автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка модульного комплекта гидравлического оборудования для монтажа мостовых конструкций методом надвижки

Р Г Б ОД

^ /!Г>Э /«.Г,*)

! МАУ чкб-ЙСС Л ЕД О В АТЕ Л Ь С КИ Й ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА (ОАО ЦНИИС)

На правах рукописи КОВРОВ Геннадий Васильевич

УДК 69.002.5.-82:624.21.057

РАЗРАБОТКА МОДУЛЬНОГО КОМПЛЕКТА

ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МОНТАЖА МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ НАДВИЖКИ.

05. 05.04 - Дорожные и строительные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

1998

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре «Строительно-технологические комплексы» ОАО ЦНИИС

Научный руководитель - кандидат технических наук И.А. Панин

Научный консультант - кандидат технических наук Л.В. Крицберг

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор И.П. Керов

кандидат технических наук Б.С. Марышев

Ведущая организация - ОАО «Гипротрансмост» (г.Москва)

Защита состоится апреля 1998г. в 10 часов

на заседании специализированного совета К133.01.01. по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Научно - исследовательском институте транспортного строительства (ОАО ЦНИИС).

129329, Москва, ул. Кольская, д.1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан » 998 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

В диссертации выполнены исследования, направленные на повышение качества и производительности монтажных работ по установке пролетных строений (ПС) на проектные отметки, на увеличение надежности специального технологического оборудования путем его унификации на базе трехуровневой модульности конструкции составных частей.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

Актуальность исследования определяется значительным объемом монтажа стальных и железобетонных ПС вновь строящихся и реконструируемых мостов и путепроводов методом цикличной продольной и поперечной надвижки без ограничения движения транспорта в нижнем уровне в местах пересечений транспортных магистралей, а также в стесненных условиях населенных пунктов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Целью работы является создание комплекта модульного технологического оборудования для монтажа ПС методом надвижки (продольной и поперечной, в том числе по радиальным кривым), оснащенного современным гидроприводом, системой контроля и управления и приспосабливаемым под различные варианты монтажных работ при многообразном исполнении мостов, путепроводов и эстакад.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

В диссертации исследованы : поведение системы "опоры - ПС -оборудование"; толкающее и тяговое гидравлическое оборудование; средства контроля и управления, обеспечивающие перемещение по заданной траектории и установку на проектные отметки многотонных мостовых конструкций с пониженными силами трения, с повышенной производительностью и безопасностью выполнения монтажных работ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

1. Составлена математическая модель взаимодействия надвигаемого ПС с исполнительными силовыми механизмами, в которой учтены упругость монтируемой конструкции, податливость опор, собственные механические характеристики оборудования и гидравлического привода.

2. Установлены пределы устойчивости работы гидропривода оборудования при выполнении технологических операций и требуемая степень резервирования его мощности.

3. Исследованы колебательно-волновые процессы, возникающие в системе "ПС - опоры" при надвижке, определены диапазон скоростей надвижки и способы снижения динамического воздействия ПС на опоры.

4. Разработана принципиальная гидравлическая схема привода с системой управления, обеспечивающая синхронную работу разнесенных

на значительные расстояния друг от друга надвигающих устройств. Составлена математическая модель данной схемы процесса синхронизации и на ее основе разработана методика определения корректирующих воздействий с учетом характеристик монтируемого ПС и собственных параметров гидропривода.

5. Определена структура внутренних сил в устройствах, действующих по принципу скольжения на жидкостной подушке, и необходимое соответствие этих сил нормам надвижки мостовых конструкций из металла и железобетона.

6. Выведены аналитические зависимости, позволяющие производить расчет основных параметров и разрабатывать принципиальные компоновочные решения составных частей комплекта оборудования для монтажа мостовых конструкций методом надвижки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

Исследовано и создано монтажное оборудование, выполненное на модульной основе : насосные станции, надвигающие установки, тяговые агрегаты, перекаточные устройства, силоизмерительные устройства, системы контроля, управления и блокировки, действующие в ручном и автоматизированном режимах.

Доказана возможность увеличения качества и темпов монтажных работ, снижения сил трения на опорах, непрерывного контроля за состоянием опор и надвигаемого пролетного строения.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.

С использованием результатов диссертационной работы запроектированы и изготовлены оборудование и средства управления и контроля для выполнения монтажных работ, с помощью которых наведены ПС автодорожных мостов: через р. Царицу в г. Волгограде; через р. Б. Каюковка у с. Шумейка возле г. Саратова ; через р. Чубук и р. Баяндир в Турции ; через р. Москва в районе г. Красногорска ; через канал им. Москвы в г. Химки (МКАД) и у г. Дмитрова ; через р. Волгу у с. Пристанное в г. Саратове.

Приемочные испытания в эксплуатационных условиях, длительная и надежная работа на монтажных*работах при возведении ПС доказали эффективность разработанного оборудования, средств управления и контроля, освоено их серийное производство.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИЯ.

