跨座式空中軌道系統(tǒng)桿件制造工藝研究

吉敏廷 史淑艷

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

·橋梁·隧道·

跨座式空中軌道系統(tǒng)桿件制造工藝研究

吉敏廷 史淑艷

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

介紹了跨座式軌道交通的特點(diǎn)及軌道梁、支座、立柱等典型構(gòu)件，著重闡述了這些典型構(gòu)件的制作工藝、焊接變形控制及質(zhì)量控制技術(shù)，為后續(xù)類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供了參考。

跨座式軌道交通，典型構(gòu)件，制作工藝，焊接變形，質(zhì)量控制

0 引言

跨座式空中軌道系統(tǒng)，是一種新興的城市軌道交通系統(tǒng)，在距地面8 m～10 m的高度運(yùn)行，具備線路設(shè)計(jì)靈活、施工便利、乘坐舒適、節(jié)約用地、造價(jià)相對(duì)較低等顯著特點(diǎn)。

1 跨座式空中軌道系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

線路設(shè)計(jì)靈活，可以直接利用人行道或綠化帶，可以貼近已有的建筑物，可以穿越叢林、景區(qū)，減少征地、拆遷、管線改移工作量；地面空中立體配合施工，鋼結(jié)構(gòu)的軌道梁、立柱可以實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝架設(shè)，施工便捷，不影響正常交通；建設(shè)周期較短，土建施工和上部梁柱支撐體系可并行，車站土建施工工程量較小，對(duì)沿線交通及居民的影響較??；不會(huì)發(fā)生脫軌，發(fā)生緊急情況時(shí)人員疏散和救援容易，具有較高的安全可靠性。

2 典型構(gòu)件

以某已建項(xiàng)目為例，主體軌道系統(tǒng)分為軌道梁、支座及支撐柱三部分。

2.1 軌道梁

軌道梁采用變截面箱形曲線桿件，斷面上蓋板定寬750 mm，端部945 mm，中部高740 mm～1 350 mm，桿件長(zhǎng)度10 m～52 m，平面線型有直線、曲線、直+曲、直+曲+直、曲+直+曲等類型，因線路設(shè)計(jì)非常靈活，導(dǎo)致軌道梁線型較為復(fù)雜，純曲線軌道梁最大矢高1.8 m。軌道梁局部剖切見(jiàn)圖1。

2.2 支座

支座是連接軌道梁和立柱的重要傳力受力構(gòu)件，主要由40 mm厚的有Z向拉伸要求的支座底板、耳板和加勁板組成。主要的結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2。

2.3 立柱

立柱包括圓柱和懸臂柱。圓柱由直縫焊接鋼管、柱頭支座和底座板組成。懸臂柱由矩形主體、變截面懸臂以及柱頭支座組成。柱頭支座單元由耳板和加勁板組成。典型立柱結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖3。

2.4 連接形式

軌道梁通過(guò)支座板與支座用高強(qiáng)螺栓連接；梁段間接口處腹板及上蓋板間不連接；支座與立柱用銷軸連接；立柱通過(guò)預(yù)埋件與基礎(chǔ)連接。

典型構(gòu)件之間連接示意圖見(jiàn)圖4。

3 制作工藝

3.1 軌道梁制作

軌道梁為機(jī)車的行走結(jié)構(gòu)，各項(xiàng)精度要求很高，使得鋼結(jié)構(gòu)的加工制造精度達(dá)到近乎機(jī)加工的水平，為此采用了許多技術(shù)手段及工藝、工裝、設(shè)備保證措施。

1)制作難點(diǎn)。

a.軌道梁箱形桿件線型復(fù)雜，制造精度要求高(腹板線輪廓度1 mm/4 m,垂直度0.5 mm)；

b.軌道梁蓋腹板厚度較小，焊接變形大；

c.軌道梁為長(zhǎng)細(xì)桿件，預(yù)拱度控制難度大；

d.軌道梁底板連接面平面度控制難度大。

2)隔板制作。

隔板作為軌道梁的“內(nèi)胎”，其加工精度是決定軌道梁精度的前提和保證。隔板在下料前，對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)處理，以保證鋼板平面度、消除軋制殘余應(yīng)力；在數(shù)控切割機(jī)上火焰精密切割下料。根據(jù)焊接、加工等工序要求，下料時(shí)預(yù)留一定的工藝量；下料后首先矯正熱切割引起的變形，然后機(jī)加工隔板焊接邊及坡口，重點(diǎn)控制隔板的外型尺寸、垂直度、對(duì)角線等項(xiàng)點(diǎn)。隔板檢測(cè)時(shí)，按照公差帶的要求進(jìn)行分揀，確保用于同一根軌道梁的隔板偏差最小，盡可能的消除加工誤差帶來(lái)的影響。

