柯桥轻纺城体育中心体育场开合屋盖开闭机械控制系统应用研究

俞锡齐

【摘要】通过对柯桥轻纺城体育中心体育场开合屋盖机械控制系统的设计和施工及控制策略，进行分析和研究。综述了开合机械控制系统的特殊工况，总结了开合机械控制系统适应性应用的基本方法。

【关键词】开合屋盖机械控制系统；适应性应用；设计与施工

1 工程概况

柯桥轻纺城体育中心体育场位于绍兴市柯桥区西北侧，总建筑面积77640平方米，观众座位40000席。体育场采用开合屋盖结构形式，活动屋盖由两个单元块组成，每片活动屋盖沿两条平行的圆弧轨道移动，活动屋盖采用平面桁架结构，屋面周圈设置水平支撑保证活动屋盖的整体性.每片活动屋盖通过14台小车支撑，闭合时可与固定屋盖完全吻合。

2 活动屋盖开合运行原理

本系统采用钢缆绳牵引和自驱台车的组合驱动方式，通过卷扬机，钢缆绳牵引活动屋盖。每片活动屋盖两侧各有7个台车，活动屋盖通过台车＼轨道等部件将活动屋盖的荷载传至固定屋盖。

3 体育场开闭系统特点分析

柯桥轻纺城体育中心体育场开合机械控制系统是一个综合性系统工程，集钢结构设计、制作与施工和起重机械、液压设计、加工与安装及电气、自动控制安装与调试的跨学科合作项目。三部分必须联合设计、联合制定制作和施工方案，联合交叉施工。共同调试，才能取得最后的成功。

轻纺城体育中心体育场工程对开合机械控制系统的要求有：

a、钢结构与开闭系统的适应性（适应性自适应与补偿调整能力）

b、钢结构的稳定性

c、机械液压系统的可靠性、耐久性

d、控制系统的协调性

e、牵引系统的同步性

4 开闭机械控制系统的适应性应用

4.1 适应性设计

考虑到体育场工程结构柔性、大跨度、主拱矢跨比小等工况，钢结构及行走运行轨道随着温差的变化，变形较大，进而引起开闭机械系统开合运行的力超载；

以开合屋盖结构工况为设计准则，开闭行走机构设有：行走轮、导向轮、反钩轮、侧向液压纠偏系统和竖向超高压千斤顶调整机构等。由于体育场固定屋盖的坡度较小，采用卷扬牵引开合方案时，活动屋盖的自重下滑力不足以使活动屋盖顺利平稳打开，因此，主动台车还设有自驱动机构，每部主动台车的驱动部分设有2组对称的链传动机构。

台车侧向设有液压自适应纠偏系统，通过油缸与弹簧组成弹性阻尼系统，能够适应活动屋盖与轨道中间的侧向变形。

4.2 适应性施工

钢结构与开闭系统适应性施工的难点主要体现在以下方面：

（1）本工程两条轨道上的台车承担着柔性活动屋盖的重量，活动屋盖通过台车行驶在固定屋盖主桁架上，为多点弹性支撑的超静定结构。

（2）台车承上启下，活动屋盖开合运行过程中将产生较大的变形量，同时固定屋盖在自重的作用下，会产生永久的变形，这都将会引起台车竖向内力超限及横向卡轨。

针对施工难点的适应性施工措施：

（1）通过合理的施工安装顺序和支撑架拆除顺序，以减少总变形量。

（2）根据结构特点及设计说明的要求，本工程在固定屋盖自重变形产生的位移释放后，进行轨道梁的初始对中。

（3）采取轨道与台车预偏方式，以确保二者的变形能力相协调。

（4）采用详尽的施工工况分析，确定开闭合系统安装时的钢结构初始状态，减少卡轨力，并保证台车内力不超限。

（5）根据招标图纸，活动屋盖在闭合状态，恒载工况下轨道的横向位移及竖向位移最大。为了使台车沿轨道行走过程中的侧向位移变幅的绝对值最小，在每榀主桁架上确定台车行走位移变幅的中轴线。轨道梁侧向预偏，竖向位移的补偿，可以调节轨道的标高，剩余变形均处于台车弹簧自适应调节范围内。

（6）为适应台车竖向变形，在施工过程中配装活动屋盖支撑法兰，通过超高压千斤顶进行微调，调节台车竖向位移的同时，调节活动屋盖相应节点支座在相应位置的竖向荷载，到位后，旋动竖向螺母锁紧。

4.3 适应性的开合控制方案

通过安装在台车和卷扬机中的监控系统，由中央控制系统进行位移同步控制，确保屋盖行走姿态；同时由中央控制系统进行力同步与监控，确保整套系统同步可靠的工作。

针对工程中活動屋盖由卷扬机牵引和自驱台车组合的驱动方式，控制上采用了适应性的同步控制策略。

驱动系统协调同步方法：

（1）驱动台车减速器与车轮之间安装离合器，在屋盖闭合过程中，离合器打开，此时驱动台车从动，减小车轮轴的阻力矩，从而避免车轮打滑。

（2）驱动台车与卷扬机上安装位移传感器和力矩传感器，均衡梁安装测力销轴，实时监测驱动系统移动过程中荷载和位移的变化。

（3）根据设计荷载和实时监测数据，标定驱动系统正常工作过程中，各监测数据的上下限值，当荷载超过限值时，中央控制系统进行调整，保证运行的协调同步。

5 总结

本文根据柯桥轻纺城体育中心体育场开合屋盖结构的特殊工况，介绍了开合屋盖机械控制系统的各种适应性应用，包括针对开合运行工况的适应性设计和适应性施工及适应性的控制策略。希望对以后参与设计和建造类似项目的工程师能有参考价值。

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