起重机械发表期刊论文_起重机轨道安装技术及工艺要求
起重机轨道安装技术及工艺要求
汤明泉 李国平
摘要：起重机轨道是起重机设备行走和受力的直接基础，其精度和安装质量影响起重机的安全运行。本文介绍了起重机轨道的常见的安装形式，分析了他们的优缺点，提出了安装铺设过程中的工艺技术要点，可供设计和施工时参考。
关键词：起重机轨道、轨道安装形式、轨道接头、轨道伸缩接头、找平层。
概述
在工程中，起重机轨道安装是机械设备和土建工程之间的一个工程领域。轨道的安装往往由土建承包人实施，而起重机设备由有起重机安装资质的单位安装，两者常常脱节。在工程建设中制作、安装轨道梁与起重机轨道安装往往由两个专业（土建和机电安装）完成，两个专业之间也存在脱节。因此，起重机轨道安装质量难以得到确保。起重机轨道安装质量的好坏直接影响到起重机能否安全、长期的运行。
起重机轨道
起重机轨道一般有轨道、道钉、压板、垫板、螺栓等组成。起重机轨道常见的有三种形式，方轨、P型轨道、U型轨道。方形轨道可以看作为平定轨道，钢厂提供的主要材料一般为Q275，因其强度和硬度不是很高，不耐磨，所以一般只用于起重量小、跨度小、运行速度慢、工作不频繁的起重机。P型轨道的顶部为凸状，底部是具有一定宽度的平板，增加了与基础的接触面积。轨道截面类似呈工字形，具有良好的抗弯、抗压性能。重量等级9-30kG的P型轨道通常称之为轻轨（GB/T 11264-1989），通常热轧供货，材料一般为中碳钢和中碳合金钢。重量等级38~50kG的P型轨道通常称为重轨(GB/T183~181-1963)，热轧供货，材料一般为U71、U74、U71Cu（U71Mn、U70MnSi、U71MnSiCu）这样的高碳钢和高碳合金钢。U型钢轨（YB/T 5055-1993）又称为起重机轨道，其截面也是类似工字型，为了能适应更大的轮压，其轨头、腹板、下翼缘均进一步加粗、加厚。其材料通常为U71Mn。
起重机钢轨的长度规格为9m、9.5m、10m、10.5m、11m、11.5m、12m、12.5m。重轨长度规格有12.5m、25m两种规格。轻轨的长度规格通常为5~12m。
轨道的安装方式
轨道梁通常有钢结构梁和混凝土梁两种。对于钢梁上轨道安装本文不作赘述。混凝土梁上的轨道安装，需要将螺栓植入混凝土，为了保证植入螺栓的精度，通常要求在混凝土梁上留螺栓的预埋孔。工程中也有在浇筑或预制混凝土轨道梁的时候直接将螺栓直接植入的。
植入的螺栓常见的形式有T形螺栓、U型螺栓。钢轨的固定方式有压板固定、钩形螺杆固定、焊接和螺栓联合固定等。为了进行轨道水平轴线的调整，轨道的固定压板上的螺栓固定孔通常做成腰形孔；轨道垂直轴线的调整通过轨下加垫的钢板、找平层来调整。轨道压板在选型、设计时，要具有足够的刚度，受力比较小的压板通常为单孔的即可，受力比较大通常都设计成双孔。近年来，工程有采用复合压板来固定钢轨的，这种复合压板由压板座和压板组成。压板座通过螺栓或焊接固定在轨道下所垫的钢板上，压板通过螺栓与压板座固定锁压住钢轨。
预埋螺栓和找平层
4.1预埋螺栓和找平层都是基于轨道梁的，为了保证螺栓和找平层的精度，轨道安装槽口须采用二期混凝土成形，如果混凝土轨道梁随建筑物有变位、变形的应该在稳定后再进行螺栓的植埋和找平层的施工。
4.2轨道上受力通过压板传递给螺栓，巨大的轮压通过轨道、垫钢板传递给找平层。预埋螺栓和找平层的位置精度直接影响轨道轴线精度，找平层的质量好坏直接影响轨道使用寿命和安全。
4.3直接预埋螺栓的位置偏差应小于5mm，螺栓露头高程偏差+-3mm，螺栓歪斜角度宜不大于+-1度。如果采用预留孔预埋螺栓，预留孔直径不宜不小于螺栓直径的2.5倍。
4.4找平层必须满足以下要求：
1、一般采用细石混凝土或高强砂浆，厚度50~100mm，局部最小厚度不小于50mm。抗压强度应高于混凝土轨道梁的强度。
2、根据轨道梁槽口地面的实测高程，确定一个合适的标高控制高程。在轨道梁上每间隔2~3m设置翼个标高基准点。
3、用仪器测量，调整好基准点的标高，定出找平层的标高基准线，清理槽口内的杂物和灰尘，保证槽口底面毛糙，洒水湿润后施工找平层。
