鐵路500 m長鋼軌生產(chǎn)工藝流程及規(guī)模的探討

袁青平

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

鐵路500 m長鋼軌生產(chǎn)工藝流程及規(guī)模的探討

袁青平

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

針對目前鐵路焊軌基地的實際，對長鋼軌焊接工藝進(jìn)行說明，通過工藝流程示意圖，詳細(xì)介紹鐵路500 m長鋼軌生產(chǎn)的工藝流程。原料為100、25 m鋼軌時，分別計算日生產(chǎn)長鋼軌能力，從而確定年生產(chǎn)規(guī)模。根據(jù)生產(chǎn)能力和實際調(diào)研，確定原料軌存軌臺、長鋼軌時效臺、長鋼軌成品臺、工位規(guī)模及輥道線間距，為將來新建或改建長鋼軌焊接基地提供數(shù)據(jù)參考。

焊軌基地；長鋼軌；工藝流程；規(guī)模

1 概述

無縫線路的推廣應(yīng)用是20世紀(jì)鐵道工務(wù)工程領(lǐng)域最輝煌的成就之一，其可顯著減少線路養(yǎng)護(hù)維修工作量，有助于減少列車運行能耗，有利于列車運行平穩(wěn)及減振降噪。隨著我國既有鐵路提速改造和客運專線、城際鐵路的大規(guī)模建設(shè)，無縫線路的應(yīng)用越來越普遍，且對無縫線路提出了更高的要求，進(jìn)而確保線路的平順性和直線度[1-4]。鋼軌接頭是保證線路平順性的薄弱環(huán)節(jié)，為提高列車運行的平穩(wěn)性，需提高線路鋼軌的長度，從而減少鋼軌現(xiàn)場焊接接頭數(shù)量，目前無縫線路普遍采用500 m長鋼軌進(jìn)行敷設(shè)。

我國已建成了十多個長鋼軌焊接基地，其大多按照2條焊軌生產(chǎn)線、2條精整線設(shè)計，焊軌生產(chǎn)線與精整線呈U形布局為主導(dǎo)。由于大部分焊軌基地由既有的工務(wù)工廠改造而成，故焊接工藝及規(guī)模均存在部分缺陷。通過對北京、沈陽、濟(jì)南、武漢及呼和浩特焊軌基地的實地調(diào)研，可基本確定目前鐵路500 m長鋼軌焊接較合理的工藝及規(guī)模。

2 工藝流程

500 m長鋼軌焊接基本工藝[5-9]如下。

(1)焊接線：鋼軌選配，鋼軌焊前檢查，矯直鋼軌，焊前除銹，焊接和推凸，粗磨，焊后熱處理。

(2)時效：焊接接頭放置24 h以上。

(3)精整線：焊接接頭精矯直，外形精整及平直度檢驗，超聲波探傷。

鐵路500 m長鋼軌焊接工藝相對較成熟，目前百米工位、U形布局形式已經(jīng)過實踐檢驗并得到各焊軌基地的認(rèn)可。根據(jù)地域的不同，為降低環(huán)境對焊接生產(chǎn)線(熱線)鋼軌焊接接頭質(zhì)量的影響，焊后處理宜設(shè)置緩冷工位。

2.1 百米定尺鋼軌生產(chǎn)工藝流程

卸車(為保證鋼軌出廠時的直線度，采用4臺20 t門式起重機(jī)卸車。)→存放(百米鋼軌存放臺)→運軌(4臺20 t雙梁門式起重機(jī))→上軌(起重機(jī)或上軌設(shè)備)→焊前檢查→鋸切→調(diào)直除銹→存放選配(7臺3 t固定門式起重機(jī))→鋼軌上焊接線(7臺3 t固定門式起重機(jī))→焊機(jī)焊軌→焊后粗整→鋼軌整形→熱處理→緩冷(根據(jù)不同區(qū)域考慮)→時效存放(32臺3 t固定門式起重機(jī))→鋼軌上精整線(32臺3 t固定門式起重機(jī))→焊縫預(yù)熱→四向矯直(四向調(diào)直機(jī))→精磨(精磨機(jī))→檢驗→探傷→長鋼軌成品存放(36臺3 t固定門式起重機(jī))→裝車(36臺3 t固定門式起重機(jī))。

2.2 25 m定尺鋼軌生產(chǎn)工藝流程

卸車(為保證鋼軌出廠時的直線度，采用2臺10 t雙梁門式起重機(jī))→存放(25 m鋼軌存放臺)→運軌(2臺10 t雙梁門式起重機(jī))→上軌(起重機(jī)或上軌設(shè)備)→焊前檢查→鋸切→調(diào)直除銹→存放選配(2臺3 t固定門式起重機(jī))→鋼軌上焊接線(2臺3 t固定門式起重機(jī))→焊機(jī)焊軌→焊后粗整→鋼軌整形→熱處理→緩冷(根據(jù)不同區(qū)域考慮)→時效存放(32臺3 t固定門式起重機(jī))→鋼軌上精整線(32臺3 t固定門式起重機(jī))→焊縫預(yù)熱→四向矯直(四向調(diào)直機(jī))→精磨(精磨機(jī))→檢驗→探傷→長軌成品存放(36臺3 t固定門式起重機(jī))→裝車(36臺3 t固定門式起重機(jī))。