3)軌道梁蓋、腹板的制作。

蓋板、腹板在下料前，對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)處理，以保證鋼板平面度、消除軋制殘余應(yīng)力。由于線路設(shè)計(jì)的靈活性，導(dǎo)致軌道梁線型多樣，為了充分利用原材料，采用先套裁切割再接長(zhǎng)的工藝。在零件下料時(shí)，根據(jù)焊接、加工等工序要求，預(yù)留一定的工藝量。矯正火焰切割引起的變形后加工焊接邊及坡口。對(duì)需要接長(zhǎng)的料件進(jìn)行對(duì)接、修整。組裝時(shí)重點(diǎn)控制線輪廓度(拱度)、錯(cuò)臺(tái)量。對(duì)該類涉及到人身安全的重要焊縫，進(jìn)行100%的超聲波探傷及一定比例的射線探傷，最后按照蓋板及腹板的檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn)檢查其各項(xiàng)指標(biāo)，為組裝構(gòu)件做好準(zhǔn)備。

4)軌道梁制作。

根據(jù)軌道梁的結(jié)構(gòu)形式，采用倒裝法。在數(shù)控組裝胎型上組裝隔板，控制精度在1 mm/25 m(該項(xiàng)技術(shù)為我公司發(fā)明專利)，在桿件組裝胎型起拱后組裝兩腹板呈槽形，最后組裝插入式隔板。槽形焊接時(shí)，采取一定的反變形措施，重點(diǎn)控制腹板的焊接變形。最后組裝下蓋板及支座板，支座板焊接過(guò)程中，采取預(yù)彎措施，保證焊接后支座板的平面度。修整焊接變形時(shí)，主要控制上下蓋板、腹板平面度，箱形拱度、旁彎、扭曲、對(duì)角線等項(xiàng)點(diǎn)。軌道梁孔群全面采用后孔法制孔工藝，避免焊接變形的影響，提高制孔精度。

軌道梁制作工藝流程見(jiàn)圖5。

5)精度控制措施。

a.組裝精度控制。

軌道梁為機(jī)車的行走結(jié)構(gòu)，各項(xiàng)精度要求很高，為此采用了許多技術(shù)手段及工藝、工裝、設(shè)備保證措施。開(kāi)發(fā)了精密的數(shù)控組裝技術(shù)，適用于各種線型軌道梁的組裝，組裝精度達(dá)到1 mm/25 m，此項(xiàng)技術(shù)是我公司專利技術(shù)，成功解決了復(fù)雜曲線軌道梁隔板組裝的難題，在確保產(chǎn)品精度的同時(shí)大大提高了工作效率。

b.焊接變形控制。

焊接變形是影響構(gòu)件幾何尺寸精度的直接因素之一。采取大量有效的措施控制焊接變形：分析各種類型桿件的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)采用焊接變形量小的焊接方法和工藝，以減小焊接變形；采用理論計(jì)算與制作試驗(yàn)件相結(jié)合的方法確定合理的焊接預(yù)留收縮量，并在生產(chǎn)過(guò)程中跟蹤測(cè)量，及時(shí)修正；采用合理的焊接方法及焊接順序，設(shè)計(jì)保證焊接質(zhì)量和便于控制焊接變形的工藝裝備，確保焊接工藝的有效實(shí)現(xiàn)和焊接變形的有效控制。

c.制孔精度控制。

本工程軌道梁與支座之間全部采用高強(qiáng)螺栓連接。制孔精度將直接影響架設(shè)安裝進(jìn)度及質(zhì)量，影響整個(gè)工程完成后的幾何線型。因此對(duì)連接孔群的制孔精度要求很高。借鑒了鐵路鋼桁梁制造的一些經(jīng)驗(yàn)和控制措施保證制孔精度：全面采用后孔法制孔工藝，避免焊接變形的影響；采用高精度的精密劃線工藝，水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀配合劃線；采用高精度的制孔工藝裝備，數(shù)控鉆床與搖臂鉆床相結(jié)合的制孔工藝。

