火车滚装船火车轨道系统设计与建造探讨

商明星 黄顺 黄丽敏 赖福民 陈经玉

摘    要：本文对某火车滚装船火车轨道系统主要组成部分及工作原理进行介绍，使大家对火车滚装船的火车轨道系统有一个较清晰的认识，为火车轨道系统的设计、建造工艺、分段划分及精度控制方案打下基础，为后续类似船舶建造设计工作提供参考。

关键词：火车滚装船；火车轨道系统设计；建造安装工艺

中图分类号：U662.2                                文献标识码：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

火车滚装船是高附加值、高技术含量的船舶。我司承建的某火车滚装船是美国与墨西哥港口之间特定航线的定制船，总长180 m、主甲板型深10 m、上甲板型深16.2 m、型宽38.6 m、载重量20 710 t；主甲板和上甲板均装载火车，两层甲板上火车轨道总长2500 m；可一次性载运136节火车车厢，单节车厢长15.9 m、重量110 t；配置2台4 800 kW小缸径Eco-EGR低速机，带有艏侧推和可调螺距螺旋桨，具有强大的机动能力，适合在狭小的水域航行；全船布置有9副道岔，能够有效避开风机室及烟囱的影响，充分利用甲板面积，装载量大，是国内建造的首艘具备轨道系统变轨装卸功能的火车滚装船；火车装卸采用全下再全上的方法，能够在2小时内完成全部火车的装卸工作；船上布置有火车轨道系统、火车顶撑系统以及火车绑扎固定系统等，这些系统共同保证火车上下船舶及航行过程中的安全。

本船火车轨道系统，主要包括钢轨、压轨器、鱼尾板和道岔四大主要部分。

2    火车滚装船工作原理

火车渡海前需要行驶到专门的港口，先根据运输船的长度进行解编，拆分成若干车节，在港口的铁轨与运输船的铁轨连通后，通过尾部跳板火车牵引上船；上船之后火车需要绑扎固定到位，到达对岸后再沿轨道下船并组合。简单来说，火车滚装就是拆分、上船、绑扎、下船、组合等几个步骤。

火车在码头预先根据船舶单组火车轨道长度事先分组好，根据不同的轨道长度以及车重对火车进行编组，然后根据装载顺序依次将火车牵引到船上。考虑到两层码头跳板的相互影响，应先装载上甲板区域的火车，然后再装置主甲板区域的火车，典型装载布置图如图1所示。

火车从码头通过跳板过渡到运输船，是整个运输的关键步骤，也是其核心过程。火车如何稳定安全通过跳板行驶到船上，要考虑火车上船时吃水的变化、潮位以及外力风流洋流影响等。本船跳板分为主甲板和上甲板两层，码头两个定位舷材为凹形结构，船体尾部为半圆形凸出结构，船舶右舷紧靠码头，三个支点固定船舶。同时，右舷设计大拉力系泊绞车，防止船舶受风浪移动，达到固定目的，此外还设计相应绑扎工装，便于船舶和跳板之间相互固定，以利于火车上下。上下跳板形式，如图2所示。

火车绑扎固定到位后，船舶连同火车驶向对面的港口，火车下船的方式和上船方式刚刚好相反。下到码头之后，在将原来断开编组的火车按照原来顺序连成一个整体驶向最终目的地。

3    火车绑扎固定

火车在船舶上的固定是海上运输安全保障的核心所在，畢竟海上风大浪大、环境复杂、不可预见因素大，必需设计绑扎固定的安全系统，保证火车在海上运输安全，同时操作应简易可靠，工作效率高。

本船各空间位置必须符合车厢外形尺寸要求，因此对火车绑扎固定眼环的布置也提出了很高的要求，除了要确保强度，还要适应不同长度的火车布置要求。经过不断优化和总结，本船创新性的使用绑扎条的形式，其由扁钢和圆钢制成，扁钢开绑扎孔，绑扎杆从开孔中穿过并与火车车厢固定。这种方式适应不同火车停放位置绑扎的要求，固定方式结构简单、制作方便，能有效起到火车固定作用。

火车绑扎和传统的汽车绑扎区别很大，主要是因为火车外形尺寸及重量较大。另外火车车轮和车厢之间有高强度弹簧，当船舶晃动幅度较大时，弹簧会发生相对位移和反弹作用，影响绑扎安全。因此火车在绑扎之前要使用千斤顶将火车顶住，使火车和船体结构相对静止固定，确保绑扎安全，然后通过螺旋扣使两者相连。火车绑扎固定件节点图，如图3所示；实船绑扎固定相片，如图4所示。为方便布置千斤顶，甲板上还要设计复板，提高结构局部强度，同时防止和甲板面直接摩擦，提高使用寿命。