500 m長鋼軌生產(chǎn)工藝流程詳見圖1[10]。

圖1 500 m長鋼軌生產(chǎn)工藝流程示意

2.3 流程說明

(1)鋼軌入場檢驗

百米鋼軌進(jìn)場后進(jìn)行卸車作業(yè)，利用專用計量器具對鋼軌進(jìn)行抽檢。

(2)卸車及定尺軌存放

鋼軌進(jìn)場后調(diào)入卸車線，由門式起重機(jī)將鋼軌吊卸到存軌臺存放。

(3)鋼軌倒運、進(jìn)軌

焊軌作業(yè)時，門式起重機(jī)將鋼軌吊運至上軌設(shè)備上，由上軌設(shè)備將單根鋼軌送到輥道線完成進(jìn)軌，也可由起重機(jī)直接吊運至輥道線。

(4)鋼軌選配

焊接前對鋼軌端部1 m范圍內(nèi)的垂直面及水平面進(jìn)行校直；鋼軌校直后對鋼軌進(jìn)行斷面外觀尺寸檢查、編號和貼標(biāo)簽。

(5)軌端除銹

鋼軌軌端除銹采用除銹機(jī)對鋼軌頂部，底部及軌端進(jìn)行除銹處理，保證鋼軌在焊接時具有良好的導(dǎo)電性。

(6)焊接

焊接前對鋼軌除銹部位進(jìn)行復(fù)查和軌底檢查，確認(rèn)合格后輸送鋼軌進(jìn)入焊機(jī)進(jìn)行焊接作業(yè)。

(7)鋼軌編號、整形

鋼軌焊接完畢由軌道線輸送到粗磨、整形或粗銑工位，整形前采用鋼軌打標(biāo)機(jī)對焊頭進(jìn)行永久編號打標(biāo)。

(8)焊縫熱處理

采用中頻感應(yīng)對焊縫進(jìn)行熱處理，改善焊縫區(qū)域金相結(jié)構(gòu)，增加焊縫強度。

(9)緩冷

考慮焊縫熱處理溫度較高，宜設(shè)緩冷工位，避免熱處理溫度下降過快。

(10)焊縫時效處理

長鋼軌在時效臺進(jìn)行24 h以上的時效處理，釋放焊縫內(nèi)應(yīng)力，減少焊縫外觀尺寸的變化。

(11)焊縫精調(diào)直

精調(diào)直工位采用四向調(diào)直機(jī)對焊帶及左右1 m范圍內(nèi)的4個方向進(jìn)行精細(xì)校正處理，使之達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

(12)焊縫精磨或精銑

焊縫精磨或精銑工位采用精磨機(jī)或精銑機(jī)對焊帶工作面進(jìn)行精細(xì)修整，鋼軌軌頭輪廓面形狀接近鋼軌母材，滿足鋼軌接頭的技術(shù)要求。

(13)焊縫探傷

采用超聲波探傷機(jī)對焊縫全斷面進(jìn)行探傷，檢查焊縫內(nèi)部是否存在焊接缺陷。

(14)成品軌存放

在成品臺，由集中控制的36組固定門式起重機(jī)將鋼軌吊運到成品臺存放，同時對每個焊頭進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，填寫合格證。

(15)裝車、運輸

檢驗合格的500 m長軌條通過集中控制的36組固定門式起重機(jī)吊運至長鋼軌專用列車上，送達(dá)施工地點。

另外，為保證鋼軌焊接質(zhì)量，焊接接頭須做落錘、靜彎等各種試驗。

3 規(guī)模

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

(1)布置形式：U形；

(2)工位長度：100 m；

(3)生產(chǎn)線數(shù)量：2條；

(4)日作業(yè)時間：8 h；

(5)年作業(yè)天數(shù)：250 d；

(6)時效時間：24 h。

3.2 生產(chǎn)能力

(1)原料為100 m鋼軌

生產(chǎn)1根500 m長鋼軌需要焊接4個鋼軌接頭，需要總時間[11-12]為

式中T100——用100 m鋼軌焊接成1根500 m長鋼軌所需時間；

Twalk100——鋼軌走行(以0.5 m/s計)100 m距離所需時間，取3.3 min；

Tweld100——鋼軌焊接最長工藝時間，取6 min。

T100=3.3+(3.3+6)×4+3.3=43.8 min

由上述可知，日生產(chǎn)500 m長鋼軌5.48 km，年生產(chǎn)500 m長鋼軌1370 km。

(2)原料為25 m鋼軌

生產(chǎn)1根500 m長鋼軌需要焊接19個鋼軌接頭，需要總時間為

式中 T25——用25m鋼軌焊接成1根500m長鋼軌所需時間；

Twalk25——鋼軌走行(以0.5 m/s計)25 m距離所需時間，取0.8 min；

Tweld25———鋼軌焊接最長工藝時間，取6 min。

T25=0.8+(0.8+6)×19+0.8=130.8 min

由上述可知，日生產(chǎn)500 m長鋼軌1.83 km，年生產(chǎn)500 m長鋼軌458 km。

3.3 規(guī)模確定

(1)原料軌存軌臺(圖2)

