某體育場開合屋蓋臺車側(cè)向調(diào)整阻尼系統(tǒng)的應(yīng)用研究

俞錫齊　鄭銳恒　俞榮華

摘要：通過對柯橋輕紡城體育中心體育場開合屋蓋機(jī)械系統(tǒng)中支撐活動屋蓋開閉行走的臺車側(cè)向糾偏調(diào)整的工況、適應(yīng)性的設(shè)計(jì)方案、樣機(jī)的試制和改進(jìn)進(jìn)行分析和研究。綜述了行走臺車的特殊工況特點(diǎn)和適應(yīng)性性的臺車設(shè)計(jì)方案，總結(jié)了臺車樣機(jī)側(cè)向調(diào)節(jié)阻尼系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路、調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題和改進(jìn)的措施。

關(guān)鍵詞：開合屋蓋；機(jī)械系統(tǒng)；適應(yīng)性；設(shè)計(jì)施工與調(diào)試；紹興縣體育場

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.17.127

1體育場概況及開合屋蓋機(jī)械系統(tǒng)的介紹

輕紡城體育中心體育場位于紹興市的柯北新城，屋面采用活動開啟式，總建筑面積77640平方米，觀眾座位40000席，體育場于2014年完成竣工驗(yàn)收并投入使用，為目前國內(nèi)可開啟面積最大的開閉式體育場。

體育場活動屋蓋的閉合通過卷揚(yáng)機(jī)牽引關(guān)閉，活動屋蓋的打開由活動屋蓋節(jié)點(diǎn)下支撐的自驅(qū)動臺車提供下滑力，卷揚(yáng)機(jī)緩慢釋放鋼絲繩實(shí)現(xiàn)。

活動屋蓋開閉機(jī)械傳動系統(tǒng)中，共設(shè)置了4套單倍率卷揚(yáng)驅(qū)動裝置。卷揚(yáng)驅(qū)動牽引方式為：鋼絲繩的一端固定于雙聯(lián)卷筒的一側(cè)繩槽內(nèi)，鋼絲繩的另一端繞過下部轉(zhuǎn)向滑輪、上部轉(zhuǎn)向滑輪、拖輪托輥等，然后穿過固定于對面活動屋蓋上的均衡梁，再繞過上述裝置，最后固定于雙聯(lián)卷筒的另一側(cè)。由電機(jī)驅(qū)動裝置驅(qū)動雙聯(lián)卷筒回轉(zhuǎn)，鋼絲繩卷繞在卷筒上，牽引對面活動屋蓋行走，并配合支撐于活動屋蓋下的主動臺車的動作，從而完成屋蓋的閉合動作。

2開合行走臺車的結(jié)構(gòu)

臺車是開合屋蓋機(jī)械系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能部件，是活動屋蓋的支承行走裝置。

為適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的制造、安裝誤差及活動屋蓋運(yùn)行過程中的變形誤差、保護(hù)臺車和導(dǎo)向輪不發(fā)生過載的情況，在臺車上設(shè)置有側(cè)向檢測及調(diào)整裝置、豎向檢測及調(diào)整裝置、導(dǎo)向輪測力裝置。每個(gè)臺車上裝有液壓站和電控箱，為臺車的運(yùn)行調(diào)整提供動力和控制功能。在活動屋蓋運(yùn)行過程中，臺車將檢測到的各種數(shù)據(jù)傳送給主控設(shè)備，主控設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并發(fā)出指令給調(diào)整機(jī)構(gòu)，完成臺車運(yùn)行過程中的各種調(diào)整功能。

3開合行走臺車的側(cè)向糾偏調(diào)整系統(tǒng)

3.1側(cè)向糾偏調(diào)整的工況

臺車承載活動屋蓋在軌道上運(yùn)行，由于以下三種原因有可能造成臺車側(cè)向荷載超限：

（1）固定屋蓋受自重、環(huán)境溫度變化，風(fēng)荷載等因素影響，發(fā)生較大變形，而軌道固定于固定屋蓋上，跟隨的變形造成臺車導(dǎo)向輪卡軌；

（2）活動屋蓋在運(yùn)行過程中整體發(fā)生旋轉(zhuǎn)或側(cè)移，導(dǎo)致臺車導(dǎo)向輪荷載發(fā)生規(guī)律性超限；

（3）開閉系統(tǒng)停止工作周期內(nèi)，由于各種不利荷載、地基沉降等因素，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)誤差超過設(shè)計(jì)值。

3.2側(cè)向糾偏調(diào)整的實(shí)現(xiàn)方案

臺車側(cè)向糾偏系統(tǒng)由液壓缸、碟形彈簧、導(dǎo)向輪測力銷軸、位移傳感器、液壓站和電控箱等組成。其中液壓缸與碟形彈簧構(gòu)成阻尼-彈性系統(tǒng)，在正常工作過程時(shí)，通過節(jié)流控制閥和碟形彈簧使液壓缸帶阻尼浮動，彈簧剛度系數(shù)為3kN/mm，水平允許偏移±100mm，可適應(yīng)活動屋蓋與軌道中間的側(cè)向變形。

