劉亞東

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司機(jī)動(dòng)院,北京 100055)

1 概述

無縫線路作為軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分,與普通線路相比具有行車平穩(wěn)、節(jié)省材料、降低維修費(fèi)用、延長(zhǎng)線路設(shè)備和機(jī)車車輛使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。鋪設(shè)無縫線路已在我國(guó)廣泛采用,并取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著鐵路既有線提速改造和新建鐵路的建設(shè),列車時(shí)速提高,鐵路運(yùn)量增長(zhǎng),對(duì)無縫線路提出更高的要求,要求焊接接頭具有更高的平順性和直線度。鋼軌焊接接頭是影響線路平順性的突出弱點(diǎn),為提高列車運(yùn)行的平順性,需要提高鋼軌的定尺長(zhǎng)度。鋼軌的定尺延長(zhǎng),可以使焊縫減少,保證列車平穩(wěn)運(yùn)行。

目前,神華集團(tuán)鐵路自營(yíng)里程已經(jīng)達(dá)到1 560 km,每年需更換約300 km的長(zhǎng)鋼軌。隨著公司快速穩(wěn)定的發(fā)展,預(yù)計(jì)遠(yuǎn)期神華集團(tuán)自營(yíng)鐵路里程將達(dá)到近4 000 km。屆時(shí)集團(tuán)每年的大修換軌任務(wù)將增加至約600～800 km/年。

目前,集團(tuán)還沒有焊軌基地,在建鐵路建設(shè)用軌和既有線大修換軌所需的長(zhǎng)鋼軌全部是外購(gòu)。近年我國(guó)正處于既有鐵路提速、客運(yùn)專線、城際鐵路的大建設(shè)時(shí)期,受客觀條件的限制,長(zhǎng)鋼軌供應(yīng)周期較長(zhǎng),如果集團(tuán)沒有自己的焊軌基地,一旦外部供應(yīng)不足,集團(tuán)新建鐵路及既有線改造所需長(zhǎng)鋼軌將得不到保證,限制了集團(tuán)鐵路建設(shè)的發(fā)展,影響集團(tuán)公司運(yùn)輸生產(chǎn)任務(wù)的完成,進(jìn)而影響到集團(tuán)的整體發(fā)展戰(zhàn)略。

為徹底解決集團(tuán)鐵路對(duì)長(zhǎng)鋼軌的需求,保障集團(tuán)鐵路建設(shè)的發(fā)展,急需擇址新建焊軌基地。

2 方案研究

2.1 主要技術(shù)決定

2.1.1 場(chǎng)址的選擇

焊軌基地位于萬水泉南站西南側(cè),由車站南北場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線上引出入線,萬水泉南是包神線的起點(diǎn)站,北接包頭樞紐,萬水泉南站萬噸改造后,設(shè)南、北兩場(chǎng)。南場(chǎng)設(shè)有11條到發(fā)線(含正線,其中3條為萬噸到發(fā)線),北場(chǎng)設(shè)有13條到發(fā)線(含正線,其中3條為萬噸到發(fā)線)。萬水泉南站地理位置優(yōu)越,交通方便,未來焊軌基地所需素軌主要由包鋼供給,萬水泉南站距離包頭站僅約10 km,運(yùn)送材料方便,節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本。隨著甘泉線將引入萬水泉南站,萬水泉南站在神華自營(yíng)鐵路網(wǎng)中的地位和作用將日益加強(qiáng)。同時(shí)距離集團(tuán)既有及新建鐵路距離適中,擬建萬水泉南站焊軌基地的成品長(zhǎng)軌的供應(yīng)可以輻射包神線、神朔鐵路、朔黃鐵路、大準(zhǔn)鐵路、準(zhǔn)池鐵路、寧東鐵路、新準(zhǔn)鐵路、甘泉線等。同時(shí)擬建基地場(chǎng)址為神華集團(tuán)已購(gòu)征地,可大大縮短用地審批手續(xù)。

