柯橋輕紡城體育中心體育場開合屋蓋開閉機械控制系統應用研究

文/俞錫齊、俞榮華、裘智杰　浙江精工鋼結構集團有限公司　浙江紹興　312030鄭銳恒　紹興市柯橋區政府投資項目建設管理中心　浙江紹興　312030

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柯橋輕紡城體育中心體育場開合屋蓋開閉機械控制系統應用研究

文/俞錫齊、俞榮華、裘智杰浙江精工鋼結構集團有限公司浙江紹興312030
鄭銳恒紹興市柯橋區政府投資項目建設管理中心浙江紹興312030

【摘要】通過對柯橋輕紡城體育中心體育場開合屋蓋機械控制系統的設計和施工及控制策略，進行分析和研究。綜述了開合機械控制系統的特殊工況，總結了開合機械控制系統適應性應用的基本方法。

【關鍵詞】開合屋蓋機械控制系統；適應性應用；設計與施工

1　工程概況

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

圖1　體育場結構模型

2　活動屋蓋開合運行原理

本系統采用鋼纜繩牽引和自驅臺車的組合驅動方式,通過卷揚機,鋼纜繩牽引活動屋蓋。每片活動屋蓋兩側各有7個臺車,活動屋蓋通過臺車軌道等部件將活動屋蓋的荷載傳至固定屋蓋。

圖2　輕紡城體育中心體育場開合機械系統示意圖

3　體育場開閉系統特點分析

柯橋輕紡城體育中心體育場開合機械控制系統是一個綜合性系統工程，集鋼結構設計、制作與施工和起重機械、液壓設計、加工與安裝及電氣、自動控制安裝與調試的跨學科合作項目。三部分必須聯合設計、聯合制定制作和施工方案，聯合交叉施工。共同調試，才能取得最后的成功。

輕紡城體育中心體育場工程對開合機械控制系統的要求有：

a、鋼結構與開閉系統的適應性（適應性自適應與補償調整能力）

b、鋼結構的穩定性

c、機械液壓系統的可靠性、耐久性

d、控制系統的協調性

e、牽引系統的同步性

圖3　體育場屋蓋全閉示意圖

4　開閉機械控制系統的適應性應用

4.1適應性設計

考慮到體育場工程結構柔性、大跨度、主拱矢跨比小等工況，鋼結構及行走運行軌道隨著溫差的變化，變形較大，進而引起開閉機械系統開合運行的力超載；

以開合屋蓋結構工況為設計準則，開閉行走機構設有：行走輪、導向輪、反鉤輪、側向液壓糾偏系統和豎向超高壓千斤頂調整機構等。由于體育場固定屋蓋的坡度較小，采用卷揚牽引開合方案時，活動屋蓋的自重下滑力不足以使活動屋蓋順利平穩打開，因此，主動臺車還設有自驅動機構，每部主動臺車的驅動部分設有2組對稱的鏈傳動機構。

圖4　主動臺車三維模型

臺車側向設有液壓自適應糾偏系統，通過油缸與彈簧組成彈性阻尼系統，能夠適應活動屋蓋與軌道中間的側向變形。

4.2適應性施工

鋼結構與開閉系統適應性施工的難點主要體現在以下方面：

（1）本工程兩條軌道上的臺車承擔著柔性活動屋蓋的重量，活動屋蓋通過臺車行駛在固定屋蓋主桁架上，為多點彈性支撐的超靜定結構。

（2）臺車承上啟下，活動屋蓋開合運行過程中將產生較大的變形量，同時固定屋蓋在自重的作用下，會產生永久的變形，這都將會引起臺車豎向內力超限及橫向卡軌。

針對施工難點的適應性施工措施：

（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）根據結構特點及設計說明的要求，本工程在固定屋蓋自重變形產生的位移釋放后，進行軌道梁的初始對中。

（3）采取軌道與臺車預偏方式，以確保二者的變形能力相協調。

（4）采用詳盡的施工工況分析，確定開閉合系統安裝時的鋼結構初始狀態，減少卡軌力，并保證臺車內力不超限。

（5）根據招標圖紙，活動屋蓋在閉合狀態，恒載工況下軌道的橫向位移及豎向位移最大。為了使臺車沿軌道行走過程中的側向位移變幅的絕對值最小，在每榀主桁架上確定臺車行走位移變幅的中軸線。軌道梁側向預偏，豎向位移的補償，可以調節軌道的標高，剩余變形均處于臺車彈簧自適應調節范圍內。

（6）為適應臺車豎向變形，在施工過程中配裝活動屋蓋支撐法蘭，通過超高壓千斤頂進行微調，調節臺車豎向位移的同時，調節活動屋蓋相應節點支座在相應位置的豎向荷載，到位后，旋動豎向螺母鎖緊。

4.3適應性的開合控制方案

通過安裝在臺車和卷揚機中的監控系統，由中央控制系統進行位移同步控制，確保屋蓋行走姿態；同時由中央控制系統進行力同步與監控，確保整套系統同步可靠的工作。

圖5　屋蓋同步開合控制示意圖

針對工程中活動屋蓋由卷揚機牽引和自驅臺車組合的驅動方式，控制上采用了適應性的同步控制策略。

驅動系統協調同步方法：

（1）驅動臺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，此時驅動臺車從動，減小車輪軸的阻力矩，從而避免車輪打滑。

（2）驅動臺車與卷揚機上安裝位移傳感器和力矩傳感器，均衡梁安裝測力銷軸，實時監測驅動系統移動過程中荷載和位移的變化。

（3）根據設計荷載和實時監測數據，標定驅動系統正常工作過程中，各監測數據的上下限值，當荷載超過限值時，中央控制系統進行調整，保證運行的協調同步。

圖6　驅動控制的同步保證措施

5 總結

本文根據柯橋輕紡城體育中心體育場開合屋蓋結構的特殊工況，介紹了開合屋蓋機械控制系統的各種適應性應用，包括針對開合運行工況的適應性設計和適應性施工及適應性的控制策略。希望對以后參與設計和建造類似項目的工程師能有參考價值。

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