趙東建

(中鐵十六局集團(tuán) 第四工程有限公司，北京 101400)

為了提高鐵路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的舒適性及安全性，我國(guó)高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)主要采用無(wú)砟軌道的結(jié)構(gòu)模式[1]。對(duì)CRTSⅡ型無(wú)砟軌道來(lái)說(shuō)，與之配套的軌枕稱為雙塊式軌枕，它采用桁架式鋼筋連接的混凝土支承塊替代長(zhǎng)枕埋入式中的穿孔軌枕，從而提高了道床結(jié)構(gòu)的整體性。雙塊式軌枕生產(chǎn)技術(shù)是一項(xiàng)新課題，其生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)參數(shù)或者控制要點(diǎn)等在軌枕生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)尚需不斷探索[2-4]。作者在鄭西客運(yùn)專線軌枕生產(chǎn)過(guò)程中做了大量的試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比分析軌枕生產(chǎn)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié):混凝土的制備、混凝土的振動(dòng)、軌枕養(yǎng)護(hù)及脫模，取得了理想的效果。本文主要介紹沖擊式脫模原理、工序、影響因素，以及主要環(huán)節(jié)的控制。

1 脫模原理

軌枕沖擊式脫模原理主要是根據(jù)慣性原理，軌枕與模具一起做自由落體運(yùn)動(dòng)，模具受阻停止下落，軌枕由于慣性繼續(xù)下落并與模具脫離，軌枕脫模結(jié)構(gòu)示意如圖1，脫模工序流程如圖2。

圖1 軌枕脫模結(jié)構(gòu)示意

沖擊式脫模只有脫模力大于脫模阻力的前提下軌枕才能由模具中脫出，即f脫＞f阻。脫模阻力主要由軌枕與模具腔摩擦力、混凝土的附著力、定位釘與預(yù)埋套管變形力組成，即

要使軌枕順利脫模，必須滿足

1.1 脫模力f脫分析

軌枕同模具一起做自由落體運(yùn)動(dòng)，模具與脫模平臺(tái)撞擊產(chǎn)生軌枕脫模力。首先是不計(jì)空氣阻力的干擾，軌枕同模具下落高度設(shè)為h，反彈速度V2接近于0，根據(jù)沖量定律[5]可以得到

由公式(3)可以看出脫模力與軌枕頂起高度(h)有直接關(guān)系，模具頂起越高脫模力越大。但在生產(chǎn)實(shí)踐中必須綜合考慮各種因素，頂起高度過(guò)大可能摔壞軌枕和降低模具的使用壽命，頂起高度過(guò)小脫模力不足，軌枕難以脫下。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)總結(jié)出軌枕頂起高度以8～12 cm為宜。

軌枕同模具自由落體運(yùn)動(dòng)只是理想假設(shè)，在生產(chǎn)過(guò)程中只有保證四個(gè)頂起氣囊的快速放氣并保證它們的同步性，模具下落才能接近自由落體運(yùn)動(dòng)。軌枕場(chǎng)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，將氣囊放氣閥由氣動(dòng)改為電動(dòng)，解決了建場(chǎng)初期氣囊放氣較慢和不同步的問(wèn)題，脫模力環(huán)節(jié)得到了控制。

1.2 模具阻力f阻分析

軌枕與模具有5個(gè)接觸面，其中4個(gè)為斜面，承軌槽面為不規(guī)則面。根據(jù)摩擦力計(jì)算公式

式中，接觸面積(s)是不可改變量，只能從降低模具腔的摩擦系數(shù)(μ)方面著手。模具腔的平整度和光滑程度，是影響軌枕與模具腔摩擦系數(shù)的主要因素，因此軌枕場(chǎng)在制造模具時(shí)，對(duì)模具腔材料和工藝進(jìn)行了多次試驗(yàn)，最后確定材料為冷軋拉伸鋼板，由數(shù)控機(jī)床整體成型。數(shù)控機(jī)床整體成型冷軋拉伸鋼板模具腔內(nèi)沒(méi)有焊縫，平整度明顯優(yōu)于普通鋼板拼焊成型的模具腔，冷軋拉伸鋼板本身密度較高，摩擦系數(shù)降低很多。