6)涂裝質(zhì)量控制。

涂裝是保證鋼結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施之一，防腐涂裝質(zhì)量能否得到保障直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命長(zhǎng)短。通過(guò)對(duì)以往工程防腐涂裝質(zhì)量控制薄弱環(huán)節(jié)的總結(jié)分析，重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面對(duì)防腐涂裝質(zhì)量加以控制：

a.嚴(yán)格控制涂裝原材料質(zhì)量；

b.對(duì)除銹磨料進(jìn)行優(yōu)選，通過(guò)工藝試驗(yàn)確定噴砂工藝參數(shù)，確保除銹質(zhì)量；

c.除銹前將構(gòu)件自由邊倒圓弧R=2 mm，保證邊角部位涂層厚度；

d.在施工過(guò)程中，對(duì)環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度、鋼板溫度等環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

e.動(dòng)態(tài)監(jiān)控油漆施工過(guò)程；

f.對(duì)兩種涂層過(guò)渡區(qū)域進(jìn)行預(yù)涂，保證兩種涂層體系過(guò)渡區(qū)域接縫整齊，控制涂層厚度。

3.2 支座制作

支座是受力的關(guān)鍵構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但精度要求很高，控制項(xiàng)點(diǎn)非常多：支座的底板平面度、螺栓孔的精度，耳板的平行度、銷孔的同心度、與底板垂直度、焊接變形以及焊縫質(zhì)量等項(xiàng)點(diǎn)。

1)制造難點(diǎn)。

a.熔透焊縫密集，焊接空間狹小，焊縫質(zhì)量要求高；

b.焊接變形大，底板平面度不易控制；

c.兩耳板的銷孔同心度要求高；

d.耳板的平行度要求高。

2)支座制作。

支座在軌道系統(tǒng)中處于承上啟下的中間部位，是連接軌道梁和立柱的關(guān)鍵構(gòu)件。支座制作時(shí)，先組裝成整體、焊接、機(jī)加工底板，鏜耳板銷軸孔，最后進(jìn)行除銹、涂裝。

3)精度控制措施。

a.采用數(shù)控火焰切割機(jī)精切下料，耳板銷孔留足加工量后一并切出，對(duì)所有焊接邊及坡口均進(jìn)行機(jī)加工，確保零件加工精度；

b.在專用胎架上組裝支座，保證整體組裝精度及耳板銷孔的同心度；

c.焊接時(shí)對(duì)稱、同向施焊，焊接過(guò)程中采取反變形措施，控制焊接變形；

d.焊接后機(jī)加工底板，消除焊接變形的影響，保證底板平面度；

e.以加工的底板為基準(zhǔn)，采用一次裝卡完成兩耳板銷孔機(jī)加工的工藝，保證銷孔的精度及兩耳板銷孔的同心度；

f.以銷孔為基準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床鉆制底板孔群，保證銷孔和底板的空間相對(duì)關(guān)系。

3.3 銷軸制作

用于銷軸的合金鋼材質(zhì)采用34Cr2Ni2Mo，調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)每爐帶同直徑隨爐試件一個(gè)，進(jìn)行了力學(xué)性能檢驗(yàn),確保熱處理的各項(xiàng)力學(xué)性能達(dá)到要求。并進(jìn)行磁粉和超聲波探傷檢驗(yàn)，檢驗(yàn)比例100%。銷軸作為重要的結(jié)構(gòu)連接構(gòu)件，采取熱浸鍍鋅的長(zhǎng)效防腐涂裝，熱浸鋅厚度100 μm。

3.4 立柱制作

根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在制造中重點(diǎn)控制立柱的直線度、柱頭支座的平行度、耳板銷孔的同心度、焊接變形以及焊縫質(zhì)量等。懸臂立柱制作工藝流程見(jiàn)圖6。

采取的質(zhì)量保證措施有：一次裝卡完成柱頭支座兩耳板銷孔

加工的工藝，保證銷孔的精度；在專用自找正胎架上進(jìn)行柱頭支座與鋼管柱的整體組裝，保證柱頭支座銷孔軸線與鋼管軸線的垂直度；嚴(yán)格按照工藝要求的焊接順序施焊，以減小焊接變形。

4 結(jié)語(yǔ)

該類跨座式軌道交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較輕盈，桿件制作精度要求較高，在制造工藝及精度保證措施上有很多創(chuàng)新，本文對(duì)其進(jìn)行了分析和總結(jié)，希望為后續(xù)類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

Study on the member craftsmanship of spatial overseat-style rail transit system

JI Min-ting SHI Shu-yan

(ChinaRailwayBaoBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

The paper introduces the features of overseat-style rail transit and typical components including rail beam, support and upright, and mainly describes the craftsmanship, wielding deformation and quality control technologies of the typical components, which has provided some guidance for similar engineering design and construction in future.

overseat-style rail transit, typical component, craftsmanship, welding deformation, quality control

1009-6825(2014)11-0162-03

2014-01-18

吉敏廷(1969- )，男，高級(jí)工程師； 史淑艷(1978- )，女，高級(jí)工程師

U213.2

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