高速铁路长轨生产系统内涵与做法

国内既有焊轨车间的生产工艺流程及生产线的工位布局还是按照焊接25m定尺钢轨设计的，除焊轨成套设备为进口设备外，国产设备都很简陋，钢轨的在线检测方法落后，采用直尺手工测量，测量精度不高且不能量化，焊接接头平顺度修复和最终的焊缝探伤等也都是手工操作，因此只能适用低等级线路的钢轨焊接，无法适应我国新建客运专线的作业方式和作业要求。

此前，国内新线铺轨采用传统兴建临时焊轨场的方式，虽有按照百米定尺钢轨焊接流程设计，但由于其临时性的特点，焊轨生产流程中各关键工位的设施设置标准较低。同时，临时焊轨场需新征土地及新建临时设施，工作效率受铺轨能力限制，焊轨成本较高。受条件限制，各临时焊轨基地500m长钢轨的接头焊接质量难以达到原铁道部的标准。为此，原铁道部在全路范围内统一部署修建11处500m焊轨基地。

高速铁路长轨生产系统技术研发涵盖理论方法研究、保障设施建设、关键技术攻关及核心装备研发等，是一项工艺复杂、技术含量高、投资规模大、可靠性要求高、涉及参与方多的综合性系统工程。项目在充分借鉴国内外项目管理理论、项目管理知识体系的基础上，紧紧抓住技术创新和管理创新两条主线，以打造核心竞争力为中心，以改革和创新为动力，探索有效发展路径，如图1-53所示。

图1-53　高速铁路长轨生产系统技术研发创新管理体系图

中铁第四勘察设计院集团有限公司承担了武汉、上海、南昌等铁路局新建焊轨基地的设计任务，并迅速成立了设计组。在基地建设期间，设计人员深入现场，主动热情为建设单位、施工单位提供设计售后服务，承担起配合施工任务。在路局建设指挥部领导下，在努力提高设计质量、保证设计功能的同时，严格控制工程投资，将优化设计始终贯穿于配合施工现场。

（1）合理确定主要技术标准，适应钢轨需求增长

根据铁路建设的快速发展，结合全路快速客运网、城际客运铁路及既有线铁路提速改造的用轨需求以及国内大型钢轨生产企业的布局，对焊轨基地的主要技术标准的选择进行了深入论证。通过对区域总体产能和建设需求的适应性分析以及区域内各焊轨基地能力调剂的可能性，确定了焊轨基地的生产能力，同时根据焊轨基地所处地理位置的具体条件对百米定尺长轨生产的堆存能力进行了了解，合理确定了新建焊轨基地的钢轨存储规模。

（2）坚持系统设计理念，建设高标准、一流的焊轨基地

1）焊轨生产线上的工位布局主要有一字型布局（串列式）、U型布局（并列式）和由一字型派生的L型方案。根据原铁道部对焊轨基地的工艺布置要求，各生产线不采用强制冷却方式，在分析了各种布局形式的特点后，总结出U型工艺布局具有钢轨输送线总长较短；占地节省；钢轨经过充分冷却后再进行调直和精磨，成品轨质量最好等优点，故在设计中比选后选择了U型工艺布局方案。

针对焊轨基地U型工艺布局进行了百米定尺长轨焊轨工序布置，对工位间距、生产线长度、半成品区钢轨时效处理工艺、成品长轨存储能力总体设计方案进行了研究，同时对各关键工位设备工艺布置方案、各工位车间屋面桁架结构设计方案、建筑结构外立面设计方案、通风采光设计、各专业管线综合布置方案、500m长钢轨群吊组合方案、百米定尺长轨门吊组合方案、百米定尺长轨群吊组合方案、钢轨辊道输送变频方案、500m钢轨吊运集中控制系统方案、百米定尺长轨门吊集控方案、百米定尺长轨群吊集控方案、焊轨基地综合监管系统方案等技术难点均进行了专项研究及攻关，取得了长轨焊轨基地施工设计领域的重大突破，积累了良好的总体设计经验和理论研究依据，同时为建设高标准、一流的焊轨基地提供了技术保障。

