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

　　一、立項背景

　　隨著(zhù)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，各大中城市的交通狀況逐漸擁擠，建設地鐵已經(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愈發(fā)重要的地位，成為人們出行的一種重要方式。盾構管片是地下隧道盾構施工最關(guān)鍵的一個(gè)部件，盾構管片的生產(chǎn)工藝就是隨著(zhù)盾構施工工藝的發(fā)展而來(lái)的。隨著(zhù)我國地下軌道建設的快速發(fā)展，傳統的管片生產(chǎn)方式已不能適應當前的市場(chǎng)形勢，國內各管片生產(chǎn)企業(yè)面臨著(zhù)轉型升級。

　　隨著(zhù)地下軌道建設在我國發(fā)展的速度加快，需求提升，對高效率，高質(zhì)量的生產(chǎn)設備及生產(chǎn)線(xiàn)的制造成為業(yè)內關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統的固定生產(chǎn)方式生產(chǎn)效率較低，而隧道窯盾構管片生產(chǎn)線(xiàn)運行過(guò)程中需要頻繁的開(kāi)關(guān)門(mén)，從而管片養護的三個(gè)溫區不能很好地區分，無(wú)法滿(mǎn)足管片養護工藝曲線(xiàn)，質(zhì)量不穩定，同時(shí)隧道窯式生產(chǎn)線(xiàn)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)盾構管片的發(fā)展應用，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管片生產(chǎn)技術(shù)，能夠完美貼合養護工藝曲線(xiàn)，本項目針對兩種管片底盤(pán)寬度尺寸2150mm與1560mm，經(jīng)過(guò)自主創(chuàng )新，設計并開(kāi)發(fā)出“柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)”。該生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)的構件脫模、混凝土輸送和管片運出等幾種物流分布于車(chē)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(xiàn)，部分解決了固定式地模生產(chǎn)線(xiàn)整體效率低，勞動(dòng)強度大，人工成本高，并且產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，現場(chǎng)管理困難的問(wèn)題；實(shí)現了從拆模、脫模、清模、涂脫模劑、安裝鋼筋籠、放置預埋件、檢查、布料澆筑和振搗、抹面、靜停養護、蒸汽養護等的全流程控制，自動(dòng)化程度大大提高。該柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)兼容性較強，可任意套數模具進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，沒(méi)有對模具數量的要求，而且一條生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)完成一種制品后，可進(jìn)行托輪間距調整，同時(shí)模具底盤(pán)采用無(wú)走輪設計，最大限度的節省模具制作成本；同時(shí)采用連體式獨立養護窯進(jìn)行養護，可單窯分別控制，避免資源的浪費同時(shí)也能提高產(chǎn)品強度，保證管片的養護質(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(xiàn)的浪費，現社會(huì )市政等小型構件需求量逐步上升，本項目設計的柔性管片自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)能夠在原有的基礎上進(jìn)行小部分的升級改造，變成可生產(chǎn)市政等混凝土構件的生產(chǎn)線(xiàn)，且生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩定，代表了未來(lái)盾構管片生產(chǎn)線(xiàn)的重要發(fā)展方向。

　　二、研究?jì)热?/strong>

　　研發(fā)團隊進(jìn)行了廣泛細致的產(chǎn)業(yè)調研，細分市場(chǎng)需求，了解我國盾構管片的工藝需求以及生產(chǎn)現狀，并調研了國外比較先進(jìn)的管片自動(dòng)化流水線(xiàn)，通過(guò)工藝和技術(shù)對比對既有技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，為流水線(xiàn)的研發(fā)提供有效的信息及數據。與盾構管片廠(chǎng)家合作，深入生產(chǎn)現場(chǎng)進(jìn)行詳細的交流，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，力求設計出從客戶(hù)的使用角度出發(fā)的、具有穩定性、可靠性、人性化的流水線(xiàn)。研發(fā)團隊結合用戶(hù)實(shí)際需要，確定總體設計方案，從生產(chǎn)工藝、控制系統、工作線(xiàn)、蒸養線(xiàn)、牽引系統、轉運系統、混凝土澆注振搗系統、養護系統和混凝土周轉系統幾大部分進(jìn)行了研發(fā)和設計。

　　2.1生產(chǎn)流程

　　柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)工藝是一種新的生產(chǎn)模式，主要由1條工作線(xiàn)和若干條連體式獨立養護窯組成，其中養護窯的具體數目可隨客戶(hù)要求調整，本項目為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、獨立窯內蒸養、開(kāi)模、脫模、清理模具、管片存儲等。