Основные положения работы докладывались на конференции молодых специалистов в ЦНИИС (г. Москва) в 1990г.; ВИСИ (г. Воронеж) в 1991г.; на Всероссийском семинаре мостостроителей в 1996 г. в г. Павловске; на совещании в отделе мостов ФДД в 1996г.; на совещании при Генеральном

директоре АО Гипротрансмост в 1997г.; на совместном заседании секций „Механизация транспортного строительства, строительные машины и оборудование и Мосты" Ученого Совета ЦНИИС в 1997г.

По результатам работы получены три положительных решения Госкомизобретений РФ по заявкам на изобретения и опубликованы четыре статьи.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1.Типоразмерный ряд модульных видов специального технологического оборудования и его составных узлов и агрегатов, обеспечивающих применение всех известных способов цикличной надвижки ПС мостов путем рационального подбора составных частей.

2. Блочно-модульная автоматизированная система гидропривода, обеспечивающая высокоточную согласованность взаимного продольного, поперечного и углового перемещения монтируемых конструкций при их надвижке по прямым и радиальным траекториям.

3. Алгоритм управления модульным комплектом оборудования в ручном и автоматическом режимах с контролем состояния опор, надвигаемого ПС и агрегатов оборудования, при выполнении операции в соответствии с регламентом производства работ.

4.0сновы проектирования перекаточных устройств, действующих по принципу движения на жидкостной подушке, обеспечивающих многократное снижение сил трения на опорах и выравнивание продольных и поперечных нагрузок на перекаточные балки опор.

б.Унифицированные средства контроля и измерения показателей состояния опор и ПС.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и общих выводов, содержит 165 стр. машинописного текста, 74 рисунка, 2 таблицы и приложения. Список использованных источников включает 79 наименований. Общий объем работы 212 стр .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ВО ВВЕДЕНИИ изложены актуальность работы, цель и методы ее проведения, конечные результаты.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проанализирован современный отечественный и зарубежный уровень механизации строительно-монтажных работ в мостостроении применительно к монтажу ПС, в особенности методом цикличной надвижки, отмечены нерешенные проблемы и возможности совершенствования существующих технологических процессов.

Метод надвижки относится к передовым технологиям монтажа различных мостовых конструкций. С помощью цикличной продольной надвижки (ЦПН) монтируются ПС из стали, монолитного железобетона и сталежелезобетонные конструкции. Наиболее часто метод цикличной надвижки применяется при строительстве внеклассных мостов, однако, несомненна перспективность использования этого метода при сооружении, реконструкции, ремонте малых и средних мостов, путепроводов и эстакад. Особенно перспективной представляется продольная надвижка из сборочного стапеля в местах пересечений крупных транспортных магистралей, ■оживленных улиц городов и других населенных пунктов, поскольку этот метод позволяет не ограничивать движения транспорта в нижнем уровне развязки. В ряде случаев при выполнении ремонтных и реконструкционных работ предпочтение отдается поперечной надвижке всего ПС или его фрагментов, с предварительной сборкой конструкции сбоку от старого моста.

Метод ЦПН неоднократно применялся и применяется подразделениями бывшего Минтрансстроя для монтажа металлических пролетных строений внеклассных мостов. Применительно к монолитным железобетонным мостам этот метод в Росси был впервые использован в период строительства автодорожного моста через р. Царицу в г.Волгограде.

За рубежом этот метод используется многими строительными фирмами Германии, Франции, Италии, США и др., в том числе такими известными, как Спи-Батиньоль(Франция) и Вайс и Фрайтаг (Германия).

Надвижку ПС осуществляют методом толкания с помощью силовых установок, располагаемых впереди стапеля на устойной опоре; тыловым толканием с задней части стапеля; созданием надвигающих усилий с помощью тросовой системы и тяговых устройств, закрепляемых на противоположном берегу. Каждый из методов обладает достоинствами и недостатками, однако наиболее предпочтительным является метод толкания с устойной опоры.

Предлагаемое специализированными зарубежными фирмами („Дивидаг", „Эбершпехер", „Энерпак", „Просекью,, и др.) специальное гидравлическое монтажное оборудование обеспечивает достаточно высокий уровень механизации технологических процессов и возможности строительства передовыми методами. К таким видам оборудования относятся натяжные домкраты, плоские грузоподъемные домкраты, вертикальные домкраты, толкающие гидроцилиндры, насосные станции и гидроаппаратура. В качестве вспомогательных средств используются ручные насосы, переносной гидрофицированный инструмент и приборы контроля.

Отечественные специальные средства механизации монтажных мостостроительных работ, это как правило, морально и физически устаревшее оборудование, не обновлявшееся, за редким исключением, на протяжении 15-20 лет. В связи с этим, монтажные работы выполняются медленно и трудоемко.

