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码头大型卸船机的轨道设计

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在设计码头大型卸船机的轨道系统时,特别要注意的是今后可能产生的维修问题,和如何能使轨道及轨道上面运行的设备能更安全,更平稳,更长得使用年限.如果轨道固定系统设计或选用方式不当,就会发生水泥砂浆破损、碎裂,钢轨下沉、弯曲变形,钢轨与钢轨之间的接头错开、高低不平,压板螺栓松动,从而导致轨道及运输设备整体系统无法正常运行的严重后果;同时,由于轨道问题,会造成卸船机传动轴轴承损坏、断裂等机损情况。

一个可靠的大型卸船机轨道系统应具有以下几点:混凝土基础要有足够的抗压承载强度,采用钢垫板及胶泥保护混凝土基础,消除掉直接接触混凝土所造成的应力集中,在钢轨底铺设胶垫板均匀分布轮压,防止钢轨承载面局部受力,应根据起重机的轮压、速度、正确地选用钢轨,钢轨固定件应能够以“柔克钢”垂直方向压紧钢轨,“钢对钢”侧向固定住钢轨。轨道压板在不束缚轨道纵向和上下轴向力的前提下是绝对不允许侧向移动的,从而确实可靠的保证了安全可靠的轨距要求,压板螺栓只是起到连接上下压板的作用,正常情况下是不受力的,整个轨道柔性固定系统正常情况下应达15年无维修运行寿命。

传统“硬式”轨道固定方案的弊端

传统“硬式”轨道固定方案一般都采用鱼尾板连接钢轨,用硬式压板固定钢轨。钢轨或直接设置在砼上,或设置有钢垫板,橡胶板,塑料板等。压板螺栓用硫磺砂浆预埋在基础孔内在实际应用场合,轨道基础会在起重机荷重作用下,造成水泥沙浆破损碎裂,钢轨下沉弯曲变形、钢轨接头错开、压板螺栓松动、压板打转等故障。轨道的故障还会造成起重机传动系统故障,由于采用鱼尾板连接的钢轨,钢轨之间避免不了有接口。每当起重机车轮行驶通过接口时,都会产生很大的震动,接口缝隙越大震动越大。频繁的震动会造成压板螺栓和鱼尾板螺栓的不断松动;震碎钢轨接口处下面的混凝土基础,导致钢轨下沉,钢轨接口处两轨顶面高低不平、接头错开等现象。强烈的震动会使起重机受损,如起重机车轮的过度磨损、驱动轮轴承损坏、传动轴断裂。

起重机车轮沿轨道行驶时,在车轮前后两端的钢轨会被垂直提起。虽然沿垂直方向提升量微小,但由此产生的提升力非常大。这个提升力可能足以使任何硬式固定钢轨的压板螺栓松动,甚至损坏。

起重机在雨天行走时,在“曲弓波”的作用下,雨水会流入水泥基础。由于水是不可压缩的,它流入后会被挤压出去。水的流入和挤压的不断重复,就是所谓的“液压效应”。液压效应是造成混凝土基础受磨损和侵蚀的重要原因,钢轨底面不是一个加工面,平整度较差。钢轨底面的不平度越大,造成承轨梁和钢轨本身的内应力也越大。在钢轨底面和承轨梁表面铺设胶垫板是均布负载的最好方法。

起重机轨道的损坏是造成机损的一个重要原因。如起重机车轮走偏,车轮轮缘的钢轨轨顶侧面受到严重挤压、摩擦造成行走时摩擦阻力过大,驱动轮马达过热以至损坏。两根钢轨之间的高低差、钢轨接口处的冲击震动会使轴承损坏、严重的会使驱动轮轴断裂。

钢轨的选择取决于起重机的轮压,以集装箱装卸桥的轮压均为大负荷轮压,因此就需要选用重级别的钢轨。

目前,集装箱码头选用的钢轨大致有两类:一类为高截面钢轨如QU80,QU100、QU120、CR175等。另一类为低截面钢轨,如A100、A120钢轨。其尺寸特点是高度低而轨道面宽。与高截面钢轨相比,低截面钢轨能更有效地均布轮压。起重机在低截面钢轨行走的稳定性是最好的。如起重机行走速度较高,并需要考虑台风、地震等因素,选用低用低截面钢轨是最佳的选择,轨顶宽相同的情况,高截面钢轨的强度高于低截面钢轨。低截面钢轨的压板由于总高度低,压板选择就受到限制,也只能选择总高度低的压板.

