文/俞錫齊、俞榮華、裘智杰　浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司　浙江紹興　312030鄭銳恒　紹興市柯橋區(qū)政府投資項(xiàng)目建設(shè)管理中心　浙江紹興　312030

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柯橋輕紡城體育中心體育場(chǎng)開合屋蓋開閉機(jī)械控制系統(tǒng)應(yīng)用研究

文/俞錫齊、俞榮華、裘智杰浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司浙江紹興312030
鄭銳恒紹興市柯橋區(qū)政府投資項(xiàng)目建設(shè)管理中心浙江紹興312030

【摘要】通過對(duì)柯橋輕紡城體育中心體育場(chǎng)開合屋蓋機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工及控制策略，進(jìn)行分析和研究。綜述了開合機(jī)械控制系統(tǒng)的特殊工況，總結(jié)了開合機(jī)械控制系統(tǒng)適應(yīng)性應(yīng)用的基本方法。

【關(guān)鍵詞】開合屋蓋機(jī)械控制系統(tǒng)；適應(yīng)性應(yīng)用；設(shè)計(jì)與施工

1　工程概況

柯橋輕紡城體育中心體育場(chǎng)位于紹興市柯橋區(qū)西北側(cè),總建筑面積77640平方米,觀眾座位40000席。體育場(chǎng)采用開合屋蓋結(jié)構(gòu)形式，活動(dòng)屋蓋由兩個(gè)單元塊組成，每片活動(dòng)屋蓋沿兩條平行的圓弧軌道移動(dòng)，活動(dòng)屋蓋采用平面桁架結(jié)構(gòu),屋面周圈設(shè)置水平支撐保證活動(dòng)屋蓋的整體性.每片活動(dòng)屋蓋通過14臺(tái)小車支撐，閉合時(shí)可與固定屋蓋完全吻合。

圖1　體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)模型

2　活動(dòng)屋蓋開合運(yùn)行原理

本系統(tǒng)采用鋼纜繩牽引和自驅(qū)臺(tái)車的組合驅(qū)動(dòng)方式,通過卷?yè)P(yáng)機(jī),鋼纜繩牽引活動(dòng)屋蓋。每片活動(dòng)屋蓋兩側(cè)各有7個(gè)臺(tái)車,活動(dòng)屋蓋通過臺(tái)車軌道等部件將活動(dòng)屋蓋的荷載傳至固定屋蓋。

圖2　輕紡城體育中心體育場(chǎng)開合機(jī)械系統(tǒng)示意圖

3　體育場(chǎng)開閉系統(tǒng)特點(diǎn)分析

柯橋輕紡城體育中心體育場(chǎng)開合機(jī)械控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合性系統(tǒng)工程，集鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作與施工和起重機(jī)械、液壓設(shè)計(jì)、加工與安裝及電氣、自動(dòng)控制安裝與調(diào)試的跨學(xué)科合作項(xiàng)目。三部分必須聯(lián)合設(shè)計(jì)、聯(lián)合制定制作和施工方案，聯(lián)合交叉施工。共同調(diào)試，才能取得最后的成功。

輕紡城體育中心體育場(chǎng)工程對(duì)開合機(jī)械控制系統(tǒng)的要求有：

a、鋼結(jié)構(gòu)與開閉系統(tǒng)的適應(yīng)性（適應(yīng)性自適應(yīng)與補(bǔ)償調(diào)整能力）

b、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

c、機(jī)械液壓系統(tǒng)的可靠性、耐久性

d、控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性

e、牽引系統(tǒng)的同步性

圖3　體育場(chǎng)屋蓋全閉示意圖

4　開閉機(jī)械控制系統(tǒng)的適應(yīng)性應(yīng)用

4.1適應(yīng)性設(shè)計(jì)

考慮到體育場(chǎng)工程結(jié)構(gòu)柔性、大跨度、主拱矢跨比小等工況，鋼結(jié)構(gòu)及行走運(yùn)行軌道隨著溫差的變化，變形較大，進(jìn)而引起開閉機(jī)械系統(tǒng)開合運(yùn)行的力超載；

以開合屋蓋結(jié)構(gòu)工況為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，開閉行走機(jī)構(gòu)設(shè)有：行走輪、導(dǎo)向輪、反鉤輪、側(cè)向液壓糾偏系統(tǒng)和豎向超高壓千斤頂調(diào)整機(jī)構(gòu)等。由于體育場(chǎng)固定屋蓋的坡度較小，采用卷?yè)P(yáng)牽引開合方案時(shí)，活動(dòng)屋蓋的自重下滑力不足以使活動(dòng)屋蓋順利平穩(wěn)打開，因此，主動(dòng)臺(tái)車還設(shè)有自驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，每部主動(dòng)臺(tái)車的驅(qū)動(dòng)部分設(shè)有2組對(duì)稱的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

