大吨位、短行程液压同步顶升下放系统的研制.pdf

懋 辫 _|IL， 硼 、 ～ 、、 大 吨 位 、 短 行 程 液 压 同 步 顶 升 下放系统的研制 周 平 中交第二航务工程局有 限公 司二公 司 重庆4 0 0 0 4 2 摘要介绍了重庆朝天门大桥主桥移梁施工概况，详细论述了大吨位 、短行程液压同步顶升下放系统的设 计 ，指出了该系统 的技术突破 和技术创新 ，这对大吨位 、短行程 、刚性物体的同步顶升和下放施工有指导意义。 关键词 液压系统 ；同步 ；顶升 ；下放 中图分类 号T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 2 0 5 0 0 6 3一 o 4 Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e b e a m mo v i n g c o n s t r u c t i o n o f t h e h o s t b ri d g e f o r C h a o T i a n Me n B rid g e i n C h o n g q i n g ，d i s c u s s e s t h e d e s i g n o f s y n c h r o n o u s j a c k i n g a n d l o w e ri n g h y d r a u l i c s y s t e m w i t h l a r g e t o n n a g e a n d s h o r t s t r o k e p r o p e r t i e s ， a n d p o i n t s o u t t h e t e c h n i c a l b r e a k t h r o u g h a n d i n n o v a t i o n o f t h i s s y s t e m． I t p r o v i d e s g u i d i n g s i g n i f i c a n c e f o r s y n - c h r o n o u s j a c k i n g a n d l o w e r i n g c o n s t r u c t i o n o f l a r g e t o n n a g e s h o rt s t r o k e ri g i d b o d y ． 、 Ke y w o r d s h y d r a u l i c s y s t e m；s y n c h r o n o u s o p e r a t i o n ；j a c k i n g ；l o w e r i n g 1 朝天 f -j 桥主桥 移梁施工概 况 重庆朝 天 门大桥 主 桥 上部 结 构 为 1 9 0 m 5 5 2 m1 9 0 m 的三跨 连续 中承式 钢桁系杆拱 桥 ， 跨度在 同类型桥 梁 中居世 界第 一。桥 面为双 层 ， 总宽 3 6 m，见图 1 。 图 1 朝天 门大桥主桥示意 主桥钢梁安 装施工过程 中，桥梁 的空间位置 和姿态 由于安 装工艺 的需要 或安装误差 的影 响 ， 往往需要在安装 的不 同阶段对桥梁进行调 整，其 中，需要 同步顶升 、下放钢梁 的工况 主要发 生在 以下 2阶段 1 主桥有 4个支点 ，边支点 P 6 、P 9 ，中支点 f r 7 、P 8 。除 f y 7中支点为固定球形支座，其余均为 活动球形支座 ，只有 P 7中支点准确就位 ，才能保 证其余支点 的就位精度 ，才能保证全桥钢梁 安装 的位置精度 。 钢梁是从边支点 向 中支点进行安装 ，当北岸 起重运输机械 2 0 1 2 5 1 安装到 P 7墩时 ，由于理论计算与实际存在偏差 以 及由于钢梁制作 、安装累计误差 的影 响，钢梁与 固定支座之间会存在水平偏差。