Вопросы совершенствования гидроприводов строительных машин и оборудования и его автоматизации отражены в трудах отечественных ученых: Алексеевой Т.В., Гамынина Н.С., Ермакова В.В., Кузина Э.А. Коробочкина Б.Л., Скрицкого В.Я.,., Панина И.А.., Крицберга Л. В., Солдатова В.Л., Прокофьева В.Н., Тарасова А.Н., зарубежных ученых; Г. Берга, С. Финка, С. Кралера, Е. Льюиса, Н. Штерна, Н. Стюарта.

Проблемами механизации технологических процессов и совершенствования мостостроительного оборудования занимались отечественные ученые: Бондарович Б.А.., Головачев А..С., Керов И.П., Силин К..С , Недорезов И.А., Тер-Микаэлян Ф.М., Прохоров А.Д., Марышев Б.С. и др.

Принципы блочно-модульной разработки строительных машин рассмотрены в работах: Аверьянова О.И., Бахреха Л.М., Зайцева A.B., Брагинской Н.В., Варфоломеева В.Л., Невзорова Л.А., Татаринова Л.Д., Цветкова И.А. и др.

Однако, как показывает анализ литературных источников, и опыт, накопленный в НИЦ „Стройтехкомплекс", в отечественной и зарубежной практике монтажа ПС мостов существует ряд проблем, решение которых обеспечит значительный прогресс в мостостроении. Эти проблемы следует решить на основе:

• универсальности и приспособляемости монтажного оборудования к различным условиям строительства и конструктивного исполнения мостов и путепроводов;

• унификации деталей и узлов, комплектующих изделий;

• модульного принципа конструирования специального оборудования и компоновки его составных частей на различных уровнях модульности;

• возможности комбинаций по усилию (мощности), размерам, сложности исполнения (из простого - сложное и наоборот), технологическим пределам и стоимости изготовления;

• .быстроты диагностирования и ремонта, техобслуживания, простоты и надежности эксплуатации в условиях строительства .

В результате анализа состояния вопроса определены следующие задачи исследований и методы их решения.

1. Разработать основу модульного построения специального технологического оборудования для цикличной надвижки ПС мостов и принципиальные схемы расстановки и взаимодействия составных частей оборудования при различных способах надвижки .

2. Определить количество уровней, структуру и состав модульного комплекта оборудования, его параметрические ряды .

3. Обосновать и разработать концепцию основных конструктивных решений и методические принципы проектирования на модульной основе составных частей оборудования.

4. Определить силовые и скоростные параметры специального гидравлического оборудования с учетом регламента производства монтажных работ и допустимых нагрузок на опоры и ПС .

5. Определить пути решения задачи контроля показателей состояния опор и ПС и форму их графического представления на контрольных дисплеях пультов управления и ЭВМ.

6. Разработать методику рационального выбора видов оборудования и составления ограниченных комплектов под конкретные технологические задачи.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ отражены материалы теоретических исследований и расчетов, направленные на разработку модульного оборудования.

1. Составлена математическая модель взаимодействия надвигаемого пролетного строения с исполнительными гидравлическими механизмами.

2. Составлена математическая модель поведения опоры при надвижке.

3. Проведено исследование взаимодействия о пор с пролетным строением при надвижке.

4. Составлена математическая модель системы синхронизации двух совместно работающих гидродвигателей при монтаже пролетных строений.

5. Проведен расчет на ЭВМ для определении нагрузок на перекаточные устройства в момент прохождения по ним секций ПС, имеющих строительный подъем.

Математическая модель взаимодействия надвигаемого ПС с исполнительными механизмами составлялась с целью определения динамических нагрузок на гидравлические механизмы в период перемещения ПС при постановке его на проектные отметки.

Динамические нагрузки возникают в результате преодоления инерции покоя разгоняемых масс при каждом тактовом цикле перемещения ПС по опорам. Характер динамики разгона определяется жесткостью монтируемой конструкции, упругими свойствами гидропривода и исполнительных механизмов, величиной сил трения покоя и движения в сопрягаемых поверхностях, а также мощностью, затрачиваемой на совершение процесса движения.

При составлении модели принимались следующие допущения:

• все элементы конструкции пролетного строения (ПС) и опор находятся под воздействием усилий надвижки и работают в упругой стадии;

• общая масса ПС не изменяется, сосредоточена в точках опирания и пропорциональна опрным реакциям;

• продольная деформация ПС рассматривается как деформация упругого стержня;

• деформация изгиба опор происходит только в продольной плоскости;

• между ПС и каждой опорой действует сила трения, пропорциональная опорной реакции на данной опоре;

• коэффициент трения поверхностей ПС и перекаточного устройства опоры в состоянии покоя (трение покоя) отличается от соответствующего коэффициента при скольжении (трение скольжения) по зависимости, установленной в теории машин и механизмов;

• масса опор в движении не участвует и не учитывается;

• силы внутреннего трения элементов конструкции ПС отсутствуют;

• приведенный модуль упругости гидросистемы и звеньев исполнительных механизмов остается неизменным .

