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摘要：随着港口集装箱吞吐量的持续增长，岸桥作为主要装卸设备，其运行可靠性直接影响港口作业效率。本文针对岸桥小车轨道异响及小车轨道踏面磨损问题，从机械设计、材料性能、润滑系统及维护管理等多角度展开研究。通过现场调研的方式，分析了轨道异响产生的机理及踏面磨损的影响因素，提出了针对性的改进措施。研究结果表明，优化轨道设计参数、提升材料耐磨性能及加强日常维护管理，可有效降低轨道异响强度及延缓踏面磨损进程。

关键词：岸桥小车；轨道异响；踏面磨损；机械分析；改进措施

1 引言

岸桥（岸边集装箱起重机）作为现代化港口的重要装卸设备，其高效稳定运行对港口吞吐能力具有决定性作用[1]。然而，在实际使用过程中，岸桥小车轨道常出现异响及踏面磨损问题，不仅影响设备运行稳定性，还可能导致安全事故的发生。本文以国外某码头为例，将从机械设计的角度出发，系统分析岸桥小车轨道异响及踏面磨损的产生机理，并提出相应的解决对策。下图1是小车轨道布置图。

岸桥小车轨道系统主要包括承轨梁、支腿、车轮装配及润滑装置等部分。其中，承轨梁是承载小车运行的基础结构，车轮装配则是小车与轨道之间的接触部件。

以国外某码头为例，该码头桥吊小车轨道采用90KG级A75轨道铺设，短轨长度1500mm，钢性垫板长度800mm，短轨刚性压板型号为YB55C+YB1313B，长轨柔性垫板型号为MK6-RB-200，长轨柔性压板型号为GANTREX 22/130/BQ。在吊载作业的过程中，小车往复经过铰点时，有较为明显的震动和异响，尤其在司机室时体感强烈。针对以上现象，现场主要检查：短轨的轨道压板装配状况、短轨和长短轨焊接接头处踏面状况、前后大梁接头处轨道高低差及间隙状况、前后大梁接头处承轨梁高低差及间隙状况、短轨和钢垫和承轨梁的间隙状况、小车车轮踏面接触情况、小车车轮的轮缘间隙状况等。

2 轨道异响产生机理分析

2.1 轨道几何精度偏差

轨道制造和安装过程中不可避免会存在一定的几何偏差，主要包括轨距误差、水平误差、扭曲误差及装配误差等，这些偏差会导致小车行走时车轮与轨道接触应力分布不均，从而引发振动与噪声[2]。多数情况下，在岸桥使用初期，岸桥无异响，但随使用次数的增加，小车轨道会出现异响，尤其是在大梁铰点处（前大梁需要做俯仰动作，故此处轨道不能焊接，且需要预留空隙）、轨道焊接处等。下图2是铰点处轨道接头示意图。

2.2 车轮与轨道接触特性

车轮踏面形状及表面状态直接影响接触特性。当车轮踏面存在擦伤或剥离时，会改变接触应力分布，导致冲击载荷增加，进而产生异常声响[3]。

2.3 润滑系统效能

车轮装配及轨道润滑不足会导致运动副间摩擦力加剧，产生高频振动并伴随刺耳噪声。此外，润滑油品选择不当也会加速轨道磨损进程。

3 踏面磨损影响因素分析

3.1 材料性能

轨道材料的硬度、抗疲劳性能及耐磨性直接决定其使用寿命。材料性能不足时，容易出现早期磨损现象。目前一般轨道采用轨道钢机加工而成，有90级和110级两种规格，在此之前小车轨道大多采用42CrMo材料锻造而成。若小车轨道材料强度不够，小车轨道也有如下图3所示断裂现象：

3.2 载荷分布

不均匀的载荷分布会导致局部应力集中，加速踏面磨损进程。载荷越大，磨损速率越高[3]。

3.3 运行环境

港口作业环境复杂，盐雾腐蚀、潮湿环境等因素都会加剧轨道材料劣化过程[3]。

4 实验研究与数据分析

研究最恶劣的情况下，即小车重载、全速的工况下，观察小车异响情况。该码头海侧前车轮过铰点时震动轻微有异响，陆侧后车轮过铰点时有较明显的震动和异响，车轮过轨道接头处震动轻微。

