1CＲTSⅢ轨道板模具设计
CＲTSⅢ型轨道板模具由底模、侧模和端模组成。本节主要分析CＲTSⅢ型板模具中关键部件的设计，包括底模、侧模、端模等的设计。1.1底模模具底模主要由基座、底板、承轨槽、套管定位栓、振动器、灌注孔定位栓等组成。如图4所示。(1)基座模具通过底模下的8条基座支承模具。基座包括两个中间连接橡胶垫层的工字钢(图5)，上面工字钢连接模具底板，下面工字钢与模具基础连接，为可调式减振座，浮动连接，内设橡胶垫为减振垫，防止生产时产生的振动力损坏混凝土基础，或引起模具损伤。底板框架采用工字钢及钢板拼焊而成，制作时严格控制焊缝质量。面板厚度为30mm钢板、承轨台部分镶嵌有40mm厚钢板，内部结构采用型钢拼焊，形成框架结构，使得模具具有足够的强度、刚度及稳定材料遴选铸钢精密铸造，并经完全退火，消除应力。经数控机床加工承轨台各安装面、承轨面钳口及预埋套管定位销安装孔等。承轨槽制作要求具较高的精密度，腔型采用数控加工，制作专用检具检测其加工精度。通过多个螺栓牢牢固定在底模上，振捣不变形。若承轨槽和底板上加工难度系数大，采用装配式承轨槽，可有效保证每个承轨槽组装之后模具合格。(3)预埋套管定位栓固定装置采用2种方式，一种是涨紧式(图7)，另一种是螺纹连接———拨叉锁定式(图8)。涨紧式是通过螺栓将预埋套管定位栓固定在模具承轨槽上，外露部分有钢制滚花和防止进浆的橡胶圈，优点是安装套管方便，且拆模时可直接将轨道板顶起，减少了拆卸定位栓的工序，方便、快捷。预埋螺帽定位支架底部为限位底座，中部为胀紧橡胶圈，上部为起限位作用的螺母，预埋螺帽靠底部定位座和上部限位螺母限位，保证精度;靠中部的橡胶圈对预埋螺帽进行胀紧。预埋套管固定机构要求安装预埋套管时，在保证性。采用此结构底模刚性好、质量小、不易变形，可大大提高模具的使用寿命，确保加工后轨道板各部形状、尺寸及预埋件的位置准确。底模与侧模连接处设有凹槽，用橡胶条进行防漏浆处理。模具底模面板使用整块无氧化皮的钢板制造，底模在所有附件焊接完成校平后，电炉退火，数控加工中心加工，保证底模经机械加工后模具表面平整度在5.6m范围内±0.5mm，面板厚度不小于20mm，承轨台模连接部分钢板厚度不小于15mm。且面板上刻划有板中心线及轨距中心标记线，标记线位置偏差在±0.1mm范围内。(2)承轨槽承轨槽(图6)是保证轨道板承轨台精度的关键部分，承轨槽的精密度决定着轨道的轨距等重要指标，对轨道的平顺性、耐久性均具有十分重要的作用，因此不论是从材料选用、加工，还是安装均必须严格进行，以防使用中发生变形。套管与承轨台垂直度的同时，与底模缝隙＜0.2mm。而对混凝土振捣时套管如不锁紧，会产生上浮间隙，控制难度很大。设计采用胀套固定圆柱定位，胀套材料采用弹簧钢淬火热处理，保证足够而持久的胀紧力，解决了套管上浮问题。同时采用上下双圆柱定位，保证了安装垂直度。该机构仅需1人就可以在几秒完成1个套管的安装固定，同时保证了套管安装质量。并可通过对上部螺母的调整，调节橡胶圈的胀紧力的大小，可适应预埋螺帽的内径尺寸偏差，对螺帽起到很好的限位作用。由于橡胶圈的弹性作用，螺帽大些、小些都能很好地固定，解决了螺帽尺寸不一致而使螺帽定位固定效果不好的问题。采用此种方式固定的预埋套管在安装时把套管安装在定位栓上(图8)，用0.2mm的塞尺进行检查，套管与底面缝隙不大于0.2mm。拆模顶升轨道板时，直接顶升轨道板，由于定位栓有橡胶圈，既能有效保护套管不被定位栓损伤，又能保护定位栓在顶升时不会被套管顶歪斜。能有效减少不必要的工作量，降低模具的占用周期，提高工效。螺纹连接－拨叉式锁定式定位心栓与承轨台模的配合面为1∶30的圆锥面，可以解决顶升轨道板时由于承轨槽1/40坡度的脱模阻力。同时承轨台模加导向管脱模时压紧弹簧等被卡的问题。将预埋套管旋进定位栓内，安装到位后旋上螺旋筋，放入承轨槽定位孔内，旋紧定位夹，即将套管进行固定在模具上。拆模顶升轨道板时，通过拨叉先松开固定螺杆，固定螺杆随轨道板同时脱开底模，再拆除固定螺杆。