4    火车轨道系统

火车轨道是一个庞大的系统性工程，轨道铺设在船体结构之上，能够引导火车在船舶上运行，同时承受货物本身重量以及船舶在风浪作用下产生的外力，其每个组成部分必须稳定可靠，保证火车在上下船以及航行过程中的安全。

火车轨道系统，主要由钢轨、压轨器、鱼尾板和道岔四大部分组成：

（1）钢轨

钢轨是火车轨道系统的主要组成部件，它承受着多变的不同方向的静荷载和动荷载，载荷通过钢轨传递到船体结构上面，其作用是直接承受车轮传递的列车及其载荷的重量，并且引导列车在运行方向承受车轮的巨大压力。钢轨的截面为工字形，和火车车轮相互匹配，具有受力好、省材料、抗弯性能好、耐磨等优点。

（2）压轨器

压轨器是轨道上用来连接火车轨道和船体结构的零件，俗称轨道夹子。其作用是将钢轨固定在船体结构上，将钢轨和船体连成一个整体，使两个轨道保持固定，保证火车轨距和阻止轨道相对于船体结构产生位移，防止脱轨，保证火车在船体结构上顺利运行，阻止钢轨的纵向移动防止钢轨倾覆。压轨器如图5所示。

压轨器能承受火车车轮传来的侧向力，轨道压板紧固在船体结构上，不会松动，对称设置在火车轨道两侧面，在断面上形成楔形结构，和轨道边缘相适应，从而限制了轨道左右位移，能有效地阻止火车轨道位移。本船压轨器直接焊接到船体结构的垫板上面，钢轨置于钢垫板上将钢轨连接成一体，这样简化了施工过程，提高了施工工效。

（3）鱼尾板

鱼尾板俗称钢轨夹板，用于轨道与轨道之间的连接固定。鱼尾板的使用比钢轨对接焊技术要省事省工，安装简单快捷，鱼尾板与鱼尾螺栓配套使用，快速固定火车轨道，同时轨道之间的间隙还可以起到热胀冷缩的作用。鱼尾板中部设有螺孔，通过螺栓固定可减少车轮对钢轨接头的冲击，增加了接头处钢轨纵向变形的连续性，提高了列车通过时的平顺性。鱼尾板通常有4孔和6孔两种形式，4孔受力小主要用于平直轨道部分，6孔受力大主要用于弯曲轨道部分。

（4）道岔

道岔是一种使火车车辆从一组轨道转入另一组轨道的线路连接设备，通常设计在轨道的交叉处。道岔能够方便线路布置，节约空间，便于火车从轨道交叉处通过，在有限甲板面积上布置更多火车轨道。

道岔主要有单开道岔、对称道岔、三开道岔、交叉渡线和复式交分道岔五种。最常见的是普通单开道岔，如图6所示：它由转辙器、辙叉及护轨、连接部分三个单元组成。当火车要从一组轨道转入另外一组轨道时，操纵转辙器使尖轨移动位置，这样就通向另外一组轨道，关闭了原来的轨道，火车进入连接部分过渡到另外一个轨道。

由于道岔具有结构复杂、施工定位要求高、行车安全性低、保养维护投入大等特点，其安装工程是火车轨道安装的重难点及控制性工程，也是火车定位安装的基准作业工程，定位好道岔之后，才能够进行其它轨道的铺设工作。

5     建造安装精度控制

为了保证火车轨道系统的可靠性、稳定性、安全性，建造团队自分段划分开始直至后续总组以及船台搭载，优先保证轨道安装工作的顺利进行。全船轨道长2 500 m、垫板9 023块、千斤顶垫板4 906 m、绑扎条3406 m，参建团队从分段制作就开始进行严格的精度管控，安排专人进行精度监控、检测，保证轨道安装精度在水平面±2 mm之内，轨距、单轨垂直度等都严格按照规格要求执行，不放过每一个细节，最后在大家坚持不懈的努力下，完成整个火车轨道系统的安装工作（如图7所示），最终于2021年成功交付船东。

本次美—墨航线火车滚装船突破了一系列关键技术，研发并申请了多项专利技术，其载重能力和装卸效率等各项指标均达到国际领先水平，获得了船东以及业界的好评，入选英国皇家造船师学会2021年度杰出船型录《SIGNIFICANT SHIPS OF 2021》。

6     結束语

本文介绍了某火车滚装船火车轨道系统主要组成部分及工作原理，以及轨道系统的设计、建造工艺、精度控制等关键技术，并获得了多项专利技术。本船在总体设计、船舶靠泊固定、轨道设计及安装、火车绑扎固定等方面填补了国内空白，对于我国今后火车滚装船设计及建造具有借鉴参考作用，也积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]佟立本.铁道概论（第七版）[M].北京：中国铁道出版社，2016.