吴晓华

(中国有色金属建设股份有限公司, 北京 100029)

0 前言

铝电解多功能天车是电解铝工业中极其重要的设备[1]，其轨道系统是多功能天车平稳运行的关键部件之一。铝电解多功能天车轨道系统是铝电解工艺设备和土建工程结合的部位，缺乏专门的工程技术研究，一直沿用传统的轨道固定系统。回顾电解铝发展历程，铝电解多功能天车自重不断增大，运行效率不断提高，传统轨道固定系统逐渐暴露了许多弊端[2]，迫切需要进行改进和创新。通过借鉴码头起重机轨道固定系统[3]的成功经验，某公司将新型柔性轨道固定系统成功应用于电解车间，为国内外铝电解多功能天车轨道系统的改进作出示范。

1 铝电解多功能天车轨道系统概述

铝电解多功能天车轨道系统主要由天车轨道、轨道梁、车档、轨道固定系统组成。

1)天车轨道。基于铝电解多功能天车的自身吨位和载重负荷，多功能天车轨道按照行业经验采用负载大于30 kg/m的重型钢轨或QU70～QU120起重机钢轨。

2)轨道梁。由于铝电解车间结构形式不断变化，故用于安装轨道的轨道梁采用钢结构梁和混凝土预制梁。

3)车档。铝电解多功能天车的车档作为轨道固定系统或轨道的一部分，大多根据标准图集或设计要求采用Q235B或其他普通钢材。

4)轨道固定系统。轨道固定系统将天车轨道、轨道梁、车档有机结合为整体，是整个轨道系统的核心部分。

2 传统轨道固定系统在铝电解车间应用中的弊端

目前铝电解多功能天车轨道固定系统一般都采用鱼尾板连接轨道、硬式压板固定轨道的传统方式。硬式压板的固定主要有压板固定法、钩形螺杆固定法、焊接和螺栓联用固定法。实际应用中，铝电解多功能天车轨道系统在多功能天车荷重作用下会发生以下故障：水泥砂浆破损、破裂，钢轨下沉、弯曲变形，钢轨接头上下不平、左右错开，轨距发生改变导致轮缘啃轨、车轮磨损，压板螺栓松动、压板打转等。这些故障会给轨道系统带来巨大的损失。

2.1 天车轨道磨损变形

铝电解多功能天车在作业过程中，天车轨道受到不同方向的作用力，轨道表面会因此产生疲劳裂纹，出现弯曲、变形、断裂以及顶面过渡磨损、压平等工程质量通病。

2.2 天车轨道梁破裂弯曲

轨道梁是轨道的直接承载体。铝电解多功能天车的轮压最终都作用到轨道梁上，多功能天车的制动、加速和吊抬包晃动等都极易引起频繁的震动和冲击。作用于锚固螺栓的侧向力直接传递给混凝土预制梁时，会导致混凝土预制梁破损、碎裂，而当侧向力传递至钢结构梁时，则容易引起钢结构梁弯曲变形、表面磨损、焊缝开裂、立柱与钢梁连接部位损坏等工程质量通病。热轧轨道底面凹凸不平，当直接安置在混凝土预制梁上时，受钢轨温度应力影响，轨道不断发生伸缩位移，会导致混凝土基础发生严重破损，引起钢轨局部下沉。当热轧轨道安置在钢结构梁上，会不断磨损钢结构梁，造成一定损坏。

2.3 轨道固定系统失效

2.3.1 轨道接口间隙引起轨道损坏

采用鱼尾板连接的轨道，其连接处的接口必然存在一定的间隙。当多功能天车车轮通过接口处时，会产生震动，导致接口间隙逐渐扩大，反过来间隙扩大会使震动加剧，造成鱼尾板及轨道压板的固定螺栓松脱，使轨道接口下方的混凝土震碎，出现轨道接头两端的轨顶面高低不平、左右错开以及断轨等问题。

2.3.2 “曲弓波”效应导致固定系统失效

多功能天车沿轨道行走时，车轮前后两端(轨道接口两侧)的钢轨会被垂直提起。虽然这种垂直方向上的提起量很小，但由此产生的上拔力却很大。这个上拔力足以使任何以硬碰硬方式固定钢轨的压板螺栓松动。为了使压板能“压”住钢轨，维修人员只能不断上紧螺母。由于频繁的松动和反复上紧，压板及螺栓最终会发生严重松脱、变形，无法再固定住钢轨，甚至造成钢轨损坏。