На некотором этапе монтажа ПС опирается на п опор, в том числе, на стапеле и на устое. На ПС действует толкающая продольная сила Р и сила трения Т, возникающая между контактными поверхностями ПС и опорами в процессе надвижки. Будем искать п функций от времени, описывающих продольное движение каждой массы X/ ({) ; >~ 1...п . Рассмотрим некоторую произвольную массу М и соответствующую ей опору. На массу в общем случае действует внешняя возмущающая сила толкающих установок, силы упругости ПС, инерционная сила и сила трения со стороны опор. Инерционная сила продольного перемещения массы

Л = М/ Х\(1) 4 (1)

Динамическое уравнение движения массы М в канонической форме с использованием метода перемещений и с учетом упомянутых выше особенностей рассматриваемой конструкции

/п-1 *Хи(П + к/ *Х,(0 + км *Хм(1) + МГХф + 77(0 + РЩ = О (2)

здесь постоянными являются величины

£Я ЕР ЕР ЕР

ки= — ; к/ =-+ — ; км = —

I. и I и Ц Ц

где, Е - модуль упругости материала, из которого сделано ПС;

Р - площадь поперечного сечения пролетного строения ( она с достаточной точностью может быть принята постоянной по длине);

Li - расстояние между опорами.

Сила трения между контактными поверхностями ПС и опоры зависит от величины опорной реакции, коэффициента трения контактирующих материалов и от комплексного показателя податливости оголовка опоры на горизонтальное воздействие (к) ( этот показатель зависит от высоты и конструкции опоры, а также от типа фундамента и грунта).

В результате сила трения будет представлена в виде сложной функции вида

Ti(t) = ki 'Xi(t) если ki * Xi(t) < Ri * Kn

(3)

Ti(t) = Ri * Kc если ki * Xi(t) > Ri * Kn

где, Ri - опорная реакция;

Kn - коэффициент трения покоя; Kc - коэффициент трения скольжения.

Таким образом, функция (3) может иметь разрыв. Уравнения (2) и (3) описывают условия движения массы М /. Подобные условия могут быть записаны для каждой из рассмотренных опор, следовательно, получается система п дифференциальных уравнений второго порядка, содержащих функцию, имеющую разрыв. Для случая толкающей силы в самом начале возведения ПС моста систему можно записать так:

) I

k1*X1(t) + к2 * X2(t) + М1 * X1 (t) + P(t) + T1(t) = О

k1 *X1(t) + k2 * X2(t) + k3 * X3(t) + M2 * X2 (t) + T2(t) = 0

ki-1*Xi-1(t) + ki*Xi(t) + ki+1 *Xi+1(t) + Mi *Xi (t) + Ti(t) = 0

.............. (4)

kn-1 *Xn-1(t) + kn 'Xn(t) + kn+1 *Xn+1(t) + Mn "Xn (t) + Tn(t) = 0

I kiXi(t) если ki Xi(t) < Ri Kn

Ti(t) = I

I Ri Kc если ki Xi(t) > Ri Kn

Численное интегрирование системы дифференциальных уравнений (4) осуществлялось методом Рунге-Кутта с использованием пакета программ численных методов TURBONUMERICAL для ЭВМ типа IBM PC. В качестве примера расчета процесса надвижки рассмотрено стальное ПС моста, строящегося через р. Волга у г. Саратова. Результаты интегрирования проиллюстрированы на графическом примере рис.1.

Рис.1. Продольное перемещение ПС в период разгона.

Как видно из рис.1, в начальный период разгона система „опора - ПС" накапливает упругую деформацию до тех пор, пока на какой нибудь опоре величина толкающей силы не превысит силу трения покоя; далее с наростанием силы происходит постепенный „срыв " и остальных опор . Такой характер разгона продолжается до тех пор, пока не „сорвется" последняя опора, после чего ПС начинает равномерное движение, а величина толкающей силы будет зависеть от величины суммарной сипы сопротивления на перекаточных устройствах. Процесс разгона ПС со "срывом" опор приводит к скачкообразному перераспределению внутренних усилий в ПС и опорах. Чтобы при каждом очередном цикле надвижки начать движение ПС, необходимо развить усилие на 10-15% превышающее максимально потребное для равномерного движения . Расчеты показали, что инерционные силы при разгоне с ускорением до 1 см/сек2 существенно меньше сил упругости пролетного строения и сил трения. В результате в пролетном строении не возникает волновых продольных колебаний.

Для анализа взаимодействия системы "ПС - опоры - надвигающее оборудование" составлена математическая поведения опоры при надвижке, исследовано взаимодействие опор с ПС.

Результатом проведенного теоретического исследования явилось определение требований, предъявляемых к оборудованию для надвижки с учетом ограничений по устойчивости опор, определен диапазон скоростей движения, получены аналитические зависимости, позволяющие

спроектировать и изготовить комплекс измерительной аппаратуры для измерения собственных характеристик опор.

При монтаже ПС существует необходимость согласованной (синхронной) работы толкающих установок и других механизмов активного действия, разнесенных на значительные расстояния. Для решения этой задачи была составлена математическая модель системы синхронизации совместно работающих гидродвигателей.

