鐵路混凝土軌枕生產(chǎn)振動(dòng)設(shè)備改進(jìn)分析

朱榮耀

摘要：混凝土軌枕生產(chǎn)振動(dòng)設(shè)備（俗稱振動(dòng)臺(tái)）是對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響的設(shè)備，它適用于試驗(yàn)室，現(xiàn)場工地作試件成型和預(yù)制構(gòu)件震實(shí)各種板柱、梁等混凝土構(gòu)件振實(shí)成型，本文重點(diǎn)討論分析一下該設(shè)備存在的問題，并對其進(jìn)行改進(jìn)分析。

關(guān)鍵詞：鐵路軌枕；振動(dòng)設(shè)備；改進(jìn)分析

1 引言

我國鐵路迄今已有100多年的歷史：從1876年第一條營業(yè)鐵路——上海吳淞鐵路通車之時(shí)算起已有123年；從1881自辦的第一條鐵路——唐胥鐵路通車之時(shí)算起，也已有118年，現(xiàn)在鐵路進(jìn)入了快速發(fā)展階段。鐵路行業(yè)最顯著的特點(diǎn)是載運(yùn)重量大、運(yùn)行成本低、能源消耗少，既在大宗、大流量的中長以上距離的客貨運(yùn)輸方面具有絕對優(yōu)勢，而且在大流量、高密度的城際中短途旅客運(yùn)輸中具有很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，是最適合中國經(jīng)濟(jì)地理特征和人們收入水平的區(qū)域骨干運(yùn)輸方式?！笆濉逼陂g，中國鐵路建設(shè)繼續(xù)加快推進(jìn)，新線投產(chǎn)總規(guī)模達(dá)3萬公里，安排鐵路投資2.8萬億元，全國鐵路運(yùn)營里程將達(dá)12萬公里左右。修建鐵路最常用的材料是軌枕，軌枕是置于鋼軌之下，是支承鋼軌并將鋼軌所受荷載傳布與道床上，是鐵路軌道重要組成部分，按材質(zhì)分類有：木枕、混凝土枕、鋼枕、塑料枕，我國現(xiàn)在大部分使用混凝土枕。

2.軌枕生產(chǎn)設(shè)備概述

軌枕作為鐵路上的重要配件，有著嚴(yán)格的封閉環(huán)形流水線生產(chǎn)工藝，主要通過專用生產(chǎn)設(shè)備來制作。軌枕生產(chǎn)線按照設(shè)備功能可以分為10大系統(tǒng)：工藝控制系統(tǒng)（主要包括各種電氣控制設(shè)備），清模噴涂系統(tǒng)，配件安裝系統(tǒng)，張拉放張系統(tǒng)（主要包括張拉設(shè)備、放張?jiān)O(shè)備）；攪拌供料系統(tǒng)（主要包括攪拌設(shè)備、骨料配送設(shè)備、骨料提升設(shè)備、水泥倉、螺旋輸送設(shè)備、電氣控制系統(tǒng)），下料振動(dòng)系統(tǒng)（主要包括振動(dòng)臺(tái)、電動(dòng)機(jī)、下料小車）、養(yǎng)護(hù)保濕系統(tǒng)（主要包括蒸汽鍋爐、自動(dòng)溫控系統(tǒng)、傳感器、養(yǎng)護(hù)池、噴水設(shè)備），翻轉(zhuǎn)脫模系統(tǒng)（主要包括脫模機(jī)、脫模輥道、傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)），成品輥道系統(tǒng)（主要包括成品輥道、碼垛機(jī)、操作臺(tái)），模具返回系統(tǒng)（主要包括縱向輥道和橫移裝置）。

