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

　　一、立項背景

　　隨著經(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題的有效途徑。未來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。盾構管片是地下隧道盾構施工最關鍵的一個部件，盾構管片的生產(chǎn)工藝就是隨著盾構施工工藝的發(fā)展而來的。隨著我國地下軌道建設的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的管片生產(chǎn)方式已不能適應當前的市場形勢，國內(nèi)各管片生產(chǎn)企業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級。

　　隨著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)線的制造成為業(yè)內(nèi)關注的焦點。傳統(tǒng)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)線運行過程中需要頻繁的開關門，從而管片養(yǎng)護的三個溫區(qū)不能很好地區(qū)分，無法滿足管片養(yǎng)護工藝曲線，質(zhì)量不穩(wěn)定，同時隧道窯式生產(chǎn)線需要最低四到五套模具才能進行循環(huán)生產(chǎn)，前期投入成本較大，為了進一步推動盾構管片的發(fā)展應用，解決在生產(chǎn)過程中存在的實際問題，形成具有特色的盾構管片生產(chǎn)技術，能夠完美貼合養(yǎng)護工藝曲線，本項目針對兩種管片底盤寬度尺寸2150mm與1560mm，經(jīng)過自主創(chuàng)新，設計并開發(fā)出“柔性管片自動生產(chǎn)線”。該生產(chǎn)線在管片生產(chǎn)過程中最大限度地保持物流順暢，將生產(chǎn)線的構件脫模、混凝土輸送和管片運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，勞動強度大，人工成本高，并且產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，現(xiàn)場管理困難的問題；實現(xiàn)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(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護等的全流程控制，自動化程度大大提高。該柔性管片自動生產(chǎn)線兼容性較強，可任意套數(shù)模具進行自動化生產(chǎn)，沒有對模具數(shù)量的要求，而且一條生產(chǎn)線生產(chǎn)完成一種制品后，可進行托輪間距調(diào)整，同時模具底盤采用無走輪設計，最大限度的節(jié)省模具制作成本；同時采用連體式獨立養(yǎng)護窯進行養(yǎng)護，可單窯分別控制，避免資源的浪費同時也能提高產(chǎn)品強度，保證管片的養(yǎng)護質(zhì)量；同時，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，施工完成后會造成原有生產(chǎn)線的浪費，現(xiàn)社會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化生產(chǎn)線能夠在原有的基礎上進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，且生產(chǎn)線自動化程度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，代表了未來盾構管片生產(chǎn)線的重要發(fā)展方向。

　　二、研究內(nèi)容

　　研發(fā)團隊進行了廣泛細致的產(chǎn)業(yè)調(diào)研，細分市場需求，了解我國盾構管片的工藝需求以及生產(chǎn)現(xiàn)狀，并調(diào)研了國外比較先進的管片自動化流水線，通過工藝和技術對比對既有技術路線進行優(yōu)化，為流水線的研發(fā)提供有效的信息及數(shù)據(jù)。與盾構管片廠家合作，深入生產(chǎn)現(xiàn)場進行詳細的交流，了解管片生產(chǎn)的全流程以及過程中的使用要求和注意事項，力求設計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)團隊結合用戶實際需要，確定總體設計方案，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)運系統(tǒng)、混凝土澆注振搗系統(tǒng)、養(yǎng)護系統(tǒng)和混凝土周轉(zhuǎn)系統(tǒng)幾大部分進行了研發(fā)和設計。

　　2.1生產(chǎn)流程

　　柔性管片自動生產(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立養(yǎng)護窯組成，其中養(yǎng)護窯的具體數(shù)目可隨客戶要求調(diào)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(nèi)蒸養(yǎng)、開模、脫模、清理模具、管片存儲等。

　　通過與客戶進行溝通，了解用戶對生產(chǎn)線的需求，確定產(chǎn)能、尺寸、強度等關鍵指標，最終確定設計方案。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，可以對生產(chǎn)節(jié)拍進行調(diào)節(jié)。

　盾構管片柔性自動化生產(chǎn)線流程圖

　　2.2方案設計

　　經(jīng)過市場調(diào)研，結合我國的現(xiàn)狀，根據(jù)生產(chǎn)場地以及客戶對產(chǎn)能的要求，做出初步設計方案，通過與客戶的不斷溝通，了解客戶的需求以及意愿，確定最終管片生產(chǎn)線設計方案，并自主創(chuàng)新完成設計定型。生產(chǎn)線設計方案主要包括幾個方面：

　　（1）采用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)線各個工序的控制；

　?。?）用二維移動子母平移車控制模具的精確運轉(zhuǎn)；

　?。?）采用獨立窯溫度控制系統(tǒng)；

　?。?）設置空模離線位置；

　?。?）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：獨立養(yǎng)護窯的溫度控制、全方位的生產(chǎn)線監(jiān)控、無線數(shù)據(jù)通訊、子母平移車的定位控制、急停系統(tǒng)）；

　?。?）組合式推進系統(tǒng)；

組合式推進系統(tǒng)

　?。?）進出模子母平移車（其中包括：出模母車、出模子車、模具運轉(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）

　?。?）混凝土澆注系統(tǒng)；

　　（7）混凝土養(yǎng)護系統(tǒng)；

　?。?）遠程維護系統(tǒng)；

　　（9）可兼顧生產(chǎn)異形構件改造升級裝置。

　　三、關鍵技術和創(chuàng)新點

　　本項目開發(fā)了全自動PLC控制系統(tǒng)、組合式拖輪液壓推進系統(tǒng)、進出模自動識別子母車平移擺渡車、混凝土精確計量和自動送料系統(tǒng)等技術，顯著提高了盾構管片的自動化生產(chǎn)水平。提出了獨立養(yǎng)護窯的工藝方案，開發(fā)了獨立養(yǎng)護的PID溫度自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了管片獨立養(yǎng)護的柔性化生產(chǎn)。開發(fā)了混凝土雙工位振搗技術，提高了生產(chǎn)效率。研制了生產(chǎn)線模具的兼容技術，拓展了生產(chǎn)線的產(chǎn)品適用范圍。

　　四、經(jīng)濟與社會效益

　　本項目生產(chǎn)線自動化程度高，生產(chǎn)效率高，相對國外同類產(chǎn)品，產(chǎn)品性價比較高，是當前國內(nèi)管片生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡化管理，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級不可缺少的設備；本項目獲得國家實用新型專利9項，提高了生產(chǎn)線的整機性能，解決了國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，為我國地下隧道經(jīng)濟安全地施工奠定了基礎，促進了社會交通事業(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，新增產(chǎn)值316萬元，新增利潤30萬元，新增稅收41萬元；該生產(chǎn)線自動化程度高，生產(chǎn)效率高，是當前國內(nèi)盾構管片生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡化管理，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級不可缺少的設備，具有顯著的經(jīng)濟效益。

　　五、總結

　　本項目成果已獲授權實用新型專利9項、軟件著作權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化生產(chǎn)線的成套關鍵設備和技術。

　　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生產(chǎn)線是國內(nèi)首條可以較低成本來更換模具規(guī)格生產(chǎn)的生產(chǎn)線。該柔性管片自動生產(chǎn)線實現(xiàn)了盾構管片的半自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)管理智能化，生產(chǎn)管理信息網(wǎng)絡化，滿足了國內(nèi)企業(yè)對管片質(zhì)量日益高的需求，為企業(yè)實現(xiàn)自動生產(chǎn)、實現(xiàn)無人化工廠奠定了基礎，從而縮短了國內(nèi)企業(yè)與國際水平的差距，提高了國際競爭力。