火車滾裝船火車軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建造探討

商明星 黃順 黃麗敏 賴福民 陳經(jīng)玉

摘? ? 要：本文對某火車滾裝船火車軌道系統(tǒng)主要組成部分及工作原理進(jìn)行介紹，使大家對火車滾裝船的火車軌道系統(tǒng)有一個(gè)較清晰的認(rèn)識，為火車軌道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工藝、分段劃分及精度控制方案打下基礎(chǔ)，為后續(xù)類似船舶建造設(shè)計(jì)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：火車滾裝船；火車軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)；建造安裝工藝

中圖分類號：U662.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Discussion on Design and Construction of Train

Ro/Ro Ship Railway System

SHANG Mingxing，? HUANG Shun，? HUANG Limin，? LAI Fumin，? CHEN Jingyu

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.，Ltd.，? Guangzhou 511462 ）

Abstract： This article introduces the main components and working principle of the railway system of the train Ro/Ro ship， which lets everyone have a preliminary understanding of the railway system of the train Ro/Ro ship， and lays down a theoretical foundation for the railway system design， construction and installation workmanship， section division and accuracy control scheme， and provides reference for undertaking the construction of subsequent similar ships.

Key words： train ro/ro ship; railway system design; construction and installation workmanship

1? ? ?前言

火車滾裝船是高附加值、高技術(shù)含量的船舶。我司承建的某火車滾裝船是美國與墨西哥港口之間特定航線的定制船，總長180 m、主甲板型深10 m、上甲板型深16.2 m、型寬38.6 m、載重量20 710 t；主甲板和上甲板均裝載火車，兩層甲板上火車軌道總長2500 m；可一次性載運(yùn)136節(jié)火車車廂，單節(jié)車廂長15.9 m、重量110 t；配置2臺4 800 kW小缸徑Eco-EGR低速機(jī)，帶有艏側(cè)推和可調(diào)螺距螺旋槳，具有強(qiáng)大的機(jī)動(dòng)能力，適合在狹小的水域航行；全船布置有9副道岔，能夠有效避開風(fēng)機(jī)室及煙囪的影響，充分利用甲板面積，裝載量大，是國內(nèi)建造的首艘具備軌道系統(tǒng)變軌裝卸功能的火車滾裝船；火車裝卸采用全下再全上的方法，能夠在2小時(shí)內(nèi)完成全部火車的裝卸工作；船上布置有火車軌道系統(tǒng)、火車頂撐系統(tǒng)以及火車綁扎固定系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)共同保證火車上下船舶及航行過程中的安全。

本船火車軌道系統(tǒng)，主要包括鋼軌、壓軌器、魚尾板和道岔四大主要部分。

2? ? 火車滾裝船工作原理

火車渡海前需要行駛到專門的港口，先根據(jù)運(yùn)輸船的長度進(jìn)行解編，拆分成若干車節(jié)，在港口的鐵軌與運(yùn)輸船的鐵軌連通后，通過尾部跳板火車牽引上船；上船之后火車需要綁扎固定到位，到達(dá)對岸后再沿軌道下船并組合。簡單來說，火車滾裝就是拆分、上船、綁扎、下船、組合等幾個(gè)步驟。

火車在碼頭預(yù)先根據(jù)船舶單組火車軌道長度事先分組好，根據(jù)不同的軌道長度以及車重對火車進(jìn)行編組，然后根據(jù)裝載順序依次將火車牽引到船上。考慮到兩層碼頭跳板的相互影響，應(yīng)先裝載上甲板區(qū)域的火車，然后再裝置主甲板區(qū)域的火車，典型裝載布置圖如圖1所示。

火車從碼頭通過跳板過渡到運(yùn)輸船，是整個(gè)運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵步驟，也是其核心過程?；疖嚾绾畏€(wěn)定安全通過跳板行駛到船上，要考慮火車上船時(shí)吃水的變化、潮位以及外力風(fēng)流洋流影響等。本船跳板分為主甲板和上甲板兩層，碼頭兩個(gè)定位舷材為凹形結(jié)構(gòu)，船體尾部為半圓形凸出結(jié)構(gòu)，船舶右舷緊靠碼頭，三個(gè)支點(diǎn)固定船舶。同時(shí)，右舷設(shè)計(jì)大拉力系泊絞車，防止船舶受風(fēng)浪移動(dòng)，達(dá)到固定目的，此外還設(shè)計(jì)相應(yīng)綁扎工裝，便于船舶和跳板之間相互固定，以利于火車上下。上下跳板形式，如圖2所示。