钢轨制造厂供应的钢轨长度一般为10m或12m将一段段的钢轨连接起来的方法有很多种:

1.鱼尾板连接:这种连接方法的弊端前面已经作了分析。这种连接方法一般只使用于负荷小,起重机工作周期很低的场合

2.焊接钢轨推荐用焊接的方法连接钢轨。将一段段的钢轨连成一个整体,这是解决由于钢轨接口产生轨道故障的最直接有效的方法。钢轨联成一个整体的缺点是失去了钢轨的更换便利性。而且一根连续钢轨会增加钢轨的内应力,钢轨连长度越长内应力越大,这是断轨的一个因素。因此钢轨连接长度需要根据具体情况定。

焊接方法有很多种,接触焊是根据电流热效应原理,将轨道加热到塑性状态后,迅速予以挤压,将两端钢轨焊接成一体;气压焊是采用燃烧火焰将轨端加热到塑性后,施加一定项压力,把两轨端焊接成一体。接触焊、气压焊的焊缝质量比铝热焊、手工焊条焊高得多。但这些方法都需要专门的设备。铝热焊的原理是用铝热焊剂产生的化学反应,使钢铁氧化物还原成钢水,将钢水浇入轨道接缝上的专用模具内,加热轨端并以钢水填充接缝,把两轨端焊接成一体。这种焊接,每一个钢轨接口就需要一个专用模具。手工焊条焊是最简易的焊接方法,即用焊条填满焊缝。常用的电焊设备就能进行焊接作业。焊接质量非常取决于焊工的焊接技术。

钢轨焊接质量有问题,很容易发生焊缝断裂。温差效应是最容易发生焊缝断裂的,加之钢轨焊接长度过长,造成焊缝断裂的现象在一些码头经常发生,甚至是频繁发生断轨.

柔性轨道固定系统

上世纪六十年代起国外就有用弹簧压板,来解决压板栓的松动问题。国内有用皮带运输机的橡胶皮带置于钢轨底面以减缓震动,这些都是早期的柔性轨道固定。到上世70年初,由于合成橡胶工业的发展,带动了柔性轨道技术的进步。合成橡胶被应用于柔性轨道技术。将这一技术带入中国,并在中国很多码头实现了柔性轨道固定方案。

采用微膨胀胶泥的是目前保护混凝土基础,的最有效的方法。胶泥固化后抗压强度高、成形后与钢垫板无缝隙紧密结合、流动性很好便于现场施工,有抗冲击、抗震动优越性能,可将钢垫板和轨道梁牢固地粘合形成一体。注:现场施工人员必须严格按比例加水配比。

连续式的钢垫板可增强整个系统的侧向钢度,增加钢轨抗弯截面模数,均布预埋螺栓上的侧向力。钢垫板的面应该是平整无毛刺的,钢垫板上的预埋螺栓转孔应有足够的空隙,以确保预埋螺栓与钢垫板之间无弯曲应力,钢垫板的厚度一般为20~30mm之间

钢垫板的材料应满足下列要求:平整度:375 MPa

屈服强度: >235 MPa、延伸率: 25%、标准的钢垫板长度2.99m/段、钢垫板与钢垫板之间的间隙0~15mm。施工时,钢垫板通过调效螺栓,调整轨道整体标高。3米长的钢垫板现场施工比较方便,人工可以操作。

预埋螺栓也称锚固螺栓。在传统硬式轨道系统中,压板是用预埋螺栓固定的。因此,侧向力、“弓波力”就直接作用在预埋螺栓上。螺栓直接承受侧向力、弓波力。在柔性轨道系统中,预埋螺栓的作用只是固定钢垫板不直接接受曲弓波力,这和传统硬式轨道系统完全不同。当压板受到侧向力时,这个力作用在钢垫板上被均布到整体钢垫板上避免了预埋螺栓局部集中受力。

伊利诺的卸船机轨道解决方案

橡胶作为一种工程材料,可用于衰减振动、隔离噪声、减缓冲击。理想的弹性胶垫板既能弥补钢轨底面与钢垫板表面的不平度,又能均布轮压。同时弹性胶垫板不能太软,胶垫板太软会增加钢轨的弯曲应力。胶垫板如同一个弹性基础,如果设计合理的话,可以减少基础钢板上的应力2-3成。