2）钢轨焊接是焊轨生产线最重要的环节，直接影响成品长轨的合格率，由于客运专线速度目标值较高，对钢轨的焊接质量要求高，故将目前国内主要的两种焊机（GAAS系列直流接触焊机和K系列交流接触焊机）进行了对比分析，GAAS80/580直流接触焊机特点：用三相的交流电源，通过2组6个共540kW焊接变压器及6只大功率二极管，在二次侧进行整流，得到60 000A/5.4V的连续直流电，1s内的过载电流可达到120 000A，供焊接钢轨用。这样就保证了电网电压三相平衡供电，使供电系统尖峰负载减小。在焊接电流回路中几乎没有无功功率，减小焊接变压器和馈电导线的截面尺寸。由于采用直流方式供电，在焊接过程中，焊接断面上电流均匀分布，可使钢轨焊接过程闪光平稳，没有电流过零，焊口不易氧化，并保证热影响区平行，焊缝及晶粒细小均匀，可获得优良的焊轨质量。故采用GAAS80/580直流接触焊机。

3）为了避免露天环境下的天气情况对焊后工艺的影响，故百米定尺长轨生产线将焊轨工位、粗磨工位、热处理工位、热调工位、精调工位、精磨工位、探伤工位均布置在车间内，车间之间在两条焊接辊道线上设置焊轨线棚，从而使钢轨冷却速度匀速、合理，进而保证钢轨的焊后质量。

（3）大量运用先进技术，攻克技术难关

设计采用了500m钢轨群吊集中控制系统、100m定尺钢轨吊运集中控制系统、500m焊轨基地综合监管系统、500m焊轨线钢轨走行速度可调可控系统等先进的技术和装备。

1）首次采用500m钢轨群吊集控创新技术。国内既有的钢轨焊接基地内500m钢轨的群吊作业采用的是落后的人工操作方式，即人眼定位、人工通信（吹哨或对讲机通信），这种方式会存在很多安全隐患：在大雨、大雾、大风等恶劣气候条件下，人眼很难准确定位，在现场对讲机也很难保证清晰的话音，这样无法保证同步走行、吊钩的同步起升，就会使群吊在作业过程中存在诸多安全隐患，容易产生重大生产事故，影响作业效率。为解决该难题，设计采用了500m钢轨群吊集控创新技术，该项技术彻底改变了这种落后的作业方式，采用了32组群吊集控技术后，500m钢轨的起升、平移、下降等吊运作业均可自动完成，且定位精准，有效地提高了焊轨基地的生产效率，提升了基地的管理水平，该项技术系在国内500m钢轨同步起吊作业中首次采用，同时该项技术在国内居于领先水平。(www.xing528.com)

2）首次采用百米定尺生产工艺。通过总结现有国内钢轨焊接经验，借鉴国外形成的比较成熟的钢轨焊接工艺，细致分析百米定尺长轨焊接的生产工艺流程，合理确定适用于百米定尺长轨焊接的新工艺，即百米定尺轨焊接成500m长轨出厂需经过百米定尺轨堆存、百米定尺轨吊运、调直、锯轨、除锈、配轨、接头焊接、粗磨、热处理、热调、时效处理、精调、精磨、探伤、长轨吊运、长轨堆存、长轨装车等工序，通过设置长轨时效区对钢轨焊接接头进行时效处理，从工艺流程上保证了焊接钢轨的质量。在工艺布局研究中，对比分析了一字型布局、U型布局（即在焊后处理工序热调工位和精调工位间布置半成品长轨存放场，输送线反向）和由一字型派生的L型方案，结合焊轨基地所处地理位置的具体条件，总结出采用U型工艺布局紧凑合理、工艺流程顺畅，钢轨生产流水输送线总长可缩短，还能减少基地长度，该布局方案既能保证百米定尺长轨的焊接工艺要求，又可减少工程占地面积，节省工程投资。

