焊接壓板式扣件火車軌道系統(tǒng)的安裝方法優(yōu)化

陳祥榮，黃楚暢，肖鴻福

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 511466）

1 前 言

中船黃埔文沖船舶有限公司近期建造的某火車滾裝船，是一艘主要用于美國與墨西哥之間進(jìn)行火車運(yùn)輸?shù)拇?。該船設(shè)置兩層火車運(yùn)輸甲板，每層甲板均設(shè)置火車軌道、頂升和綁扎系統(tǒng)，上、下甲板共18 組火車軌道，總長達(dá)2 500 m、軌道墊板約 9 023 件，可以一次性運(yùn)載136 節(jié)火車車廂?？紤]到船舶運(yùn)行期間海洋環(huán)境的銹蝕因素對(duì)螺紋連接的影響極其嚴(yán)重，火車軌道系統(tǒng)采用無螺紋結(jié)構(gòu)的免維護(hù)的焊接壓板式軌道扣件形式，見圖1 所示。

圖 1 焊接壓板式軌道扣件節(jié)點(diǎn)形式

陸地上的火車軌道，采用枕木、砂石作為軌道基礎(chǔ)的有砟軌道和采用鋼筋混凝土作為軌道基礎(chǔ)的無砟軌道：有砟軌道的基礎(chǔ)水平度，可以在軌道安裝過程中再次調(diào)整；無砟軌道的基礎(chǔ)為混凝土澆注，水平度較容易控制。

而船舶上的軌道由于基礎(chǔ)為鋼板焊接而成，在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生較大的焊接變形，導(dǎo)致基礎(chǔ)的水平度極難控制，安裝難度要大很多，這是由于常規(guī)的螺栓壓板形式的軌道系統(tǒng)，借助螺栓高度可調(diào)的特性，可以通過在軌道墊板和軌道之間增加鋼墊片或其他材料的方式來滿足安裝水平精度要求，而焊接壓板式扣件火車軌道系統(tǒng)，則由于焊接壓板式軌道扣件在高度方向僅有3 mm 的極小調(diào)整空間，導(dǎo)致軌道墊板的安裝水平精度須控制在3 mm 以內(nèi)，否則將需要對(duì)軌道墊板進(jìn)行打磨降低高度處理。

2 火車軌道系統(tǒng)的傳統(tǒng)安裝方法

火車軌道系統(tǒng)的傳統(tǒng)安裝方法為：先建造船體結(jié)構(gòu)，接著安裝軌道墊板，最后安裝火車軌道及軌道扣件，見圖2 所示。

圖 2 火車軌道系統(tǒng)的傳統(tǒng)安裝步驟

2.1 軌道墊板安裝步驟

船體結(jié)構(gòu)基本焊接完成后，測(cè)量軌道所有墊板相應(yīng)安裝位置的水平數(shù)據(jù)；根據(jù)數(shù)據(jù)選取合適厚度的軌道墊板進(jìn)行焊接安裝；軌道墊板焊接完成后，進(jìn)行所有軌道墊板的水平測(cè)量，若有問題則將軌道墊板進(jìn)行打磨降低高度，若精度偏差特別大則將軌道墊板刨開進(jìn)行更換；最后再對(duì)軌道墊板及附近區(qū)域進(jìn)行整體打砂；在安裝軌道墊板時(shí)同步開始安裝千斤頂復(fù)板、綁扎條。

2.2 軌道安裝步驟

將鋼軌吊放于墊板上，將所有鋼軌連接起來，調(diào)整火車軌道的軌距、平直度、高低等，測(cè)量火車軌道底面與軌道墊板的間隙，若間隙超過3 mm 的允許范圍，則對(duì)附近偏高的軌道墊板進(jìn)行打磨降低高度；然后使用壓軌工裝將火車軌道往下壓緊，盡量將火車軌道與軌道墊板的間隙調(diào)整至完全接觸，確實(shí)無法完全接觸的位置則增加2～3 mm 厚度的高強(qiáng)度塑料墊片；最后焊接軌道扣件，將火車軌道與軌道墊板固定。

2.3 傳統(tǒng)安裝方法的缺點(diǎn)

（1）在焊接軌道墊板時(shí)，船體甲板容易受熱變形。由于軌道墊板的數(shù)量多、焊腳尺寸大，焊接時(shí)熱量較大；而且軌道系統(tǒng)的綁扎條、千斤頂復(fù)板等附屬舾裝件，也與軌道墊板在同一時(shí)間焊接安裝，熱量集中，容易把軌道墊板下的船體甲板拉變形，導(dǎo)致軌道墊板也跟著一起傾斜變形，直接影響軌道后續(xù)安裝；