選址存在的主要問題包括基地設(shè)置于既有站修所修車庫(kù)與煤制烯烴專用線之間,占用站修所存車線位置,沿東西方向布置。由于受濱河新區(qū)規(guī)劃道路及既有場(chǎng)地條件的限制,焊軌廠總平面布置及工藝布局上比較困難,如受場(chǎng)地條件的限制,焊軌工藝只能按25 m間距布置,效率較低；調(diào)機(jī)出入不方便,根據(jù)裝卸車不同線位分別采用推送和牽引方式；牽出線有效長(zhǎng)只能達(dá)到300 m,不能滿足整列長(zhǎng)鋼軌列車(560 m)的進(jìn)廠要求,需進(jìn)行分解,分2次調(diào)車作業(yè)。

2.1.2 規(guī)模的確定

(1)原料為25 m軌

采用25 m工位間距“U”型焊軌工藝焊接25 m素軌,生產(chǎn)1根500 m長(zhǎng)軌條需要焊19個(gè)鋼軌接頭,需要總時(shí)間為

T總1=T走1+(T走1+T焊1)×19+T走1

式中T總1——生產(chǎn)1根500 m長(zhǎng)軌所需總時(shí)間,取135 min；

T焊1——焊頭在焊機(jī)等工位的時(shí)間,以最長(zhǎng)工位時(shí)間計(jì)算,取6 min；

T走1——鋼軌走行25 m距離所需時(shí)間,取1 min。

每班次按照7.5 h計(jì)算，可以生產(chǎn)3.3根500 m長(zhǎng)軌條,即0.83 km。全年工作天數(shù)按250 d計(jì)算,單班的焊軌能力為207 km。

(2)原料為100 m軌

采用25 m工位間距“U”型焊軌工藝焊接100 m素軌,生產(chǎn)1根500 m長(zhǎng)軌條需要焊4個(gè)鋼軌接頭,需要總時(shí)間為

T總2=T走2+(T走2+T焊2)×4+T走2

式中T總2——生產(chǎn)1根500 m長(zhǎng)軌所需總時(shí)間,取100 min；

T焊2——焊頭在焊機(jī)等工位的時(shí)間(焊接、粗磨、熱處理、熱調(diào)直各工位時(shí)間之和),以最長(zhǎng)工位時(shí)間計(jì)算,取19 min；

T走2——鋼軌走行25 m距離所需時(shí)間,取4 min。

每班次按照7.5 h計(jì)算,可以生產(chǎn)4.5根500 m長(zhǎng)軌條,即1.13 km。全年工作天數(shù)按250 d計(jì)算,單班的焊軌能力為281 km。

萬水泉焊軌基地按3班2運(yùn)轉(zhuǎn)配置,500 m長(zhǎng)鋼軌年生產(chǎn)能力可達(dá)到414～562 km。綜合考慮,確定新建萬水泉焊軌基地工程規(guī)模為：500 m長(zhǎng)軌生產(chǎn)能力為400 km/年。

2.1.3 運(yùn)輸組織安排

根據(jù)新建線路和既有線大修換軌的鋪軌工期安排,長(zhǎng)軌條運(yùn)輸具有明顯的計(jì)劃性,且運(yùn)輸種類與方向單一,宜組織始發(fā)直達(dá)列車,整列配空、整列裝車、直達(dá)運(yùn)輸。

根據(jù)調(diào)查,目前國(guó)內(nèi)長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸車主要有2種,一種是采用專用長(zhǎng)軌運(yùn)輸車組,如沈陽(yáng)機(jī)車車輛廠制造的T11A、T11B、T11BK型等系列長(zhǎng)鋼軌車組；另一種是采用鐵路平板車(N17)改造作為長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸車組。

T11A、T11B、T11BK型等系列長(zhǎng)鋼軌車組由43個(gè)平板車和2個(gè)作業(yè)車組成,車組總長(zhǎng)達(dá)到605 m；鐵路平板車(N17)改造長(zhǎng)軌運(yùn)輸車組采用38輛編組,車組總長(zhǎng)528 m。萬水泉焊軌基地由于受場(chǎng)地限制,長(zhǎng)軌專列存車線及長(zhǎng)軌裝車線有效長(zhǎng)很難達(dá)到605 m以上。改造鐵路平板車組長(zhǎng)度上更符合本次設(shè)計(jì)方案的要求。