　　通過(guò)與客戶(hù)進(jìn)行溝通，了解用戶(hù)對生產(chǎn)線(xiàn)的需求，確定產(chǎn)能、尺寸、強度等關(guān)鍵指標，最終確定設計方案。根據所掌握的流水線(xiàn)生產(chǎn)的熟練程度、生產(chǎn)環(huán)境及產(chǎn)能要求，可以對生產(chǎn)節拍進(jìn)行調節。

　盾構管片柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)流程圖

　　2.2方案設計

　　經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調研，結合我國的現狀，根據生產(chǎn)場(chǎng)地以及客戶(hù)對產(chǎn)能的要求，做出初步設計方案，通過(guò)與客戶(hù)的不斷溝通，了解客戶(hù)的需求以及意愿，確定最終管片生產(chǎn)線(xiàn)設計方案，并自主創(chuàng )新完成設計定型。生產(chǎn)線(xiàn)設計方案主要包括幾個(gè)方面：

　?。?）采用PLC控制系統實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)各個(gè)工序的控制；

　?。?）用二維移動(dòng)子母平移車(chē)控制模具的精確運轉；

　?。?）采用獨立窯溫度控制系統；

　?。?）設置空模離線(xiàn)位置；

　?。?）生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)線(xiàn)柔性可調。

　　2.3核心系統的研發(fā)

　?。?）生產(chǎn)線(xiàn)控制系統（其中包括：獨立養護窯的溫度控制、全方位的生產(chǎn)線(xiàn)監控、無(wú)線(xiàn)數據通訊、子母平移車(chē)的定位控制、急停系統）；

　?。?）組合式推進(jìn)系統；

組合式推進(jìn)系統

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

　?。?）模具橫向輸送裝置；

橫向輸送裝置

　?。?）混凝土送料系統；

混凝土送料系統（下部）

　?。?）混凝土澆注系統；

　?。?）混凝土養護系統；

　?。?）遠程維護系統；

　?。?）可兼顧生產(chǎn)異形構件改造升級裝置。

　　三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng )新點(diǎn)

　　本項目開(kāi)發(fā)了全自動(dòng)PLC控制系統、組合式拖輪液壓推進(jìn)系統、進(jìn)出模自動(dòng)識別子母車(chē)平移擺渡車(chē)、混凝土精確計量和自動(dòng)送料系統等技術(shù)，顯著(zhù)提高了盾構管片的自動(dòng)化生產(chǎn)水平。提出了獨立養護窯的工藝方案，開(kāi)發(fā)了獨立養護的PID溫度自動(dòng)控制系統，實(shí)現了管片獨立養護的柔性化生產(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(xiàn)模具的兼容技術(shù)，拓展了生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品適用范圍。

　　四、經(jīng)濟與社會(huì )效益

　　本項目生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，相對國外同類(lèi)產(chǎn)品，產(chǎn)品性?xún)r(jià)比較高，是當前國內管片生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )化管理，實(shí)現轉型升級不可缺少的設備；本項目獲得國家實(shí)用新型專(zhuān)利9項，提高了生產(chǎn)線(xiàn)的整機性能，解決了國內企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量不穩定等問(wèn)題，為我國地下隧道經(jīng)濟安全地施工奠定了基礎，促進(jìn)了社會(huì )交通事業(yè)的發(fā)展。

　　青島環(huán)球集團重工科技有限公司于2020年售出二條生產(chǎn)線(xiàn)，新增產(chǎn)值316萬(wàn)元，新增利潤30萬(wàn)元，新增稅收41萬(wàn)元；該生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，是當前國內盾構管片生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )化管理，實(shí)現轉型升級不可缺少的設備，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。

　　五、總結

　　本項目成果已獲授權實(shí)用新型專(zhuān)利9項、軟件著(zhù)作權2項，制訂企業(yè)產(chǎn)品標準1項，形成了具有自主知識產(chǎn)權的盾構管片柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的成套關(guān)鍵設備和技術(shù)。

　　青島環(huán)球集團重工科技有限公司創(chuàng )新設計的柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)是國內首條可以較低成本來(lái)更換模具規格生產(chǎn)的生產(chǎn)線(xiàn)。該柔性管片自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現了盾構管片的半自動(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(mǎn)足了國內企業(yè)對管片質(zhì)量日益高的需求，為企業(yè)實(shí)現自動(dòng)生產(chǎn)、實(shí)現無(wú)人化工廠(chǎng)奠定了基礎，從而縮短了國內企業(yè)與國際水平的差距，提高了國際競爭力。