火車綁扎固定到位后，船舶連同火車駛向?qū)γ娴母劭?，火車下船的方式和上船方式剛剛好相反。下到碼頭之后，在將原來斷開編組的火車按照原來順序連成一個(gè)整體駛向最終目的地。

3? ? 火車綁扎固定

火車在船舶上的固定是海上運(yùn)輸安全保障的核心所在，畢竟海上風(fēng)大浪大、環(huán)境復(fù)雜、不可預(yù)見因素大，必需設(shè)計(jì)綁扎固定的安全系統(tǒng)，保證火車在海上運(yùn)輸安全，同時(shí)操作應(yīng)簡易可靠，工作效率高。

本船各空間位置必須符合車廂外形尺寸要求，因此對火車綁扎固定眼環(huán)的布置也提出了很高的要求，除了要確保強(qiáng)度，還要適應(yīng)不同長度的火車布置要求。經(jīng)過不斷優(yōu)化和總結(jié)，本船創(chuàng)新性的使用綁扎條的形式，其由扁鋼和圓鋼制成，扁鋼開綁扎孔，綁扎桿從開孔中穿過并與火車車廂固定。這種方式適應(yīng)不同火車停放位置綁扎的要求，固定方式結(jié)構(gòu)簡單、制作方便，能有效起到火車固定作用。

火車綁扎和傳統(tǒng)的汽車綁扎區(qū)別很大，主要是因?yàn)榛疖囃庑纬叽缂爸亓枯^大。另外火車車輪和車廂之間有高強(qiáng)度彈簧，當(dāng)船舶晃動(dòng)幅度較大時(shí)，彈簧會(huì)發(fā)生相對位移和反彈作用，影響綁扎安全。因此火車在綁扎之前要使用千斤頂將火車頂住，使火車和船體結(jié)構(gòu)相對靜止固定，確保綁扎安全，然后通過螺旋扣使兩者相連。火車綁扎固定件節(jié)點(diǎn)圖，如圖3所示；實(shí)船綁扎固定相片，如圖4所示。為方便布置千斤頂，甲板上還要設(shè)計(jì)復(fù)板，提高結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度，同時(shí)防止和甲板面直接摩擦，提高使用壽命。

4? ? 火車軌道系統(tǒng)

火車軌道是一個(gè)龐大的系統(tǒng)性工程，軌道鋪設(shè)在船體結(jié)構(gòu)之上，能夠引導(dǎo)火車在船舶上運(yùn)行，同時(shí)承受貨物本身重量以及船舶在風(fēng)浪作用下產(chǎn)生的外力，其每個(gè)組成部分必須穩(wěn)定可靠，保證火車在上下船以及航行過程中的安全。

火車軌道系統(tǒng)，主要由鋼軌、壓軌器、魚尾板和道岔四大部分組成：

（1）鋼軌

鋼軌是火車軌道系統(tǒng)的主要組成部件，它承受著多變的不同方向的靜荷載和動(dòng)荷載，載荷通過鋼軌傳遞到船體結(jié)構(gòu)上面，其作用是直接承受車輪傳遞的列車及其載荷的重量，并且引導(dǎo)列車在運(yùn)行方向承受車輪的巨大壓力。鋼軌的截面為工字形，和火車車輪相互匹配，具有受力好、省材料、抗彎性能好、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。

（2）壓軌器

壓軌器是軌道上用來連接火車軌道和船體結(jié)構(gòu)的零件，俗稱軌道夾子。其作用是將鋼軌固定在船體結(jié)構(gòu)上，將鋼軌和船體連成一個(gè)整體，使兩個(gè)軌道保持固定，保證火車軌距和阻止軌道相對于船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移，防止脫軌，保證火車在船體結(jié)構(gòu)上順利運(yùn)行，阻止鋼軌的縱向移動(dòng)防止鋼軌傾覆。壓軌器如圖5所示。

