張克強

（中國鐵建重工集團有限公司，湖南 長沙 410100）

近些年來，各大城市由于地鐵建設的迅速發(fā)展，盾構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)揮出預制構件生產(chǎn)的技術經(jīng)濟優(yōu)勢和特點，確保管片的尺寸精度、質(zhì)量可控，性能穩(wěn)定，達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的目的。本文通過對地鐵盾構管片生產(chǎn)方式的分析，結合長沙某管片廠自動化流水生產(chǎn)線實例，總結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。

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，為此特對引進的管片自動化生產(chǎn)線進行了設計改動，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)工藝進行考察研究，近幾年來，為提高生產(chǎn)效益，所新建的預制管片構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)護系統(tǒng)、養(yǎng)護室升降門系統(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)定點開模，定點下料，定點振動搗固，人工修光后進入養(yǎng)護線作分區(qū)升溫、恒溫蒸汽養(yǎng)護，使用自動溫度控制實施窯式蒸汽養(yǎng)護線的升溫、恒溫、降溫分段控制，最后降溫出養(yǎng)護室。

在PLC集中控制下,模具在生產(chǎn)線上按設定的節(jié)拍自動運行，實行定人定崗的工序細分，在各自的工位上，操作工人在規(guī)定的相應時間內(nèi)獨立完成該崗位應該完成的工作，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:全自動運行方式、操作臺上的半自動單點操作方式和執(zhí)行器上的單獨手動操作方式。

3.1.1 全自動操作方式是保護最全面的運行模式，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，在進行該操作時，操作員應觀察每一個動作條件下的檢測點的信號狀態(tài)，在確認動作條件滿足的情況下進行單步操作；

3.1.3 執(zhí)行器上的單獨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行模式，在該模式下的運行必須非常慎重，操作員除了要觀察本地運作條件外還須兼顧和該操作有關的其他關聯(lián)動作直接的相關關系，其協(xié)調(diào)操作人員之間必須建立無線電聯(lián)絡通道，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行。平移小車是把模具從生產(chǎn)線運送到養(yǎng)護線和從養(yǎng)護線運送到生產(chǎn)線的轉運設備，平移小車采用變頻器控制，以減速馬達為動力，可根據(jù)現(xiàn)場情況適當?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，模具在推進油缸的作用下行走。在全自動運行模式下，兩臺平移小車同步保持同一條生產(chǎn)線或養(yǎng)護線上,從而保證同線上一端有一個模具的進入，另一端有空閑模具工位等待模具出養(yǎng)護室，依次動作形成生產(chǎn)線和養(yǎng)護線上模具的轉換和循環(huán)作業(yè)。根據(jù)不同規(guī)格的模具設計出模具小車，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)護系統(tǒng)

溫控蒸氣養(yǎng)護系統(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)護室溫度的自動化控制。管片養(yǎng)護的溫度要求相對比較嚴格,升溫速度不超過 15℃/h,降溫速度不超過 20℃/h。管片養(yǎng)護分預養(yǎng) (與靜停同時進行),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)護程序。

3.4 養(yǎng)護室升降門系統(tǒng)

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

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。高料斗負責從攪拌站接料口接混凝土送入車間，投放到低料斗內(nèi)，低料斗負責向模具投料。其動力為減速馬達，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。當發(fā)生斷電或電氣故障時，扳動馬達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行開關。當?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)在預設程序控制下實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的錄象監(jiān)控，在平移小車、養(yǎng)護室升降門、下料斗等關鍵位置安裝攝像頭。使操作員掌握各部生產(chǎn)情況和設備運行情況，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

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行。 因此，采用傳統(tǒng)生產(chǎn)方式時，行車運行時間長，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)護管片，密封保溫效果好，通過計算機智能控制靜養(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，各工位定點定人，操作單一，熟練度易提高，質(zhì)量易控制。通過計算機控制蒸養(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轉。

傳統(tǒng)的管片生產(chǎn)都是批量的進行生產(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)線對設備的要求高

制約自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的關鍵是設備的可靠性。其中有兩個關鍵點,第一是控制系統(tǒng);第二是平移小車。每個點出現(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。所以一定要把設備的檢查保養(yǎng)放在首位，提高設備的檢查保養(yǎng)力度，降低設備故障率，減小因設備故障對生產(chǎn)進度的影響。

5.2 配套設備的要求高

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

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進度。

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；在流水線運轉中，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 結束語

現(xiàn)在的管片構件預制廠已實現(xiàn)了不同規(guī)格管片的共線生產(chǎn)，是管片自動化生產(chǎn)線的一個重大進步，但是不論是從系統(tǒng)設計、優(yōu)化上,還是設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的工程技術人員來不斷完善。相信隨著人們對自動化生產(chǎn)線認識的不斷深入,流水線形式的生產(chǎn)，并大范圍地應用于軌道交通標準化管片生產(chǎn)。