火車滾裝船火車軌道系統設計與建造探討

商明星 黃順 黃麗敏 賴福民 陳經玉

摘? ? 要：本文對某火車滾裝船火車軌道系統主要組成部分及工作原理進行介紹，使大家對火車滾裝船的火車軌道系統有一個較清晰的認識，為火車軌道系統的設計、建造工藝、分段劃分及精度控制方案打下基礎，為后續類似船舶建造設計工作提供參考。

關鍵詞：火車滾裝船；火車軌道系統設計；建造安裝工藝

中圖分類號：U662.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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136節火車車廂，單節車廂長15.9 m、重量110 t；配置2臺4 800 kW小缸徑Eco-EGR低速機，帶有艏側推和可調螺距螺旋槳，具有強大的機動能力，適合在狹小的水域航行；全船布置有9副道岔，能夠有效避開風機室及煙囪的影響，充分利用甲板面積，裝載量大，是國內建造的首艘具備軌道系統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小時內完成全部火車的裝卸工作；船上布置有火車軌道系統、火車頂撐系統以及火車綁扎固定系統等，這些系統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，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，先根據運輸船的長度進行解編，拆分成若干車節，在港口的鐵軌與運輸船的鐵軌連通后，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、組合等幾個步驟。

火車在碼頭預先根據船舶單組火車軌道長度事先分組好，根據不同的軌道長度以及車重對火車進行編組，然后根據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，應先裝載上甲板區域的火車，然后再裝置主甲板區域的火車，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輸船，是整個運輸的關鍵步驟，也是其核心過程。火車如何穩定安全通過跳板行駛到船上，要考慮火車上船時吃水的變化、潮位以及外力風流洋流影響等。本船跳板分為主甲板和上甲板兩層，碼頭兩個定位舷材為凹形結構，船體尾部為半圓形凸出結構，船舶右舷緊靠碼頭，三個支點固定船舶。同時，右舷設計大拉力系泊絞車，防止船舶受風浪移動，達到固定目的，此外還設計相應綁扎工裝，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，船舶連同火車駛向對面的港口，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輸安全保障的核心所在，畢竟海上風大浪大、環境復雜、不可預見因素大，必需設計綁扎固定的安全系統，保證火車在海上運輸安全，同時操作應簡易可靠，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的布置也提出了很高的要求，除了要確保強度，還要適應不同長度的火車布置要求。經過不斷優化和總結，本船創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。這種方式適應不同火車停放位置綁扎的要求，固定方式結構簡單、制作方便，能有效起到火車固定作用。

火車綁扎和傳統的汽車綁扎區別很大，主要是因為火車外形尺寸及重量較大。另外火車車輪和車廂之間有高強度彈簧，當船舶晃動幅度較大時，彈簧會發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，使火車和船體結構相對靜止固定，確保綁扎安全，然后通過螺旋扣使兩者相連。火車綁扎固定件節點圖，如圖3所示；實船綁扎固定相片，如圖4所示。為方便布置千斤頂，甲板上還要設計復板，提高結構局部強度，同時防止和甲板面直接摩擦，提高使用壽命。

4? ? 火車軌道系統

火車軌道是一個龐大的系統性工程，軌道鋪設在船體結構之上，能夠引導火車在船舶上運行，同時承受貨物本身重量以及船舶在風浪作用下產生的外力，其每個組成部分必須穩定可靠，保證火車在上下船以及航行過程中的安全。

火車軌道系統，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的主要組成部件，它承受著多變的不同方向的靜荷載和動荷載，載荷通過鋼軌傳遞到船體結構上面，其作用是直接承受車輪傳遞的列車及其載荷的重量，并且引導列車在運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、耐磨等優點。

（2）壓軌器

壓軌器是軌道上用來連接火車軌道和船體結構的零件，俗稱軌道夾子。其作用是將鋼軌固定在船體結構上，將鋼軌和船體連成一個整體，使兩個軌道保持固定，保證火車軌距和阻止軌道相對于船體結構產生位移，防止脫軌，保證火車在船體結構上順利運行，阻止鋼軌的縱向移動防止鋼軌傾覆。壓軌器如圖5所示。

壓軌器能承受火車車輪傳來的側向力，軌道壓板緊固在船體結構上，不會松動，對稱設置在火車軌道兩側面，在斷面上形成楔形結構，和軌道邊緣相適應，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構的墊板上面，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性，提高了列車通過時的平順性。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入另一組軌道的線路連接設備，通常設計在軌道的交叉處。道岔能夠方便線路布置，節約空間，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：它由轉轍器、轍叉及護軌、連接部分三個單元組成。當火車要從一組軌道轉入另外一組軌道時，操縱轉轍器使尖軌移動位置，這樣就通向另外一組軌道，關閉了原來的軌道，火車進入連接部分過渡到另外一個軌道。

由于道岔具有結構復雜、施工定位要求高、行車安全性低、保養維護投入大等特點，其安裝工程是火車軌道安裝的重難點及控制性工程，也是火車定位安裝的基準作業工程，定位好道岔之后，才能夠進行其它軌道的鋪設工作。

5? ? ?建造安裝精度控制

為了保證火車軌道系統的可靠性、穩定性、安全性，建造團隊自分段劃分開始直至后續總組以及船臺搭載，優先保證軌道安裝工作的順利進行。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，參建團隊從分段制作就開始進行嚴格的精度管控，安排專人進行精度監控、檢測，保證軌道安裝精度在水平面±2 mm之內，軌距、單軌垂直度等都嚴格按照規格要求執行，不放過每一個細節，最后在大家堅持不懈的努力下，完成整個火車軌道系統的安裝工作（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鍵技術，研發并申請了多項專利技術，其載重能力和裝卸效率等各項指標均達到國際領先水平，獲得了船東以及業界的好評，入選英國皇家造船師學會2021年度杰出船型錄《SIGNIFICANT SHIPS OF 2021》。

6? ? ?結束語

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

參考文獻

[1]佟立本.鐵道概論（第七版）[M].北京：中國鐵道出版社，2016.