壓軌器能承受火車車輪傳來的側(cè)向力，軌道壓板緊固在船體結(jié)構(gòu)上，不會(huì)松動(dòng)，對稱設(shè)置在火車軌道兩側(cè)面，在斷面上形成楔形結(jié)構(gòu)，和軌道邊緣相適應(yīng)，從而限制了軌道左右位移，能有效地阻止火車軌道位移。本船壓軌器直接焊接到船體結(jié)構(gòu)的墊板上面，鋼軌置于鋼墊板上將鋼軌連接成一體，這樣簡化了施工過程，提高了施工工效。

（3）魚尾板

魚尾板俗稱鋼軌夾板，用于軌道與軌道之間的連接固定。魚尾板的使用比鋼軌對接焊技術(shù)要省事省工，安裝簡單快捷，魚尾板與魚尾螺栓配套使用，快速固定火車軌道，同時(shí)軌道之間的間隙還可以起到熱脹冷縮的作用。魚尾板中部設(shè)有螺孔，通過螺栓固定可減少車輪對鋼軌接頭的沖擊，增加了接頭處鋼軌縱向變形的連續(xù)性，提高了列車通過時(shí)的平順性。魚尾板通常有4孔和6孔兩種形式，4孔受力小主要用于平直軌道部分，6孔受力大主要用于彎曲軌道部分。

（4）道岔

道岔是一種使火車車輛從一組軌道轉(zhuǎn)入另一組軌道的線路連接設(shè)備，通常設(shè)計(jì)在軌道的交叉處。道岔能夠方便線路布置，節(jié)約空間，便于火車從軌道交叉處通過，在有限甲板面積上布置更多火車軌道。

道岔主要有單開道岔、對稱道岔、三開道岔、交叉渡線和復(fù)式交分道岔五種。最常見的是普通單開道岔，如圖6所示：它由轉(zhuǎn)轍器、轍叉及護(hù)軌、連接部分三個(gè)單元組成。當(dāng)火車要從一組軌道轉(zhuǎn)入另外一組軌道時(shí)，操縱轉(zhuǎn)轍器使尖軌移動(dòng)位置，這樣就通向另外一組軌道，關(guān)閉了原來的軌道，火車進(jìn)入連接部分過渡到另外一個(gè)軌道。

由于道岔具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工定位要求高、行車安全性低、保養(yǎng)維護(hù)投入大等特點(diǎn)，其安裝工程是火車軌道安裝的重難點(diǎn)及控制性工程，也是火車定位安裝的基準(zhǔn)作業(yè)工程，定位好道岔之后，才能夠進(jìn)行其它軌道的鋪設(shè)工作。

5? ? ?建造安裝精度控制

為了保證火車軌道系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性，建造團(tuán)隊(duì)自分段劃分開始直至后續(xù)總組以及船臺搭載，優(yōu)先保證軌道安裝工作的順利進(jìn)行。全船軌道長2 500 m、墊板9 023塊、千斤頂墊板4 906 m、綁扎條3406 m，參建團(tuán)隊(duì)從分段制作就開始進(jìn)行嚴(yán)格的精度管控，安排專人進(jìn)行精度監(jiān)控、檢測，保證軌道安裝精度在水平面±2 mm之內(nèi)，軌距、單軌垂直度等都嚴(yán)格按照規(guī)格要求執(zhí)行，不放過每一個(gè)細(xì)節(jié)，最后在大家堅(jiān)持不懈的努力下，完成整個(gè)火車軌道系統(tǒng)的安裝工作（如圖7所示），最終于2021年成功交付船東。

本次美—墨航線火車滾裝船突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)并申請了多項(xiàng)專利技術(shù)，其載重能力和裝卸效率等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國際領(lǐng)先水平，獲得了船東以及業(yè)界的好評，入選英國皇家造船師學(xué)會(huì)2021年度杰出船型錄《SIGNIFICANT SHIPS OF 2021》。

6? ? ?結(jié)束語

本文介紹了某火車滾裝船火車軌道系統(tǒng)主要組成部分及工作原理，以及軌道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工藝、精度控制等關(guān)鍵技術(shù)，并獲得了多項(xiàng)專利技術(shù)。本船在總體設(shè)計(jì)、船舶靠泊固定、軌道設(shè)計(jì)及安裝、火車綁扎固定等方面填補(bǔ)了國內(nèi)空白，對于我國今后火車滾裝船設(shè)計(jì)及建造具有借鑒參考作用，也積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]佟立本.鐵道概論（第七版）[M].北京：中國鐵道出版社，2016.