新型柔性軌道固定系統(tǒng)在鋁電解多功能天車中的應用

吳曉華

(中國有色金屬建設股份有限公司, 北京 100029)

0 前言

鋁電解多功能天車是電解鋁工業(yè)中極其重要的設備[1]，其軌道系統(tǒng)是多功能天車平穩(wěn)運行的關鍵部件之一。鋁電解多功能天車軌道系統(tǒng)是鋁電解工藝設備和土建工程結合的部位，缺乏專門的工程技術研究，一直沿用傳統(tǒng)的軌道固定系統(tǒng)?；仡欕娊怃X發(fā)展歷程，鋁電解多功能天車自重不斷增大，運行效率不斷提高，傳統(tǒng)軌道固定系統(tǒng)逐漸暴露了許多弊端[2]，迫切需要進行改進和創(chuàng)新。通過借鑒碼頭起重機軌道固定系統(tǒng)[3]的成功經驗，某公司將新型柔性軌道固定系統(tǒng)成功應用于電解車間，為國內外鋁電解多功能天車軌道系統(tǒng)的改進作出示范。

1 鋁電解多功能天車軌道系統(tǒng)概述

鋁電解多功能天車軌道系統(tǒng)主要由天車軌道、軌道梁、車檔、軌道固定系統(tǒng)組成。

1)天車軌道?；阡X電解多功能天車的自身噸位和載重負荷，多功能天車軌道按照行業(yè)經驗采用負載大于30 kg/m的重型鋼軌或QU70～QU120起重機鋼軌。

2)軌道梁。由于鋁電解車間結構形式不斷變化，故用于安裝軌道的軌道梁采用鋼結構梁和混凝土預制梁。

3)車檔。鋁電解多功能天車的車檔作為軌道固定系統(tǒng)或軌道的一部分，大多根據標準圖集或設計要求采用Q235B或其他普通鋼材。

4)軌道固定系統(tǒng)。軌道固定系統(tǒng)將天車軌道、軌道梁、車檔有機結合為整體，是整個軌道系統(tǒng)的核心部分。

2 傳統(tǒng)軌道固定系統(tǒng)在鋁電解車間應用中的弊端

目前鋁電解多功能天車軌道固定系統(tǒng)一般都采用魚尾板連接軌道、硬式壓板固定軌道的傳統(tǒng)方式。硬式壓板的固定主要有壓板固定法、鉤形螺桿固定法、焊接和螺栓聯用固定法。實際應用中，鋁電解多功能天車軌道系統(tǒng)在多功能天車荷重作用下會發(fā)生以下故障：水泥砂漿破損、破裂，鋼軌下沉、彎曲變形，鋼軌接頭上下不平、左右錯開，軌距發(fā)生改變導致輪緣啃軌、車輪磨損，壓板螺栓松動、壓板打轉等。這些故障會給軌道系統(tǒng)帶來巨大的損失。

2.1 天車軌道磨損變形

鋁電解多功能天車在作業(yè)過程中，天車軌道受到不同方向的作用力，軌道表面會因此產生疲勞裂紋，出現彎曲、變形、斷裂以及頂面過渡磨損、壓平等工程質量通病。

2.2 天車軌道梁破裂彎曲

軌道梁是軌道的直接承載體。鋁電解多功能天車的輪壓最終都作用到軌道梁上，多功能天車的制動、加速和吊抬包晃動等都極易引起頻繁的震動和沖擊。作用于錨固螺栓的側向力直接傳遞給混凝土預制梁時，會導致混凝土預制梁破損、碎裂，而當側向力傳遞至鋼結構梁時，則容易引起鋼結構梁彎曲變形、表面磨損、焊縫開裂、立柱與鋼梁連接部位損壞等工程質量通病。熱軋軌道底面凹凸不平，當直接安置在混凝土預制梁上時，受鋼軌溫度應力影響，軌道不斷發(fā)生伸縮位移，會導致混凝土基礎發(fā)生嚴重破損，引起鋼軌局部下沉。當熱軋軌道安置在鋼結構梁上，會不斷磨損鋼結構梁，造成一定損壞。

2.3 軌道固定系統(tǒng)失效

2.3.1 軌道接口間隙引起軌道損壞

采用魚尾板連接的軌道，其連接處的接口必然存在一定的間隙。當多功能天車車輪通過接口處時，會產生震動，導致接口間隙逐漸擴大，反過來間隙擴大會使震動加劇，造成魚尾板及軌道壓板的固定螺栓松脫，使軌道接口下方的混凝土震碎，出現軌道接頭兩端的軌頂面高低不平、左右錯開以及斷軌等問題。

2.3.2 “曲弓波”效應導致固定系統(tǒng)失效

多功能天車沿軌道行走時，車輪前后兩端(軌道接口兩側)的鋼軌會被垂直提起。雖然這種垂直方向上的提起量很小，但由此產生的上拔力卻很大。這個上拔力足以使任何以硬碰硬方式固定鋼軌的壓板螺栓松動。為了使壓板能“壓”住鋼軌，維修人員只能不斷上緊螺母。由于頻繁的松動和反復上緊，壓板及螺栓最終會發(fā)生嚴重松脫、變形，無法再固定住鋼軌，甚至造成鋼軌損壞。

