懸掛式單軌可動芯道岔梁加工質(zhì)量控制方法

王偉，李永文，陳忠祥

中鐵寶橋集團有限公司 陜西寶雞 721006

1 序言

圖1所示武漢光谷生態(tài)大走廊旅游配套設施——空軌旅游線一期項目起于光谷四路的九峰山站，止于龍泉山站，功能定位為生態(tài)大走廊內(nèi)的旅游休閑線，兼顧交通功能，是我國首條長距離城市新制式空軌交通運營線。一期工程實施線路全長約10.5km，全線共設置6座車站，軌道梁全線為高架敷設，軌道梁由橋墩支撐懸掛于空中，列車懸掛運行于軌道梁下方，線路總共33組道岔，全部采用可動芯形式。

圖1 空軌旅游線項目

2 道岔梁加工難點

本工程采用可動芯道岔結(jié)構(gòu)（見圖2），類“人”字形，道岔底部為開襠結(jié)構(gòu)，道岔兩端分別為固定端和活動端，道岔兩端箱口與線路軌道梁進行對接[1，2]。除去附屬機構(gòu)，僅道岔梁外形尺寸可達22600mm×4570mm×1940mm，質(zhì)量超過50t。

圖2 可動芯道岔結(jié)構(gòu)

查閱文獻資料，本工程與青島四方中車懸掛式單軌試驗線[3]、中唐空鐵試驗線[4]及韓城懸掛式單軌一期工程[5]等國內(nèi)已實施工程對比，軌道梁及道岔梁內(nèi)部標準凈寬及凈高尺寸均有所增大，不排除后續(xù)設計繼續(xù)增大的可能。如何在道岔梁外形尺寸大、質(zhì)量大的客觀因素存在下，采用一種合理的工藝方案，對過程中易產(chǎn)生不利影響的因素進行控制，并且合理利用檢測方法，確保道岔梁加工后的成品質(zhì)量，滿足承載機構(gòu)安裝定位高精度的要求，是道岔梁加工的難點所在。

為了保證道岔梁的加工質(zhì)量滿足安裝使用需求，設計了一套懸掛式可動芯道岔梁加工過程的質(zhì)量控制方案，通過使用高精度測量儀器及設計配套工裝，對道岔梁進行合理裝夾及檢測，有效地提升了加工效率及加工質(zhì)量。

3 質(zhì)量影響因素分析及過程質(zhì)量控制方案

影響道岔梁成品質(zhì)量的因素很多，參考以往已實施工程，主要有以下幾點：①毛坯質(zhì)量。②劃線精度。③吊運方式。④加工誤差（找正誤差、刀具誤差等）。⑤檢測誤差。根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因，對道岔梁質(zhì)量按如下過程進行質(zhì)量控制：毛坯復檢→劃線→吊運→機械加工→檢測。

3.1 毛坯復檢

道岔梁結(jié)構(gòu)毛坯件的復檢是后續(xù)工序開展必不可少的環(huán)節(jié)，即使道岔梁結(jié)構(gòu)件毛坯焊接制造完成后檢測合格，由于制造后過程中應力釋放和吊裝倒運的影響，道岔梁結(jié)構(gòu)件毛坯的狀態(tài)也難免會發(fā)生改變，通過復檢可掌握道岔梁的狀態(tài)是否滿足后續(xù)劃線及機械加工的要求，包括整體制造是否滿足圖樣設計要求，加工余量是否滿足加工條件等。

復檢時，應模擬道岔梁實際使用安裝形式，僅在固定端及活動端兩端端頭支撐，且在兩端6點（固定端箱口踏面左右G1、G2點，直線活動端箱口踏面左右HZ1、HZ2點，曲線活動端箱口踏面左右HQ1、HQ2點）的水平高度差為2mm以內(nèi)的狀態(tài)下進行。模擬道岔梁使用狀態(tài)的一種固定形式——道岔梁銷軸支撐形式如圖3所示。

圖3 道岔梁銷軸支撐形式

根據(jù)道岔梁結(jié)構(gòu)特點，將道岔梁分為箱口、跨中段及標準段。箱口分為固定端箱口gd，直線活動端箱口hz，曲線活動端箱口hq；跨中段按等距劃分截面為kz1～kzi；標準段按等距劃分直線活動端為hz1～hzi、曲線活動端為hq1～hqi。復檢時，按照所劃截面進行檢測，檢測項點如圖4所示，檢測內(nèi)容主要包括轉(zhuǎn)轍距L、拱度F、梁長、導向輪及穩(wěn)定輪處梁寬b、對角線差|L1－L2|、槽口寬度b1、走形面高度差δ、腹板垂直度、腹板輪廓度和走形面輪廓度等。截面劃分越密集，測量后道岔梁的狀態(tài)表達越準確、清晰。

圖4 復檢檢測項點示意

由于道岔梁體積較大，所以復檢過程除用到一般的高度尺、卷尺等量具外，還可借助工程測量儀器如高精度水準儀和高精度全站儀進行輔助測量[6]。為保證測量結(jié)果的準確性，建議對檢測項點進行兩次及以上的測量，檢測數(shù)據(jù)取均值。

3.2 劃線

超大型結(jié)構(gòu)件加工前一般都有一道劃線工序。劃線是為加工時工件找正及作為加工粗基準用。劃線常見的工具一般有高度尺、卷尺和正矢盒等，而對于超大型鋼結(jié)構(gòu)件，由于工件體積過于龐大，劃線條件受限，因此需借助工程測量儀器如經(jīng)緯儀和水準儀等進行輔助劃線。

