一種楔形自鎖式軌道壓板組件的設計與應用

周傳勝 王宏鋒 宗新斌 徐敏山

寧波鎮海港埠有限公司

1 引言

港口碼頭大型集裝箱堆場一般采用軌道式門式起重機、輪胎式門式起重機和集裝箱正面吊等來進行集裝箱裝卸、搬運和堆放。其中軌道式門式起重機(以下簡稱軌道吊)的大車軌道歸為碼頭基建范疇，在設計施工均參照一般鐵路軌道標準實施。受建設成本制約，軌道吊一般選用較低等級普速鐵路軌道及聯結件。軌道吊低速重載的運行工況，與鐵路有較大區別，加上后期維保不及時等因素，軌道的使用效果較差，故障較多。因此，研究一種適合港口軌道吊的專用扣件很有必要。

2 軌道吊大車軌道現狀

2.1 軌道組成

1.墊圈 2.復合橡膠墊板 3.平墊片 4.軌道 5.斜接頭夾板 6.夾板螺栓 7.壓板螺栓 8.壓板圖1 DGL-17型軌道聯結組件安裝示意圖

某碼頭軌道吊使用QU80軌道，接頭處聯結件均采用鐵路專用聯結件，其中大部分軌道聯結件型號為DGL-17組件[1](見圖1)。利用帶長形孔的6a-5型壓板、彈簧墊和預埋螺栓組合固定軌道，限制軌道的橫向移動；利用接頭夾板及夾板螺栓緊固2根軌道，限制軌道的縱向移動；軌道下安裝7a-3型復合橡膠墊板作為支撐和緩沖。經了解，此聯結件型式陳舊，已不再用于新建鐵路，只有少數技術要求較低的場合仍在使用。

2.2 軌道吊大車軌道狀態分析

該碼頭軌道吊大車軌道有澆筑式、軌枕式等多種基建形式，年久失修、基礎薄弱，存在基礎沉降、局部損壞，軌道出現移位錯位、高低差、螺栓損壞等問題。

現有軌道吊大車行走速度一般為空載90 m/min，重載25 m/min，運行速度低；額定載重為吊具下41 t，內貿箱滿載甚至超載嚴重，重載作業多。這種低速重載的作業工況，導致軌道吊工作時震動較大。軌道聯結件螺栓容易松動，橡膠墊板容易損壞；大車軌道產生位移后，又加劇軌道吊工作時的震動，形成惡性循壞。軌道吊大車行走工況愈發惡劣，大車故障頻發，如螺栓松動、減速箱損壞等，嚴重時造成故障停機，增加設備維修成本，影響安全生產。

3 壓板組件的方案設計

3.1 自鎖原理分析

以軌道聯結件DGL-17組件為例，分析其聯結失效的原因。

(1)兩對壓板分別作用于兩根軌道，當預埋螺栓緊固發生松動時，彈簧墊壓力減少或者消失，6a-5型壓板沿著長形孔方向移動，軌道壓緊作用消失。

(2)接頭夾板螺栓孔磨損變大、夾板螺栓松動，軌道的縱向固定失效。

(3)復合橡膠墊板受沖擊、擠壓而壓潰失效。

因此，新壓板的設計要在出現以上問題時，仍可有效固定軌道。

基于以上分析，參照楔形鎖緊原理，采用楔形自鎖式設計。壓板組件由壓板和導塊組成，二者作用面上設置合適角度的楔形副。當螺栓施加預緊力后，彈條發生形變，壓板被壓緊有向下位移趨勢，在楔形角導向作用下與導塊緊密結合，從而實現對軌道的壓緊固定(見圖2)。當螺栓預緊力減小，彈條形變減小，壓板有向上位移趨勢，但在楔形角導向作用下，壓板不會產生相對軌道的位移，仍可以實現對其有效固定。該設計鎖緊力在一定范圍內變化，壓板在楔形副作用下可實現位移補償，從而實現壓板的自鎖功能。

1.擋塊 2.壓板 3.彈條 4.軌道 5.軌下墊板 6.預埋螺栓圖2 楔形自鎖式軌道壓板組件布置示意

3.2 壓板組件的結構設計

3.2.1 楔形角度確定

現場測繪軌道槽的開檔為450 mm，偏差為10 mm以內。壓板既要適應不同尺寸的軌道槽，還要保證應有的鎖緊作用。這就要求壓板在楔形角導向作用下，在水平X方向和垂直Y方向上均有合適的位移距離。經分析，楔形角取45°為宜。

3.2.2 整體式結構設計

軌道聯結件DGL-17組件布置在軌道接頭時，利用2對壓板分別固定2根軌道，軌道間再由接頭夾板聯結，從而實現軌道接頭處的緊固。這種布置形式壓板與軌道的接觸點較多、分散，不利于固定。因此，采用整體式結構設計，僅用一對壓板固定軌道接頭。原6a-5型壓板寬70 mm，單側2塊壓板與軌道接觸距離140 mm。為保證可靠，新壓板寬度設定為300 mm，接觸長度增加114%。

單側兩根預埋壓板螺栓中心距為150 mm，由于土建尺寸誤差較大，現場實測中心距為150±5 mm，因此采用縱向長形孔設計，便于適配安裝。

3.2.3 材料工藝選型設計

軌道型號QU80，規格U71Mn，硬度280-300 HB[2]。考慮與鋼軌的配合使用，壓板應減少磨損鋼軌，便于后期維護。壓板采用Q345B材料加工，表面硬度200-240 HB。

3.2.4 配套附件選型

取消原壓板螺栓普通螺母及彈簧墊片，根據預埋螺栓規格及中心距尺寸，采用M24施必牢凸緣螺母和W型鐵路彈條，彈條外形尺寸140 mm×82 mm×30 mm。軌道下采用鋼性墊板加橡膠墊塊的組合，既補償了現場軌道基礎的沉降，又保證了對軌道的緩沖作用。

4 施工工藝流程

壓板組件的現場施工參照以下工藝流程進行。

(1)拆除原有軌道壓板、接頭夾板及螺栓、橡膠墊板等組件，并將軌道區域淤積碎石、沙土等清理干凈。

(2)軌道下部敷設鋼性墊板和橡膠墊塊，厚度依據基礎沉降數據，鋼性墊板每處不超過2塊，橡膠墊塊每處1塊。同時對軌道直線度、軌縫進行調整，達到設計技術要求。

(3)安裝新的壓板組件、彈條、防松螺母和接頭夾板等，并將螺母鎖緊至額定扭矩。

(4)螺栓涂油保護，并加裝防塵蓋。

5 應用效果對比分析

自鎖式壓板組件已在該碼頭軌道吊大車軌道上安裝使用，6個月后跟蹤測量軌道數據為：軌距誤差-2～0 mm，直線度偏差2～4 mm，兩側軌道高低差1～5 mm，接縫寬度2～10 mm，壓板螺栓無松動情況。自鎖式壓板軌道接頭固定有效、可靠，軌道工況明顯改善。

6 結語

針對軌道吊大車軌道存在的問題，結合現場的軌道條件和使用要求，提出楔形自鎖式軌道壓板組件的設計方案，制定了施工工藝流程，并成功應用于軌道吊大車軌道，為改善軌道吊大車軌道工況、保障安全生產提供了可行方案，對港口軌道吊大車軌道的維保工作具有指導意義。