T11A、T11B、T11BK型等系列長(zhǎng)鋼軌車組價(jià)格為2 500～3 000萬元/組,而改造鐵路平板車組價(jià)格約為1 700萬元/組。

從機(jī)車車輛廠購(gòu)置長(zhǎng)鋼軌車組,需提前與機(jī)車車輛廠協(xié)商,生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。

綜上所述,在滿足長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸任務(wù)的基礎(chǔ)上,改造鐵路平板車所需有效長(zhǎng)更短,生產(chǎn)周期更短,且價(jià)格更便宜,綜合考慮萬水泉焊軌基地?cái)M采用改造鐵路平板車(N17)作為長(zhǎng)軌運(yùn)輸車組。

車組組成：500 m成品軌運(yùn)輸采用固定編組方式,采用38輛鐵路平板車(N17),為保證鋼軌運(yùn)輸質(zhì)量與運(yùn)輸安全,一次運(yùn)輸50根(4層)長(zhǎng)500 m、從底層向上每層依次裝載14、14、12、10根。100 m素軌運(yùn)輸每列車編掛30輛(N17)計(jì)4組100 m定尺軌,每組存放50根鋼軌。25 m素軌運(yùn)輸每列車編掛30輛(N17)計(jì)16組100 m定尺軌,每組存放50根鋼軌。

2.2 總平面布局

本次萬水泉焊軌基地充分利用萬水泉站站修所既有場(chǎng)地,設(shè)置于站修所修車庫(kù)與煤制烯烴專用線之間,占用站修所存車線位置,沿東西方向布置。在不改移濱河新區(qū)規(guī)劃萬水泉大道的前提下,西端緊鄰規(guī)劃萬水泉大道,將西側(cè)規(guī)劃的西區(qū)一街局部向西改移,東端改移站修所既有入段線,使焊軌基地總有效長(zhǎng)度達(dá)到1 125 m。焊軌基地設(shè)牽出線(安全線)1條、出入段線1條(從既有萬水泉南站南場(chǎng)與北場(chǎng)的聯(lián)絡(luò)線引入)、長(zhǎng)鋼軌及待焊軌裝卸線1條、舊軌裝卸線2條、長(zhǎng)鋼軌專列存車線3條,每股存車線有效長(zhǎng)為570 m。

焊軌生產(chǎn)線分2條輥道“U”型布置,生產(chǎn)線兩端分別設(shè)置時(shí)效存放臺(tái)位及長(zhǎng)鋼軌存儲(chǔ)臺(tái)位,中間為長(zhǎng)96 m的焊軌、精整車間,待焊軌存放臺(tái)和選配軌車間與長(zhǎng)鋼軌存儲(chǔ)臺(tái)位并行設(shè)置。

焊接生產(chǎn)線分為5個(gè)作業(yè)區(qū)：焊前作業(yè)區(qū)、焊接作業(yè)區(qū)、時(shí)效長(zhǎng)軌存放區(qū)、精整作業(yè)區(qū)、成品長(zhǎng)軌作業(yè)區(qū)。

焊前作業(yè)區(qū)布置3個(gè)素軌存放臺(tái)(每個(gè)存放臺(tái)尺寸為110 m×6 m,可存放100 m定尺軌共計(jì)45 km)、1個(gè)配軌臺(tái)及配軌車間。與長(zhǎng)鋼軌存儲(chǔ)臺(tái)位共用1組跨度為28 m的固定式門吊(32臺(tái)),組內(nèi)門吊可單控和整體聯(lián)控。主要負(fù)責(zé)定尺軌的卸車及長(zhǎng)鋼軌的裝車作業(yè)。配軌車間設(shè)7臺(tái)單梁起重機(jī),主要負(fù)責(zé)選配軌、上軌、調(diào)直除銹作業(yè)。