在上述所有設(shè)備中，下料振動(dòng)系統(tǒng)是最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，設(shè)備安裝時(shí)，對下料振動(dòng)系統(tǒng)有以下注意事項(xiàng)：振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)與整體地基不可連成整體，原則上需要添加泡沫板隔開，防止振動(dòng)時(shí)破壞地基；振動(dòng)臺(tái)面安裝時(shí)，先將彈簧座碗調(diào)整好，要增加墊層保證絕對水平，高度偏差為±1-2mm，要確保中心線對齊，整機(jī)前后方向的相對誤差±5mm以內(nèi)；軸承座、連接板等所有非剛性連接部位都需要加防止松動(dòng)的配件，避免振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)松動(dòng)，出現(xiàn)意外傷害；安裝需要加彈平墊，防止松動(dòng)；拉伸油缸需要估計(jì)行程、距離、斜度等方面，如果條件具備采用使振升滾筒斜置、油缸拉伸至最大行程直接安裝，可保證行程最大，保護(hù)振升滾筒；振動(dòng)臺(tái)電動(dòng)機(jī)必須保證軸中心和萬向節(jié)中心在同一直線上，即保證等軸，防止出現(xiàn)偏心和扭斷；激振器為臺(tái)面下關(guān)鍵配件，通過偏心輪產(chǎn)生振動(dòng)力，制作時(shí)要保證高質(zhì)量、高精度、耐使用等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

振動(dòng)臺(tái)使用時(shí)的要求：振動(dòng)臺(tái)安裝前，應(yīng)先打好基礎(chǔ)，打基礎(chǔ)時(shí)上平面要按水平找并按底梁螺栓孔埋好固定螺栓，然后安裝，安裝時(shí)固定螺栓必須擰緊；安裝完畢試車前，先開車3—5分鐘后停車，對所有緊固螺栓進(jìn)行檢查，若松動(dòng)須擰緊后方可使用；振實(shí)過程中，混凝土制品應(yīng)牢固的緊固在振動(dòng)臺(tái)面上，所需振實(shí)的制品放置要與臺(tái)面對稱，使負(fù)荷平衡，振實(shí)制品的緊固裝置用戶可根據(jù)自己的需求自行設(shè)計(jì)配制；振動(dòng)器軸承應(yīng)經(jīng)常檢查，并定期拆洗，更換潤滑油，使軸承保持良好的潤滑，延長振動(dòng)器的使用壽命；應(yīng)有可靠的接地線，防止觸電，確保安全。

3 軌枕生產(chǎn)關(guān)鍵工藝

軌枕生產(chǎn)中攪拌、張拉、振動(dòng)、養(yǎng)護(hù)四個(gè)環(huán)節(jié)為關(guān)鍵工藝，控制的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此要重點(diǎn)做好幾個(gè)工藝設(shè)備的加工制作，才可確?；炷淋壵淼馁|(zhì)量。

4 軌枕生產(chǎn)振動(dòng)臺(tái)存在的問題及改進(jìn)方向

混凝土振動(dòng)臺(tái)主要由臺(tái)底架、振動(dòng)器彈簧、彈簧底座、臺(tái)面、升降裝置等部件組成。臺(tái)面與底架均用鋼板和型鋼焊接而成，振動(dòng)臺(tái)是用電動(dòng)機(jī)、一對相同的偏心輪，并通過一對吊架聯(lián)軸器安裝在臺(tái)面下方中心位置，起著振實(shí)過程中平穩(wěn)、垂直方向的作用。振動(dòng)臺(tái)符合 GB/T13309，IEC68-2-6（FC）等國家標(biāo)準(zhǔn)。

4.1振動(dòng)臺(tái)存在的問題

4.1.1 噪聲污染

噪聲污染與空氣污染、水污染一起被列為三大污染。環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)是為保護(hù)人群健康和生存環(huán)境，對噪聲容許范圍所作的規(guī)定。制定原則，應(yīng)以保護(hù)人的聽力、睡眠休息、交談思考為依據(jù)，應(yīng)具有先進(jìn)性、科學(xué)性和現(xiàn)實(shí)性。城市環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)值分為5類，具體如表1所示（單位：dB），3類標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)區(qū)[1]。經(jīng)過測試，通常情況舊式廂式振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生的噪聲值達(dá)到80 dB以上，已經(jīng)超過了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對作業(yè)人員身心健康已經(jīng)產(chǎn)生了一定影響。