由于固定螺杆在设计时已考虑承轨台的轨底坡的角度限制因素，所以轨道板脱模时不受影响。这种结构能杜绝套管上浮，固定螺杆的密封又避免了套管进浆。(4)振动器模具采用底模侧部安装附着式高频振动器。按型号不同安装不同数量的振动器。P5600型模具设置8台振动器，每台振动器作用半径为1.5m(图9)，8台共同作用能确保无漏振现象。振动器布置在底模主横梁端部，通过加强筋板合理焊接，保证频繁振动的牢固性及振动力的传递。振动器的启动用控制柜进行自动控制，振动频率和时间长短可以通过设置进行调节。振动器各项参数见表1。振动器在混凝土浇筑一半时开始启动，当混凝土表面有泛浆现象，且不再下沉，即可停止振动，一般时间为2min。振动器的启动与关闭均由振捣控制柜进行。(5)灌注孔成孔器灌注孔成孔器采用钢制机械加工而成，呈圆锥形，中间预留20mm的孔，直径大的一端紧贴模具，通过1根螺栓和模具固定，为防止在拆除成孔器时破坏灌注孔周边混凝土，在成孔器和模具之间用5mm的橡胶板加垫。1.2端模、侧模模型侧模及端模均采用钢板拼焊而成，面板采用Q235B钢板拼焊而成，并经机械加工，倒角均设在侧模及端模面板上。模具侧模上部筋板上预留有加装支撑时的螺栓过孔，并且均对应配有张拉锚穴预埋锥体及其它预埋件定位装置或定位孔。侧模及端模通过直线轴承平移机构与底模完成开合模动作(开合尺寸150～300mm)，通过锥形定位销与底模进行定位，通过螺杆与底模进行拉紧。侧模与底模、端模与底模之间采用直线轴承平移机构相连接，直线轴承平移机构配合精度高，在模具侧、端模开合动作时不会产生与底模相对错位，保证了侧、端模开合动作时与底模的精确配合。上述结构使模具侧模及端模的开合过程非常简单、轻便，能确保2人在5min内完成拆模或合模工作。轨道板端板、侧板接缝处采用45°对称直角模或弧角模，消除端、侧板脱模时的咬边、卡滞现象，降低端板和侧板脱模阻力。侧板、端板侧装于底座上，其下部设有导向及定位装置，能轻松实现开模、合模动作并准确复位。定位装置内部设有自动脱模装置，配合先脱锚方式，松开紧固螺栓后侧板、端板与制件自动分离，脱模顺畅、方便、可靠。
2模具有限元分析
模具有限元分析所采用的荷载与实际情况相同，主要考虑模板自重、混凝土与钢筋重量、振捣设备及产生的动荷载、其他附加力等。最不利载荷工况为全部混凝土浇筑完毕，振捣设备仍在振捣。(1)模具基础分析如图10所示，模具基础的最大应力出现在工字钢支腿位置，最大为6.84MPa，远低于Q235B钢材的抗拉强度;图11所示为模具基础的竖向位移最大为1.33mm，出现在中间两个工字钢支腿处。(2)模具分析模具的受力情况较为复杂，在重力、等效压力和激振力的作用下，模具的等效应力如图12所示。模具最大等效应力为6.188MPa，出现在侧模上部，底模的等效应力较为均衡，远低于Q235B的抗拉强度，无明显应力集中部位。可见，模具的设计合理，强度符合要求。模具在荷载作用下的最大竖向位移为1.49mm，最大位移出现在模具底板中部(图13)，满足《盘营客运专线CＲTSⅢ型板式无砟轨道混凝土轨道板暂行技术要求》的规定，CＲTSⅢ型轨道板成品板的变形要求允许偏差为±3mm，因此，在最不利的组合荷载作用下，模具的变形应控制在轨道板成品板变形值的1/2范围左右，故模板的变形范围为1.5～2mm。经过分析计算可知，模具的最大竖向位移为1.49mm，小于模具所允许的最大变形量，说明该模具的变形量是符合轨道板预制要求的。
3结论
在进行系统研究的基础上，研制了CＲTSⅢ型轨道板生产模具。对该模具进行简单的拆装能实现盘营客运专线3种不同型号无砟轨道板的制造，经济性优越;对侧模及端模通过直线轴承平移机构与底模完成开合模动作，实现了2人5min快速的拆模、合模工作，大大提高了功效。利用ABAQUS软件对模具和基础进行应力、位移分析，结果表明，模具基础强度、位移满足要求;模具设计合理，强度和变形量均符合要求。
作者：于建军 肖宏 单位：中铁九局集团有限公司科技处 北京交通大学土木建筑工程学院
相关专题：黔南民族师范学院学报 哈尔滨学院学报编辑部