焊接作業(yè)區(qū)設(shè)置焊軌車間1處(與精整車間合建),軸線尺寸為96 m×18 m,內(nèi)設(shè)鋼軌焊接、粗磨、熱處理、熱調(diào)直4個(gè)工位,各工位間距按25 m布置,負(fù)責(zé)鋼軌的焊接、粗磨、正火、熱調(diào)直作業(yè)。

時(shí)效長(zhǎng)軌存放區(qū)布置510 m×20.15 m長(zhǎng)軌平移臺(tái)1座,設(shè)置1組跨度為28 m的固定式門架吊32臺(tái),每個(gè)固定式門架吊上設(shè)3 t的電動(dòng)葫蘆。負(fù)責(zé)焊后的500 m長(zhǎng)軌的自然冷卻(時(shí)效處理)及平移。臺(tái)位可存放長(zhǎng)鋼軌288 km。

精整作業(yè)區(qū)設(shè)鋼軌仿形磨、精調(diào)、精磨、探傷4個(gè)工位,各工位間距按25 m布置,負(fù)責(zé)鋼軌的仿形磨、精調(diào)、精磨與探傷作業(yè)。

成品長(zhǎng)軌作業(yè)區(qū)布置510 m×9.35 m長(zhǎng)軌裝車臺(tái)1座,與素軌存放臺(tái)共用28 m跨度固定式門架組吊32臺(tái)。負(fù)責(zé)500 m成品軌的存放、吊運(yùn)與裝車作業(yè)。成品軌存儲(chǔ)臺(tái)位可存放長(zhǎng)鋼軌138 km。

焊軌生產(chǎn)線上鋼軌條的運(yùn)輸采用滾筒傳輸方式。

焊軌基地東南側(cè)設(shè)置4處110 m×11.5 m長(zhǎng)舊軌存放臺(tái),設(shè)18 m跨度門式起重機(jī)8臺(tái),4臺(tái)1組,每組門吊可單控和聯(lián)控。此臺(tái)位除存放舊鋼軌外,在生產(chǎn)高峰期可作為待焊鋼軌的臨時(shí)存放區(qū),可存放待焊鋼軌72 km。

焊軌基地西南側(cè)為辦公、生活區(qū)域,設(shè)置職工單身宿舍、食堂、浴室及活動(dòng)中心等房屋。

總平面布置詳見圖1。

圖1 萬水泉焊軌基地總平面布置

2.3 主要工藝流程

2.3.1 生產(chǎn)工藝總流程

卸素軌→選配軌→鋼軌焊前檢查→上軌→除銹→鋼軌焊接→粗磨→正火→風(fēng)冷熱調(diào)直→時(shí)效存放→仿形磨→四向矯直→精磨→探傷→外形尺寸檢驗(yàn)→長(zhǎng)鋼軌存放。

2.3.2 焊接工藝流程

焊接工藝主要包括除銹調(diào)直、焊接、粗磨、熱處理、熱調(diào)直、時(shí)效處理、仿形磨、精調(diào)、精磨、探傷及外觀檢查等工序。

(1)除銹工藝

鋼軌送進(jìn)到位→檢查鋼軌表面→軌頂、軌底除銹→檢查除銹質(zhì)量→除銹設(shè)備復(fù)位→鋼軌通過除銹工位。

(2)焊接工藝

鋼軌送進(jìn)到位→檢查鋼軌除銹質(zhì)量→鋼軌對(duì)正→焊接→推凸焊瘤→清除焊渣→焊機(jī)復(fù)位→檢查焊接外觀質(zhì)量→標(biāo)注接頭標(biāo)識(shí)→鋼軌通過焊接工位。

