成都地铁管片厂自动化生产线的优化研究

文/胡云发 北京中铁房山桥梁有限公司 北京 102400

1、工程概况及管片自动化生产线情况介绍

1.1 自动化生产线管片预制现状和对比分析

自动化生产线管片技术主要应用于地铁盾构隧道建设中，长沙地铁、深圳地铁等有相关的设计和应用，本次施工技术在十四局房桥公司为首次应用。

管片自动化生产线在技术质量标准化水平、安全性、成本相对固定模方式均有很大优势，自动化生产线主要由五大系统组成，中央控制系统、混凝土上料系统、混凝土浇注系统、模具传送系统和蒸汽养护系统。五大系统在中央电脑的控制下，自动流水作业,实现生产的标准化。当自动化流水线某一操作失灵，也可人工操作，此时禁止任何自动化运动，以免出现机械事故。较高的自动化程度，极大的提高了人力资源和其他能源的利用率，同时管片质量和人员、设备的安全性也大大提高，工作环境因生产位置固定而易于保持，工作环境有优势。

另外，在地铁以及长期产品重复，产品数量多的工程中应用自动化生产线其优势显而易见，固定模最大循环2个循环，生产线可达到3个循环，并且模具无间距，不受模具摆放和厂房面积影响，可实现提高工效100%以上。

自动化生产线，它将管片生产从危险而繁重的生产车间工作环境解放出来，使工人在混凝土行业也能够享受到科技的成果。它代表了世界上最先进的管片生产工艺，能够提升企业形象，提高行业的科技含量，可为企业创建品牌奠定基础。

1.2 本工程自动化生产线基本概况

北京房桥成都地铁管片厂采用“2+4”模式自动化生产线进行管片预制，即2条生产线路，4条养护线路。其中2条生产线路可保证混凝土灌注交替持续进行，最大程度满足生产连贯性要求采用顶推平移方式。

模具12套，共计11＊（2+4）=66个工位，自动化生产线工位固定，每条线总体上分为脱模工位（1处）、隐蔽工程工位（2-3处）、灌注工位（1处）、预养和收面工位（6处）、养护工位（11处）。

1.3 生产线优化前生产基本情况介绍

按照初期成都地铁10号线一期工程5000环任务和工期的要求，以及前期投入资金要求，要求8个月内完成管片的生产，试生产1个月，每个月产能要求750环左右。

实际上10号线建设工期为2015年8月至2016年9月。

根据要求，产能为每天22-30环，月产能750环左右，我分公司提前3个月开始生产，足以满足了成都地铁10号线管片的生产需求。

2、自动化管片生产线的技术优化和改造分析

2.1 技术优化的前提条件

成都地铁10号线结束后，分公司承揽成都地铁5号线管片生产任务23000余环，受成都地铁2020年之前通车500公里，在建150公里的建设要求，计划工期2016年10月至2018年3月，共计18个月，要求管片厂每月产能为1280环左右。

按照工期要求，生产线必须保证每天产量达到40环以上，月产能在1200环以上。

根据目前生产线运行情况，最大产能为750环，要满足生产需求，要么增加生产线增加产能，要么改造生产线提高产能。

2.2 产能提高的可行性分析

（1）增加生产线或增加地模方式可行性分析

管片生产线区别于地模在于可将等量模具的工效提高2-3倍，投入模具达到2-3个循环，成本运营最经济，而目前生产线受制于养护时间（下面第3条分析将详细介绍），偶尔能达到2.5个循环，一般为2个循环，因此，增加生产线的模具数量可以计算，最多为（1200环-750环）/（30＊2）=7.5环，也就是8套，增加1条8环的生产线即可满足生产需求，需要投入1条生产线和相关起重等其它设备，其成本是成倍增加。

而地模投入时，模具数量需要更多。

（2）优化改造生产线可行性分析

即在1条生产线上进行优化和改造，达到月产能1200环，通过优化，延迟养护线，压缩养护时间，确保8小时左右达到1个循环，确保2.5-3个循环，需要整体投入的模具最多为1200/（30＊2.5）=16套。目前已经有 12套，只需要增加4套模具即可满足要求，而其它设备不需要重复投入，其成本效果不言而喻。

通过以上提高产能的可行性分析可以得出结论：技术优化改造生产线最为经济和可行，比增加生产线或地模更能满足地铁5号线以及后期承揽任务要求。

3、自动化管片生产线的技术优化措施

自动化生产线在设计上、应用上目前较广泛，其关键技术基本可以通过学习、自我吸收、改进来进行。

3.1 保证脱模强度的生产线技术优化

脱模强度直接影响生产线上的循环次数，一般来说温度定量的情况下蒸汽养护5小时即可保证脱模强度，通过10号线生产的观察，一般每个模具（小车）运行时间为5min，每小时12个，5小时可运行模具60个，因此要保证蒸养工位为60个以上，4条线的每条线要保证15个工位。

脱模强度还受制于混凝土的配合比，与原材料，特别是外加剂有很大关系，在这里不多赘述，后期将再研究另述。

3.2 生产线运行速度的技术优化

生产线上小车的运行速度直接影响总体运行速度，在保证振捣时间的同一时间内，摆渡小车要完成平移、推送、平移、推送的四个动作，在产能提高的同时，要压缩动作的时间，这时要满足一些前提条件，如测算顶推力是否满足，顶推速度是否影响初凝工序混凝土的要求，蒸养窑内运行情况等。

3.3 预养区技术优化

预养区优化目标是要保证混凝土在生产线正常运行情况下，达到初凝状态（即外弧面满足质量要求）后入窑。

预养区优化可从两个方面着手：

（1）在保证混凝土强度和耐久性等指标的前提下，使混凝土初凝时间缩短；

混凝土初凝时间主要受制于水泥、外加剂，即水泥的初凝时间和外加剂的早强作用，选用不同类型的水泥（通过P.O.52.5、P.O.42.5等水泥的初凝对比）完成施工配合比试验；调整外加剂的主要成分达到初凝的时间要求。

混凝土的条件优化时间较长，须提前进行。

（2）延长混凝土预养时间来完成混凝土初凝过程。

延长时间而又不影响生产线施工停顿，只能通过增加预养工位来完成。

3.4 生产线控制技术的研究和优化

生产线的核心部分是由PLC控制器及传感器、继电器等组成，依靠油顶、传动装置来完成生产线的运行，主要靠PLC编组控制程序来完成整套的流程循环。

由于系统委外定制，在遇到故障时往往导致生产线的直接停顿，优化生产线时需要增加传感器和线路，PLC需要重新编程。因此通过生产线的优化，系统性培养专业技术人才，研究生产线的原理，掌握控制、维修、保养生产线的技术，并在设备配件匹配性上进行研究，找到相适合、易替换的损耗件，最终确保生产线的运行不受技术壁垒、设备故障的影响，以确保生产线进度的要求。

结语：

自动化生产线正处于高速发展阶段，自动化生产线其关键因素就是效率，任何条件在满足基本要求都是为了达到效率，而自动化生产线对混凝土的一些特殊要求也区别于以往管片生产模式，也值得深入研究。这些都需要制造商以及相关的工程技术、试验人员来不断的调整和完善。