單軌游覽車軌道鋼梁制作工藝研究

陶慶重， 薛偉鋒

（株洲中車特種裝備科技有限公司，湖南株洲412001）

0 引言

近年來，隨著國內(nèi)旅游業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的旅游景點為了保護(hù)景區(qū)的原始風(fēng)貌，同時適應(yīng)復(fù)雜多變的地形，以及打造景區(qū)的特色，開始采用單軌高架游覽車作為景區(qū)內(nèi)乘客運輸工具。而在單軌高架游覽車中，箱型鋼梁作為承載游覽車的載體，對于乘客的安全及舒適性有著很重要的作用，因此對單軌游覽車箱型鋼梁制作工藝進(jìn)行研究就顯得尤為重要。

1 箱型鋼梁結(jié)構(gòu)

箱型鋼梁主要是指其截面形狀與普通箱子截面相同，且使用鋼材焊接而成，因此稱之為箱型鋼梁，如圖1所示。箱型鋼梁具有一定的先進(jìn)性和優(yōu)越性，常用于龍門吊機、單軌車軌道等大型的承重結(jié)構(gòu)。

圖1 箱型梁結(jié)構(gòu)

1）箱型鋼梁類型有直線梁、平曲梁、豎曲梁以及三維梁等4種；2）箱型鋼梁由上翼板、下翼板、兩側(cè)的腹板以及箱體內(nèi)的橫縱向加強筋板組成；3）考慮到熱脹冷縮的問題，箱型鋼梁下有固枕和活枕之分，如圖2所示；4）考慮到車子車輪運行位置的平滑狀況及鋼梁間對接縫的縫隙寬度問題，有燕尾槽接口；5）軌道鋼梁的安裝在固枕端是直接用螺栓緊固，活枕端有壓板壓塊壓裝。

圖2 箱型鋼梁下的枕結(jié)構(gòu)

2 箱形鋼梁主要控制項點及難點

1）箱型鋼梁的制作存在嚴(yán)重的扭曲問題，需要控制扭曲;2）箱型鋼梁的組裝順序及焊接順序嚴(yán)重影響箱型鋼梁的成型;3）曲線梁的制作難度及扭曲問題比直線梁更嚴(yán)重;4）相鄰梁體的燕尾槽對正問題及翼板、腹板間隙控制難度較大;5）固枕活枕的焊接位置對梁體高度的影響及安裝時梁體方向引起的錯位影響;6）設(shè)計公差對安裝過程的影響;7）環(huán)境溫度對安裝過程的影響;8）項目周期對軌道鋼梁制作質(zhì)量的影響。

3 箱型鋼梁制作工藝

首先分析游覽車在軌道鋼梁上的運行狀況：由主動力輪在箱型鋼梁頂板上運動，這樣就需考慮鋼梁間隙的大小對車體整體運行過程中的震動問題，當(dāng)縫隙過寬，即會在運行中車體有上下起伏感以及對輪胎的損傷；鋼梁腹板有導(dǎo)向輪及防偏輪運動，縫隙過寬同樣會影響車體的平穩(wěn)過渡，并且會造成車體的左右擺動，同時，由于防偏輪直徑較小，因此鋼梁間縫隙的大小會直接影響輪子的使用壽命及車體運行的舒適度。

結(jié)合車體的運行狀況以及以上軌道鋼梁制作難點，我們采取如圖3所示工藝流程及工藝措施來控制梁體的制作質(zhì)量。

圖3 工藝流程及工藝措施

1）板料在下料之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計要求尺寸與原材料鋼板的規(guī)格進(jìn)行定尺，盡可能減少原材料的浪費。因該箱型鋼梁翼板與腹板連接的焊縫要求為全融透焊縫，故腹板兩端需要開45°坡口，在下料過程中如果采用火焰下料的方式，則需要腹板單邊留量1 mm，如采用等離子或者激光下料，腹板兩端可不留余量。

2）下料完成之后，針對產(chǎn)生彎曲的板料使用壓板機進(jìn)行調(diào)平，保證原材料的平面度，調(diào)平之后在板料上劃線確定坡口位置，然后使用銑邊機或者坡口機開45°坡口。

3）對梁體進(jìn)行拼裝，拼裝需在工作平臺上進(jìn)行，工作平臺需經(jīng)過校平。這樣可以保證箱型鋼梁組裝時有共同基準(zhǔn)，能夠更有效、更直觀地檢驗組裝；能夠及時發(fā)現(xiàn)制作時的鋼梁問題，及時進(jìn)行糾正，不會對后續(xù)焊接產(chǎn)生不良的影響。

4）箱型鋼梁在進(jìn)行組裝過程中，鑒于上翼板屬于行走面，較為重要，工藝建議采取反面組裝的方式，將上翼板放置在平臺上，將其與腹板及中間隔板進(jìn)行組裝并點焊固定，為保證產(chǎn)品能夠達(dá)到全融透，翼板與腹板焊縫處需留2～3 mm的間隙，中間加襯墊，但襯墊兩端比焊縫需各長50 mm，并在同一條直線上，襯墊需要焊接牢固，防止脫落。

