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　　2020年8月11日，中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)組織召開(kāi)了由青島環(huán)球集團(tuán)重工科技有限公司完成的“盾構(gòu)管片柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線”科技成果鑒定會(huì)。鑒定委員會(huì)專家們認(rèn)為，該成果對(duì)推動(dòng)盾構(gòu)管片行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義，提高了生產(chǎn)線適應(yīng)市場(chǎng)多種需求的能力，應(yīng)用前景廣闊。

　　一、立項(xiàng)背景

　　隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各大中城市的交通狀況逐漸擁擠，建設(shè)地鐵已經(jīng)成為解決城市交通問(wèn)題的有效途徑。未來(lái)的軌道交通將在城市交通中占據(jù)愈發(fā)重要的地位，成為人們出行的一種重要方式。盾構(gòu)管片是地下隧道盾構(gòu)施工最關(guān)鍵的一個(gè)部件，盾構(gòu)管片的生產(chǎn)工藝就是隨著盾構(gòu)施工工藝的發(fā)展而來(lái)的。隨著我國(guó)地下軌道建設(shè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的管片生產(chǎn)方式已不能適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)形勢(shì)，國(guó)內(nèi)各管片生產(chǎn)企業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　隨著地下軌道建設(shè)在我國(guó)發(fā)展的速度加快，需求提升，對(duì)高效率，高質(zhì)量的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)線的制造成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的固定生產(chǎn)方式生產(chǎn)效率較低，而隧道窯盾構(gòu)管片生產(chǎn)線運(yùn)行過(guò)程中需要頻繁的開(kāi)關(guān)門，從而管片養(yǎng)護(hù)的三個(gè)溫區(qū)不能很好地區(qū)分，無(wú)法滿足管片養(yǎng)護(hù)工藝曲線，質(zhì)量不穩(wěn)定，同時(shí)隧道窯式生產(chǎn)線需要最低四到五套模具才能進(jìn)行循環(huán)生產(chǎn)，前期投入成本較大，為了進(jìn)一步推動(dòng)盾構(gòu)管片的發(fā)展應(yīng)用，解決在生產(chǎn)過(guò)程中存在的實(shí)際問(wèn)題，形成具有特色的盾構(gòu)管片生產(chǎn)技術(shù)，能夠完美貼合養(yǎng)護(hù)工藝曲線，本項(xiàng)目針對(duì)兩種管片底盤(pán)寬度尺寸2150mm與1560mm，經(jīng)過(guò)自主創(chuàng)新，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出“柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線”。該生產(chǎn)線在管片生產(chǎn)過(guò)程中最大限度地保持物流順暢，將生產(chǎn)線的構(gòu)件脫模、混凝土輸送和管片運(yùn)出等幾種物流分布于車間的不同位置和不同高度，減少了不同作業(yè)工序之間的相互干擾；采用環(huán)形流水式生產(chǎn)線，部分解決了固定式地模生產(chǎn)線整體效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工成本高，并且產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，現(xiàn)場(chǎng)管理困難的問(wèn)題；實(shí)現(xiàn)了從拆模、脫模、清模、涂脫模劑、安裝鋼筋籠、放置預(yù)埋件、檢查、布料澆筑和振搗、抹面、靜停養(yǎng)護(hù)、蒸汽養(yǎng)護(hù)等的全流程控制，自動(dòng)化程度大大提高。該柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線兼容性較強(qiáng)，可任意套數(shù)模具進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，沒(méi)有對(duì)模具數(shù)量的要求，而且一條生產(chǎn)線生產(chǎn)完成一種制品后，可進(jìn)行托輪間距調(diào)整，同時(shí)模具底盤(pán)采用無(wú)走輪設(shè)計(jì)，最大限度的節(jié)省模具制作成本；同時(shí)采用連體式獨(dú)立養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可單窯分別控制，避免資源的浪費(fèi)同時(shí)也能提高產(chǎn)品強(qiáng)度，保證管片的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量；同時(shí)，采用雙澆筑工位的前提下，以極大提高生產(chǎn)效率；地下隧道施工都是階段性的，施工完成后會(huì)造成原有生產(chǎn)線的浪費(fèi)，現(xiàn)社會(huì)市政等小型構(gòu)件需求量逐步上升，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的柔性管片自動(dòng)化生產(chǎn)線能夠在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行小部分的升級(jí)改造，變成可生產(chǎn)市政等混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)線，且生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，代表了未來(lái)盾構(gòu)管片生產(chǎn)線的重要發(fā)展方向。

　　二、研究?jī)?nèi)容

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了廣泛細(xì)致的產(chǎn)業(yè)調(diào)研，細(xì)分市場(chǎng)需求，了解我國(guó)盾構(gòu)管片的工藝需求以及生產(chǎn)現(xiàn)狀，并調(diào)研了國(guó)外比較先進(jìn)的管片自動(dòng)化流水線，通過(guò)工藝和技術(shù)對(duì)比對(duì)既有技術(shù)路線進(jìn)行優(yōu)化，為流水線的研發(fā)提供有效的信息及數(shù)據(jù)。與盾構(gòu)管片廠家合作，深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的交流，了解管片生產(chǎn)的全流程以及過(guò)程中的使用要求和注意事項(xiàng)，力求設(shè)計(jì)出從客戶的使用角度出發(fā)的、具有穩(wěn)定性、可靠性、人性化的流水線。研發(fā)團(tuán)隊(duì)結(jié)合用戶實(shí)際需要，確定總體設(shè)計(jì)方案，從生產(chǎn)工藝、控制系統(tǒng)、工作線、蒸養(yǎng)線、牽引系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、混凝土澆注振搗系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)和混凝土周轉(zhuǎn)系統(tǒng)幾大部分進(jìn)行了研發(fā)和設(shè)計(jì)。