早在上世70年代初国外码头卸船机的轨道已广泛采用胶垫板。国内在上世90年代中引进胶垫板。从那时以来,码头大型卸船机的吨位不断增加,因此胶垫板,也应根据不同的卸船机的轮压来设计它的厚度及规格尺寸、刚度、强度等以满足实际应用要求。从事多年的轨道技术研究工作多年,在一些轨道修理工程中,注意到大多数起重机轨道事故案例中都是胶垫板先破坏后,所带来的一系列的严重后果。然而高要求高品质的胶垫板是轨道系统中最基本的保障也是最重要的组成部分之一。因为胶垫板被压碎后。由于胶垫板是置于钢轨底部,即使压碎也看不到从而导致后续一系列的严重后果。

伊利诺的技术人员会对胶垫板有更深入的介绍,为客户的实际需求提供最合适的胶垫板。

伊利胶垫板的特性:胶垫板是选用耐磨损、抗腐蚀、适宜在室外使用。设有强力钢片,钢片镶在弹性胶垫板的中间。这使得胶垫板具有侧向度,不会从钢轨下面滑出,并消除胶垫板纵向受剪切的现象。

这种现象发生在没有加强作用的胶垫板。弹性胶垫板表面有冠状沟槽,沟槽使胶垫板有双重弯曲一负载曲线。弹性胶垫板被压板预压缩过,使得胶板与钢轨底面紧密接触,即使是“曲弓波”效应,随时保持接触。降低了了磨损,并控制钢轨本身的弯曲应力。根据不同的卸船机使用要求,改变橡胶的硬度及钢芯强度等特性从而满足实用要求。伊利诺还可提供对减震,及主动降噪音的产品。有特别要求(如高架轻轨铁路)的胶垫板及压板。

适合大型卸船机轨道的压板是伊利诺焊接系列压板。这种压板分为压板夹和底座两部分。压板底座是焊接在钢垫板上,压板夹靠螺栓固定在压板夹上。压板成对排列,紧靠住钢轨的底侧面加以固定。压板夹可以侧向调节,通过自锁装置更有效的侧向固定住钢轨。压板夹“橡皮鼻子”的材料也是合成弹性橡胶。通过这个“橡皮鼻子”以弹性力压紧钢轨。“橡皮鼻子”可以保护压板连接螺栓不会因为“曲弓波”效应而松动或断裂。压板压紧钢轨时,“橡皮鼻子”呈压缩状,其压缩量控制在约30%-40%的“橡皮鼻子”的高度。这样有效的释放了轨道的曲弓波力,同时起到了保护钢轨的作用。伊利诺压板底座设有排水孔,雨天时积水可自动排出。没有排水孔,就可能造成压板生锈腐蚀,压板底座是焊接在钢垫板上的。伊利诺经过多年的轨道研究,同时结合施工现场,可以为工程项目提供,轨道快速安装方案和快速轨道维修方案。

大型卸船机的轨道有明轨和暗轨两种形式。如卸煤码头一般都采用明轨,集装箱码头轨道一般均为暗轨形式。暗轨的轨道槽会有积水、积垃圾等,并给车辆及工作人员行走带来不便。因此,集装箱码头用户都会考虑采用不同的方法进行轨道槽的填充,满足维护的需要和码头行人车辆的通行要求。

轨道槽的填充块是采用抗磨损、抗腐蚀氧化的合成橡胶胶制作的;允许钢轨作侧向调整;安装或者是日后维修时非常方便;起重机在行走时,不会对填充块造成损坏;不需要维修保。

在轨道槽内直接灌注沥青砂。施工比较简单,但以后对轨道的维护有困难。先在轨道槽底铺设一定厚度的黄砂,再在黄砂上灌注沥青砂。以后维护相对全部填充筑沥青砂来说要容易些。

在实际码头轨道改造应用中,有一边是旧轨,另一边是新轨的情况。设计时不能将新旧轨道直接连起来,而需要做个过度段。

解决码头地基下沉的钢轨垂直调整方,由于地质原因,一些新建码头在投入使用一段时间后,会产生码头地基下沉的现象。在设计时就要考虑今后因地基下沉,轨道能够垂直调整的问题,以满足起重机运行要求。伊利诺能根据具体情况,为码头设计提供最佳的钢轨垂直调整方案。