5）將組裝好的箱型結(jié)構(gòu)使用專用夾具進(jìn)行裝夾，考慮到對焊縫進(jìn)行滿焊之后翼板伸出部分會往焊接方向收縮，故裝夾的時候?qū)⒁戆迳斐霾糠窒蚝缚p反方向預(yù)留3～4 mm的反變形量，以保證焊接完成之后上翼板的平面度。在焊接過程中，因考慮到板厚為16 mm，故焊接電流需控制在220～260 A，焊接電壓控制在24～30 V。

6）在上翼板、腹板及內(nèi)部加強筋板焊接完成之后，在下翼板端襯墊固定之后，再進(jìn)行下翼板的蓋板，采用與上翼板相同的方法預(yù)留反變形量防止下翼板伸出部分出現(xiàn)下垂的現(xiàn)象（在箱型鋼梁上下翼板焊接完成之后，兩端的封板暫不進(jìn)行封閉）。

7）4條主焊縫焊接完成之后，對焊縫進(jìn)行磁粉及超聲波探傷，如發(fā)現(xiàn)缺陷，則需將缺陷處焊縫刨開，重新焊接之后再進(jìn)行探傷確認(rèn)。

8）對產(chǎn)品的平面度、梁體扭曲及撓度進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)該類尺寸出現(xiàn)超差的現(xiàn)象，需在此階段進(jìn)行調(diào)整。因為鋼梁體的調(diào)校時機很重要，箱型鋼梁端口屬于閉合結(jié)構(gòu)，閉合結(jié)構(gòu)具有更好的抗扭曲性能。如果梁體在組裝過程中發(fā)生扭曲現(xiàn)象時，在兩端蓋板封閉前進(jìn)行扭曲調(diào)整，因為開式結(jié)構(gòu)抗扭曲性能相對來說更容易調(diào)整梁體的扭曲。

9）在梁體檢查合格之后，將兩端的封板進(jìn)行封閉，封閉完成之后再對產(chǎn)品所有項點進(jìn)行檢查。此時就算是梁體出現(xiàn)扭曲超差也會很小，可以使用火調(diào)進(jìn)行調(diào)整。產(chǎn)品合格之后對梁體噴砂油漆。

4 其余注意項點

1）對于曲線梁的制作，胎模的使用尤為重要，因為曲線梁的端口處屬于自由狀態(tài)，在安裝對接過程中會產(chǎn)生突變，導(dǎo)致車體運行不符合運行要求。工藝確定了焊接胎模，保證了曲線梁的制作質(zhì)量。

2）軌道鋼梁燕尾槽的處理，工藝要求采用統(tǒng)一的模子來配切，這樣保證了燕尾槽的一致性，在安裝過程中也會統(tǒng)一翼板與腹板的間距；另外，腹板上燕尾槽的方向采用與鋼梁頂板垂直的角度，保證了在調(diào)整軌道面的時候能夠一次性地調(diào)整好梁體間隙，一次到位。

3）從設(shè)計圖樣上來看，固、活枕均在梁體的端部位置，當(dāng)梁體出現(xiàn)下?lián)匣蛘呱瞎皶r即會導(dǎo)致鋼梁體間間隙尺寸不一致，并且固、活枕下平面與軌道面的平行以及高度也是影響軌道安裝的重要因素，工藝建議采用只焊接一端固枕或活枕的方式，在現(xiàn)場安裝時調(diào)節(jié)高度及修配接口位置后再進(jìn)行焊接，能夠節(jié)省鋼梁體安裝工作量。

4）由于環(huán)境溫度對梁體熱脹冷縮的影響，會導(dǎo)致梁體在伸縮過程中，偏離最初始的安裝位置而在活枕壓塊的限位范圍內(nèi)運動，導(dǎo)致梁體間的錯臺，因此，在調(diào)整梁體的平面度及間隙后，工藝要求一次性安裝到位，對螺栓打扭矩，并且對軌道鋼梁加焊導(dǎo)向定位板以防止梁體偏離中心線方向的運動。

5）工藝建議在進(jìn)行梁體設(shè)計時，必須考慮誤差的消除，如：安裝間隙如果小于鋼梁體的制作公差，必須考慮消除誤差的措施或者裝置，以消除誤差造成的安裝問題。

6）由于軌道鋼梁的數(shù)量一般比較龐大，工藝要求提高工藝裝備的可靠性及自動化程度，能夠更有效地提高工作效率，如：采用自動化程度更高的埋弧焊代替氣保焊，專業(yè)的調(diào)平設(shè)備代替人工火焰調(diào)整梁體的平面度及扭曲等。

5 結(jié)語

公司某項目在前期制作過程中，因為未采取平臺、胎模等方式對產(chǎn)品進(jìn)行制作，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)一系列質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的周期及質(zhì)量，后續(xù)對梁體制作工藝進(jìn)行分析之后，由工藝部門進(jìn)行指導(dǎo)，極大改善了箱型鋼梁的制作質(zhì)量，成功制作出跨度長達(dá)15 m，整體平面度小于3 mm，整體扭曲度小于5 mm的箱型鋼梁，并且節(jié)約了制作周期，使產(chǎn)品最終按質(zhì)按量地發(fā)送至現(xiàn)場并順利安裝完成，使該項目高架游覽車順利運行并得到客戶好評。

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