悬挂式单轨可动芯道岔梁加工质量控制方法

王伟，李永文，陈忠祥

中铁宝桥集团有限公司 陕西宝鸡 721006

1 序言

图1所示武汉光谷生态大走廊旅游配套设施——空轨旅游线一期项目起于光谷四路的九峰山站，止于龙泉山站，功能定位为生态大走廊内的旅游休闲线，兼顾交通功能，是我国首条长距离城市新制式空轨交通运营线。一期工程实施线路全长约10.5km，全线共设置6座车站，轨道梁全线为高架敷设，轨道梁由桥墩支撑悬挂于空中，列车悬挂运行于轨道梁下方，线路总共33组道岔，全部采用可动芯形式。

图1 空轨旅游线项目

2 道岔梁加工难点

本工程采用可动芯道岔结构（见图2），类“人”字形，道岔底部为开裆结构，道岔两端分别为固定端和活动端，道岔两端箱口与线路轨道梁进行对接[1，2]。除去附属机构，仅道岔梁外形尺寸可达22600mm×4570mm×1940mm，质量超过50t。

图2 可动芯道岔结构

查阅文献资料，本工程与青岛四方中车悬挂式单轨试验线[3]、中唐空铁试验线[4]及韩城悬挂式单轨一期工程[5]等国内已实施工程对比，轨道梁及道岔梁内部标准净宽及净高尺寸均有所增大，不排除后续设计继续增大的可能。如何在道岔梁外形尺寸大、质量大的客观因素存在下，采用一种合理的工艺方案，对过程中易产生不利影响的因素进行控制，并且合理利用检测方法，确保道岔梁加工后的成品质量，满足承载机构安装定位高精度的要求，是道岔梁加工的难点所在。

为了保证道岔梁的加工质量满足安装使用需求，设计了一套悬挂式可动芯道岔梁加工过程的质量控制方案，通过使用高精度测量仪器及设计配套工装，对道岔梁进行合理装夹及检测，有效地提升了加工效率及加工质量。

3 质量影响因素分析及过程质量控制方案

影响道岔梁成品质量的因素很多，参考以往已实施工程，主要有以下几点：①毛坯质量。②划线精度。③吊运方式。④加工误差（找正误差、刀具误差等）。⑤检测误差。根据误差产生的原因，对道岔梁质量按如下过程进行质量控制：毛坯复检→划线→吊运→机械加工→检测。

3.1 毛坯复检

道岔梁结构毛坯件的复检是后续工序开展必不可少的环节，即使道岔梁结构件毛坯焊接制造完成后检测合格，由于制造后过程中应力释放和吊装倒运的影响，道岔梁结构件毛坯的状态也难免会发生改变，通过复检可掌握道岔梁的状态是否满足后续划线及机械加工的要求，包括整体制造是否满足图样设计要求，加工余量是否满足加工条件等。

复检时，应模拟道岔梁实际使用安装形式，仅在固定端及活动端两端端头支撑，且在两端6点（固定端箱口踏面左右G1、G2点，直线活动端箱口踏面左右HZ1、HZ2点，曲线活动端箱口踏面左右HQ1、HQ2点）的水平高度差为2mm以内的状态下进行。模拟道岔梁使用状态的一种固定形式——道岔梁销轴支撑形式如图3所示。

图3 道岔梁销轴支撑形式

根据道岔梁结构特点，将道岔梁分为箱口、跨中段及标准段。箱口分为固定端箱口gd，直线活动端箱口hz，曲线活动端箱口hq；跨中段按等距划分截面为kz1～kzi；标准段按等距划分直线活动端为hz1～hzi、曲线活动端为hq1～hqi。复检时，按照所划截面进行检测，检测项点如图4所示，检测内容主要包括转辙距L、拱度F、梁长、导向轮及稳定轮处梁宽b、对角线差|L1－L2|、槽口宽度b1、走形面高度差δ、腹板垂直度、腹板轮廓度和走形面轮廓度等。截面划分越密集，测量后道岔梁的状态表达越准确、清晰。

图4 复检检测项点示意

由于道岔梁体积较大，所以复检过程除用到一般的高度尺、卷尺等量具外，还可借助工程测量仪器如高精度水准仪和高精度全站仪进行辅助测量[6]。为保证测量结果的准确性，建议对检测项点进行两次及以上的测量，检测数据取均值。

3.2 划线

超大型结构件加工前一般都有一道划线工序。划线是为加工时工件找正及作为加工粗基准用。划线常见的工具一般有高度尺、卷尺和正矢盒等，而对于超大型钢结构件，由于工件体积过于庞大，划线条件受限，因此需借助工程测量仪器如经纬仪和水准仪等进行辅助划线。