1.3 混凝土的附著力f附分析

選用合適的脫模劑可以降低軌枕與模具之間的附著力，為此軌枕場(chǎng)進(jìn)行了脫模劑試驗(yàn)。試驗(yàn)初期就否定了油性脫模劑，主要原因:①不經(jīng)濟(jì);②施工困難，不能用噴壺噴灑;③涂刷不均勻容易流淌;④污染軌枕面。后期脫模劑選用試驗(yàn)工作著重于水溶性脫模劑，經(jīng)過(guò)多次對(duì)比試驗(yàn)確定了一種水溶性脫模劑。主要優(yōu)點(diǎn):①經(jīng)濟(jì);②操作簡(jiǎn)便，能用噴壺噴灑;③噴灑后不易流淌;④脫模后模具腔潔凈程度好，模具只需簡(jiǎn)單清理即可進(jìn)入下一循環(huán)。

1.4 套管變形阻力f變分析

脫模時(shí)定位釘發(fā)生彈性變形與預(yù)埋套管脫離，最終使軌枕脫出。定位釘?shù)拈L(zhǎng)短、硬度對(duì)脫模有一定的影響。在保證預(yù)埋套管垂直度和定位的前提下，應(yīng)盡量縮短定位釘?shù)慕z扣長(zhǎng)度;定位釘所用材質(zhì)不能過(guò)硬，否則會(huì)對(duì)預(yù)埋套管造成損傷，同時(shí)定位釘本身也容易損壞。試生產(chǎn)期軌枕場(chǎng)采用的定位釘是鋼芯外加一層高強(qiáng)度橡膠，因預(yù)埋套管上浮、局部損壞，定位釘只經(jīng)過(guò)4～5個(gè)循環(huán)就要報(bào)廢。后期加工的定位釘縮短了鋼芯長(zhǎng)度，只在定位釘根部存在鋼芯，生產(chǎn)實(shí)踐說(shuō)明這種定位釘十分理想。

2 沖擊式脫模操作工序

軌枕脫模環(huán)節(jié)是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，模具由輥道輸出，多功能小車馱起模具運(yùn)行至翻轉(zhuǎn)脫模裝置就位，放下模具，多功能小車前行至空位等待;翻轉(zhuǎn)脫模裝置舉升模具并翻轉(zhuǎn)，模具下落到位后，氣囊工作，頂桿頂起模具后迅速放氣，模具自由下落撞擊脫模平臺(tái)，通過(guò)3～4次撞擊完成脫模過(guò)程;多功能小車返回至翻轉(zhuǎn)脫模裝置，馱起軌枕運(yùn)送至鏈?zhǔn)絺魉脱b置，再次返回將空模具運(yùn)送至標(biāo)準(zhǔn)輥道。脫模操作工序如圖2和圖3。

圖2 翻轉(zhuǎn)脫模機(jī)工作流程

圖3 脫模操作工序流程

3 脫模環(huán)節(jié)控制

軌枕生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間間隔均控制在4 min之內(nèi)，為達(dá)到軌枕生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)能力，使之能夠形成正常流水作業(yè)，脫模環(huán)節(jié)的控制至關(guān)重要。

3.1 降低脫模阻力

在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制脫模阻力，重點(diǎn)解決脫模力與脫模阻力問(wèn)題，確保順利脫模。

3.2 解決模具本身對(duì)脫模環(huán)節(jié)的影響

1)模具鋼筋卡口位置開槽不能太小，否則桁架卡入過(guò)緊，也會(huì)增加脫模難度。在加工模具時(shí)，鋼筋卡口需要預(yù)留不小于3 mm的空間。

2)根據(jù)沖擊式脫模工藝原理，每個(gè)模具與脫模平臺(tái)不少于2 000次的撞擊，因此模具本身需要有較高的剛度和強(qiáng)度。剛度不足的模具易與軌枕發(fā)生共振現(xiàn)象，使脫模力變小造成軌枕與模具不能順利脫離;模具剛度不足還會(huì)造成模具本身的上撓，生產(chǎn)出的軌枕因外形尺寸超差造成軌枕報(bào)廢。因此模具外框要采用優(yōu)質(zhì)鋼板，板厚不能小于2 cm，模具腔需要加固并且與模具外框連成整體。

