锤击式脱模在双块式轨枕生产中的应用

谢凯，郑爱国，康祥梅

（1.成铁德阳轨道有限责任公司，四川 德阳 618007；2. 成铁德阳轨道有限责任公司贵阳分公司，贵阳 551400）

1 引言

随着铁路“重载、高速”的发展需求，双块式轨枕在近年来得到普遍应用。作为混凝土产品，出现裂纹现象在所难免，双块式轨枕的结构几何形状在轨枕承轨面与挡肩处设置了1 个圆弧形的凹槽，容易在此处造成应力集中，使得成品轨枕在脱模后容易产生裂纹。如何控制裂纹的发生将是比较复杂的过程。挡肩裂纹的出现与脱模工艺密切相关，双块式轨枕就其裂纹产生的主要原因在于混凝土脱模次数较多，脱模时两侧的混凝土不是同时脱离模板，造成轨枕混凝土与模板挡肩处在再次碰撞脱模时产生瞬间的冲击力，从而折断后脱离模具的一侧轨枕挡肩【1】。解决轨枕断面裂纹的首要任务是减少轨枕承轨槽部位所受应力【2】。

2 常用脱模方式及其优劣

轨枕的生产工艺主要包括：混凝土搅拌、浇灌成型、养护、脱模等。脱模作为轨枕生产的一个必备的工序，结合多年的轨枕生产经验，将脱模方式总结为以下3 种。

2.1 常用脱模方式

2.1.1 依靠轨枕自重自由脱模

非预应力轨枕脱模工艺流程为：利用翻转脱模机将钢模翻转后，用翻模机大臂抓住钢模后反复轻磕，直到轨枕能从模具中自由脱落。其主要工装是脱模机，国内各厂使用的型式基本一致。

2.1.2 冲击式脱模

冲击式脱模方式是利用翻模机将钢模翻转后，凸轮或气囊将钢模顶升到一定高度，突然凸轮转动或气囊放气，利用这种自由落差，使钢模连同轨枕一起做自由落体运动，但模具受阻停止下落，轨枕由于惯性继续下落并与模具脱离【3】，这样反复多次，达到轨枕脱模的目的。

2.1.3 锤击式脱模

锤击式脱模原理主要是用气缸快速充气，从底部向上锤击钢模主梁槽钢，从而让瞬间的冲击力通过主梁槽钢传递到双块式轨枕产品上，达到使双块式轨枕脱离钢模的目的。其核心就是利用翻模机将钢模翻转后，利用瞬间的锤击力的作用，使轨枕从钢模中自动脱落，只要反复敲击2～3 次，就可达到轨枕脱模的目的。

2.2 脱模方式的优劣

脱模过程中阻力大，主要表现为轨枕不能靠自重自行脱落。脱模过程实际是使轨枕在制造过程中从倒梯形放置状态，转变为正梯形放置状态，最后使轨枕下落的作用力仅是自重力，它必须克服各种阻力，否则脱模困难【4】。为了解决脱模困难的问题，就不得不考虑脱模方式。脱模方式的不同，脱模的效果也不尽相同。

2.2.1 依靠轨枕自重自由脱模的优劣

自由脱模方式，投资较少，只需利用常规的翻模设备，不需增加其他的设施。但对于双块式轨枕的生产，其生产线的发展已明显落后，标准双块式轨枕生产线的改造升级势在必行，急需进一步发展创新、改造升级成适合我国国情的工厂化、标准化、机械化且经济适用的双块式轨枕生产线【5】。依靠轨枕自重，由于自重力矩的作用，轨枕不能沿重力方向垂直下落，自由脱模的方式是反复轻磕钢模，轨枕从模具中出来的时间一般很难保证一致，以至于有的轨枕先出，有的后出，甚至有的轨枕脱不出；同时反复轻磕的操作对设备操作人员要求较高，操作人员必须随时观察轨枕脱出的时间，否则先出的轨枕极易被后出的轻磕碰伤，导致轨枕出现棱角破损和掉角的质量缺陷。