4.1 振动测试

采用加速度传感器对不同工况下轨道振动情况进行测试，获取振动加速度时域波形及频谱特征。

4.2 磨损检测

定期对轨道踏面进行表面形貌检测，记录磨损深度及面积变化趋势。可通过轨道表面涂抹涂料，来检测车轮与轨道的基础情况。首先先将轨道表面杂质清理干净，然后在表面刷图涂料，最后来回开动小车，停机后检测轨道上涂料的剩余情况，下图4是现场的检测照片。

同时该码头小车在前大梁作业区域有水平轮啃轨情况发生，造成前大梁面海右侧轨道的外缘受损，主要表现为轨道踏面与外侧面结合处母材损伤，下图5为水平轮对轨道的啃轨情况：

4.3 数据分析

该码头短轨和长短轨焊接接头处踏面状况较差，有波浪形起伏，且前后大梁接头处轨道有些许高低差，大约0.2-0.3mm，小车车轮的轮缘间隙小，大约2-3mm。图6是现场承轨梁高低差照片。

检测小车轨道直线度、轨道高低差、轨距、小车轮距、水平轮间隙、小车轮轮缘间隙，从前大梁开始，表1是详细的检测数据。

检测小车轮缘与轨道的间隙情况，内侧轮缘与轨道的间隙大约 30～35mm，外侧轮缘与轨道的间隙大约5～10mm，不影响设备的正常使用，图7是现场检测照片：

检测水平轮与轨道的间隙情况，内侧水平轮与轨道的间隙约4～8mm，外侧水平轮与轨道的间隙约0～1mm，图8是现场照片：

综合上述表格中的测量数据的情况，理论上小车轨距应小于设计尺寸3700mm，而小车轮距也应小于设计尺寸3700mm，从轨距和轮距的组合数据初步推断，轮距的超差可能是造成水平轮局部啃轨的原因。此外，考虑到重载时可能由于放箱过猛，所以导致水平轮在一瞬间反复碰擦轨道侧面，且由于轨道平面有起伏波浪，这也可能是造成水平轮啃轨和异响的原因。

5 改进措施与效果验证

建议细节打磨轨道处理，磨削量按现场实际磨损情况定，建议打磨高度大约40～50mm，在轨道侧面形成斜势过渡。若是小车轨道断裂，需要按照图9所示的流程图施工。对于后续再发生水平轮啃轨现象、重载放箱异响的解决方案，在车轮轮缘和轨道侧面不发生接触的情况下，即轮缘不啃轨道的前提下，进一步调整水平轮，尽可能增加水平轮与方钢轨道侧面之间的间隙。

5.1 设计优化

优化轨道截面形状，提高刚度与强度；改进车轮踏面形状，改善接触特性。通过增大轨道的高度和宽度，提高轨道的整体刚度和强度。

优化轨顶高度和轨底宽度的比例，使轨道在承受垂直载荷和水平载荷时具有更好的均衡性。例如，在满足标准轨距的前提下，适当增加轨顶厚度，以提高轨道的抗弯能力。

其次优化接触应力分布， 轨道与车轮的接触应力分布不均是导致轨道磨损和异响的主要原因之一。 通过调整轨道截面的几何形状（如轨头坡度、轨底圆角半径等），使车轮与轨道的接触应力更加均匀。

例如，适当增大轨头坡度，可以使车轮与轨道的接触面积增大，从而降低单位面积的应力。

5.2 材料升级

选用高性能耐磨材料，提高轨道使用寿命；采用表面强化处理工艺，提升材料抗磨损能力。

5.3 维护管理

建立完善的润滑管理制度；制定科学的检修周期；加强日常巡检力度。

6 结论

通过对岸桥小车轨道异响及踏面磨损问题的深入研究，明确了问题产生的主要原因及影响因素。提出的改进措施已在实际工程中得到应用，取得了显著效果。未来工作中，还需进一步加强对新型材料及先进制造工艺的研究应用，不断提升设备运行可靠性。

参考文献

1.陈幸超. 岸桥小车短轨断裂原因分析及维修方案探究[J]. 装备维修技术， 2021， 17： 205-206.

2.刘鹏. 岸边桥式起重机大小车车轮啃轨问题研究[J]. 现代制造技术与装备， 2017， 243（2）： 64-65.

3.钱旭强，徐建中等. 岸边集装箱起重机拉杆应力及承轨梁高低差问题分析[J]. 材料工艺， 2017， 149-152.