2.2.3 傳統(tǒng)硬式壓板的局限性導致固定系統(tǒng)失效

傳統(tǒng)的軌道壓板是不能進行側向調節(jié)的，不能保證壓板與鋼軌的接觸可靠。多功能天車運行時的側向力作用在與鋼軌底部邊緣接觸的第一塊壓板時，由于鋼軌在側向力作用下不會發(fā)生相對彎曲，側向力就必須由與之接觸的壓板來承受。如果側向力很強，就會導致壓板螺栓松動，甚至導致壓板斷裂、破碎。

3 新型柔性軌道固定系統(tǒng)在某公司電解車間的應用

由于傳統(tǒng)軌道固定系統(tǒng)的弊端日益明顯，對鋁電解多功能天車運行和鋁電解車間生產運行管理的影響逐漸顯現。為了解決這種固定系統(tǒng)的嚴重缺陷帶來的問題，采用新型柔性軌道固定系統(tǒng)的需求變得越來越迫切。通過借鑒現代化港口重載起重機固定系統(tǒng)的成功經驗，某公司將新型柔性軌道固定系統(tǒng)成功用于某電解車間。

3.1 天車軌道系統(tǒng)概況

某電解車間分為兩個車間，每個車間長971.5 m，分為A、B、C、D四跨。車間軌道采用QU120鋼軌，其外形尺寸及技術條件均符合國標[4]規(guī)定，總長約3 886 m，每根軌道長12 m；天車軌道梁按照相應的國標[5-6]進行設計和安裝；車檔采用Q235B鋼材。

新型柔性軌道固定系統(tǒng)主要由壓板總成、彈性橡膠墊板等組成，如圖1所示，其中壓板總成15 544套，每套壓板總成包含1塊上壓板、1塊下壓板、2個方頭螺栓和2個法蘭螺母；橡膠墊板長3 888 m。壓板總成和橡膠墊板的材質要求分別見表1、表2。

圖1 新型柔性軌道固定系統(tǒng)示意圖

表1 壓板總成的材質要求

表2 橡膠墊板的材質要求

3.2 天車軌道系統(tǒng)施工主要工藝

3.2.1 準備工作

準備工作包括軌道、焊條等材質報驗、焊工資質報驗、軌道梁驗收、軌道進場驗收、軌道的存儲管理。

3.2.2 劃線

兩側吊車梁的中心線確定利用測量儀器將軌道中心線放在軌道梁上，軌道中心線應盡量與軌道梁的中心線重合。兩條軌道中心線的直線平行度控制在±5 mm，兩條軌道中線的跨距誤差控制在±5 mm。

3.2.3 軌道吊裝

由于電解車間軌道規(guī)格為QU120，每根軌道的吊裝最大長度為12 m,吊裝最大重量為1 417.2 kg，軌道就位標高為10.5 m。吊車的站位位置為廠房出鋁端，主要吊裝A、D軸線軌道，而C、D軸線軌道的吊裝在車間外站進行。先把軌道放在C、D軸線3.5 m平臺上鋪開，然后由吊車伸桿進廠房進行吊裝就位，這種近距離吊裝比較安全可靠。

3.2.4 軌道鋪放及焊接

1)根據軌道梁劃線情況，首先焊接軌道壓板底座，再把橡膠墊板鋪好，然后把軌道按照順序進行鋪設。利用軌道壓塊和連接角鋼對軌道進行連接和固定，并逐段檢查軌道的各項誤差。

2)軌道對齊后，先用赤銅墊板和鋼墊板墊起40～60 mm,利用提前制作好的螺栓和壓塊等連接件擰緊螺母，使鋼軌固定在吊車梁上，每個鋼軌接頭附近應至少設置4個固定點， 使兩根鋼軌端頭之間的間隙上寬下窄，且軌底的間隙控制在12～14 mm。

3)軌道接頭焊接順序是由下而上，先軌底后軌腰，接著是軌頭，最后是修補周圍。焊接軌底須用赤銅墊板，焊接軌腰、軌頭須用赤銅夾板和赤銅托板的構造。焊條采用直徑為4 mm的堿性低氫型焊條J507來焊接鋼軌接頭，焊條須在直流電焊機上反極使用。在焊接每個接口前，為了避免橡膠墊板被飛濺燒傷、損壞，可在飛濺影響范圍內用一塊薄鋁皮進行遮擋。每個鋼軌接頭的焊接工作應連續(xù)進行，且在施焊過程中必須防止雨水淋濕。