2.2.2 冲击式脱模的优劣

冲击式脱模方式依靠轨枕自重，自由脱模的模式轨枕较为容易脱出。该种方式翻转180°后，下部的支撑结构将轨枕支住后，撤除保护装置，通过冲击完成脱模【6】。将气动冲击脱模方式替代有砟轨枕的自动挂钩形式的反复轻磕方式脱模，可以有效保证轨枕棱角完整性，确保脱模质量【7】。但该脱模方式的缺点也比较明显，一方面，需要在脱模机的基础上增加其他的如凸轮、气囊等附属设施，投资成本增加，同时，每个模具与脱模平台在脱模过程中频繁发生撞击，致使钢模本身需要有较高的刚度和强度的需求，脱模辊道也加大了受损的可能性，为了满足钢模辊道设备的耐用性而增加采购成本；另一方面，长时间的气压升降很难保证轨枕脱模时候的同步性，钢模升到一定高度后仅靠自身重力下落，双块式轨枕的左右两块不能同时从钢模中脱出，这样的两端不同步，使得轨枕挡肩出现裂纹的概率大大加大，除去其他的影响因素外，出现裂纹的概率在2%～3%。

2.2.3 锤击式脱模的优劣

锤击式脱模方式除了增加如凸轮、气囊等其他附属设施，会使投资成本增加外，其他方面的优势较为明显：由瞬间的爆发力，从底部向上锤击钢模主梁槽钢，保证了轨枕两端同步，使得轨枕两端同步下落，大大降低了挡肩出现裂纹的概率。

3 锤击式脱模方式的应用

各种脱模方式优劣各异，但根据TB/T 3397—2015《CRTS双块式无砟轨道混凝土轨枕》要求：“对承轨台与挡肩裂纹应采用乙醇等无毒易挥发性液体进行逐个检验”【8】。换言之，就是对裂纹的要求非常严格，将以前要求的肉眼可见裂纹变更为挥发性液体擦拭检测。为了降低裂纹的产生概率，在双块式轨枕生产中，锤击式脱模成为首选的脱模方式。

3.1 主要的设备部件

根据前面所述的脱模原理，采用了如图1 所示的脱模系统。其主要组成部分包括：气动敲击锤总成、电磁换向阀控制器、弹性升降支架等。

图1 脱模系统示意图

3.2 基本功能要求和具体参数说明

1）核心思路：必须满足自下而上的动力源、必须有瞬间的爆发力。为了保证自下而上的动力源，采用专用击打气缸进行底部安装。用高频高速的专用气缸是提供瞬间爆发力的关键。快速充气，从底部向上锤击钢模主梁槽钢，从而让瞬间的锤击力通过主梁槽钢传递到双块式轨枕产品上，达到使双块式轨枕脱离钢模的目的；同时为保证锤击动能均匀，根据轨枕模具的特点，该装置设计的气缸顶推装置必须集成（5 个1 组）。

2）设备适用范围：满足2×4 或2×5 的铁路混凝土双块式轨枕钢模的脱模。

3）锤击脱模频率：2min/模（不包含拆卸配件、螺栓）。

4）对气源的要求：0.5～0.8MPa(气源必须充分，必须确保足够的气压，否则爆发力会受到一定的影响）。

5）备品备件的要求：主要包括5 个1 组的顶推锤击装置及支撑装置、气动控制元件、气管等。对整个系统的安装调试服务应就脱模工位的具体情况进行优化统筹考虑。

6）其他注意事项：气囊的容积必须合理，同时应关注锤头的质量，必须考虑其耐用性。

3.3 脱模工艺

轨枕脱模环节是一个较为复杂的过程，模具由辊道输出，模具运行至翻转脱模装置就位，放下模具，翻转脱模装置举升模具并翻转，模具下落到位后，气囊开始工作，锤头自下而上用力锤击模具，通过2～3 次撞击完成脱模过程；轨枕通过输送辊道运出后归拢码垛，空模具由翻模机翻转后反向通过辊道运回清润模工序。锤击脱模设备工作流程见图2。

图2 锤击脱模设备工作流程

脱模工序需要在4min 之内完成，对于锤击脱模，在综合考虑拆卸配件、螺栓等工作内容的同时，4min 是科学合理的时间，可以满足轨枕生产线的设计能力，确保能够形成正常流水作业。

3.4 经济效益分析

根据目前的应用，双块式轨枕的合格率仅为97%，通过改造为锤击式脱模方式之后，合格率稳定在99.9%，以供应的成兰线30 万根计算，单根轨枕售价按300 元计算，可以节约成本 300 000×（0.999-0.97）×300=2 610 000 元，可见成效显著。

4 结论

锤击式脱模方式在双块式轨枕生产过程中具有以下优势：

1）冲击式脱模可以压缩生产节奏，可以将脱模工序控制在4min，有利于提高流水线作业效率。

2）可以有效地减少裂纹的出现，使得轨枕合格率稳定保持在99.9%以上，为企业减少了可观的质量成本。