3）首次采用生产线综合监控管理系统。焊轨生产线综合监控管理信息系统是实现焊轨基地生产现代化的一个重要标志，该系统采用现场总线技术，提供焊轨基地内各工位的生产和管理功能，包括钢轨标识、调度管理、安全质量、作业过程管理、安全监控、设备管理等，具有生产记录的查询、回放、分析、汇总等功能，抗干扰，便于功能扩展，符合质量管理信息化追溯的要求。

通过信息的分散采集，远程诊断，网络传输，集中处理，对各类信息进行实时汇总分析，使各级管理人员及时掌握焊轨生产流线的生产、安全、运行情况，进行有效管理，科学决策。各工位的工作人员通过信息共享，及时了解各工位工作内容和标准，开展工作，进行作业质量控制。

通过提供信息系统的标准接口，自动采集基地内自动化设备相关信息，实现对基地内自动化设备的在线监测和运行状态管理，提供设备故障实时报警和设备性能动态管理。

该系统加强了焊轨基地的焊接质量信息化管理，改变了既有模式下通过“敲轨”传递信息的生产方式，彻底改善了劳动条件，提高了自动化水平。

4）全面提升辊道输送技术。注重长钢轨辊道输送技术的应用研究，采用PLC及接触器复合控制技术，按生产工艺要求分别控制辊轮的快进、快退、慢进、慢退、急停。控制柜均设急停及警示按钮。单独回路设空开供保护、检修用，同时各回路设运行信号灯指示以便于生产管理，确保生产安全。

5）采用曲线形“弯道流水线”总图布置方案。结合芜湖北客站及周边铁路用地界呈狭长形状，且芜湖北到发场与芜湖北客站有15°夹角，若想在此框架下进行直线型焊轨基地布置，必须跳出既有铁路用地界的范围，新增用地，增加投资且拆迁难度大。在进行多方案对比分析后，按照充分利用铁路内部自有土地进行建设的原则，我们进行了曲线型总图布置，在配轨间与焊轨间、成品场-探伤间之间各设置了4条半径为R=800 m曲线段，每条曲线段延长约220m。100m定尺短轨、500m成品长轨的输送辊道线就设置在此段曲线上。此方案解决了征地拆迁的困难，占地少；曲线输送辊道线布置紧凑、合理，辊道无功耗、无人值守，运行安全、可靠，在国内11个焊轨基地设计项目中属于首创（图1-54）。

图1-54　曲线辊道平面图

（4）充分考虑既有营运设施，考虑不同地形条件，精心构思钢轨卸车方案

为减少对临近既有设施的运营影响、减少对既有路基产生的干扰，设计对百米定尺钢轨的卸车方案进行了深入研究，将卸钢轨的门式起重机两侧走行轨面结合地形特点设计不在同一水平面上，同时将一侧走行轨基础与挡土墙结合在一起设计，不仅节省了空间，而且还减少了工程投资。

（5）精心组织，严把质量关，建设标准化管理项目部

认真贯彻“六位一体”的建设理念，坚决落实质量安全生产责任制，以质量管理体系为载体加强工程质量的现场卡控措施，以安全质量第一的思想正确处理工期、投资、质量、安全之间的关系，做到“安全稳定、质量精品、工期合理、投资受控、环境保护、和谐稳定”。建设指挥部在路局的正确领导下，带领各参建单位，克服了征地拆迁协调难度大、既有线施工安全压力大等诸多困难，确保重点、控制工程的按期保质完成，确保了整个项目按照批准施组要求按时完成，工程质量达到国家及中铁总工程质量验收标准，工程建设质量一次合格率达100%，实现了质量管理目标。