一種組合可移動式鐵路廢舊軌枕智能化 收集破碎處置一體化裝備研究

牙馬忠

（中鐵物總資源科技有限公司，合肥 230088）

軌枕[1-3]是支撐鋼軌、保持軌距并將鋼軌承受載荷傳遞到道床上的重要載體，是鐵路的重要組成部分。按使用要求不同，它主要有普通軌枕、橋梁軌枕和道岔軌枕；按其材質分類，主要有木枕、水泥軌枕、鋼枕以及塑料枕（目前國內使用尚少）等。我國從20世紀90年代開始普遍使用水泥軌枕鋪設鐵路，現水泥軌枕鋪設的鐵路里程已達10萬多千米，在用水泥軌枕超過1.6億根，水泥軌枕設計使用壽命25年。2020年起，每年有不少于120萬根水泥軌枕需要更換處置。水泥軌枕形狀和鋪設現場，分別如圖1和圖2所示。

圖1 水泥軌枕形狀

圖2 水泥軌枕鋪設現場

更換淘汰后的軌枕堆放在鐵路線路兩側，天窗點采用人工收集，效率低、成本高、安全壓力大，且收集后不及時破碎處置存在占用大量的土地資源、造成環境污染等問題。本文設計了一種組合可移動式鐵路廢舊軌枕智能化收集破碎處置一體化裝備，對廢舊水泥軌枕進行自動識別、抓取收集、破碎處置以及資源化再利用等，實現變廢為寶。

1 裝備設計

1.1 水泥軌枕結構特點及性能參數

水泥軌枕的主要特點為蒸汽脫模一次成型，外觀光滑，強度高，硬度大，規格統一，彈性均勻，絕緣性好，穩定性高，不受天氣溫度影響，壽命長。此外，鋪設水泥軌枕的軌道穩定性高，能滿足高速、大運量等要求[4]。

水泥軌枕多為C58-C60高強混凝土。軌枕中設有直徑6 mm鋼筋骨架和M24高強度螺栓。軌枕的強度遠高于普通建筑混凝土強度。另外，軌枕的矩形截面結構特點異于塊狀建筑混凝土和建筑固廢。普通破碎設備難以實現一次破碎回收利用，必須進行二次破碎，且破碎后的骨料需進行多次分選。

常用水泥軌枕性能參數，如表1[5]所示。

表1 新Ⅱ型、Ⅲa型、Ⅲb型軌枕主要性能參數

1.2 裝備概念設計

1.2.1 工藝流程設計思路

水泥軌枕強度大，與建筑混凝土的破碎、篩分、回收處置有一定的差異。水泥軌枕收集裝置采用的是可移動式廢舊軌枕自動識別、智能抓取設備。破碎設備的設計思路為“先破后碎，分級破碎”。一級破碎采用顎式破碎機，二級破碎為已分解混凝土段的破碎。選擇反擊破碎機，二級破碎后設置磁性分選和震動篩分，磁性分選選擇常用除鐵器。篩分設備選擇多層震動篩，震動和篩分過程中選用可移動式除塵設備。整個設備設置控制中心進行數據采集和信號控制，自動實現報廢軌枕收集、處置一體化全過程管理。裝備設計工藝流程圖如圖3所示。

圖3 裝備設計工藝流程圖

1.2.2 裝備主要組成

一種組合可移動式鐵路廢舊軌枕智能化收集破碎處置一體化裝備，按工藝流程包括機械取料系統、機械喂料系統、一級破碎系統、光電識別一、送料裝置一級和二級破碎系統、送料裝置二、光電識別二、二級除鐵系統、第二篩分系統、篩分系統一、輸送裝置、環保系統、控制系統、輸送裝置一、輸送裝置二、輸送裝置三和一級除鐵系統共17個部分，如圖4所示。

圖4 設備整體平面布置概念設計圖

機械取料系統在車體的尾部設有固定軌道，沿車體外延設有完全伸縮式滑動軌道。機械喂料系統位于機械取料系統的側方，用于為長度單方向軌枕進料。喂料口位于一級破碎系統進口處，以傾斜供料。送料裝置一的一端連接一級破碎系統出料口，另一端連接二級破碎系統和一級除鐵系統的進料口。光電識別一設置于送料裝置一的上方。二級破碎系統的下方設置送料裝置二和光電識別二，光電識別二的出料口與篩分系統二相連接。送料裝置二出料口連接篩分系統一，篩分系統一下方出料口設置輸送裝置一、輸送裝置二和輸送裝置三。篩分系統上方設有返料口，用以連接二級破碎系統的進料口。

裝備可以是整體的一個車體，也可以是由兩個車體組合而成的車體。移動方式可以是輪胎式、履帶式、軌行式或其他方式。

2 裝備工作流程

現場采用液壓調平系統定位安裝整體設備。機械取料系統開始工作，機器人沿固定導軌、滑動導軌360°方向上定向抓取軌枕，放置于機械喂料系統的喂料槽中，傳輸進入一級破碎系統。經過一級破碎后的骨料進入輸送裝置一中，光電識別一識別鐵磁性物質并輸送至一級除鐵系統，再經過二級除鐵系統后進入篩分系統二。另一部分一級破碎的混凝土骨料經過輸送裝置提升至二級破碎裝置的進料口，破碎后的混凝土依次進入輸送裝置二和篩分系統一，篩分后符合要求的骨料依次經過輸送裝置一、輸送裝置二、輸送裝置三完成混凝土骨料篩分。不符合要求的混凝土返至二級破碎繼續破碎，直至符合粒徑要求。另一部分破碎后的混凝土和金屬結合物進入二級除鐵系統中，和一級除鐵系統的產出物一起進入篩分系統二中，篩分出混凝土、鋼筋和螺栓。

3 創新設計

一種組合可移動式鐵路廢舊軌枕智能化收集破碎處置一體化裝備，解決了軌道交通領域軌枕破碎散亂、效率低下以及作業環境惡劣等關鍵性問題。本裝備首創了鐵路物資領域回收處置新工藝，實現了鐵路廢舊軌枕破碎、篩分處置一體化，在鐵路廢舊物資回收處置技術方面取得了突破，解決了軌道交通領域廢舊軌枕沿線廢棄難以處置的難題。依托廢舊軌枕破碎處置新工藝，創新性研發了多角度、大范圍、機動性強的機械取料系統，并結合水泥軌枕物料特性，設計二級破碎系統和二級分選系統，形成了一體化集成式裝備技術體系。該裝置不僅適用于水泥軌枕破碎處置領域的應用，也在特殊物料破碎處置領域具有廣泛的應用前景。

4 結語

依托中鐵物總資源科技有限公司鐵路廢舊水泥軌枕破碎處置專業設備研制項目，通過市場調研，系統研究了鐵路廢舊軌枕收集、破碎、處置智能一體化工藝方法，開展組合可移動式鐵路廢舊軌枕智能化收集破碎處置一體化裝備概念設計研究，解決了鐵路廢舊水泥軌枕收集處置的難題。該裝備及處置工藝在國內鐵路系統中首次應用，適用于處置各類廢舊水泥軌枕，具有良好的市場價值和推廣應用前景。