成都地鐵管片廠自動化生產線的優化研究

文/胡云發 北京中鐵房山橋梁有限公司 北京 102400

1、工程概況及管片自動化生產線情況介紹

1.1 自動化生產線管片預制現狀和對比分析

自動化生產線管片技術主要應用于地鐵盾構隧道建設中，長沙地鐵、深圳地鐵等有相關的設計和應用，本次施工技術在十四局房橋公司為首次應用。

管片自動化生產線在技術質量標準化水平、安全性、成本相對固定模方式均有很大優勢，自動化生產線主要由五大系統組成，中央控制系統、混凝土上料系統、混凝土澆注系統、模具傳送系統和蒸汽養護系統。五大系統在中央電腦的控制下，自動流水作業,實現生產的標準化。當自動化流水線某一操作失靈，也可人工操作，此時禁止任何自動化運動，以免出現機械事故。較高的自動化程度，極大的提高了人力資源和其他能源的利用率，同時管片質量和人員、設備的安全性也大大提高，工作環境因生產位置固定而易于保持，工作環境有優勢。

另外，在地鐵以及長期產品重復，產品數量多的工程中應用自動化生產線其優勢顯而易見，固定模最大循環2個循環，生產線可達到3個循環，并且模具無間距，不受模具擺放和廠房面積影響，可實現提高工效100%以上。

自動化生產線，它將管片生產從危險而繁重的生產車間工作環境解放出來，使工人在混凝土行業也能夠享受到科技的成果。它代表了世界上最先進的管片生產工藝，能夠提升企業形象，提高行業的科技含量，可為企業創建品牌奠定基礎。

1.2 本工程自動化生產線基本概況

北京房橋成都地鐵管片廠采用“2+4”模式自動化生產線進行管片預制，即2條生產線路，4條養護線路。其中2條生產線路可保證混凝土灌注交替持續進行，最大程度滿足生產連貫性要求采用頂推平移方式。

模具12套，共計11＊（2+4）=66個工位，自動化生產線工位固定，每條線總體上分為脫模工位（1處）、隱蔽工程工位（2-3處）、灌注工位（1處）、預養和收面工位（6處）、養護工位（11處）。

1.3 生產線優化前生產基本情況介紹

按照初期成都地鐵10號線一期工程5000環任務和工期的要求，以及前期投入資金要求，要求8個月內完成管片的生產，試生產1個月，每個月產能要求750環左右。

實際上10號線建設工期為2015年8月至2016年9月。

根據要求，產能為每天22-30環，月產能750環左右，我分公司提前3個月開始生產，足以滿足了成都地鐵10號線管片的生產需求。

2、自動化管片生產線的技術優化和改造分析

2.1 技術優化的前提條件

成都地鐵10號線結束后，分公司承攬成都地鐵5號線管片生產任務23000余環，受成都地鐵2020年之前通車500公里，在建150公里的建設要求，計劃工期2016年10月至2018年3月，共計18個月，要求管片廠每月產能為1280環左右。

按照工期要求，生產線必須保證每天產量達到40環以上，月產能在1200環以上。

根據目前生產線運行情況，最大產能為750環，要滿足生產需求，要么增加生產線增加產能，要么改造生產線提高產能。

2.2 產能提高的可行性分析

（1）增加生產線或增加地模方式可行性分析

管片生產線區別于地模在于可將等量模具的工效提高2-3倍，投入模具達到2-3個循環，成本運營最經濟，而目前生產線受制于養護時間（下面第3條分析將詳細介紹），偶爾能達到2.5個循環，一般為2個循環，因此，增加生產線的模具數量可以計算，最多為（1200環-750環）/（30＊2）=7.5環，也就是8套，增加1條8環的生產線即可滿足生產需求，需要投入1條生產線和相關起重等其它設備，其成本是成倍增加。

而地模投入時，模具數量需要更多。

（2）優化改造生產線可行性分析

即在1條生產線上進行優化和改造，達到月產能1200環，通過優化，延遲養護線，壓縮養護時間，確保8小時左右達到1個循環，確保2.5-3個循環，需要整體投入的模具最多為1200/（30＊2.5）=16套。目前已經有 12套，只需要增加4套模具即可滿足要求，而其它設備不需要重復投入，其成本效果不言而喻。

通過以上提高產能的可行性分析可以得出結論：技術優化改造生產線最為經濟和可行，比增加生產線或地模更能滿足地鐵5號線以及后期承攬任務要求。

3、自動化管片生產線的技術優化措施

自動化生產線在設計上、應用上目前較廣泛，其關鍵技術基本可以通過學習、自我吸收、改進來進行。

3.1 保證脫模強度的生產線技術優化

脫模強度直接影響生產線上的循環次數，一般來說溫度定量的情況下蒸汽養護5小時即可保證脫模強度，通過10號線生產的觀察，一般每個模具（小車）運行時間為5min，每小時12個，5小時可運行模具60個，因此要保證蒸養工位為60個以上，4條線的每條線要保證15個工位。

脫模強度還受制于混凝土的配合比，與原材料，特別是外加劑有很大關系，在這里不多贅述，后期將再研究另述。

3.2 生產線運行速度的技術優化

生產線上小車的運行速度直接影響總體運行速度，在保證振搗時間的同一時間內，擺渡小車要完成平移、推送、平移、推送的四個動作，在產能提高的同時，要壓縮動作的時間，這時要滿足一些前提條件，如測算頂推力是否滿足，頂推速度是否影響初凝工序混凝土的要求，蒸養窯內運行情況等。

3.3 預養區技術優化

預養區優化目標是要保證混凝土在生產線正常運行情況下，達到初凝狀態（即外弧面滿足質量要求）后入窯。

預養區優化可從兩個方面著手：

（1）在保證混凝土強度和耐久性等指標的前提下，使混凝土初凝時間縮短；

混凝土初凝時間主要受制于水泥、外加劑，即水泥的初凝時間和外加劑的早強作用，選用不同類型的水泥（通過P.O.52.5、P.O.42.5等水泥的初凝對比）完成施工配合比試驗；調整外加劑的主要成分達到初凝的時間要求。

混凝土的條件優化時間較長，須提前進行。

（2）延長混凝土預養時間來完成混凝土初凝過程。

延長時間而又不影響生產線施工停頓，只能通過增加預養工位來完成。

3.4 生產線控制技術的研究和優化

生產線的核心部分是由PLC控制器及傳感器、繼電器等組成，依靠油頂、傳動裝置來完成生產線的運行，主要靠PLC編組控制程序來完成整套的流程循環。

由于系統委外定制，在遇到故障時往往導致生產線的直接停頓，優化生產線時需要增加傳感器和線路，PLC需要重新編程。因此通過生產線的優化，系統性培養專業技術人才，研究生產線的原理，掌握控制、維修、保養生產線的技術，并在設備配件匹配性上進行研究，找到相適合、易替換的損耗件，最終確保生產線的運行不受技術壁壘、設備故障的影響，以確保生產線進度的要求。

結語：

自動化生產線正處于高速發展階段，自動化生產線其關鍵因素就是效率，任何條件在滿足基本要求都是為了達到效率，而自動化生產線對混凝土的一些特殊要求也區別于以往管片生產模式，也值得深入研究。這些都需要制造商以及相關的工程技術、試驗人員來不斷的調整和完善。