吳曉華

(中國(guó)有色金屬建設(shè)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(shè)備[1]，其軌道系統(tǒng)是多功能天車平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)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(shè)備和土建工程結(jié)合的部位，缺乏專門的工程技術(shù)研究，一直沿用傳統(tǒng)的軌道固定系統(tǒng)。回顧電解鋁發(fā)展歷程，鋁電解多功能天車自重不斷增大，運(yùn)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(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。通過借鑒碼頭起重機(jī)軌道固定系統(tǒng)[3]的成功經(jīng)驗(yàn)，某公司將新型柔性軌道固定系統(tǒng)成功應(yīng)用于電解車間，為國(guó)內(nèi)外鋁電解多功能天車軌道系統(tǒng)的改進(jìn)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。基于鋁電解多功能天車的自身噸位和載重負(fù)荷，多功能天車軌道按照行業(yè)經(jīng)驗(yàn)采用負(fù)載大于30 kg/m的重型鋼軌或QU70～QU120起重機(jī)鋼軌。

2)軌道梁。由于鋁電解車間結(jié)構(gòu)形式不斷變化，故用于安裝軌道的軌道梁采用鋼結(jié)構(gòu)梁和混凝土預(yù)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(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集或設(shè)計(jì)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(jī)結(jié)合為整體，是整個(gè)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(yīng)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(lián)用固定法。實(shí)際應(yīng)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(huì)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(cuò)開，軌距發(fā)生改變導(dǎo)致輪緣啃軌、車輪磨損，壓板螺栓松動(dòng)、壓板打轉(zhuǎn)等。這些故障會(huì)給軌道系統(tǒng)帶來(lái)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(huì)因此產(chǎn)生疲勞裂紋，出現(xiàn)彎曲、變形、斷裂以及頂面過渡磨損、壓平等工程質(zhì)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(dòng)、加速和吊抬包晃動(dòng)等都極易引起頻繁的震動(dòng)和沖擊。作用于錨固螺栓的側(cè)向力直接傳遞給混凝土預(yù)制梁時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土預(yù)制梁破損、碎裂，而當(dāng)側(cè)向力傳遞至鋼結(jié)構(gòu)梁時(shí)，則容易引起鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)量通病。熱軋軌道底面凹凸不平，當(dāng)直接安置在混凝土預(yù)制梁上時(shí)，受鋼軌溫度應(yīng)力影響，軌道不斷發(fā)生伸縮位移，會(huì)導(dǎo)致混凝土基礎(chǔ)發(fā)生嚴(yán)重破損，引起鋼軌局部下沉。當(dāng)熱軋軌道安置在鋼結(jié)構(gòu)梁上，會(huì)不斷磨損鋼結(jié)構(gòu)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(dāng)多功能天車車輪通過接口處時(shí)，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，導(dǎo)致接口間隙逐漸擴(kuò)大，反過來(lái)間隙擴(kuò)大會(huì)使震動(dòng)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(xiàn)軌道接頭兩端的軌頂面高低不平、左右錯(cuò)開以及斷軌等問題。

2.3.2 “曲弓波”效應(yīng)導(dǎo)致固定系統(tǒng)失效

多功能天車沿軌道行走時(shí)，車輪前后兩端(軌道接口兩側(cè))的鋼軌會(huì)被垂直提起。雖然這種垂直方向上的提起量很小，但由此產(chǎn)生的上拔力卻很大。這個(gè)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(dòng)。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(dòng)和反復(fù)上緊，壓板及螺栓最終會(huì)發(fā)生嚴(yán)重松脫、變形，無(wú)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(dǎo)致固定系統(tǒng)失效

傳統(tǒng)的軌道壓板是不能進(jìn)行側(cè)向調(diào)節(jié)的，不能保證壓板與鋼軌的接觸可靠。多功能天車運(yùn)行時(shí)的側(cè)向力作用在與鋼軌底部邊緣接觸的第一塊壓板時(shí)，由于鋼軌在側(cè)向力作用下不會(huì)發(fā)生相對(duì)彎曲，側(cè)向力就必須由與之接觸的壓板來(lái)承受。如果側(cè)向力很強(qiáng)，就會(huì)導(dǎo)致壓板螺栓松動(dòng)，甚至導(dǎo)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(yīng)用

由于傳統(tǒng)軌道固定系統(tǒng)的弊端日益明顯，對(duì)鋁電解多功能天車運(yùn)行和鋁電解車間生產(chǎn)運(yùn)行管理的影響逐漸顯現(xiàn)。為了解決這種固定系統(tǒng)的嚴(yán)重缺陷帶來(lái)的問題，采用新型柔性軌道固定系統(tǒng)的需求變得越來(lái)越迫切。通過借鑒現(xiàn)代化港口重載起重機(jī)固定系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，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(gè)車間，每個(gè)車間長(zhǎng)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(shù)條件均符合國(guó)標(biāo)[4]規(guī)定，總長(zhǎng)約3 886 m，每根軌道長(zhǎng)12 m；天車軌道梁按照相應(yīng)的國(guó)標(biāo)[5-6]進(jìn)行設(shè)計(jì)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(gè)方頭螺栓和2個(gè)法蘭螺母；橡膠墊板長(zhǎng)3 888 m。壓板總成和橡膠墊板的材質(zhì)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(zhì)要求

