码头大型卸船机的轨道

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。如果轨道固定系统选用不当，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，造成整个系统的损坏；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： – 混凝土基础要有足够的抗压强度 – 采用钢垫板及胶泥保护混凝土基础 – 在钢轨底面铺设胶垫板均匀分布轮压 – 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。压板螺栓具有侧向自锁功能不会发生螺栓松动现象 – 整个轨道系统应达到20年无修理运行寿命
下图所示为其中的一种“硬式”轨道固定方案。
这种轨道方案，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APPLICATIONS，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。
鱼尾板钢轨接口
采用鱼尾板连接的钢轨，钢轨与钢轨的连接处有一个空隙不等的接口。每当起重机车轮通过接口处时，会产生很大的震动，接口间隙越大震动也越大。频繁的震动会造成压板固定螺栓和鱼尾板固定螺栓的松动；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。
1.2 “曲弓波”效应与起重机轨道损坏
起重机车轮沿轨道行车时，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很微小，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。
1.“液压效应”与起重机轨道混凝土垫层的损坏
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原因。
钢轨底面不平度与起重机轨道损坏
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。
典型的啃轨现象
塑性变形 这主要是由于起重机轮压太大造成的啃轨现象。 侧面磨损 这是由于车轮走偏，车轮轮缘和钢轨轨顶侧面长期挤压造成的啃轨现象。
典型的压板损坏
– 侧向推力使压板产生传动趋势 – “曲弓波”效应使压板受一个向上的提升力 – 压板螺栓很容易松动打转。不断松动、不断紧固，最终导致螺栓螺纹滑牙，螺栓被拔出（如预埋在混凝土内），螺栓断烈等故障
1.轨道故障与起重机机械故障
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。
2.钢轨
2.1 钢轨的选择
钢轨的选择取决于起重机的轮压，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QU100、QU120、CR175等。特别是QU100、QU120钢轨在国内集装箱码头广泛的应用。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。 下表为两种钢轨的规格比较： A120钢轨的尺寸与QU120钢轨的尺寸比较：
…… A120 QU120 钢轨顶宽 120mm 120mm 钢轨高 105mm 170mm 钢轨底宽 220mm 170mm 重量 101.3kg/m 118.1kg/m
……	A100	QU100
钢轨顶宽	100mm	100mm
钢轨高	95mm	150mm
钢轨底宽	200mm	150mm
重量	75.2kg/m	88.96kg/m

2.2钢轨的连接
钢轨制造厂供应的钢轨长度一般为6m~12m长,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：焊接方法有接触焊、气压焊、铝压焊和手工焊条焊。
1.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。 2.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。这种方法不需要专门的设备。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、焊条质量以及焊接工艺保证。 如铝热焊和手工焊条焊的焊接质量有问题，很容易发生焊缝断裂。冬季是最容易发生焊缝断裂的季节。由于焊接质量不好，加之钢轨焊接长度过长，造成焊缝断裂的现象确在一些码头发生过，甚至是频繁发生断轨。
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：≤1mm/1000mm抗拉强度：375 MPa屈服强度：235 MPa延伸率： 20% （200毫米） 标准的钢垫板长度为3米/块或6米/块，钢垫板与钢垫板之间的间隙为10~15mm。施工时，钢垫板通过调效螺栓，调整到规定的标高。 3米长的钢垫板现场施工比较方便，人工就能搬动。6米长的钢垫板就需起重设备。
1.预埋螺栓（锚固螺栓）
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，预埋螺栓的作用是固定钢垫板，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了。如图为常用的几种预埋螺栓。

A型：适用于胶泥预埋 B、C型：适用于混凝土预埋 D型：适用于较浅的预埋深度
1.弹性胶垫板
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。 连续式的弹性胶垫板如同一个弹性基础，如果设计正确的话，可以减少基础钢板上的应力2~3成。 早在上世纪70年代初国外码头卸船机的轨道已广泛采用胶垫板。国内在上世纪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设计它的几何尺寸、刚度、强度等以满足实际应用要求。笔者从事多年的轨道技术多年，在一些轨道修理工程中，注意到胶垫板被压碎现象。由于胶垫板是置于钢轨底部，即使压碎了也看不到。
伊利诺的工程师会根据具体情况，为客户提供最佳的胶垫板。
伊利诺 胶垫板的特性： – 胶垫板是选用耐磨损、抗腐蚀、适宜在室外使用的合成弹性橡胶制成的。 – 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，也能保持接触。这就减少了磨损，并控制钢轨本身的弯曲应力。 – 根据不同的卸船机工况对橡胶的硬度进行调整，以改变胶垫板的刚度特性从而满足应用要求 – 伊利诺还可提供对减震，防噪音有特别要求（如高架轻轨铁路）的胶垫板，本文不做详细论述。
1.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，确保压板可靠地侧向固定住钢轨。 压板夹有一个“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2mm~40%的“橡皮鼻子”的高度。“橡皮鼻子”的压缩量大，压紧力也大。控制橡皮鼻子的压缩量就能控制压板对钢轨的压紧力。压板对钢轨的压紧力是受到控制的。 伊利诺压板底座设有排水孔，雨天时积水可排出。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。这道工序最好是在车间进行，而不是在工地上进行。在车间焊接压板底座可以保证焊接质量，并可以大大缩短在码头工地上的作业时间。这就要求预埋锚固螺栓的准确性。一般是采用定位板工艺预埋锚固螺栓。
4．轨道槽的填充
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。轨道槽的填充可采用：
4.1 轨道槽充填块
– 填充块是采用抗抗磨损、抗腐蚀氧化的合成橡胶胶制作的； – 允许钢轨作侧向调整； – 安装或者是安装后需要取出时非常方便； – 起重机在行走时，不会对填充块造成损坏； – 不需要维修保养 因为无法做标准件，橡胶填充块的成本昂贵，。需要根据不同的轨道槽做设计制造。因此，很少有实际应用。 伊利诺可为有需要的客户提供橡胶填充块。
4.2沥青砂
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。
4.3 黄砂加沥青砂
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。
5． 新旧轨道的连接
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。如客户有需要，请咨询伊利诺技术部。
6． 解决码头地基下沉的钢轨垂直调整方案
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。