圖4　主動(dòng)臺(tái)車三維模型

臺(tái)車側(cè)向設(shè)有液壓自適應(yīng)糾偏系統(tǒng)，通過油缸與彈簧組成彈性阻尼系統(tǒng)，能夠適應(yīng)活動(dòng)屋蓋與軌道中間的側(cè)向變形。

4.2適應(yīng)性施工

鋼結(jié)構(gòu)與開閉系統(tǒng)適應(yīng)性施工的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）本工程兩條軌道上的臺(tái)車承擔(dān)著柔性活動(dòng)屋蓋的重量，活動(dòng)屋蓋通過臺(tái)車行駛在固定屋蓋主桁架上，為多點(diǎn)彈性支撐的超靜定結(jié)構(gòu)。

（2）臺(tái)車承上啟下，活動(dòng)屋蓋開合運(yùn)行過程中將產(chǎn)生較大的變形量，同時(shí)固定屋蓋在自重的作用下，會(huì)產(chǎn)生永久的變形，這都將會(huì)引起臺(tái)車豎向內(nèi)力超限及橫向卡軌。

針對(duì)施工難點(diǎn)的適應(yīng)性施工措施：

（1）通過合理的施工安裝順序和支撐架拆除順序，以減少總變形量。

（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)說明的要求，本工程在固定屋蓋自重變形產(chǎn)生的位移釋放后，進(jìn)行軌道梁的初始對(duì)中。

（3）采取軌道與臺(tái)車預(yù)偏方式，以確保二者的變形能力相協(xié)調(diào)。

（4）采用詳盡的施工工況分析，確定開閉合系統(tǒng)安裝時(shí)的鋼結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)，減少卡軌力，并保證臺(tái)車內(nèi)力不超限。

（5）根據(jù)招標(biāo)圖紙，活動(dòng)屋蓋在閉合狀態(tài)，恒載工況下軌道的橫向位移及豎向位移最大。為了使臺(tái)車沿軌道行走過程中的側(cè)向位移變幅的絕對(duì)值最小，在每榀主桁架上確定臺(tái)車行走位移變幅的中軸線。軌道梁側(cè)向預(yù)偏，豎向位移的補(bǔ)償，可以調(diào)節(jié)軌道的標(biāo)高，剩余變形均處于臺(tái)車彈簧自適應(yīng)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

（6）為適應(yīng)臺(tái)車豎向變形，在施工過程中配裝活動(dòng)屋蓋支撐法蘭，通過超高壓千斤頂進(jìn)行微調(diào)，調(diào)節(jié)臺(tái)車豎向位移的同時(shí)，調(diào)節(jié)活動(dòng)屋蓋相應(yīng)節(jié)點(diǎn)支座在相應(yīng)位置的豎向荷載，到位后，旋動(dòng)豎向螺母鎖緊。

4.3適應(yīng)性的開合控制方案

通過安裝在臺(tái)車和卷?yè)P(yáng)機(jī)中的監(jiān)控系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行位移同步控制，確保屋蓋行走姿態(tài)；同時(shí)由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行力同步與監(jiān)控，確保整套系統(tǒng)同步可靠的工作。

圖5　屋蓋同步開合控制示意圖

針對(duì)工程中活動(dòng)屋蓋由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引和自驅(qū)臺(tái)車組合的驅(qū)動(dòng)方式，控制上采用了適應(yīng)性的同步控制策略。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)同步方法：

（1）驅(qū)動(dòng)臺(tái)車減速器與車輪之間安裝離合器，在屋蓋閉合過程中，離合器打開，此時(shí)驅(qū)動(dòng)臺(tái)車從動(dòng)，減小車輪軸的阻力矩，從而避免車輪打滑。

（2）驅(qū)動(dòng)臺(tái)車與卷?yè)P(yáng)機(jī)上安裝位移傳感器和力矩傳感器，均衡梁安裝測(cè)力銷軸，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)過程中荷載和位移的變化。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)荷載和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，標(biāo)定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正常工作過程中，各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上下限值，當(dāng)荷載超過限值時(shí)，中央控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，保證運(yùn)行的協(xié)調(diào)同步。

圖6　驅(qū)動(dòng)控制的同步保證措施

5 總結(jié)

本文根據(jù)柯橋輕紡城體育中心體育場(chǎng)開合屋蓋結(jié)構(gòu)的特殊工況，介紹了開合屋蓋機(jī)械控制系統(tǒng)的各種適應(yīng)性應(yīng)用，包括針對(duì)開合運(yùn)行工況的適應(yīng)性設(shè)計(jì)和適應(yīng)性施工及適應(yīng)性的控制策略。希望對(duì)以后參與設(shè)計(jì)和建造類似項(xiàng)目的工程師能有參考價(jià)值。

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