設備。攪拌主機設計采用歐洲最先進、最成熟的犁刀式攪拌機的攪拌機理及其核心技術。攪拌主機的混合精度高，各種物料的和易性及均勻度好，混合時不產生離析，攪拌的混合比可達1∶10 000，能夠最大程度地滿足施工要求。

5)控制系統?？刂葡到y采用雙計算機同步控制系統，主要硬件設計由兩臺ADLINK工業(yè)級計算機、高性能的可編程控制器(PLC)、高速高精度的稱重單元和 國 際 著 名 低 壓 電 器 (Schneider、ABB、Omron、MITSUBISHI)組成。其中，一臺為主控機，另一臺為監(jiān)控機。在生產過程中，主控機出現故障時，在不需要任何人工干預的情況下，監(jiān)控機可自動轉換成主控機，承擔控制和管理任務，從而保證系統持續(xù)生產，將因計算機故障的停機率降到最低，確保產品的質量穩(wěn)定。

1.3 生產線的安裝和調試

1.3.1 生產線的安裝

1)進行生產線整體平面規(guī)劃，原則上做到布局合理，滿足各個工序生產功能的需要，同時考慮產品運輸、裝卸、儲存能力以及環(huán)境保護。

2)根據主設備安裝要求，基礎要求規(guī)范、牢固，避免設備在運行時對產品質量和計量造成影響。

3)設備的吊裝要按照作業(yè)規(guī)范安全地進行。

4)各種材料輸送管道焊接按照國家技術規(guī)范進行驗收，安裝必須固定、可靠，確保良好運行，避免安全隱患。特別需要注意的是:現場焊接工作前，應該先把傳感器拆下，等焊接完成后，再將傳感器重新安裝上;如無條件拆下傳感器，焊接前，在傳感器附近做好傳感器的跨接短路保護，并盡量縮短地線和焊槍的距離，以避免焊接電流燒壞傳感器。

圖1 CA砂漿干粉料生產工藝流程及設備配置

1.3.2 生產線的調試

1)做好調試前的準備工作:① 依照設計圖紙檢查線路的連接情況，確保無錯接、漏接和松動等現象。新機臺在通電生產一段時間后，必須再次將接線端子進行擰緊處理。② 在接通電源前，必須保證所有的空氣開關處于斷開狀態(tài)，轉換開關處于停止狀態(tài)。

2)控制電源調試如下:① 通電前，必須確保緊急停止開關的可靠性。② 在進行控制電源調試前，應逐級檢查各隔離變壓器初級、次級繞組接線是否正確，開關電源各輸入電壓擋位是否在正確位置。

3)主機調試內容有:① 單獨合上主機空氣開關，然后，觀察主機軸的轉動方向。② 若主機轉動方向不對，應斷開總電源開關，將主機兩根電源線對調，再合閘重試。

4)卸料門開關調試:調整好卸料門開、關的檢測位置，操作計算機界面上開關(卸料)門按鈕，檢查開關門顯示與實際開、關門位置是否相符。同時，觀察半開門檢測開關和清掃位的輸入信號是否正常。

5)氣閥調試內容有:① 啟動空壓機，把氣動三聯件的氣壓調到0.6～0.8 MPa，達到壓力后，打開總氣閥。② 檢查各氣動機構是否處于關閉狀態(tài)，若處于開啟狀態(tài)，應先關閉總氣閥，等氣壓下降后，再對調氣缸進氣口與出氣口的管路。③ 打開總氣閥，在計算機上分別點擊手動按鈕操作各氣閥，觀察是否與相應倉的位置相符，倉門開關是否靈活;對于開、關門檢測的開關，應等氣缸完全打開或關閉時，再調整氣缸檢測信號的位置。