Гидравлический привод предусматривает значительное количество способов синхронизации, отличающихся между собой принципом действия, точностью, сложностью устройств, стоимостью, надежностью. На основании анализа литературных источников и накопленного опыта, были выбраны способы синхронизации, основанные на дроссельном и объемном регулировании принудительно разделяемых потоков рабочей жидкости с коррекцией синхронного движения с помощью средств автоматики, которые по ряду признаков в наибольшей степени соответствует процессу монтажа ПС.

На рис.2 показана разработанная структурная схема "-модульного гидроблока синхронного действия с электронным управлением в цепи обратной связи.

Рис. 2. Структурная схема модульного гидроблока синхронного действия.

БУ - блок управления;

01, 02 - датчики положения;

Ц1, Ц2 - гидродвигатели (гидроцилиндры);

Ж , НЗ и Н2 , Н4 - соответственно основные регулируемые и вспомогательные гидронасосы; КУ1 , КУ2 - управляющие клапаны; Р1 , Р2 - гидрораспределители ; Б1 , Б2 - гидробаки .

Приведенная схема модульного гидроблока позволяет располагать исполнительные механизмы на строительной площадке в соответствии с технологической необходимостью и передвигать монтируемые объекты с заданным коэффициентом пропорциональности перемещения: прямолинейно, по радиальным кривым, разворачивать в плане.

При составлении математической модели процесса синхронизации принимались следующие допущения:

• утечки в гидроцилиндрах равны нулю;

• частоты вращения приводных валов насосов равны и постоянны;

• дополнительные утечки в системе, зависящие от колебания скорости перемещения штоков гидроцилиндров отсутствуют.

Возмущающее воздействие на входе системы или изменение нагрузки Р ведет к изменению давления р в системе. Нагрузка на штоке каждого из гидроцилиндров Я и давление в питающем насосе р связаны зависимостями

где, р = рвх - рО

рО - давление на сливе;

рвх - давление на входе;

О - диаметр поршня;

к.п.д. - коэффициент полезного действия привода.

Импульс давления Л р( / ) вызовет изменение величины утечек в насосе Л6у(У- Система уравнений данной схемы процесса автоматического регулирования может быть представлена в следующем виде

Я = р П О2 (к.п.д.) / 4

4

лр(()= -

К1 ЛР(1)

П О2 (к.п.д). б л(7

л с}у(( } = - лр({) = 6

бр

я = л(3уси + л<3н - г

4 я

»V = - = К2 я

П О2

2 = и *я п

и = - 51дп л V

АР(()

(5)

где , л v - величина рассогласования по скорости штоков;

Л Qh - различие в производительности насосов;

Z - компенсирующая величина расхода;

Лд - изменение объема камеры насоса;

п - частота вращения вала насоса.

4 4 d

К1 = - ; К2 = - ; б = —Л Q'

ПD 2 ( к.п. д.) П D 2 dp

Задающее воздействие со стороны надвигаемой конструкции представим в виде гармонических колебаний на входе

AF(t) — f sin w t

где, f - амплитуда возмущающего воздействия;

w - частота возмущающего воздействия.

При этом в системе возникнут колебания той же частоты, но другой амплитуды и со сдвигом по фазе.

Л v = a sin (w t - j)

а , j - амплитуда и фаза колебаний в системе.

На основании решения системы уравнений (5) и преобразований получаем

б К1 eos j б К1 sin j 4

Av = К2((- + - * P)Av - n--av+*Qh)

a a w Па

или без учета разности в производительности насосов Л Qh

С cosj С sinj К2

(- + - р - 4 hq п- - 1 ) л v = 0 (6)

a a w Па

где , С = б К1 f К2 (7)

Решая уравнение (6) на комплексной плоскости, подставим оператор дифференцирования Р = i w , тогда

К2

а + 4 Aq п — = С С eos j + i sin j) (8)

П

Выражение слева зависит только от амплитуды а и определяет прямую, совпадающую с осьюабсцисс с распределенным параметром вдоль нее.

Выражение справа зависит от j и на комплексной плоскости определяет окружность радиуса С. Анализируя решение уравнения (8) на комплексной плоскости и подставляя значения С из (7), К1 и К2 из (5) видим: для того чтобы уменьшить собственные колебания системы и сделать ее нечувствительной к внешним колебаниям (воздействию нагрузки) необходимо выполнить условие

6 f

п > --(9)

D2 (к.п.д.)

Согласно структурной гидравлической схеме (рис.2), насосы работают на максимальной производительности, следовательно, для восстановления согласованного режима работы гидроцилиндров необходимо уменьшить производительность насоса в системе опережающего гидроцилиндра на величину AQ0 = Лд п. Настройку ограничения снижения рабочих камер насосов л q синхронного модуля в каждом конкретном случае определяется характеристиками сооружаемого объекта ( f), а также характеристиками оборудования ( б, D, п, (к.п.д.)), и уточняется в процессе надвижки ПС.

