某体育场开合屋盖台车侧向调整阻尼系统的应用研究

俞锡齐　郑锐恒　俞荣华

摘要：通过对柯桥轻纺城体育中心体育场开合屋盖机械系统中支撑活动屋盖开闭行走的台车侧向纠偏调整的工况、适应性的设计方案、样机的试制和改进进行分析和研究。综述了行走台车的特殊工况特点和适应性性的台车设计方案，总结了台车样机侧向调节阻尼系统设计的基本思路、调试过程中发现的问题和改进的措施。

关键词：开合屋盖；机械系统；适应性；设计施工与调试；绍兴县体育场

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.17.127

1体育场概况及开合屋盖机械系统的介绍

轻纺城体育中心体育场位于绍兴市的柯北新城，屋面采用活动开启式，总建筑面积77640平方米，观众座位40000席，体育场于2014年完成竣工验收并投入使用，为目前国内可开启面积最大的开闭式体育场。

体育场活动屋盖的闭合通过卷扬机牵引关闭，活动屋盖的打开由活动屋盖节点下支撑的自驱动台车提供下滑力，卷扬机缓慢释放钢丝绳实现。

活动屋盖开闭机械传动系统中，共设置了4套单倍率卷扬驱动装置。卷扬驱动牵引方式为：钢丝绳的一端固定于双联卷筒的一侧绳槽内，钢丝绳的另一端绕过下部转向滑轮、上部转向滑轮、拖轮托辊等，然后穿过固定于对面活动屋盖上的均衡梁，再绕过上述装置，最后固定于双联卷筒的另一侧。由电机驱动装置驱动双联卷筒回转，钢丝绳卷绕在卷筒上，牵引对面活动屋盖行走，并配合支撑于活动屋盖下的主动台车的动作，从而完成屋盖的闭合动作。

2开合行走台车的结构

台车是开合屋盖机械系统中的关键功能部件，是活动屋盖的支承行走装置。

为适应钢结构的制造、安装误差及活动屋盖运行过程中的变形误差、保护台车和导向轮不发生过载的情况，在台车上设置有侧向检测及调整装置、竖向检测及调整装置、导向轮测力装置。每个台车上装有液压站和电控箱，为台车的运行调整提供动力和控制功能。在活动屋盖运行过程中，台车将检测到的各种数据传送给主控设备，主控设备进行数据处理并发出指令给调整机构，完成台车运行过程中的各种调整功能。

3开合行走台车的侧向纠偏调整系统

3.1侧向纠偏调整的工况

台车承载活动屋盖在轨道上运行，由于以下三种原因有可能造成台车侧向荷载超限：

（1）固定屋盖受自重、环境温度变化，风荷载等因素影响，发生较大变形，而轨道固定于固定屋盖上，跟随的变形造成台车导向轮卡轨；

（2）活动屋盖在运行过程中整体发生旋转或侧移，导致台车导向轮荷载发生规律性超限；

（3）开闭系统停止工作周期内，由于各种不利荷载、地基沉降等因素，导致建筑结构误差超过设计值。

3.2侧向纠偏调整的实现方案

台车侧向纠偏系统由液压缸、碟形弹簧、导向轮测力销轴、位移传感器、液压站和电控箱等组成。其中液压缸与碟形弹簧构成阻尼-弹性系统，在正常工作过程时，通过节流控制阀和碟形弹簧使液压缸带阻尼浮动，弹簧刚度系数为3kN/mm，水平允许偏移±100mm，可适应活动屋盖与轨道中间的侧向变形。

4侧向纠偏调整系统样机的设计制作和调试中发现的问题

4.1样机系统的设计制作

样机系统主要由台车、弹性轨道、加载运行实验装置、集成控制系统等部分组成。为了简化样机系统、节约成本，同时又能较好的再现开合屋盖机械系统工作时的真实状况，将机械系统的支点设定为2处，即样机系统中共有两台台车，台车在各自的弹性轨道上能协调动作。在台车运行过程中，我们假定其竖向荷载大致保持不变，并且每台台车竖向荷载相等，在此台车的竖向荷载采用悬挂配重的方式施加。台车的侧向荷载是由于两台台车的运动的不同步、左右两侧轨道变形不一致以及竖向载荷产生的附加力所引起，在台车运动时，根据接触压力的大小进行侧向位移的调整。