根據(jù)對既有焊軌基地的調(diào)研，原料軌存軌不宜少于2個月的焊軌量，即不宜少于330 km(按百米軌計)。以門式起重機(jī)25 m跨度為例，采用兩側(cè)均衡進(jìn)軌方式，原料軌存軌臺不宜少于5個(單個存軌量65 km)。

圖2 100 m原料軌存軌臺規(guī)模(單位：mm)

(2)輥道線間距

長鋼軌焊接生產(chǎn)過程中，輥道線擔(dān)負(fù)運輸鋼軌的任務(wù)，輥道線的間距需綜合考慮設(shè)備的外形尺寸及通道。通常情況，2條焊接生產(chǎn)線間距不小于3.5 m，兩條精整線間距不小于3 m，生產(chǎn)線與精整線間距不小于4 m。

(3)長鋼軌時效臺(圖3)

根據(jù)原鐵道部運輸局要求，焊接好后的500 m長鋼軌需24 h時效才能進(jìn)行精整處理，因此長鋼軌時效臺的規(guī)模應(yīng)按照日最大生產(chǎn)量(三班制生產(chǎn))確定，即時效臺存軌量不宜小于16.5 km，同時固定門式起重機(jī)的跨度不宜小于18 m。

圖3 長鋼軌時效臺規(guī)模(單位：mm)

(4)長鋼軌成品臺(圖4)

根據(jù)對既有焊軌基地的調(diào)研及原鐵道部運輸局的相關(guān)要求，500 m長鋼軌成品存軌能力不低于200 km，長鋼軌存放不宜超過6層，且按3種不同鋼軌種類存放，故固定門式起重機(jī)的跨度不宜小于36 m。

圖4 長鋼軌成品臺規(guī)模(單位：mm)

(5)工位(圖5)

長鋼軌焊接采用百米工位時，各工位點應(yīng)位于室內(nèi)，其長度應(yīng)覆蓋該工位所有設(shè)備，且應(yīng)考慮設(shè)備間通道的寬度；各工位點寬度除考慮設(shè)備尺寸外，還有考慮輥道線間距及作業(yè)通道寬度。綜合考慮，工位點寬度不宜小于21 m。

圖5 各工位點間距(單位：mm)

4 結(jié)語

鐵路長鋼軌生產(chǎn)是目前鐵路建設(shè)運營的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但其生產(chǎn)工藝流程及規(guī)模尚無統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。通過對既有焊軌基地的調(diào)研，提出了較為合理的長鋼軌生產(chǎn)工藝流程，計算并提出了建議的規(guī)模，為將來新建或改建長鋼軌焊接基地提供參考。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵路主要技術(shù)政策[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[3] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.TB10015—2010鐵路無縫線路設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

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[5] 鐵道部運輸局.運基線路[2009]601號焊接長鋼軌吊運、存放規(guī)定(暫行)[S].北京：鐵道部運輸局，2009.

[6] 鐵道部運輸局.運基線路[2007]646號百米定尺鋼軌裝卸、存放規(guī)定(暫行)[S].北京：鐵道部運輸局，2007.

[7] 鐵道部運輸局.運基設(shè)備電[2007]1568號關(guān)于抓緊編制并報送焊軌基地可行性研究報告的通知[Z].北京：鐵道部運輸局，2007.

[8] 中華人民共和國鐵道部.TB/T1632.1—2005鋼軌焊接第1部分：通用技術(shù)條件[S].北京：中華人民共和國鐵道部，2005.

[9] 中華人民共和國鐵道部.TB/T1632.2—2005鋼軌焊接第2部分：閃光焊接[S].北京：中華人民共和國鐵道部，2005.

[10]鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.呼和浩特焊軌段遷建工程初步設(shè)計文件[Z].天津:鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2013.

[11]劉亞東.萬水泉焊軌基地工程設(shè)計方案研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(10):27-30.

[12]張潘，郭建文.百米定尺軌焊軌基地工藝設(shè)計[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009(9):17-19.

An Approach to Production Process and Scale of 500 m Long Rail

YUAN Qing-ping

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300251，China)

In view of the practices at the rail depot， this paper explains the process in long rail welding and introduces in detail the processes in the production of 500 m long rail with technological flow chart. The daily production capacity and yearly production scale are calculated for 100 m and 25 m raw material rails. The scale of raw materials rail station， aging long rail station， finished long rail station， working station and the space between roller lines are determined with respect to production capacity and actual investigations. The technological process and data are provided for future projects of new or updated rail depot.

Rail depot; Long rail; Technological process; Scale

2015-02-27；

2015-03-10

袁青平(1978—)，男，高級工程師，2000年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)鐵道車輛專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：crazyuan@163.com。

1004-2954(2015)11-0048-04

U213.9+2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.11.012