Полученные зависимости (5) - (9) являются основой для выполнения теоретических расчетов параметров синхронизируемых гидроприводов механизмов перемещения мостовых конструкций с учетом конкретных нагрузок, масс, сил сопротивления и темпов выполнения работ.

Предложенная структурная схема и методика расчета синхронизируемого гидропривода послужили основой разработки модуля перекаточного устройства активного действия, позволяющего модульно наращивать мощность оборудования, автоматизировать процесс надвижки ПС, используя вычислительную технику. Такие устройства обеспечивают более рациональное распределение усилий надвижки по всей длине ПС и создают возможность надвижки ПС, имеющих значительную длину.

Для определения нагрузок, возникающих на перекаточных устройствах во время надвижки ПС, были рассмотрены случаи прохождения по ним прямолинейных участков ПС, а также угловых участков стыкуемых секций, имеющих заданные строительные подъемы. При расчетах рассмотрены неблагоприятные варианты взаимодействия пролетного строения с перекаточным устройством и дана количественная оценка возможной перегрузки пролетного строения и опорных частей. Картина распределения нагрузок на элементы перекаточного устройства и, соответственно, на пролетное строение определялись с помощью ЭВМ. Расчеты выполнялись методом конечного элемента по программе"РКМ +" для персональной ЭВМ типа IBM PC, разработанной в ЦНИИСе Митропольским Н.М., Михайловым Н.М. и Разживиным А.В..

В качестве примера рассмотрен монтаж стального пролетного строения левобережной части моста через основное русло р. Волги у села Пристанное со схемой пролетов 3x126 + 3x157,5 +2x126 м. Известно, что в процессе продольной надвижки возникает опасность смятия или потери устойчивости стенки ПС в зоне опирания на перекаточное устройство. Расчеты выполнялись в предположении упругой работы всех элементов конструкции, так как при монтаже пластические деформации не допускаются. В каждом расчете задавалась опорная реакция, угол перелома нижнего пояса и положение упругих элементов на перекаточном устройстве. Реальная зона контакта пролетного строения с упругими элементами определялась в зависимости от их положения и деформации итерационным способом, алгоритм которого в виде блок-схемы приведен на рис.3.

Рис.3. Укрупненная блок-схема работы программы расчета контактного взаимодействия системы :„ пролетное строение - упругие элементы - балансир ".

В результате серии расчетов было выявлено, что существующая конструкция резино-металлических опорных частей (РОЧ) или пружинных амортизаторов практически при любой ситуации на перекаточном устройстве не обеспечивает равномерность распределения продольных погонных нагрузок, в результате чего в период надвижки определенные контактные точки на ПС, а, значит, и балансирная балка в данных точках контакта испытывают перегрузки. Величина перегрузок относительно номинальной может достигать двух крат и более, что особенно опасно для самого ПС.

Отсюда следует, что перекаточные устройства необходимо оснащать средствами выравнивания нагрузок путем их равномерного распределения по балансирным балкам. Такими средствами, которые обеспечивают режим равенства реакций, могут служить модули, состоящие из флюидного устройства и гидравлического домкрата. Модули объединены в блоки и соединены между собой по определенной схеме, позволяющей приспосабливаться под изменяемую геометрию нижнего пояса ПС в продольном и поперечном направлениях.

Модульное построение монтажного оборудования производилось на основе разработанной Бахрехом Л.М. модульной системе проектирования специальных монтажных машин транспортного строительства.

С учетом специфики и разнообразия технологий монтажа ПС мостов в систему введен новый уровень - технологический. Система модульного проектирования корректировались применительно к особенностям оборудования для монтажа пролетных строений мостов методом надвижки. В результате определена совокупность параметров комплекта оборудования и перечень модулей, подлежащих разработке.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены материалы стендовых экспериментов на физических моделях, прототипах и натурных образцах отдельных видов и составных частей комплекта оборудования. С этой целью использовался имеющийся в НИЦ „ Стройтехкомплекс " универсальный лабораторный комплекс и специальные средства физического моделирования и измерения. Работы выполнялись в полном соответствии с теорией инженерного эксперимента.

Экспериментальные исследования проводились с целью проверить расчетные данные и определить ряд зависимостей, которые было рационально получить непосредственно опытным путем.

