俞錫齊

【摘要】通過(guò)對(duì)柯橋輕紡城體育中心體育場(chǎng)開(kāi)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(kāi)合機(jī)械控制系統(tǒng)的特殊工況，總結(jié)了開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)14臺(tái)小車(chē)支撐，閉合時(shí)可與固定屋蓋完全吻合。

2 活動(dòng)屋蓋開(kāi)合運(yùn)行原理

本系統(tǒng)采用鋼纜繩牽引和自驅(qū)臺(tái)車(chē)的組合驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)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(chē)，活動(dòng)屋蓋通過(guò)臺(tái)車(chē)＼軌道等部件將活動(dòng)屋蓋的荷載傳至固定屋蓋。

3 體育場(chǎng)開(kāi)閉系統(tǒng)特點(diǎn)分析

柯橋輕紡城體育中心體育場(chǎng)開(kāi)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(kāi)合機(jī)械控制系統(tǒng)的要求有：

a、鋼結(jié)構(gòu)與開(kāi)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

4 開(kāi)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(kāi)閉機(jī)械系統(tǒng)開(kāi)合運(yùn)行的力超載；

以開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)工況為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，開(kāi)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(kāi)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(kāi)，因此，主動(dòng)臺(tái)車(chē)還設(shè)有自驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，每部主動(dòng)臺(tái)車(chē)的驅(qū)動(dòng)部分設(shè)有2組對(duì)稱(chēng)的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

臺(tái)車(chē)側(cè)向設(shè)有液壓自適應(yīng)糾偏系統(tǒng)，通過(guò)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(kāi)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(chē)承擔(dān)著柔性活動(dòng)屋蓋的重量，活動(dòng)屋蓋通過(guò)臺(tái)車(chē)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(chē)承上啟下，活動(dòng)屋蓋開(kāi)合運(yùn)行過(guò)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(chē)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(guò)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(shuō)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(chē)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(kāi)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(chē)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(chē)沿軌道行走過(guò)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(chē)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(chē)彈簧自適應(yīng)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

（6）為適應(yīng)臺(tái)車(chē)豎向變形，在施工過(guò)程中配裝活動(dòng)屋蓋支撐法蘭，通過(guò)超高壓千斤頂進(jìn)行微調(diào)，調(diào)節(jié)臺(tái)車(chē)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(kāi)合控制方案

通過(guò)安裝在臺(tái)車(chē)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。

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

（2）驅(qū)動(dòng)臺(tái)車(chē)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(xiāo)軸，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)過(guò)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(guò)程中，各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上下限值，當(dāng)荷載超過(guò)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。

5 總結(jié)

本文根據(jù)柯橋輕紡城體育中心體育場(chǎng)開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)的特殊工況，介紹了開(kāi)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(kāi)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(lèi)似項(xiàng)目的工程師能有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉錫良.現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)[M].天津大學(xué)出版社，2003

[2]管軍.移動(dòng)屋蓋機(jī)械系統(tǒng)研究.[碩士學(xué)位論文].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[3]張軍，董年才.南通體育場(chǎng)開(kāi)合屋蓋機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理及運(yùn)行維護(hù)[J].建筑施工，2008，30（3）：191-194.

[4]翁新華，王春香，朱愛(ài).變頻調(diào)速在大型動(dòng)態(tài)建筑構(gòu)件上的實(shí)時(shí)控制.制造業(yè)自動(dòng)化，2002，24（II）：3-6.

[5]智浩，李同進(jìn).上海旗忠網(wǎng)球中心活動(dòng)屋蓋的設(shè)計(jì)與施工—機(jī)械結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)探索與實(shí)踐.建筑結(jié)構(gòu)，2007，37（4）：95-100.