表2 橡膠墊板的材質(zhì)要求

3.2 天車軌道系統(tǒng)施工主要工藝

3.2.1 準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作包括軌道、焊條等材質(zhì)報(bào)驗(yàn)、焊工資質(zhì)報(bào)驗(yàn)、軌道梁驗(yàn)收、軌道進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、軌道的存儲(chǔ)管理。

3.2.2 劃線

兩側(cè)吊車梁的中心線確定利用測(cè)量?jī)x器將軌道中心線放在軌道梁上，軌道中心線應(yīng)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(zhǎng)度為12 m,吊裝最大重量為1 417.2 kg，軌道就位標(biāo)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(jìn)行。先把軌道放在C、D軸線3.5 m平臺(tái)上鋪開，然后由吊車伸桿進(jìn)廠房進(jìn)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(jù)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(jìn)行鋪設(shè)。利用軌道壓塊和連接角鋼對(duì)軌道進(jìn)行連接和固定，并逐段檢查軌道的各項(xiàng)誤差。

2)軌道對(duì)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(gè)鋼軌接頭附近應(yīng)至少設(shè)置4個(gè)固定點(diǎn)， 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(bǔ)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(gòu)造。焊條采用直徑為4 mm的堿性低氫型焊條J507來(lái)焊接鋼軌接頭，焊條須在直流電焊機(jī)上反極使用。在焊接每個(gè)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(nèi)用一塊薄鋁皮進(jìn)行遮擋。每個(gè)鋼軌接頭的焊接工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，且在施焊過程中必須防止雨水淋濕。

4)對(duì)焊接完成的軌道技術(shù)參數(shù)進(jìn)行復(fù)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(yīng)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(biāo)高差在吊車梁支座處不應(yīng)超過10 mm，在其他部位不應(yīng)超過15 mm。復(fù)查參數(shù)后，要清理施工現(xiàn)場(chǎng)，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(wú)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(duì)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(dòng)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(shè)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(shè)在支撐構(gòu)件上，接頭處應(yīng)緊貼在一起，按照軌道中心線對(duì)中。橡膠墊板應(yīng)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(chǔ)層伸縮縫的距離至少為1 m。橡膠墊板的最小長(zhǎng)度應(yīng)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(shù)特點(diǎn)

新型柔性軌道固定系統(tǒng)的壓板可作側(cè)向調(diào)整的范圍為14 mm。壓板安裝到位后，可以產(chǎn)生自鎖功能，保證螺栓副具有自鎖特性，抗側(cè)向力為165 kN。軌道上壓板遵照ISO 1461—2009標(biāo)準(zhǔn)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(jié)。這個(gè)操作可以彌補(bǔ)軌道和軌道梁之間的制造公差，消除螺栓的疲勞應(yīng)力。橡膠鼻子與上壓板的粘合應(yīng)通過粘接強(qiáng)度試驗(yàn)，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(yīng)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(qiáng)型優(yōu)質(zhì)鋼板通過熱膠和硫化合成，其主要如下特點(diǎn)：

1)橡膠墊板的凹槽能有效防止鋼軌扭動(dòng)和振動(dòng)對(duì)橡膠墊板造成的損壞。

2)當(dāng)鋼軌發(fā)生“曲弓波”效應(yīng)，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(dòng)。

3)橡膠墊板的封邊能全面隔絕鋁電解車間內(nèi)的電解質(zhì)、氟化鹽、氧化鋁及其他微?；驌P(yáng)塵、雨水進(jìn)入鋼軌或膠墊板底部。

4 結(jié)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(yīng)用。實(shí)際生產(chǎn)表明，其應(yīng)用效果確實(shí)優(yōu)于傳統(tǒng)軌道固定系統(tǒng)，主要表現(xiàn)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(wú)須使用魚尾板連接，降低了支撐構(gòu)件(軌道梁)的寬度要求，減少整個(gè)軌道系統(tǒng)的工程造價(jià)。軌道伸縮縫的消除可以避免因軌道間隙導(dǎo)致軌道兩端接頭頂面出現(xiàn)高低不平、左右錯(cuò)開以及斷軌等問題。消除軌道伸縮縫的最佳辦法是采用無(wú)縫焊接。柔性軌道固定系統(tǒng)還能解決無(wú)縫軌道和軌道梁因溫度應(yīng)力引起的伸縮量不一致而產(chǎn)生的相對(duì)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(chǎn)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(jié)構(gòu)的壓板側(cè)向固定住軌道，具有抗側(cè)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(nèi)應(yīng)力，防止壓板螺栓因“曲弓波”效應(yīng)造成系統(tǒng)失效。

4)柔性軌道固定系統(tǒng)的壓板型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)具有自鎖自緊功能，不再需要“手錘”敲擊上壓板。同時(shí)特殊方頭螺栓允許使用氣動(dòng)扳手或電動(dòng)扳手，降低對(duì)螺栓預(yù)緊扭矩的苛刻要求，提高了施工效率。