4、400mm宽度范围内顶面水平度<5mm，任意6.0m长度内顶面标高差+-3mm；全长方向顶面高差+-5mm。
5、找平层混凝土采用机械搅拌，施工时应加强养护，强度达到75%以上才可以进行轨道的安装工作。找平层强度达到100%时才可以安装起重机设备。
6、混凝土找平层不得有石子外露和凹陷，找平层必须一次成型，不允许采用表面另铺水泥砂浆的方法找平。
7、为了保证找平层强度，不出现裂纹，应在找平层内放置钢丝网片。
起重机轨道接头
轨道接头有冷连接和焊接两种连接方式，冷连接指通过机械加工的方法，采用夹板、螺栓将两根轨道连接起来。由于轨道钢材都是高碳钢，焊接前应做焊接工艺评定，焊接时还有注意以下几点：
焊前准备
起重机轨道接头焊接前，应仔细清理坡口及附近的油、锈等污物，直到露出金属光泽，焊材依据等强度原则，匹配低氢碱性焊条，焊条需复检合格，焊前350~400摄氏度烘干1小时。
轨道焊接变形的控制
钢轨端头预先垫起的高度，依钢轨的品种、长度和固定情况以及环境温度等因素而定。先用紫铜片+钢板将轨道接头出垫起约30~40mm，将轨道固定住（可以利用已经预埋好的螺栓，压板将轨道固定，每侧至少固定4个点，长度建议至少2米。施焊轨道截面下部，截面下部焊接完成后将垫高降低20mm左右，重新固定牢靠两轨道，焊接腰部截面。腰部焊接完成后，拆除垫板并松开压板，此时轨道头处应还有很小的翘值，仍略呈倒V型。施焊过程中轨道轴线水平方向一直应固定约束住，防止水平方向变形和接头处歪扭错开。在施焊前固定钢轨接头时，2根钢轨端头之间所留间隙是上宽下窄，轨道底部的间隙不宜小于12mm，过小影响运条，也不宜过宽，过宽增加了焊接量。一般控制在15~18mm的范围内。
焊接顺序
焊接顺序应由下而上，先轨道底后轨腰，逐层逐道进行堆焊，最后修补周围。两根轨道端头各50mm范围内同时进行预热，预热及层间温度控制在300~350度。第一层焊接（打底）：电流120A~130A，以防止永久性碳钢垫板烧穿而将紫铜垫板溶化，从而减小剔除紫铜垫板的难度，缩短轨道的空冷时间，以利于保持层间温度，防止淬火；以后每层可以使用130~140A的电流分层施焊，每层焊完后必须将焊渣清除干净后才可以继续焊接。最后对为焊接饱满的外围部分进行补焊。
轨道焊接过程应注意的其他事项
在施焊每层焊波时，应使用1根焊条焊完一层，避免中间断弧换焊条。上下两层的的焊波方向应相反；没个轨道接头的焊接工作应连续，确保使轨道母材保持在较高的温度下焊接（300~350摄氏度）。焊接过程中应避开潮湿的空气和雨淋时间段。
消除应力热处理
钢轨接头焊接完成后的消除应力热处理是提高焊接质量的重要措施，对于在比较低的温度下的焊接施工，必须采取这项措施。
消除应力热处理温度620~650摄氏度。加热范围为焊缝及焊缝两侧50mm的轨道部分。加热提温宜均匀，温度达到后，保持温度20~30分钟，缓慢冷却至环境温度。
加热方法：火焰加热，高敏线圈等
轨道接头的磨平处理
轨道焊接并热处理消除应力后，用砂轮，锉刀、砂纸打磨平整、光滑。
轨道伸缩接头处理
轨道伸缩处理通常有两种：一种采用夹板或鱼尾板。另一种采用轨道头加工成阶梯性，夹板上边也加工成轨道头形状（国家建筑标准图集的做法）。
对于轻型轨道采用平接接头是完全可以的。采用这种接头形式要求轨道断面平整，间隙控制在3~5mm。重型轨道不宜采用平接接头，因为重载滚轮会将轨头压溃变形，形成弧形凹坑，每只滚轮经过此处都会产生冲击荷载，轻则有响声，重则破坏找平层和轨道梁体，使轨道的固定系统失效，影响起重机的安全运行。采用45°斜接可以改善这种不利情况。较为完善的接头形式是第二种伸缩连接方式。不过第二种连接方式，机械加工量较大，成本也较高。
参考文献：
1、《水电站机电设计手册》金属结构（二） 水利电力出版社 第十九章；
2、《GB/T10183-2005 桥式和门式起重机制造及轨道安装公差》；
3、《国家建筑设计标准图集》05G25 SGL-5、-7；
4、《机械设计手册》四版第一册；
5、《铁路轨道设计规范》；
6、《起重机设计规范》GB/T 3811-2008。
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