（2）在軌道墊板焊接后，對(duì)軌道墊板及附近區(qū)域進(jìn)行整體露天打砂油漆時(shí)，附近區(qū)域的其他工序施工均需停工，對(duì)其他工序的施工影響較大，對(duì)船舶建造的周期造成影響；

（3）由于鋼軌在經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)、放置、吊裝等步驟后，自身會(huì)存在一定程度的翹曲變形，加劇了軌道與軌道墊板的間隙；

（4）當(dāng)火車軌道與軌道墊板超過允許范圍的間隙較多時(shí)，需對(duì)附近偏高的軌道墊板進(jìn)行打磨降低高度，使軌道的水平精度在允許范圍內(nèi)，而軌道墊板的長寬尺寸較大（330 mm*180 mm），打磨施工的工作量很大；

（5）由于船舶建造進(jìn)度的要求，第一層火車軌道的鋼軌需提前進(jìn)艙放置于安裝位置附近，由于火車軌道區(qū)域附近的空閑位置較小，導(dǎo)致火車軌道的放置位置與劃線、火車軌道系統(tǒng)附件安裝、軌道墊板打砂油漆等在施工空間上有沖突，需在艙室內(nèi)人工將火車軌道進(jìn)行反復(fù)的翻身、移位，施工難度大，造成較多的無效人工浪費(fèi)。

3 火車軌道系統(tǒng)安裝方法優(yōu)化

針對(duì)火車軌道系統(tǒng)傳統(tǒng)安裝方法的不足，通過將軌道墊板與火車軌道提前預(yù)制成模塊，再整體轉(zhuǎn)移安裝的方式進(jìn)行優(yōu)化；首先，在火車軌道安裝區(qū)域附近將軌道墊板和火車軌道預(yù)制為模塊，再將模塊整體吊運(yùn)至安裝位置進(jìn)行定位安裝，從而將火車軌道與軌道墊板的間隙問題轉(zhuǎn)換為軌道墊板和甲板的焊接間隙問題，極大地降低了處理間隙問題的難度。

軌道墊板和軌道預(yù)制方法流程，見圖3 所示。

圖 3 火車軌道系統(tǒng)優(yōu)化后的安裝步驟

（1）提前安裝綁扎條及千斤頂復(fù)板等附屬舾裝件

在軌道墊板安裝前，先進(jìn)行綁扎條、千斤頂復(fù)板等附屬舾裝件的安裝，以免與軌道墊板同時(shí)安裝造成焊接熱量集中，導(dǎo)致軌道區(qū)域甲板變形；另外也避免綁扎條及千斤頂復(fù)板等附屬舾裝件的施工空間，與火車軌道的臨時(shí)放置位置有沖突，導(dǎo)致的軌道需反復(fù)來回搬運(yùn)的人工浪費(fèi)；

（2）軌道墊板涂裝

針對(duì)火車軌道系統(tǒng)傳統(tǒng)安裝方法采用的甲板面上露天打砂油漆造成其他工序需停工讓步的情況，根據(jù)優(yōu)化后的軌道墊板和軌道預(yù)制的方法，對(duì)軌道墊板的涂裝流程進(jìn)行優(yōu)化：首先，明確鋼板先進(jìn)行預(yù)處理打砂后噴涂車間底漆；接著將鋼板下料成軌道墊板的尺寸；然后按板厚以托盤形式移交涂裝；在地面上進(jìn)行軌道墊板正面的打砂油漆后，移交施工部門進(jìn)行軌道墊板與火車軌道的預(yù)制工作；

（3）對(duì)與火車軌道對(duì)位的結(jié)構(gòu)處進(jìn)行火工退火處理

由于船體結(jié)構(gòu)在制作時(shí)的焊接熱量影響，甲板一般存在骨材位置凸起、骨材兩側(cè)位置凹陷的瘦馬變形，其在分段制作階段通過火工退火很難完全矯正，并且在經(jīng)歷了分段制作階段、打砂階段、總組階段的長時(shí)間放置，也會(huì)產(chǎn)生各種變形。若直接安裝軌道墊板，容易出現(xiàn)軌道墊板中間沒有間隙、而左右兩側(cè)離空的情況，加劇軌道墊板焊接后的整體傾斜變形。因此，先明確要求分段階段提高火車軌道區(qū)域的退火質(zhì)量，并且在軌道墊板安裝前再次對(duì)甲板軌道區(qū)域的水平情況進(jìn)行檢查，若存在甲板瘦馬變形情況，則再次進(jìn)行火工退火處理，為軌道墊板的安裝質(zhì)量提供保障；