(3)粗磨工藝

焊頭送進(jìn)到位→測(cè)量焊頭外觀→粗磨→測(cè)量焊頭平直度→粗磨設(shè)備復(fù)位→鋼軌通過粗磨工位。

(4)熱處理工藝

焊頭送進(jìn)到位→正火→測(cè)量正火溫度→快速風(fēng)冷。

(5)熱調(diào)直工藝

焊頭送進(jìn)到位→測(cè)量焊頭錯(cuò)變量→確定調(diào)直方案→調(diào)直→測(cè)量焊頭平直度→調(diào)直設(shè)備復(fù)位→通過熱調(diào)直工位。

(6)仿形磨工位

焊頭送進(jìn)到位→檢查焊縫外觀→確定磨削量→仿形打磨→測(cè)量焊頭平直度→仿形磨復(fù)位→鋼軌通過仿形磨工位。

(7)四向矯直工位

焊頭送進(jìn)到位→測(cè)量焊頭平直度→矯直→通過矯直工位。

(8)精磨工位

焊頭送進(jìn)到位→測(cè)量焊頭平直度→精磨→測(cè)量焊頭平直度→精磨設(shè)備復(fù)位→鋼軌通過精磨工位。

(9)探傷檢查

焊頭送進(jìn)到位→檢查焊頭溫度→檢查探測(cè)表面→焊頭探傷→鋼軌通過探傷工位。

2.4 節(jié)能、環(huán)保措施

總圖布置工藝流程合理、順暢,除銹調(diào)直、焊接、粗磨、正火、熱調(diào)直、仿形磨、精調(diào)、精磨、探傷工序設(shè)置在同一幢建筑內(nèi),減少了物料運(yùn)輸次數(shù)和運(yùn)輸距離,減少了工藝管道的長(zhǎng)度,節(jié)約能源。變、配電所，空壓機(jī)間等動(dòng)力車間設(shè)計(jì)靠近負(fù)荷中心,節(jié)約能源。工藝設(shè)備新增設(shè)備均采用國(guó)家有關(guān)規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品,充分發(fā)揮設(shè)備的最大潛力,本次新增的主要耗能設(shè)備如焊接、除銹、調(diào)直、打磨及探傷等設(shè)備均符合國(guó)家節(jié)能的有關(guān)規(guī)定；設(shè)備選型合理選用年時(shí)基數(shù)、生產(chǎn)能力、設(shè)備利用系數(shù)等工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù),使其達(dá)到最佳工況；空氣壓縮機(jī)采用風(fēng)冷,減少循環(huán)冷卻水耗能。

擬建房屋的地區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū),房屋的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用先進(jìn)合理的保溫隔熱技術(shù),外圍護(hù)墻體采用新型非黏土磚,節(jié)約土地資源。屋面保溫層采用容重較小、導(dǎo)熱系數(shù)較低、吸水率較小的高效保溫材料。房屋布置均采用南北向,主要房間避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向。房屋體形力求簡(jiǎn)單,減少外表面積,體形系數(shù)控制在允許范圍之內(nèi)。采用集中供暖的采暖方式。

對(duì)于焊接、正火、打磨等煙塵高濃度排放區(qū)域采用局部除塵法,集中處理。在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面,要求所有房屋盡可能進(jìn)行合理的集中布置,綠化率控制在18%。

3 結(jié)語

綜上所述,在焊軌基地的設(shè)計(jì)中,除應(yīng)安排合理的工藝流程外,還要充分考慮運(yùn)輸組織方式、鋼軌存放及選配場(chǎng)地面積、焊接及裝卸設(shè)備能力等對(duì)生產(chǎn)的影響,優(yōu)化總平面設(shè)計(jì),合理布局,只有這樣才能設(shè)計(jì)出既滿足國(guó)家的有關(guān)方針政策要求,又能達(dá)到業(yè)主需求的設(shè)計(jì)方案。

[1]GB50187—93，工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50016—2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3]GBZ1—2002，工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]GB50040—96，動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]TB10063—2007，鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[6]TB10001—2005，鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7]TB10082—2005，鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8]JB7741—95，金屬切削加工安全要求[S].

[9]張 潘，郭建文.百米定尺軌焊軌基地工藝設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(9)：17-19.

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