Экспериментальной проверке подверглись:

• толкающие установки;

• перекаточные устройства активного действия;

• вертикальные домкраты грузоподъемностью до 1000т.;

• пространственные опорные металлоконструкции;

• новые полимерные уплотнения;

• гидравлические захваты по металлу и бетону;

• перекаточные устройства, оснащенные флюидными модулями на жидкостной подушке при повышенном давлении (до 20 мПа), с решением проблем изоляции масляной полости;

• модели систем синхронизации с дроссельными и объемным следящими приводами;

• система и средства измерения нормальных и изгибающих реакций на опорах;

• средства и системы автоматизации управления.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ отражены результаты испытаний натурных образцов оборудования в реальных условиях строительства, дан сравнительный анализ сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований, произведено формирование окончательной базы данных по решаемой проблеме, изложены материалы и результаты испытаний следующих видов оборудованиях

• комплект гидравлического оборудования для цикличной продольной надвижки монолитного ПС моста через р. Царицу в г. Волгограде;

• модульное оборудование для снижения сил трения на перекаточных устройствах опор моста через реки Малая и Большая Каюковка у села Шумейка близ г. Саратова;

• комплект модульного тягового оборудования для натяжения шпренгельной системы;

• средства контроля состояния опор и пролетного строения при строительстве моста через р. Волгу у с. Пристанное в г. Саратове;

• системы и средства контроля при надвижке за состоянием опор и металлических пролетных строений мостов через реку Москва у г. Красногорска, через канал им. Москвы в районе г. Химки и г. Дмитрова, через реки Чубук и Баяндир в Турции .

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ изложены данные по составу комплекта оборудования, типоразмерным рядам модулей, принципиальным конструктивным решениям и расчетам основных параметров оборудования, показаны специфические особенности эксплуатации комплекта и технико-экономическая эффективность его применения.

Модульный комплект монтажного оборудования, образует типоразмерный ряд изделий, выполненных на основе модулей, образующих три конструктивных разряда (уровня).

Первый уровень составлен по технологическому принципу; он насчитывает 7 модулей, из которых составляются ограниченные комплекты оборудования под каждый конкретный объект или серию объектов в зависимости от принятого способа надвижки и параметров ПС

(общая длина, вес, величина пролетов, кривизна моста, продольный и поперечный уклоны и т.п.).

Второй уровень состоит из 12 модулей, на основе которых компонуются модули первого уровня по агрегатному принципу.

Третий уровень - это 25 модулей, из которых компонуются модули второго уровня по узловому принципу.

После модулей трех отмеченных уровней по ранжиру идут унифицированные узлы, детали и покупные комплектующие изделия.

Результаты проведенных исследований легли в основу технических требований, предъявляемых к разработке составных частей комплекта оборудования и средств контроля за состоянием опор в процессе монтажа ПС. Даны рекомендации по выбору составных частей и всего комплекта оборудования в целом, включая количество и разряды типоразмеров, учитывающих баланс мощности, соответствие технологии работ, времени выполнения операций.

Проведенный сравнительный расчет технико-экономической эффективности от использования нового оборудования показал существенную эффективность его применения на строительных объектах при монтаже ПС методом надвижки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1.Разработанный модульный комплект специального технологического оборудования обеспечивает надвижку стальных, железобетонных и сталежелезобетонных ПС мостов по горизонтали, под уклон и в гору по заданной траектории со следующими техническими показателями:

• длина пролетного строения.........................................................до 2000 м.

• вес пролетного строения..........................................................до 30 ООО т.

• ширина пролетного строения ....до 40 м.( под 8-ми полосное движение)

• траектория движения..............................................прямая и радиальная

• скорость надвижки.......................................................................8-15м/час

• точность ведения пролетного строения по курсу, не хуже -в плане....................................................................................................+1мм.

в профиле...............................................................................................+1мм.

• точность измерения реакций на опорах............................................+10т.

• точность измерения продольных отклонений опор....................+ 0,5мм.

• точность выдерживания надвигающих усилий...........................

в толкающих устройствах.................+500 кг.

в тяговых системах...........................+250 кг.

• точность позиционирования пролетного строения.........................+1 мм

2. Усилия, возникающие в механизмах надвижки в период трогания ПС при каждом цикле надвижки на 10-15% превышают максимальные усилия, необходимые для работы в установившемся режиме, в связи с чем необходимо предусматривать в насосных станциях гидропривода оборудования запас по мощности и давлению, равный 1,2 -1,3.

3. Погонные нагрузки, возникающие в перекаточных устройствах при прохождении по ним участков ПС, имеющих строительный подъем, носят неравнораспределенный характер и местами достигают двукратной перегрузки относительно номинальной расчетной .

Выравнивание погонных нагрузок на перекаточных устройствах кахедой опоры с точностью до 10% может быть достигнуто путем применения дополнительных гидравлических модулей, автоматически адаптирующихся к излому секций ПС и выравнивающих нагрузки, как в продольном, так и поперечном направлениях.

4. Приведенный коэффициент трения на перекаточных устройствах принимаемый равным 0,05 летом и 0,12 зимой, может быть уменьшен до величины 0,01, вне зависимости от времени года, за счет оснащения перекаточных устройств флюидными модулями, действующими по принципу перемещения груза на масляной подушке. Разработанные модули обладают повышенным рабочим давлением, компактностью, малой энергоемкостью и высокой экологической чистотой, за счет отсутствия истечения жидкости в окружающую среду.

5. Оснащение перекаточных устройств опор гидравлическими механизмами активного действия со следящими автоматическими блоками обеспечивает создание дополнительных усилий надвижки ПС, способствует увеличению допускаемого веса и длины надвигаемой конструкции, снижению мощности толкающих установок на устое, при этом величина отклонения опор при надвижке не превышает + 2мм.