台车侧向位移的调整序号1侧向调整油缸及碟形弹簧组合机构来实现的，当系统检测到样机台车下部导向轮中的测力销轴的卡轨力值未超过设定值时，系统依靠碟形弹簧实现较小位移量的自动调整，此时侧向调整油缸不工作。当系统检测到样机台车下部导向轮中的测力销轴的卡轨力值达到设定值时，侧向纠偏系统控制侧向调整油缸开始动作，调整台车车体与轨道的侧向相对位置，释放台车车体与轨道的相对卡轨力。

4.2侧向纠偏调整系统在样机调试中发现的问题

侧向纠偏液压原理如图5所示，当台车导向轮测力销检测的卡轨力（即活动屋盖施加至台车的侧向荷载）小于设定值时，

图5液压原理图中的三位四通阀处于中位功能，双伸出杆纠偏油缸的两腔被液控单向阀锁住，

此时，纠偏油缸的活塞杆自动跟随侧向碟形弹簧的左右变形，即实现了微量自适应阻尼滑动。而一旦油缸活塞杆承受侧向碟簧力后，自然会使纠偏油缸的一腔压力增加，而此时纠偏油缸的两腔是被液控单向阀锁住的，那么，纠偏油缸内某腔增加的压力则一直存在于缸内得不到释放，而一旦台车导向轮测力销轴检测到的卡轨力大于设定值，需要纠偏油缸主动调整时，三位四通阀换向至左侧或右侧，由于液控单向阀的背压闭锁，纠偏油缸内那腔增加的压力并不能立刻得到释放，这就有可能使得纠偏油缸的主动调整与碟形弹簧的反力构成非线性的阻尼叠加效应，在纠偏调整过程中产生了不规律的液压冲击。

5系统改进

针对样机调试过程中遇到的问题，在绍兴体育场实际采用的台车纠偏液压系统中，对液压原理进行了改进，采用多个两位两通电磁阀的组合替换原先的三位四通阀和液控单向阀的组合。该两位两通电磁阀中的一位带双向锥阀闭锁，另一位双向流通；既能实现纠偏油缸两腔闭锁的功能，又去除了原样机方案中采用液控单向阀产生的油路背压现象。

6总结

本文根据柯桥轻纺城体育中心體育场开合屋盖机械系统中支撑活动屋盖行走的台车侧向纠偏调整的特殊工况，介绍了侧向纠偏调整系统的适应性应用，包括侧向荷载和位移的适应性纠偏调整原理、纠偏调整系统样机的结构和调试。另外，本文也概述了侧向纠偏调整系统样机调试过程中遇到的问题和在实际工程中采用的改进方法，希望对以后类似工程的设计和建造有参考价值。

参考文献

[1]刘锡良.现代空间结构[M].天津：天津大学出版社，2003.

[2]IASS（International Association for Shell and Spatial Structures）. Structural Design of Retractable Roof Structures[M].Edited by Ishii，K.WIT Press，Southampton，Boston，2000.

[3]管军.移动屋盖机械系统研究[D].杭州：浙江大学，2005.

[4]张锋，俞锡齐，陈国栋.开合屋盖体育场机械系统应用研究[J].施工技术，2012，（02）.

[5]张军，董年才.南通体育场开合屋盖机械驱动系统原理及运行维护[J].建筑施工，2008，30（3）：191194.

[6]翁新华，王春香，朱爱.变频调速在大型动态建筑构件上的实时控制[J].制造业自动化，2002，24（11）：36.

[7]智浩，李同进.上海旗忠网球中心活动屋盖的设计与施工——机械结构一体化技术探索与实践[J].建筑结构，2007，37（4）：95100.