4.1.2 臺(tái)面裂紋

振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的尺寸一般情況下長為1800mm，寬為1000mm，但是可以根據(jù)需要進(jìn)行改進(jìn)，直至達(dá)到生產(chǎn)工藝需求。舊式廂式振動(dòng)臺(tái)整個(gè)臺(tái)面主要依靠各種鋼板材料焊接而成，臺(tái)面接觸部分使用h=20mm鋼板，其它使用h=8-12mm各種板材拼接，設(shè)計(jì)成箱體形狀，焊接工藝較多，由于焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，主要有焊接裂紋、未焊透、夾渣、氣孔和焊縫外觀缺欠等。這些缺欠減少焊縫截面積，降低承載能力，產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起裂紋；降低疲勞強(qiáng)度，易引起焊件破裂導(dǎo)致脆斷，最終影響設(shè)備的使用壽命，增加生產(chǎn)成本。

4.1.3 振幅過小

振動(dòng)臺(tái)主要目的是提供一定的振動(dòng)力，將模具內(nèi)的混凝土振實(shí)，保證軌枕的密實(shí)度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，減少不合格的產(chǎn)生。舊式廂式振動(dòng)臺(tái)每組由4-5個(gè)振動(dòng)臺(tái)組成，每個(gè)臺(tái)面下有四個(gè)彈簧和底座，放在四個(gè)角上，支持臺(tái)面，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)相關(guān)設(shè)備傳遞振動(dòng)力。由于模具重量約3-4噸噸，軌枕重約3-4噸，加起來6-8噸，重量較大，振動(dòng)臺(tái)會(huì)出現(xiàn)振幅過小，力量不足的現(xiàn)象，主要原因可能有：電機(jī)的頻率和彈簧頻率不一致，電機(jī)的功率過小，振動(dòng)臺(tái)重量過大，彈簧強(qiáng)度不夠或者過大，激振器松動(dòng)。

4.2 振動(dòng)臺(tái)改進(jìn)方向

4.2.1 噪聲污染

噪聲對人的影響和危害跟噪聲的強(qiáng)弱程度有直接關(guān)系?？刂圃胍舡h(huán)境，除了考慮人的因素之外，還須兼顧經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的可行性，充分的噪音控制，必須考慮噪音源、傳音途徑、接受者所組成的整個(gè)系統(tǒng)。在工廠建筑物中，為了減小噪聲而采取的措施主要是吸聲、隔聲、隔震和消聲。吸聲——直接吸收聲污染源的聲能（主要途徑有吸聲材料、泡沫塑料玻璃棉、吸聲磚、綠化隔離帶等）；隔聲——阻止聲波不能直接通過（主要途徑有隔聲墻、隔聲罩、聲屏障等）；隔震——防治振動(dòng)能量從振源傳播（主要途徑有金屬彈簧、橡膠墊等）；消聲——降低空氣動(dòng)力設(shè)備的進(jìn)排氣口噪聲和沿管道傳播的噪聲（主要途徑有阻性、抗性、復(fù)合性消聲器）。綜合考慮各種因素，可以從以下方面對振動(dòng)臺(tái)噪聲改進(jìn)，達(dá)到減少噪聲污染的目的。一是從設(shè)備源頭上改進(jìn)，將舊式廂式振動(dòng)臺(tái)改成平板式振動(dòng)臺(tái)，減少聲音在箱體內(nèi)的傳播和回音；采用高分子耐磨塑料代替臺(tái)面墊塊，避免鋼板與鋼板即振動(dòng)臺(tái)與模具直接接觸；在鋼板墊塊上加高質(zhì)量耐磨橡膠板，進(jìn)行硫化處理，減少接觸面。只有從源頭上控制了噪聲才會(huì)起到最佳效果，通過改進(jìn)后，能夠?qū)⒃肼暱刂圃?5dB以下，符合了工業(yè)噪聲的要求，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)如圖3所示。。二是采取吸聲辦法，安裝吸聲裝置、用吸聲磚蓋廠房、廠房周圍設(shè)置綠化隔離帶等。三是加強(qiáng)對接受者的防護(hù)，如佩帶耳塞、防聲棉、耳罩或頭盔等。