4)對焊接完成的軌道技術參數進行復查，確保軌道中心線位移偏差控制在±5 mm，兩條軌道中心線間距偏差控制在±5 mm，兩條相鄰的吊車軌道端相互間的偏移(平面上和垂向上)不應超過1 mm，廠房橫向同一跨間同一位置上兩條軌道頂面的標高差在吊車梁支座處不應超過10 mm，在其他部位不應超過15 mm。復查參數后，要清理施工現場，清理施工過程中遺留的焊渣、焊條頭等施工垃圾，確保軌道及吊車梁整體干凈、無雜物。

3.2.5 新型柔性軌道固定系統(tǒng)的安裝

1)壓板總成的安裝及焊接。下壓板焊接在軌道梁上表面，且成對布置，上壓板通過螺栓和螺母與下壓板連接。上緊扭矩通常為200 Nm，可使用電動扭矩扳手，但上緊扭矩要求不低于150 Nm且不高于250 Nm。焊縫有效寬度為5 mm，焊腳高度為7 mm。

2)彈性橡膠墊板的安裝。鋪設橡膠墊板之前，清掃軌道梁的上表面，確保上表面沒有可能損壞橡膠墊板的東西，如油脂類、尖銳的雜物和磨料顆粒等。橡膠墊板的凹凸面向上，連續(xù)鋪設在支撐構件上，接頭處應緊貼在一起，按照軌道中心線對中。橡膠墊板應始終保持在鋼軌的正下方，避免超出鋼軌底部。橡膠墊板的接頭與鋼軌接頭、大梁接頭、基礎層伸縮縫的距離至少為1 m。橡膠墊板的最小長度應不少于相鄰兩塊壓板中心間距的3倍。橡膠墊板須在每段軌道的末端、軌道梁的隔斷處或其他較大間隙處斷開。

3.3 新型柔性軌道固定系統(tǒng)的技術特點

新型柔性軌道固定系統(tǒng)的壓板可作側向調整的范圍為14 mm。壓板安裝到位后，可以產生自鎖功能，保證螺栓副具有自鎖特性，抗側向力為165 kN。軌道上壓板遵照ISO 1461—2009標準采用熱浸鍍鋅處理，鍍鋅層厚度至少為70 μm。上壓板的橡膠鼻子采用硫化工藝與壓板夾可靠地壓合粘結。這個操作可以彌補軌道和軌道梁之間的制造公差，消除螺栓的疲勞應力。橡膠鼻子與上壓板的粘合應通過粘接強度試驗，保證可靠。

彈性橡膠墊板的尺寸由QU120鋼軌的170 mm底寬確定，橡膠墊板的上表面貼合鋼軌底面，其寬度應比軌道底寬小5～8 mm。橡膠墊板由兩層合成橡膠中間嵌0.5 mm的增強型優(yōu)質鋼板通過熱膠和硫化合成，其主要如下特點：

1)橡膠墊板的凹槽能有效防止鋼軌扭動和振動對橡膠墊板造成的損壞。

2)當鋼軌發(fā)生“曲弓波”效應，橡膠墊板的邊緣與壓板的橡膠鼻子配合能夠防止橡膠墊板移動。

3)橡膠墊板的封邊能全面隔絕鋁電解車間內的電解質、氟化鹽、氧化鋁及其他微粒或揚塵、雨水進入鋼軌或膠墊板底部。

4 結論

新型柔性軌道固定系統(tǒng)是首次在某公司電解車間中應用。實際生產表明，其應用效果確實優(yōu)于傳統(tǒng)軌道固定系統(tǒng)，主要表現在以下方面：

1)新型柔性軌道固定系統(tǒng)消除了軌道伸縮縫，無須使用魚尾板連接，降低了支撐構件(軌道梁)的寬度要求，減少整個軌道系統(tǒng)的工程造價。軌道伸縮縫的消除可以避免因軌道間隙導致軌道兩端接頭頂面出現高低不平、左右錯開以及斷軌等問題。消除軌道伸縮縫的最佳辦法是采用無縫焊接。柔性軌道固定系統(tǒng)還能解決無縫軌道和軌道梁因溫度應力引起的伸縮量不一致而產生的相對位移。

2)柔性軌道固定系統(tǒng)的橡膠墊板上表面有溝槽，能夠減少軌道以及軌道梁的磨損，提高軌道和軌道梁的使用壽命，并能吸收軌道底面不平產生的不良影響，改善軌道與軌道梁的接觸狀況。

3)避免了常見的固定系統(tǒng)失效的問題，減少軌道系統(tǒng)的日常維修和備件更換。具有雙楔面結構的壓板側向固定住軌道，具有抗側向力的自緊、自鎖特性。橡膠鼻子在垂直方向以彈性力壓緊軌道，可以釋放因溫度變化引起的軌道內應力，防止壓板螺栓因“曲弓波”效應造成系統(tǒng)失效。

4)柔性軌道固定系統(tǒng)的壓板型號標準化，使供貨周期變短。

5)減少安裝工作量和提高施工效率。壓板的雙楔面結構具有自鎖自緊功能，不再需要“手錘”敲擊上壓板。同時特殊方頭螺栓允許使用氣動扳手或電動扳手，降低對螺栓預緊扭矩的苛刻要求，提高了施工效率。