6)待各部分都調整正常后，空機運轉數小時，并隨時觀察各部件的運轉情況，以及各電機的電流值，將整機調整到最佳運行狀態(tài)。

7)試生產時，按主機最大容量的一半進行生產，并再次適當調整各開關門檢測開關的位置。待試生產完全正常后，方可進入滿負荷的自動生產狀態(tài)。

2 工藝及設備的改進和完善

由于生產線在哈大高速鐵路建設中屬首次應用，其生產工藝和設備當然也存在一些不完善之處，在生產實際中，對其生產工藝和設備進行分析研究后進行了以下幾方面改進和完善。

2.1 水泥庫存量的工藝檢算

生產線設計配置一個100 t的水泥倉。該設計有兩點不足:①當水泥倉的下料螺旋輸送機一旦出現任何故障，生產只能全線停機，無法進行正常生產;②如果按日產200 t的正常生產任務進行設計，水泥的日用量為66 t，其庫存供應周期還不足2 d，存在水泥供應不能滿足生產的隱患，可能出現停機待料的現象。為此，自行設計加裝了一個100 t的備用水泥倉和計量控制系統，提高了生產線生產保障能力。

2.2 外加劑的配料方式

生產線初始設計的外加劑加料方式為:袋裝CSA膨脹劑采用人工加料到中間儲存?zhèn)}，然后由調速螺旋計量后進入攪拌主機，在中間儲料倉上設計了大功率的收塵裝置;鋁粉計量后投料進入攪拌主機。該設計存在的問題有:①由于鋁粉用量極少，再加上其密度小、顆粒細、易漂浮的特點，很不容易實現在攪拌機內均勻混合，造成攪拌主機攪拌時間過長，降低生產效率;②由于CSA膨脹劑中間儲料倉上大功率的收塵裝置會抽走CSA膨脹劑中部分細料成份，影響膨脹劑的使用性能。經技術人員的仔細研究和不斷試驗，采取了在CSA膨脹劑中間儲存?zhèn)}前加設一個外加劑預混機，袋裝CSA膨脹劑和人工稱量的鋁粉同時投入到預混機進行預攪拌，然后由調速螺旋計量后進入攪拌主機，并同時取消原大功率除塵設備，另根據實際需要設計一個簡易布袋除塵裝置。這樣，既減輕了攪拌主機的攪拌負荷，提高了生產效率和攪拌均勻度，同時，又保證了產品質量的穩(wěn)定，利于環(huán)境保護。

2.3 砂和水泥的預篩分

由于CA砂漿干粉原材料使用的是未篩分的河砂，里面免不了含有少量草根、粒徑10 mm以上的卵石等雜質，而該生產線只在砂的進料斗處設有100 mm的初濾網，經過皮帶機、提升機進入烘干機干燥，干燥后的砂又經提升機進入概率振動篩，這樣，由于有少量卵石進入概率振動篩，大大地降低了其篩分效率，增加了概率篩分裝置的故障率。為此，在烘干機出料口至干砂提升機之間的卸料槽上增設了一個鋼筋過濾裝置，預先對進入概率篩分裝置的砂進行了預篩分，經過改進后，既提高了概率振動篩的篩分效率，又降低了其故障率。根據此原理，在水泥儲存?zhèn)}也加設了一個過濾裝置，將水泥可能出現的雜質進行了預選，保障了產品的質量。

3 生產質量控制研究

應確保CA砂漿產品質量符合高鐵CA砂漿相關技術條件和工程應用的要求，生產線的產品質量控制主要包括水泥、砂、外加劑等原材料的質量控制，烘干系統的烘干質量控制，砂的篩分質量控制，計量系統的計量精度控制等。主要從以下幾個方面對其進行了分析和研究。

3.1 烘干系統的質量控制

烘干系統的質量控制主要從兩個方面進行研究:一是除了加強進場原料砂的質量控制外，在條件允許時，利用太陽輻射熱對原砂進行自然烘干，或者增設庫房，對砂進行存放，以便去除部分水分。二是選擇性能良好和可調范圍較寬的燃燒器，提高烘干系統的可控度，以提高烘干的質量和烘干效率。生產線更換了一個可以任意調節(jié)火力的ECG160M比例調節(jié)式燃燒器，可以根據原材料的實際情況，進行火力大小的調節(jié)，既保證了烘干質量，又提高了生產效率。