4.2.2臺(tái)面裂紋

舊式廂式振動(dòng)臺(tái)整個(gè)臺(tái)面主要依靠各種鋼板材料焊接而成，改進(jìn)后臺(tái)面直接使用h=45-50mm整體鋼板，沒有進(jìn)行焊接，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中和裂紋現(xiàn)象，提高了強(qiáng)度，增加了設(shè)備使用壽命。

4.2.3 振幅過小

由于臺(tái)面上重量較重，振動(dòng)臺(tái)會(huì)出現(xiàn)振幅過小，力量不足的現(xiàn)象，主要原因可能有：振動(dòng)臺(tái)重量過大，彈簧強(qiáng)度不夠或者過大，激振器松動(dòng)，電機(jī)的頻率和彈簧頻率不一致，電機(jī)的功率過小。但是經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，彈簧強(qiáng)度不夠和電機(jī)的功率過小是主要原因。因此我們對振動(dòng)臺(tái)彈簧和底座進(jìn)行了分析，每個(gè)臺(tái)面彈簧和底座由四個(gè)改為八個(gè)，增加彈簧數(shù)量，提高強(qiáng)度，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)如圖4所示；增加電動(dòng)機(jī)功率，由22KW改成37KW，提高原動(dòng)力，成功解決了振幅過小的問題。

4.3 材料選擇

振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面和底座可以使用碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲強(qiáng)度，故采用碳鋼制造更為廣泛。根據(jù)設(shè)備的使用情況，臺(tái)面使用Q235鋼，底座使用45鋼[2]。

5 振動(dòng)臺(tái)改進(jìn)后應(yīng)用前景

混凝土軌枕產(chǎn)品質(zhì)量的好壞對鐵路行車是否安全有重要影響，而軌枕產(chǎn)品的質(zhì)量與振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)的效果息息相關(guān)，如果振動(dòng)不到位可能產(chǎn)生蜂窩、露筋、粘皮、縫隙與夾渣層、裂紋、崩落等問題。為提高混凝土產(chǎn)品的質(zhì)量，可以通過以下途徑：一是嚴(yán)格選料：選擇商品混凝土?xí)r選用具有密實(shí)度高，收縮率小，強(qiáng)度高，可灌性好等多種性能的商品混凝土；二是加強(qiáng)搗固：搗固時(shí)采用“快插慢抽”工藝，在搗固過程中，將振動(dòng)棒上下略為抽動(dòng)，以使上下?lián)v固均勻。在軌枕方面就是加強(qiáng)振動(dòng)，增加密實(shí)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量；三是加強(qiáng)混凝土成型后的養(yǎng)護(hù)，提高強(qiáng)度，防止出現(xiàn)干裂現(xiàn)象。

此項(xiàng)研究對振動(dòng)臺(tái)改進(jìn)后，避免了以前存在的問題，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，減少了蜂窩、露筋、粘皮、縫隙與夾渣層、裂紋、崩落等問題的發(fā)生，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。隨著鐵路建設(shè)步伐的加快，軌枕需求量進(jìn)一步增加，將具有良好和廣泛的應(yīng)用前景。

6 結(jié)束語

本文通過對鐵路混凝土軌枕生產(chǎn)振動(dòng)設(shè)備改進(jìn)進(jìn)行較為深入的研究，對振動(dòng)臺(tái)存在的問題進(jìn)行分析，著重對噪聲污染、臺(tái)面開裂、振幅過小等問題進(jìn)行了改進(jìn)，減少了噪聲環(huán)境污染，增加了設(shè)備使用壽命，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，最終提升了工作效率，滿足了生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》.國家環(huán)境保護(hù)部 2008.10.

[2]相俞才.工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].高等教育出版社.2004：22-23.