（4）選取合適厚度的軌道墊板

測(cè)量甲板上軌道墊板位置的水平精度數(shù)據(jù)，并根據(jù)軌道位置甲板水平的變化趨勢(shì)，選取合適厚度的軌道墊板；當(dāng)甲板成形并火工退火后，對(duì)全船甲板的軌道墊板位置進(jìn)行編號(hào)及進(jìn)行軌道墊板位置的水平精度測(cè)量；接著將測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，并根據(jù)軌道位置甲板水平的變化趨勢(shì)，選取合適厚度的軌道墊板；

（5）使用軌道扣件將軌道墊板與火車軌道焊接固定并預(yù)制成模塊

將軌道放置于甲板面的安裝位置附近，用木頭將其墊起約100 mm 高；接著按編號(hào)將合適厚度的軌道墊板擺放在軌道對(duì)應(yīng)的安裝位置，然后使用木頭、鐵楔等將軌道墊板頂起并緊密貼合在軌道的底面，再使用軌道扣件將軌道墊板與軌道焊接固定；

（6）將預(yù)制模塊整體吊運(yùn)至安裝位置

待軌道墊板與軌道的預(yù)制模塊制作完成后，將軌道墊板與火車軌道預(yù)制模塊吊起轉(zhuǎn)移至甲板面的相應(yīng)安裝位置進(jìn)行精確定位；接著調(diào)整軌道的軌距、平直度、高低等，再對(duì)水平精度進(jìn)行測(cè)量檢查。對(duì)不滿足水平精度要求或墊板與甲板間隙偏大的位置，將相應(yīng)位置軌道墊板的軌道扣件刨下更換軌道墊板；最后將軌道墊板與甲板進(jìn)行焊接，完成火車軌道系統(tǒng)的安裝。在軌道墊板與甲板焊接時(shí)，火車軌道正下方存在軌道墊板角焊縫焊接空間狹小的問題，火車軌道正下方位置的軌道墊板與甲板面的軌道截面寬度范圍的角焊縫僅有約25 mm 高的焊接操作空間，使用常規(guī)的焊接方法和焊接設(shè)備無法滿足焊接要求，需在常規(guī)CO焊絲焊槍上增加鵝頸式焊接彎頭進(jìn)行加長，且焊接人員采用側(cè)躺姿勢(shì)進(jìn)行焊接；

（7）對(duì)火車軌道附近區(qū)域的甲板面進(jìn)行油漆

軌道系統(tǒng)安裝完成后，對(duì)油漆破損的區(qū)域進(jìn)行打磨，并對(duì)軌道附近區(qū)域的甲板面進(jìn)行油漆。

4 效果分析

（1）采用優(yōu)化后的軌道墊板與軌道預(yù)制模塊的方法，克服了軌道與軌道墊板之間的小間隙處理難題；軌道與軌道墊板的預(yù)制模塊整體轉(zhuǎn)移安裝，消除了鋼軌提前進(jìn)艙后的反復(fù)翻軌，以及間隙調(diào)整、間隙檢驗(yàn)時(shí)的多次升軌降軌重復(fù)作業(yè)，提高軌道系統(tǒng)的安裝效率約30%，縮短實(shí)際安裝周期約一個(gè)月；

（2）減少了反復(fù)人工搬動(dòng)鋼軌時(shí)對(duì)鋼軌自身及對(duì)附近船體區(qū)域的油漆破損，從而減少軌道滾裝區(qū)域的油漆消耗量約30%。

5 結(jié) 語

通過采用軌道墊板與軌道預(yù)制模塊的方法，將傳統(tǒng)軌道系統(tǒng)安裝時(shí)火車軌道與軌道墊板的間隙問題轉(zhuǎn)換為軌道墊板和甲板之間的焊接間隙問題，從而極大地降低了處理間隙問題的難度，避免了打磨降低軌道墊板的難度和工作量。以某火車滾裝船為例，軌道總長約2 500 m，打磨降低軌道墊板需耗時(shí)約6 300 工時(shí)，采用軌道墊板與軌道預(yù)制模塊的方法后，可直接減少此工時(shí)消耗，顯著降低建造成本。