管片自动化生产线的研究

摘 要：本文通过阐述了盾构管片自动化生产线的工作原理以及制约生产线正常运转的关键点，分析总结自动化生产线生产与传统固定式生产的优缺点。

关键词：盾构管片； 自动化生产线； 分析

中图分类号： F407 文献标识码： A

随着城市建设的不断加速，盾构施工已经广泛应用于大中型城市地下隧道施工。盾构施工最关键的一个部件就是隧道衬砌预制钢筋混凝土――管片。管片生产分为固定式和自动化生产线两种模式，固定式生产模式使用比较多，但其生产效率相对较低，自动化生产线生产模式生产效率相对较高，但对设备的要求比较高， 任何一个环节出现问题都会造成整个生产线的停滞， 从而影响生产。

一、模式介绍

传统的生产方式是模具在生产车间内固定摆放， 振捣一般采用附着式振捣和插入式振捣。模具旁边设置蒸养用的蒸汽管道、蒸养罩以及压缩空气管道等。操作工人在每个模具之间走动来完成各个工序的操作。钢筋笼放置、混凝土浇注、管片脱模均采用厂房内桥吊完成。

自动化生产线是指管片生产各个工序的位置相对固定，模具在生产线通过有轨运输的方式有规律地循环运行，经过每个工位后最终完成管片的成型。生产线上操作工人站在固定的工位上完成本工位的操作。振捣方式一般采用附着式振捣和振动台整体振捣两种。振捣工位的上方是混凝土料斗， 料斗可在搅拌站下料口与模具的振捣工位来回运行，从而完成混凝土的运输、浇筑，浇筑完毕后通过抹面、静停预热后进入蒸养窑内蒸养。

不管是固定式生产还是流水线生成都需要相同的工序，

二、自动化生产线的工作原理

1、自动化生产线组成

自动化生产线上由中心控制系统、生产线行走系统、浇注系统、养护系统、监控系统、振动系统组成。

2、工作原理

2.1 中心控制系统

生产线上的所有动作指令都是由控制系统发出的，控制系统是由电脑软件通过 PLC 控制各个驱动电机， 由驱动电机或者驱动电机带动液压泵站来完成相应的动作， 其中包括： 平移小车前后行走、模具移动、养护窑门的升降、混凝土料斗的移动和下料等一系列动作。当各个动作到位后都有相应的传感器或接近开关把动作情况反馈给 PLC， PLC 做出判断后就会做出下一个动作。

2.2 生产线行走系统

生产线行走是通过平移小车动作来实现的。平移小车设计在生产线和养护线的两个端头位置，是模具在生产线与养护线相互转换的过度设备。平移小车的 所有动作都是液压驱动。每条线的模具在动作之前平移小车都需要运行至这条线的两端，通过液压驱动将一端的模具推离平移小车，模具在推离平移小车的同时顶推该线的模具行走，直至另一端头的模具完全走上该侧的平移小车，随后平移小车把等待养护的管片运送到养护窑养护， 把养护好的管片运送到生产线脱模， 这样就形成了循环。如图所示。

2.3 浇注系统

浇注系统是用来完成管片浇注成型的组成单元。它的构成非常简单， 就是一个可以在生产线上方垂直生产线方向行走的料斗小车。料斗小车两个动作： 一是前后行走来对准每条线的模具下料口， 二是料斗门的开关来完成混凝土的浇注。如图所示。

2.4 养护系统

养护系统包括热源供应、温度控制两个部分。养护提供的热源需外接蒸汽，蒸汽通过输送管道流经预热区、升温区、恒温区、降温区。温度控制包括温度传感器、温度控制器、养护室门系统等组成，通过传感器反馈的温度调整温度控制器的开闭程度控制蒸汽的流量，从而实现温度的控制。通过养护室门系统的控制减少降低蒸养窑内温度和湿度的散失。管片养护的温度要求相对比较严格， 升温速度不超过 15 ℃/h，降温速度不超过 20 ℃/h。管片养护分预养 （ 与静停同时进行） ， 升温， 恒温， 降温四个过程。每个区域都在温度控制器上设定好温度范围， 温度控制器会根据传感器反馈回来的温度自动控制各个区域的温度， 来保证管片的蒸养条件。

2.5监控系统

自动化生产线在各活动运行的关键部位如管片小车、混凝土料斗、浇筑区域等均设置了摄像头进行监控，实时监控生产线运行情况，监控显示放置于中心控制室，便于操作人员及时发现和解决问题。如图所示。

三、管片自动化生产线的优点

1、节省投资与提高生产率

目前国内采用固定模式生产管片， 每天最多能完成三个循环的管片生产， 而自动化生产线可以实现四个循环的管片生产， 也就是同样 10套模具固定模式生产每天可以生产 30 环管片， 采用自动化生产线可以每天生产 40 环管片。生产率一下提高了 33%。以每天生产 60环为例， 采用自动化生产线生产就可以减少 5 套模具投资， 以每套 80 万元计算， 扣除生产线成本 200 万元， 大约可节约资金 200 万元。

2、节省人力成本

由于固定式生产， 操作工人要穿梭于各个模具之间作业，作业人员的数量和劳动强度都高于自动化生产线。而自动化生产线上仅需要在脱模至混凝土抹面几个固定的工位安排相对固定的工人，蒸汽养护均由设备控制完成，这不仅降低人员的劳动强度，减少了工人的数量，更易于保证管片的生产质量。

3、养护温度控制容易。

管片生产对蒸养的要求非常高。固定式生产一般只能是在每个模具的养护罩上安装温度计， 养护工需要在所有模具之间来回巡视， 由养护工来操作蒸汽阀门控制温度； 自动化生产线是在养护窑内蒸养， 温度是通过传感器给控制系统，由中央控制系统发出指令控制蒸汽阀门来达到控制温度的目的。相对来说会更加稳定可靠， 避免了人为因素的影响。

四、自动化生产线的局限性

1、自动化生产线对混凝土的要求比较高

由于自动化生产线生产过程中模具是按一定的节拍在运动， 运行的过程中可能会导致管片外弧面的下端产生堆积现象，影响管片的外观质量所以这就要求混凝土的坍落度不能过大， 同时初凝速度要尽量的提前，而固定式生产就不会存在这种情况。这就要求我们的技术人员和搅拌站操作人员要严格控制混凝土坍落度； 并且要仔细研究配比使混凝土的初凝时间以适合生产线的需要。

2、自动化生产线对设备的要求非常高

制约自动化生产线生产效率的关键是设备的可靠性。其中有几个关键点， 第一是平移小车；第二是行走系统； 第三是控制系统。这三个关键点具有同样的重要性， 每个点出现问题都会使生产线停顿， 同时也使线上的所有操作工人处于长时间的等待状态当中， 这是一个极大的浪费。所以在选用设备的时候， 在这三个关键点上一定要保证其可靠性， 有必要选择性能较为先进的进口设备。固定式生产则没有以上三点制约， 一个模具出现问题， 基本不会对生产造成太大影响。

3、自动化生产线对工人的熟练程度要求高

在固定生产节拍以后， 工人就需要在规定的时间内完成本工序的操作， 否则就会影响整个生产线的生产。

五、结束语

采用自动化生产线是未来管片生产的一个发展方向， 但是由于目前尚处于起步阶段， 尚有很多不完善的地方，需要制造商和相关的工程技术人员来不断的完善和改进。