2.2.3 传统硬式压板的局限性导致固定系统失效

传统的轨道压板是不能进行侧向调节的，不能保证压板与钢轨的接触可靠。多功能天车运行时的侧向力作用在与钢轨底部边缘接触的第一块压板时，由于钢轨在侧向力作用下不会发生相对弯曲，侧向力就必须由与之接触的压板来承受。如果侧向力很强，就会导致压板螺栓松动，甚至导致压板断裂、破碎。

3 新型柔性轨道固定系统在某公司电解车间的应用

由于传统轨道固定系统的弊端日益明显，对铝电解多功能天车运行和铝电解车间生产运行管理的影响逐渐显现。为了解决这种固定系统的严重缺陷带来的问题，采用新型柔性轨道固定系统的需求变得越来越迫切。通过借鉴现代化港口重载起重机固定系统的成功经验，某公司将新型柔性轨道固定系统成功用于某电解车间。

3.1 天车轨道系统概况

某电解车间分为两个车间，每个车间长971.5 m，分为A、B、C、D四跨。车间轨道采用QU120钢轨，其外形尺寸及技术条件均符合国标[4]规定，总长约3 886 m，每根轨道长12 m；天车轨道梁按照相应的国标[5-6]进行设计和安装；车档采用Q235B钢材。

新型柔性轨道固定系统主要由压板总成、弹性橡胶垫板等组成，如图1所示，其中压板总成15 544套，每套压板总成包含1块上压板、1块下压板、2个方头螺栓和2个法兰螺母；橡胶垫板长3 888 m。压板总成和橡胶垫板的材质要求分别见表1、表2。

图1 新型柔性轨道固定系统示意图

表1 压板总成的材质要求

表2 橡胶垫板的材质要求

3.2 天车轨道系统施工主要工艺

3.2.1 准备工作

准备工作包括轨道、焊条等材质报验、焊工资质报验、轨道梁验收、轨道进场验收、轨道的存储管理。

3.2.2 划线

两侧吊车梁的中心线确定利用测量仪器将轨道中心线放在轨道梁上，轨道中心线应尽量与轨道梁的中心线重合。两条轨道中心线的直线平行度控制在±5 mm，两条轨道中线的跨距误差控制在±5 mm。

3.2.3 轨道吊装

由于电解车间轨道规格为QU120，每根轨道的吊装最大长度为12 m,吊装最大重量为1 417.2 kg，轨道就位标高为10.5 m。吊车的站位位置为厂房出铝端，主要吊装A、D轴线轨道，而C、D轴线轨道的吊装在车间外站进行。先把轨道放在C、D轴线3.5 m平台上铺开，然后由吊车伸杆进厂房进行吊装就位，这种近距离吊装比较安全可靠。

3.2.4 轨道铺放及焊接

1)根据轨道梁划线情况，首先焊接轨道压板底座，再把橡胶垫板铺好，然后把轨道按照顺序进行铺设。利用轨道压块和连接角钢对轨道进行连接和固定，并逐段检查轨道的各项误差。

2)轨道对齐后，先用赤铜垫板和钢垫板垫起40～60 mm,利用提前制作好的螺栓和压块等连接件拧紧螺母，使钢轨固定在吊车梁上，每个钢轨接头附近应至少设置4个固定点， 使两根钢轨端头之间的间隙上宽下窄，且轨底的间隙控制在12～14 mm。

3)轨道接头焊接顺序是由下而上，先轨底后轨腰，接着是轨头，最后是修补周围。焊接轨底须用赤铜垫板，焊接轨腰、轨头须用赤铜夹板和赤铜托板的构造。焊条采用直径为4 mm的碱性低氢型焊条J507来焊接钢轨接头，焊条须在直流电焊机上反极使用。在焊接每个接口前，为了避免橡胶垫板被飞溅烧伤、损坏，可在飞溅影响范围内用一块薄铝皮进行遮挡。每个钢轨接头的焊接工作应连续进行，且在施焊过程中必须防止雨水淋湿。

4)对焊接完成的轨道技术参数进行复查，确保轨道中心线位移偏差控制在±5 mm，两条轨道中心线间距偏差控制在±5 mm，两条相邻的吊车轨道端相互间的偏移(平面上和垂向上)不应超过1 mm，厂房横向同一跨间同一位置上两条轨道顶面的标高差在吊车梁支座处不应超过10 mm，在其他部位不应超过15 mm。复查参数后，要清理施工现场，清理施工过程中遗留的焊渣、焊条头等施工垃圾，确保轨道及吊车梁整体干净、无杂物。