6. Систама синхронизации работы гидравлических силовых модулей обеспечивает движение пролетного строения по прямой, в радиальных кривых и подъем по вертикали с точностью до 1мм, с автоматической компенсацией накапливаемой ошибки.

7.Надвигающие устройства обеспечивают сцепление рабочих поверхностей захватных механизмов и опорных плоскостей ПС с приведенным коэффициентом трения в местах соприкосновения:

8. Система автоматизированного управления комплектом оборудования позволяет надвигать ПС в ручном и автоматизированном режимах по

пассивный контакт по железобетону активный контакт по железобетону.... активный контакт по стали...................

до 0,55 ■ДО 0,75 - ДО 0,7

заданной программе с выдачей информации на пульты управления и в ЭВМ, а также позволяет блокировать процесс монтажа ПС при возникновении критических ситуаций.

9. Экономический эффект от использования модульного комплекта оборудования составляет (в деноминированных рублях):

• на примере монтажа стального ПС внеклассного моста длиной 1300 м. с шириной проезжей части 18 м. и пролетами до 157 м..........3,4 млн. руб.;

• на примере монтажа монолитного железобетонного ПС среднего моста длиной 500 м. с шириной проезжей части 16 м. и пролетами до 45 м. ......................................................................................................1,6 млн. руб.;

• на примере монтажа монолитных железобетонных строений шести малых мостов длиной 50-150 м. с шириной проезжей части 14 м. и пролетами до 33 м.......................................................................2,7 млн. руб.

Предлагаются для реализации:

1. Комплект модульного гидравлического оборудования, состоящий из 7 модулей первого уровня по два-три типоразмера каждый, на базе которых компонуются рабочие комплекты оборудования в зависимости от выбранного способа надвижки и параметров строящегося моста.

Модули 1-го уровня базируются на 12-ти модульных агрегатах второго уровня и 25 модульных узлах 3-го уровня, также имеющих от 2 до 5-ти типоразмеров.

Оборудование имеет следующие основные показатели :

единичное вертикальное усилие ,т..........................................250,500и1000

единичное горизонтальное усилие ,т.......................................200,400 и 800

максимальный рабочий ход штоков , мм................................................2000

единичное тяговое усилие , т......................................................25, 50 и 125

рабочее давление в гидроприводе, мПа...........................................40 и 60

единичная установленная мощность, квт.....................................от 4 до 63

2. Программа и методика расчета параметров оборудования для надвижки ПС и других длинномерных тяжелых конструкций.

3. Методика расчета гидропривода следящего действия, обеспечивающего согласованный (синхронный) режим работы исполнительных механизмов с высокой точностью.

4. Рабочая документация модульных конструкций специального технологического оборудования 1-го, 2-го и 3-го уровней (законченные сборки, составные агрегаты, узлы, блоки и контрольные приборы).

По материалам диссертации опубликованы работы:

1. Ковров Г.В., Панин И.А., Крицберг Л.В. „Модульный принцип построения комплекта оборудования для продольной надвижки пролетных строений мостов". Сб. трудов ЦНИИС „Системы привода, контроля и управления машин и оборудования транспортного строительства ". Москва, 1991г., с. 40-50.

2. Ковров Г.В., ,-,Новое оборудование для перемещения и монтажа тяжелых мостовых конструкций". Принято для публикации в ж. „Транспортное строительство".

3. Ковров Г.В. „Повышение надежности гидропирвода самоходных базовых машин". Сб. Трудов ЦНИИС „Системы привода, контроля и управления машин и оборудования транспортного строительства". Москва, 1991 г., с. 60-63 .

4. Ковров Г.В., Крицберг Л.В., Панин И.А. „Гидравлические устройства для снижения сил трения при надвижке пролетных строений мостов", ж. „ Транспортное строительство " , № 5-6 ,1997 г., с. 15-16 .

5. Ковров Г.В., Панин И.А., Крицберг Л.В. и др. „Силовой гидравлический модуль для транспортировки пролетов мостов".

Заявка N96103506/03(006789) на выдачу патента РФ на изобретение.

Приоритет 04.03.96 г. Решение Госкомизобретений РФ о признании изобретением от 07.02.1997 г.

6. Ковров Г.В., Панин И.А., Крицберг Л.В. и др. „Устройство для надвижки пролетных строений мостов ".

Заявка N96103510/03(006787) на выдачу патента РФ на изобретение.

Приоритет 04.03.96 г. Решение Госкомизобретений РФ о признании изобретением от 07.02.1997 г.

7. Ковров Г.В., Панин И.А., Крицберг Л.В. и др. „Перекаточное устройство для надвижки пролетных строений мостов ".

Заявка N96103507/03(006790) на выдачу патента РФ на изобретение.

Приоритет 04.03.96 г. Решение Госкомизобретений РФ о признании изобретением от 07.02.1997 г.