3.3 控制多功能小車的運(yùn)行速度

多功能小車在完成一次脫模過(guò)程中要往返兩次，期間要實(shí)現(xiàn)升降四次，這個(gè)過(guò)程的速度控制能為整個(gè)工序節(jié)約一定時(shí)間。為此，要在保證運(yùn)行安全的前提下，最大程度地提高往返速度，還要提高多功能小車舉升的速度，同時(shí)通過(guò)設(shè)置控制程序，使小車在運(yùn)行的過(guò)程中完成升降過(guò)程。

需要注意的是，為保證運(yùn)行安全，重載狀態(tài)的下降速度不能過(guò)快。

3.4 控制模具舉升、翻轉(zhuǎn)下落的速度

模具在脫模平臺(tái)有兩次180°旋轉(zhuǎn)，舉升下落各兩次。通過(guò)調(diào)節(jié)油缸油壓及兩側(cè)油缸的同步性，控制舉升、下落速度;在保證運(yùn)行安全的前提下調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，最大程度地提高翻轉(zhuǎn)速度。通過(guò)以上措施縮短這個(gè)環(huán)節(jié)占用的時(shí)間。

3.5 控制氣囊工作的次數(shù)

氣囊工作的次數(shù)直接關(guān)系到脫模時(shí)間的長(zhǎng)短，即生產(chǎn)過(guò)程中氣囊工作次數(shù)越少，所消耗時(shí)間越短。這個(gè)環(huán)節(jié)主要從模具的頂起高度、氣囊放氣速度，以及模具與脫模平臺(tái)的四個(gè)接觸點(diǎn)接觸的同步性等方面進(jìn)行控制。

1)模具頂起越高脫模力越大，軌枕脫模越容易，氣囊工作的次數(shù)越少，為此采用大行程，將氣囊行程控制在8～12 cm。

2)要保證氣囊放氣速度快，才能保證模具的下落更接近于自由落體運(yùn)動(dòng);同時(shí)保證四個(gè)氣囊放氣過(guò)程的同步性。

3)模具與脫模平臺(tái)的四個(gè)接觸點(diǎn)必須同時(shí)接觸，否則產(chǎn)生的橫向力抵消大部分脫模力，造成脫模困難。

4 脫模環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新

軌枕脫模過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量混凝土殘?jiān)?，這將影響多功能小車的運(yùn)行而且清理困難。軌枕場(chǎng)工作人員在多功能小車后加掛清渣小車，脫模時(shí)清渣小車在脫模平臺(tái)正下方，中間部位的混凝土殘?jiān)苯勇涞角逶≤?。脫模平臺(tái)骨架上增加了鋼板坡面，模具兩側(cè)的混凝土殘?jiān)ㄟ^(guò)坡面集中到清渣小車。此項(xiàng)改進(jìn)節(jié)約了人力，同時(shí)為脫模環(huán)節(jié)節(jié)約了時(shí)間。

軌枕桁架鋼筋防銹問(wèn)題一直困擾著各軌枕場(chǎng)，最簡(jiǎn)單有效的方法是刷水泥漿。由于桁架鋼筋的外形結(jié)構(gòu)造成刷水泥漿困難，并且浪費(fèi)大量的人力，刷漿還不均勻。經(jīng)過(guò)軌枕場(chǎng)全體人員的努力，制造了一臺(tái)簡(jiǎn)單的刷水泥漿設(shè)備，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)這臺(tái)設(shè)備，刷漿效果完全滿足桁架鋼筋防銹要求。

5 小結(jié)

通過(guò)軌枕場(chǎng)全體人員努力，軌枕脫模環(huán)節(jié)由原來(lái)的5～6 min縮短為4 min，為整個(gè)生產(chǎn)線的高效運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造了條件。在此基礎(chǔ)上，軌枕場(chǎng)日生產(chǎn)軌枕1 300余根，達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，為圓滿完成軌枕生產(chǎn)任務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]何華武.無(wú)碴軌道技術(shù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2007]85號(hào) 客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫時(shí)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2007.

[3]張科強(qiáng)，趙旭東.武廣鐵路客運(yùn)專線雙塊式軌枕預(yù)制質(zhì)量控制[J].鐵道建筑，2010(1):23-26.

[4]黃大春.CRTSⅡ型無(wú)砟軌道軌道板的安裝與調(diào)整技術(shù)[J].鐵道建筑，2010(6):119-121.

[5]孫世賢，黃圳圭，唐乾剛.理論力學(xué)教程[M].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社，1997.