4側(cè)向糾偏調(diào)整系統(tǒng)樣機(jī)的設(shè)計(jì)制作和調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題

4.1樣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作

樣機(jī)系統(tǒng)主要由臺車、彈性軌道、加載運(yùn)行實(shí)驗(yàn)裝置、集成控制系統(tǒng)等部分組成。為了簡化樣機(jī)系統(tǒng)、節(jié)約成本，同時(shí)又能較好的再現(xiàn)開合屋蓋機(jī)械系統(tǒng)工作時(shí)的真實(shí)狀況，將機(jī)械系統(tǒng)的支點(diǎn)設(shè)定為2處，即樣機(jī)系統(tǒng)中共有兩臺臺車，臺車在各自的彈性軌道上能協(xié)調(diào)動作。在臺車運(yùn)行過程中，我們假定其豎向荷載大致保持不變，并且每臺臺車豎向荷載相等，在此臺車的豎向荷載采用懸掛配重的方式施加。臺車的側(cè)向荷載是由于兩臺臺車的運(yùn)動的不同步、左右兩側(cè)軌道變形不一致以及豎向載荷產(chǎn)生的附加力所引起，在臺車運(yùn)動時(shí)，根據(jù)接觸壓力的大小進(jìn)行側(cè)向位移的調(diào)整。

臺車側(cè)向位移的調(diào)整序號1側(cè)向調(diào)整油缸及碟形彈簧組合機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)系統(tǒng)檢測到樣機(jī)臺車下部導(dǎo)向輪中的測力銷軸的卡軌力值未超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)依靠碟形彈簧實(shí)現(xiàn)較小位移量的自動調(diào)整，此時(shí)側(cè)向調(diào)整油缸不工作。當(dāng)系統(tǒng)檢測到樣機(jī)臺車下部導(dǎo)向輪中的測力銷軸的卡軌力值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，側(cè)向糾偏系統(tǒng)控制側(cè)向調(diào)整油缸開始動作，調(diào)整臺車車體與軌道的側(cè)向相對位置，釋放臺車車體與軌道的相對卡軌力。

4.2側(cè)向糾偏調(diào)整系統(tǒng)在樣機(jī)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題

側(cè)向糾偏液壓原理如圖5所示，當(dāng)臺車導(dǎo)向輪測力銷檢測的卡軌力（即活動屋蓋施加至臺車的側(cè)向荷載）小于設(shè)定值時(shí)，

圖5液壓原理圖中的三位四通閥處于中位功能，雙伸出桿糾偏油缸的兩腔被液控單向閥鎖住，

此時(shí)，糾偏油缸的活塞桿自動跟隨側(cè)向碟形彈簧的左右變形，即實(shí)現(xiàn)了微量自適應(yīng)阻尼滑動。而一旦油缸活塞桿承受側(cè)向碟簧力后，自然會使糾偏油缸的一腔壓力增加，而此時(shí)糾偏油缸的兩腔是被液控單向閥鎖住的，那么，糾偏油缸內(nèi)某腔增加的壓力則一直存在于缸內(nèi)得不到釋放，而一旦臺車導(dǎo)向輪測力銷軸檢測到的卡軌力大于設(shè)定值，需要糾偏油缸主動調(diào)整時(shí)，三位四通閥換向至左側(cè)或右側(cè)，由于液控單向閥的背壓閉鎖，糾偏油缸內(nèi)那腔增加的壓力并不能立刻得到釋放，這就有可能使得糾偏油缸的主動調(diào)整與碟形彈簧的反力構(gòu)成非線性的阻尼疊加效應(yīng)，在糾偏調(diào)整過程中產(chǎn)生了不規(guī)律的液壓沖擊。

5系統(tǒng)改進(jìn)

針對樣機(jī)調(diào)試過程中遇到的問題，在紹興體育場實(shí)際采用的臺車糾偏液壓系統(tǒng)中，對液壓原理進(jìn)行了改進(jìn)，采用多個(gè)兩位兩通電磁閥的組合替換原先的三位四通閥和液控單向閥的組合。該兩位兩通電磁閥中的一位帶雙向錐閥閉鎖，另一位雙向流通；既能實(shí)現(xiàn)糾偏油缸兩腔閉鎖的功能，又去除了原樣機(jī)方案中采用液控單向閥產(chǎn)生的油路背壓現(xiàn)象。

6總結(jié)

本文根據(jù)柯橋輕紡城體育中心體育場開合屋蓋機(jī)械系統(tǒng)中支撐活動屋蓋行走的臺車側(cè)向糾偏調(diào)整的特殊工況，介紹了側(cè)向糾偏調(diào)整系統(tǒng)的適應(yīng)性應(yīng)用，包括側(cè)向荷載和位移的適應(yīng)性糾偏調(diào)整原理、糾偏調(diào)整系統(tǒng)樣機(jī)的結(jié)構(gòu)和調(diào)試。另外，本文也概述了側(cè)向糾偏調(diào)整系統(tǒng)樣機(jī)調(diào)試過程中遇到的問題和在實(shí)際工程中采用的改進(jìn)方法，希望對以后類似工程的設(shè)計(jì)和建造有參考價(jià)值。

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