一种组合可移动式铁路废旧轨枕智能化 收集破碎处置一体化装备研究

牙马忠

（中铁物总资源科技有限公司，合肥 230088）

轨枕[1-3]是支撑钢轨、保持轨距并将钢轨承受载荷传递到道床上的重要载体，是铁路的重要组成部分。按使用要求不同，它主要有普通轨枕、桥梁轨枕和道岔轨枕；按其材质分类，主要有木枕、水泥轨枕、钢枕以及塑料枕（目前国内使用尚少）等。我国从20世纪90年代开始普遍使用水泥轨枕铺设铁路，现水泥轨枕铺设的铁路里程已达10万多千米，在用水泥轨枕超过1.6亿根，水泥轨枕设计使用寿命25年。2020年起，每年有不少于120万根水泥轨枕需要更换处置。水泥轨枕形状和铺设现场，分别如图1和图2所示。

图1 水泥轨枕形状

图2 水泥轨枕铺设现场

更换淘汰后的轨枕堆放在铁路线路两侧，天窗点采用人工收集，效率低、成本高、安全压力大，且收集后不及时破碎处置存在占用大量的土地资源、造成环境污染等问题。本文设计了一种组合可移动式铁路废旧轨枕智能化收集破碎处置一体化装备，对废旧水泥轨枕进行自动识别、抓取收集、破碎处置以及资源化再利用等，实现变废为宝。

1 装备设计

1.1 水泥轨枕结构特点及性能参数

水泥轨枕的主要特点为蒸汽脱模一次成型，外观光滑，强度高，硬度大，规格统一，弹性均匀，绝缘性好，稳定性高，不受天气温度影响，寿命长。此外，铺设水泥轨枕的轨道稳定性高，能满足高速、大运量等要求[4]。

水泥轨枕多为C58-C60高强混凝土。轨枕中设有直径6 mm钢筋骨架和M24高强度螺栓。轨枕的强度远高于普通建筑混凝土强度。另外，轨枕的矩形截面结构特点异于块状建筑混凝土和建筑固废。普通破碎设备难以实现一次破碎回收利用，必须进行二次破碎，且破碎后的骨料需进行多次分选。

常用水泥轨枕性能参数，如表1[5]所示。

表1 新Ⅱ型、Ⅲa型、Ⅲb型轨枕主要性能参数

1.2 装备概念设计

1.2.1 工艺流程设计思路

水泥轨枕强度大，与建筑混凝土的破碎、筛分、回收处置有一定的差异。水泥轨枕收集装置采用的是可移动式废旧轨枕自动识别、智能抓取设备。破碎设备的设计思路为“先破后碎，分级破碎”。一级破碎采用颚式破碎机，二级破碎为已分解混凝土段的破碎。选择反击破碎机，二级破碎后设置磁性分选和震动筛分，磁性分选选择常用除铁器。筛分设备选择多层震动筛，震动和筛分过程中选用可移动式除尘设备。整个设备设置控制中心进行数据采集和信号控制，自动实现报废轨枕收集、处置一体化全过程管理。装备设计工艺流程图如图3所示。

图3 装备设计工艺流程图

1.2.2 装备主要组成

一种组合可移动式铁路废旧轨枕智能化收集破碎处置一体化装备，按工艺流程包括机械取料系统、机械喂料系统、一级破碎系统、光电识别一、送料装置一级和二级破碎系统、送料装置二、光电识别二、二级除铁系统、第二筛分系统、筛分系统一、输送装置、环保系统、控制系统、输送装置一、输送装置二、输送装置三和一级除铁系统共17个部分，如图4所示。

图4 设备整体平面布置概念设计图

机械取料系统在车体的尾部设有固定轨道，沿车体外延设有完全伸缩式滑动轨道。机械喂料系统位于机械取料系统的侧方，用于为长度单方向轨枕进料。喂料口位于一级破碎系统进口处，以倾斜供料。送料装置一的一端连接一级破碎系统出料口，另一端连接二级破碎系统和一级除铁系统的进料口。光电识别一设置于送料装置一的上方。二级破碎系统的下方设置送料装置二和光电识别二，光电识别二的出料口与筛分系统二相连接。送料装置二出料口连接筛分系统一，筛分系统一下方出料口设置输送装置一、输送装置二和输送装置三。筛分系统上方设有返料口，用以连接二级破碎系统的进料口。

装备可以是整体的一个车体，也可以是由两个车体组合而成的车体。移动方式可以是轮胎式、履带式、轨行式或其他方式。

2 装备工作流程

现场采用液压调平系统定位安装整体设备。机械取料系统开始工作，机器人沿固定导轨、滑动导轨360°方向上定向抓取轨枕，放置于机械喂料系统的喂料槽中，传输进入一级破碎系统。经过一级破碎后的骨料进入输送装置一中，光电识别一识别铁磁性物质并输送至一级除铁系统，再经过二级除铁系统后进入筛分系统二。另一部分一级破碎的混凝土骨料经过输送装置提升至二级破碎装置的进料口，破碎后的混凝土依次进入输送装置二和筛分系统一，筛分后符合要求的骨料依次经过输送装置一、输送装置二、输送装置三完成混凝土骨料筛分。不符合要求的混凝土返至二级破碎继续破碎，直至符合粒径要求。另一部分破碎后的混凝土和金属结合物进入二级除铁系统中，和一级除铁系统的产出物一起进入筛分系统二中，筛分出混凝土、钢筋和螺栓。

3 创新设计

一种组合可移动式铁路废旧轨枕智能化收集破碎处置一体化装备，解决了轨道交通领域轨枕破碎散乱、效率低下以及作业环境恶劣等关键性问题。本装备首创了铁路物资领域回收处置新工艺，实现了铁路废旧轨枕破碎、筛分处置一体化，在铁路废旧物资回收处置技术方面取得了突破，解决了轨道交通领域废旧轨枕沿线废弃难以处置的难题。依托废旧轨枕破碎处置新工艺，创新性研发了多角度、大范围、机动性强的机械取料系统，并结合水泥轨枕物料特性，设计二级破碎系统和二级分选系统，形成了一体化集成式装备技术体系。该装置不仅适用于水泥轨枕破碎处置领域的应用，也在特殊物料破碎处置领域具有广泛的应用前景。

4 结语

依托中铁物总资源科技有限公司铁路废旧水泥轨枕破碎处置专业设备研制项目，通过市场调研，系统研究了铁路废旧轨枕收集、破碎、处置智能一体化工艺方法，开展组合可移动式铁路废旧轨枕智能化收集破碎处置一体化装备概念设计研究，解决了铁路废旧水泥轨枕收集处置的难题。该装备及处置工艺在国内铁路系统中首次应用，适用于处置各类废旧水泥轨枕，具有良好的市场价值和推广应用前景。