　　2.1生產(chǎn)流程

　　柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝是一種新的生產(chǎn)模式，主要由1條工作線和若干條連體式獨(dú)立養(yǎng)護(hù)窯組成，其中養(yǎng)護(hù)窯的具體數(shù)目可隨客戶要求調(diào)整，本項(xiàng)目為13條。管片的生產(chǎn)工序流程包括模具涂脫模劑、合模、安鋼筋籠、裝預(yù)埋件、合蓋板、混凝土澆筑、粗光面、靜停、精光面、蓋塑料布、合蓋板、靜停、獨(dú)立窯內(nèi)蒸養(yǎng)、開(kāi)模、脫模、清理模具、管片存儲(chǔ)等。

　　通過(guò)與客戶進(jìn)行溝通，了解用戶對(duì)生產(chǎn)線的需求，確定產(chǎn)能、尺寸、強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)，最終確定設(shè)計(jì)方案。根據(jù)所掌握的流水線生產(chǎn)的熟練程度、生產(chǎn)環(huán)境及產(chǎn)能要求，可以對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　盾構(gòu)管片柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線流程圖

　　2.2方案設(shè)計(jì)

　　經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，結(jié)合我國(guó)的現(xiàn)狀，根據(jù)生產(chǎn)場(chǎng)地以及客戶對(duì)產(chǎn)能的要求，做出初步設(shè)計(jì)方案，通過(guò)與客戶的不斷溝通，了解客戶的需求以及意愿，確定最終管片生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案，并自主創(chuàng)新完成設(shè)計(jì)定型。生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案主要包括幾個(gè)方面：

　?。?）采用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線各個(gè)工序的控制；

　?。?）用二維移動(dòng)子母平移車控制模具的精確運(yùn)轉(zhuǎn)；

　?。?）采用獨(dú)立窯溫度控制系統(tǒng)；

　?。?）設(shè)置空模離線位置；

　?。?）生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)線柔性可調(diào)。

　　2.3核心系統(tǒng)的研發(fā)

　　（1）生產(chǎn)線控制系統(tǒng)（其中包括：獨(dú)立養(yǎng)護(hù)窯的溫度控制、全方位的生產(chǎn)線監(jiān)控、無(wú)線數(shù)據(jù)通訊、子母平移車的定位控制、急停系統(tǒng)）；

　?。?）組合式推進(jìn)系統(tǒng)；

組合式推進(jìn)系統(tǒng)

　?。?）進(jìn)出模子母平移車（其中包括：出模母車、出模子車、模具運(yùn)轉(zhuǎn)）；

　?。?）模具橫向輸送裝置；

橫向輸送裝置

　?。?）混凝土送料系統(tǒng)；

混凝土送料系統(tǒng)（下部）

　　（6）混凝土澆注系統(tǒng)；

　?。?）混凝土養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)；

　?。?）遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)；

　　（9）可兼顧生產(chǎn)異形構(gòu)件改造升級(jí)裝置。

　　三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

　　本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了全自動(dòng)PLC控制系統(tǒng)、組合式拖輪液壓推進(jìn)系統(tǒng)、進(jìn)出模自動(dòng)識(shí)別子母車平移擺渡車、混凝土精確計(jì)量和自動(dòng)送料系統(tǒng)等技術(shù)，顯著提高了盾構(gòu)管片的自動(dòng)化生產(chǎn)水平。提出了獨(dú)立養(yǎng)護(hù)窯的工藝方案，開(kāi)發(fā)了獨(dú)立養(yǎng)護(hù)的PID溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管片獨(dú)立養(yǎng)護(hù)的柔性化生產(chǎn)。開(kāi)發(fā)了混凝土雙工位振搗技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率。研制了生產(chǎn)線模具的兼容技術(shù)，拓展了生產(chǎn)線的產(chǎn)品適用范圍。

　　四、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

　　本項(xiàng)目生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，相對(duì)國(guó)外同類產(chǎn)品，產(chǎn)品性價(jià)比較高，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)管片生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)不可缺少的設(shè)備；本項(xiàng)目獲得國(guó)家實(shí)用新型專利9項(xiàng)，提高了生產(chǎn)線的整機(jī)性能，解決了國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題，為我國(guó)地下隧道經(jīng)濟(jì)安全地施工奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)了社會(huì)交通事業(yè)的發(fā)展。

　　青島環(huán)球集團(tuán)重工科技有限公司于2020年售出二條生產(chǎn)線，新增產(chǎn)值316萬(wàn)元，新增利潤(rùn)30萬(wàn)元，新增稅收41萬(wàn)元；該生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)管片生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)不可缺少的設(shè)備，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　五、總結(jié)

　　本項(xiàng)目成果已獲授權(quán)實(shí)用新型專利9項(xiàng)、軟件著作權(quán)2項(xiàng)，制訂企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)管片柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的成套關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)。

　　青島環(huán)球集團(tuán)重工科技有限公司創(chuàng)新設(shè)計(jì)的柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)首條可以較低成本來(lái)更換模具規(guī)格生產(chǎn)的生產(chǎn)線。該柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)管片的半自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)管理智能化，生產(chǎn)管理信息網(wǎng)絡(luò)化，滿足了國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)管片質(zhì)量日益高的需求，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)無(wú)人化工廠奠定了基礎(chǔ)，從而縮短了國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)際水平的差距，提高了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。