对于悬挂式单轨可动芯道岔梁而言，若利用龙门镗铣床水平放置加工，则划线应划出水平腰线、横基线、纵基线及可动芯轨回转中心十字线等。划线时，道岔梁应保持与复检支撑状态一致，采用两端端头支撑。

划水平腰线时，由于道岔梁外形线型曲折、体积庞大，这里借助高精度水准仪和细刻度标尺配合划线。水平腰线划法如图5所示，其中a，b，…，f为放样测量点位。将水准仪放置于a点位调平，在固定端箱口处指定基准点，画出箱口处水平腰线，保持标尺不动，挪动水准仪至b点位，调整水平后读数，然后利用等差值法依次确定b点位其他3点，以此类推，直至水准仪挪至f点位，观测与a点位的基准读数是否一致，若偏差在±0.5mm以内，则说明测量无误，依次连接道岔梁上各点即构成周圈水平腰线；若读数偏差超出±0.5mm，则需重新测量划线。

图5 水平腰线划法示意

纵、横基线划法如图6所示。划横、纵基线时，采用等距参考法，利用电子经纬仪和细刻度标尺画出一条平行于固定端及直线活动端箱口中点连线的线，再等距偏移画出实际的纵基线。横基线与纵基线相互垂直，利用电子经纬仪旋转90°即可画出横基线的平行线，同理，再等距偏移画出实际的横基线。横基线划完后，采用尺规做垂线法检查经纬仪画出的垂线是否垂直。最后，根据横基线画出可动芯轨回转中心十字线，观察加工余量情况。

图6 纵、横基线划法示意

3.3 吊运

由于悬挂式可动芯道岔梁的底部特殊开裆结构，以及直线、曲线活动端较大的转辙距，道岔梁在起吊、倒运时受到横向挤压力，极易造成道岔梁变形，传统的钢丝绳或吊带捆扎托底起吊方式在这里是不合理的，因此，为避免起吊变形，应在道岔梁两端腹板正上方焊接起吊吊耳，尤其是活动端应设计专用吊具，保证其起吊时吊耳垂直受力。道岔梁起吊如图7所示，吊运实况如图8所示。

图7 道岔梁起吊示意

图8 道岔梁吊运实况

3.4 机械加工

机械加工之前需对道岔梁找正装夹，使用两端箱口底部支撑道岔梁，利用机床主轴上装的找正钢针，对道岔梁纵基线由固定端向活动端龙门能通过的最大行程处两点进行找正。纵基线找正后，对水平腰线进行找正，由于道岔梁宽度较大，采用立式龙门镗铣床加工，工作台宽度3m，曲线活动端一部分悬垂于工作台之外，所以通过高度尺及机床只能找正一部分，这时可借助水准仪和细刻度标尺，以直线活动端箱口为基准对曲线活动端箱口进行辅助找正（见图9）。通过调整，最终将3个箱口腰线找平至1mm以内。

图9 水准仪辅助找正

悬挂式可动芯道岔梁在机械加工时，采用两端箱口底部支撑，在梁体中间悬空的情况下，刀具切削时振颤较大，影响加工尺寸及加工表面粗糙度，应保证在道岔梁自然拱度及结构不变的情况下，对其进行减振处理，即采用中间小平台辅助支撑及可调式支撑工装相结合方式，对加工局部的内部及整体进行刚性补强。道岔梁装夹如图10所示。

图10 道岔梁装夹示意

道岔梁加工部位主要包括梁顶面及侧面机构安装座板、可动芯轨回转中心孔及孔端面。安装座板铣面采用常规立铣头及侧铣头盘刀铣削加工，而可动芯轨回转中心孔及孔端面，上、下孔的精度及两孔同轴度要求较高，并且两孔端面距离1435mm，加工难度较大。为保证两孔同轴度，采用两孔一刀镗削方式，设计制造专用镗刀加工，有效保证孔及端面加工精度。可动芯轨回转中心镗孔及端面加工方案如图11所示。

图11 可动芯轨回转中心镗孔及端面加工方案

3.5 检测

道岔梁成品检测可能存在量具量程不足或者常规量具测量比较困难等情况。例如图12a所示道岔梁上盖板上焊接的安装座板铣削后的上表面到水平腰线的距离，或者图12b所示可动芯轨回转孔处两回转座上端面距离等，可利用球棱镜配合高精度全站仪测量两点相对高度差的方法辅助检测（见图12）。为了保证测量结果的精确性，可通过合理范围内调整经纬仪位置对测量点进行多次测量，对测量结果取均值。

图12 高精度全站仪辅助检测

4 结束语

针对超大型钢结构件形状复杂、加工难度大及容易变形等问题，研究与总结出一种悬挂式可动芯道岔梁加工与检测工艺方案，解决了此类道岔梁难加工、精度难以保证的问题，使道岔梁的成品质量得到了有效提升。