3.2 砂的篩分質量控制

生產線的篩分設備采用的是概率振動篩，其篩網孔徑分別為1.18 mm，0.60 mm，0.30 mm和0.15 mm四種。由于在選擇原料砂的顆粒分布時，主要考慮0.60 mm，0.30 mm兩種粒徑的含量要占80%以上，最后選用的砂中含這兩種臨界粒徑的砂含量相對集中，造成0.60 mm，0.30 mm的篩網堵孔率較大，影響砂的篩分質量和篩分效率。采取的措施有:①加大對振動篩分料口的檢查，避免局部堵塞，影響分料裝置的分散性能;②加大對振動篩網的清孔頻率，在每班生產前，必須對振動篩網進行清孔，以提高篩分質量和篩分效率;③將1.18 mm以下的篩網由一層改為上下兩層，上層為原孔徑篩網，下層為大一個規(guī)格的篩網，這樣，大大加強了篩網的強度，使篩網更加經久耐用，減少了檢修更換時間，降低了成本。

3.3 計量精度的控制

生產線的計量控制系統采用雙機同步控制系統，主要硬件由兩臺ADLINK工控計算機、高性能長壽命的 MITSUBISHI PLC、MITSUBISHI AD 模塊:500 μs高速轉換，1/20 000高分辨率、高速高精度的稱重單元和國 際 著 名 低 壓 電 器 (Schneider、ABB、Omron、MITSUBISHI)組成(如圖2所示)。

圖2 FBZ1200型生產線的計量控制系統

該系統采用專業(yè)的控制軟件實現干混砂漿生產的自動化控制，具有全立體界面動畫模擬生產工況和全方位在線實時檢測設備生產狀態(tài)，并進行安全聯鎖管制。若出現異常工況，可準確提示設備故障點并提醒工作人員進行定位查看與檢修，實現準確的故障定位并排除故障。

在對FBZ1200型生產線的計量控制系統進行全面分析和研究的基礎上，主要采取以下措施來提高系統的計量精度:①通過調整慢速配料值和慢速配料速度來提高計量精度，一般為目標值的50%。②粉料計量斗檢查排氣通道是否保持通暢，除塵管路堵塞，會使電子秤的讀數變化;蝶閥與主機的軟連接不宜太硬，過硬的軟連接約束了秤體的靈活性，會導致零點漂移與秤間距的偏差。③檢查粉料秤卸料口的軟件連接，檢查是否有粉料凝固塊，如秤體被托起，將會影響精度。

4 有待進一步研究的問題

4.1 烘干系統的節(jié)能問題

烘干過程的熱損耗是不容忽視的，一是熱耗通過收塵器排風機直接排入空氣中，二是通過烘干機筒體散發(fā)掉，三是通過未完全冷卻的干砂帶入儲砂倉，經測量，其帶走的熱量占熱損耗的60%以上。因此，擬研究用尾氣余熱對砂進行預熱，以提高烘干系統的熱效率，從而進一步實現節(jié)能降耗。

4.2 篩分系統的篩分質量和效率問題

現在使用的概率振動篩篩砂的方法，由于未徹底解決篩網的堵孔問題，砂的篩分質量和篩分效率會受到一定的影響，需要進一步對篩分系統進行深入研究。目前，主要考慮從調整振動器的激振力、振動篩網的傾斜角度及提高有效過濾面積等幾個方面開展研究。

5 結語

通過對CA砂漿干粉料機械化生產工藝和設備控制等過程進行的專題研究，其成果在哈大高速鐵路得到應用，CA砂漿干粉料與乳化瀝青等材料配合良好，材料性能滿足國家高速鐵路施工技術規(guī)范條件，完全符合工程方的施工要求，同時也得到了業(yè)主、監(jiān)理和設計院的一致認可。

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