對于懸掛式單軌可動芯道岔梁而言，若利用龍門鏜銑床水平放置加工，則劃線應劃出水平腰線、橫基線、縱基線及可動芯軌回轉(zhuǎn)中心十字線等。劃線時，道岔梁應保持與復檢支撐狀態(tài)一致，采用兩端端頭支撐。

劃水平腰線時，由于道岔梁外形線型曲折、體積龐大，這里借助高精度水準儀和細刻度標尺配合劃線。水平腰線劃法如圖5所示，其中a，b，…，f為放樣測量點位。將水準儀放置于a點位調(diào)平，在固定端箱口處指定基準點，畫出箱口處水平腰線，保持標尺不動，挪動水準儀至b點位，調(diào)整水平后讀數(shù)，然后利用等差值法依次確定b點位其他3點，以此類推，直至水準儀挪至f點位，觀測與a點位的基準讀數(shù)是否一致，若偏差在±0.5mm以內(nèi)，則說明測量無誤，依次連接道岔梁上各點即構(gòu)成周圈水平腰線；若讀數(shù)偏差超出±0.5mm，則需重新測量劃線。

圖5 水平腰線劃法示意

縱、橫基線劃法如圖6所示。劃橫、縱基線時，采用等距參考法，利用電子經(jīng)緯儀和細刻度標尺畫出一條平行于固定端及直線活動端箱口中點連線的線，再等距偏移畫出實際的縱基線。橫基線與縱基線相互垂直，利用電子經(jīng)緯儀旋轉(zhuǎn)90°即可畫出橫基線的平行線，同理，再等距偏移畫出實際的橫基線。橫基線劃完后，采用尺規(guī)做垂線法檢查經(jīng)緯儀畫出的垂線是否垂直。最后，根據(jù)橫基線畫出可動芯軌回轉(zhuǎn)中心十字線，觀察加工余量情況。

圖6 縱、橫基線劃法示意

3.3 吊運

由于懸掛式可動芯道岔梁的底部特殊開襠結(jié)構(gòu)，以及直線、曲線活動端較大的轉(zhuǎn)轍距，道岔梁在起吊、倒運時受到橫向擠壓力，極易造成道岔梁變形，傳統(tǒng)的鋼絲繩或吊帶捆扎托底起吊方式在這里是不合理的，因此，為避免起吊變形，應在道岔梁兩端腹板正上方焊接起吊吊耳，尤其是活動端應設計專用吊具，保證其起吊時吊耳垂直受力。道岔梁起吊如圖7所示，吊運實況如圖8所示。

圖7 道岔梁起吊示意

圖8 道岔梁吊運實況

3.4 機械加工

機械加工之前需對道岔梁找正裝夾，使用兩端箱口底部支撐道岔梁，利用機床主軸上裝的找正鋼針，對道岔梁縱基線由固定端向活動端龍門能通過的最大行程處兩點進行找正。縱基線找正后，對水平腰線進行找正，由于道岔梁寬度較大，采用立式龍門鏜銑床加工，工作臺寬度3m，曲線活動端一部分懸垂于工作臺之外，所以通過高度尺及機床只能找正一部分，這時可借助水準儀和細刻度標尺，以直線活動端箱口為基準對曲線活動端箱口進行輔助找正（見圖9）。通過調(diào)整，最終將3個箱口腰線找平至1mm以內(nèi)。

圖9 水準儀輔助找正

懸掛式可動芯道岔梁在機械加工時，采用兩端箱口底部支撐，在梁體中間懸空的情況下，刀具切削時振顫較大，影響加工尺寸及加工表面粗糙度，應保證在道岔梁自然拱度及結(jié)構(gòu)不變的情況下，對其進行減振處理，即采用中間小平臺輔助支撐及可調(diào)式支撐工裝相結(jié)合方式，對加工局部的內(nèi)部及整體進行剛性補強。道岔梁裝夾如圖10所示。

圖10 道岔梁裝夾示意

道岔梁加工部位主要包括梁頂面及側(cè)面機構(gòu)安裝座板、可動芯軌回轉(zhuǎn)中心孔及孔端面。安裝座板銑面采用常規(guī)立銑頭及側(cè)銑頭盤刀銑削加工，而可動芯軌回轉(zhuǎn)中心孔及孔端面，上、下孔的精度及兩孔同軸度要求較高，并且兩孔端面距離1435mm，加工難度較大。為保證兩孔同軸度，采用兩孔一刀鏜削方式，設計制造專用鏜刀加工，有效保證孔及端面加工精度。可動芯軌回轉(zhuǎn)中心鏜孔及端面加工方案如圖11所示。

圖11 可動芯軌回轉(zhuǎn)中心鏜孔及端面加工方案

3.5 檢測

道岔梁成品檢測可能存在量具量程不足或者常規(guī)量具測量比較困難等情況。例如圖12a所示道岔梁上蓋板上焊接的安裝座板銑削后的上表面到水平腰線的距離，或者圖12b所示可動芯軌回轉(zhuǎn)孔處兩回轉(zhuǎn)座上端面距離等，可利用球棱鏡配合高精度全站儀測量兩點相對高度差的方法輔助檢測（見圖12）。為了保證測量結(jié)果的精確性，可通過合理范圍內(nèi)調(diào)整經(jīng)緯儀位置對測量點進行多次測量，對測量結(jié)果取均值。

圖12 高精度全站儀輔助檢測

4 結(jié)束語

針對超大型鋼結(jié)構(gòu)件形狀復雜、加工難度大及容易變形等問題，研究與總結(jié)出一種懸掛式可動芯道岔梁加工與檢測工藝方案，解決了此類道岔梁難加工、精度難以保證的問題，使道岔梁的成品質(zhì)量得到了有效提升。