3.2.5 新型柔性轨道固定系统的安装

1)压板总成的安装及焊接。下压板焊接在轨道梁上表面，且成对布置，上压板通过螺栓和螺母与下压板连接。上紧扭矩通常为200 Nm，可使用电动扭矩扳手，但上紧扭矩要求不低于150 Nm且不高于250 Nm。焊缝有效宽度为5 mm，焊脚高度为7 mm。

2)弹性橡胶垫板的安装。铺设橡胶垫板之前，清扫轨道梁的上表面，确保上表面没有可能损坏橡胶垫板的东西，如油脂类、尖锐的杂物和磨料颗粒等。橡胶垫板的凹凸面向上，连续铺设在支撑构件上，接头处应紧贴在一起，按照轨道中心线对中。橡胶垫板应始终保持在钢轨的正下方，避免超出钢轨底部。橡胶垫板的接头与钢轨接头、大梁接头、基础层伸缩缝的距离至少为1 m。橡胶垫板的最小长度应不少于相邻两块压板中心间距的3倍。橡胶垫板须在每段轨道的末端、轨道梁的隔断处或其他较大间隙处断开。

3.3 新型柔性轨道固定系统的技术特点

新型柔性轨道固定系统的压板可作侧向调整的范围为14 mm。压板安装到位后，可以产生自锁功能，保证螺栓副具有自锁特性，抗侧向力为165 kN。轨道上压板遵照ISO 1461—2009标准采用热浸镀锌处理，镀锌层厚度至少为70 μm。上压板的橡胶鼻子采用硫化工艺与压板夹可靠地压合粘结。这个操作可以弥补轨道和轨道梁之间的制造公差，消除螺栓的疲劳应力。橡胶鼻子与上压板的粘合应通过粘接强度试验，保证可靠。

弹性橡胶垫板的尺寸由QU120钢轨的170 mm底宽确定，橡胶垫板的上表面贴合钢轨底面，其宽度应比轨道底宽小5～8 mm。橡胶垫板由两层合成橡胶中间嵌0.5 mm的增强型优质钢板通过热胶和硫化合成，其主要如下特点：

1)橡胶垫板的凹槽能有效防止钢轨扭动和振动对橡胶垫板造成的损坏。

2)当钢轨发生“曲弓波”效应，橡胶垫板的边缘与压板的橡胶鼻子配合能够防止橡胶垫板移动。

3)橡胶垫板的封边能全面隔绝铝电解车间内的电解质、氟化盐、氧化铝及其他微粒或扬尘、雨水进入钢轨或胶垫板底部。

4 结论

新型柔性轨道固定系统是首次在某公司电解车间中应用。实际生产表明，其应用效果确实优于传统轨道固定系统，主要表现在以下方面：

1)新型柔性轨道固定系统消除了轨道伸缩缝，无须使用鱼尾板连接，降低了支撑构件(轨道梁)的宽度要求，减少整个轨道系统的工程造价。轨道伸缩缝的消除可以避免因轨道间隙导致轨道两端接头顶面出现高低不平、左右错开以及断轨等问题。消除轨道伸缩缝的最佳办法是采用无缝焊接。柔性轨道固定系统还能解决无缝轨道和轨道梁因温度应力引起的伸缩量不一致而产生的相对位移。

2)柔性轨道固定系统的橡胶垫板上表面有沟槽，能够减少轨道以及轨道梁的磨损，提高轨道和轨道梁的使用寿命，并能吸收轨道底面不平产生的不良影响，改善轨道与轨道梁的接触状况。

3)避免了常见的固定系统失效的问题，减少轨道系统的日常维修和备件更换。具有双楔面结构的压板侧向固定住轨道，具有抗侧向力的自紧、自锁特性。橡胶鼻子在垂直方向以弹性力压紧轨道，可以释放因温度变化引起的轨道内应力，防止压板螺栓因“曲弓波”效应造成系统失效。

4)柔性轨道固定系统的压板型号标准化，使供货周期变短。

5)减少安装工作量和提高施工效率。压板的双楔面结构具有自锁自紧功能，不再需要“手锤”敲击上压板。同时特殊方头螺栓允许使用气动扳手或电动扳手，降低对螺栓预紧扭矩的苛刻要求，提高了施工效率。