主桥施工到 1 8号 节间时 ，见 图2，实测钢梁相对于固定支座向南偏 位 2 7 c m，为了消除钢梁安装位置误差 ，实现钢梁 与支座的精确对 位，需将钢梁整体 向北水平纵 向 顶推 2 7 c m。此 时 P 7墩 上下游支座反力为 7 ． 6 1 0 k N 图 2 主桥施 工到 1 8号节间 2 中支点 f y 7或 P 8墩球形支座安装后 ，上下 游支座顶标高会存在误差 ，导致 中跨钢梁在后续中 跨安装过程中往标高较低的一侧偏斜。如果偏斜值 过大 ，则需要在标高较低一侧的支座、垫座之间加 设垫板消除 2支点高差 ，以矫正桥梁轴线偏移。 南岸侧施工 曾出现 了这 种情况 ，当钢梁安装 一 63 到 2 2号节间时 ，见图 3 ，发现桥梁纵向轴线往 下 游偏移了 3 1 m m。实测 P 8墩上下游支座标高相差 6 m m，需要用千斤顶将下游支座顶离垫座 ，在支 座 、垫座之间铺设垫板消除 2支点高差。此 时 P 8 墩下游支座反力为 71 0 k N。 1 ．架梁起重机2 ．扣塔3 ． 栈桥 图 3 钢梁安装到 2 2号节问 为了实现以上 2种工况下钢梁的顶升和下放， 需要在 P 7或 P 8墩顶布置一套同步顶升下放系统， 这套设备需要从适用性 、安 全性 和经济性 等方面 进行研制 。 2 液压同步系统设计 液压同步 系统的设计流程逆 向进行 ，即首先 根据移 梁施 工 对 系统 的要求 确定 系 统执 行元 件 液压千斤顶的技术规格 ，再根据执行元件确定 泵站的设计。 2 ． 1 千斤顶设计 第一阶段对千斤顶设计要求 能整体承受 P 7 墩 7 ． 61 0 k N垂直载荷 ；千斤顶能够同步顶升将 垫座顶离支座约 2 0 m m，移梁到位 ，垫座 、支座螺 栓孔对位成功后 ，再将钢梁 同步缓慢下放 ，千斤 顶布置示意图如图 4所示。 第二阶段对千斤顶设 计要求 能整体 承受 P 8 墩下游支点 71 0 k N垂直载荷。所有千斤顶能够 同步顶升和下放 ，需要将垫座顶离支座约 2 0 m m， 加设垫板后同步缓慢下放。 综合考虑上述技术 要求及通用性 ，决定 将垂 直顶升千斤顶规格设定为 8 0 0 t ，数量为 l 6台，第 二阶段采用其中 1 2台千斤顶 ，同步顶升下放液压 一 64 1 ． 8 0 0 t 顶升千斤顶2 ．垫座3 ． 2 5 0 t 顶推千斤 顶 4 ．牛腿5 ．支座6 ．不锈钢垫板7 ．限位框 图 4 千斤顶布置示意图 系统能同时兼顾上述 2种工况的需要 。 2 ． 2 液压系统设计 由于桥梁 E l 5整体节 点的刚性强 ，因而只要 保证输入到这一组千斤顶 的液压油 同压 ，即可确 保每个千斤顶 的同步性。所 以，顶升液 压 同步控 制系统采用 了同压控制 。 P 7主墩上下游支点间距达 2 9 m，为了方便布 设 ，采用了2组泵站。由于 2支点间距大 、顶升行 程小 ，顶升过程 中 2组千斤顶 的同步要 求不需要 很高 ，所以，采用 2套泵站不会对安全 施工造成 不 良影响。 曾有同类桥梁采用常规预应力 张拉 油泵系统 进行钢梁顶升 、下放 ，这里 没有采用 ，因为这种 系统容易产生以下问题 1 张拉用高压油泵由于流量较小 ，如果用在 此 ，需采用 8台 或更 多油泵并联工作 ，油泵 之间容易产生相互干扰 ，而且 管路太多 ，操作 上 难以做到步调一致。 2 张拉千斤顶难 以确保带载下放 的安全 ，张 拉千斤顶没有平衡 阀，油泵 与千斤顶之 间的任一 高压软管爆裂 的话 ，所有 千斤顶都无法 自锁 ，会 带载急速下滑 ，酿成严重事故。 3 顶升到位后需要垂直千斤顶在持荷状态下 对桥梁进行水平调整 ，而普通 液压 千斤 顶在持荷 状态下传递水平力非常危险。 为解决以上几个 问题 ，确保顶升移梁安全 ，需 采用群控泵站系统对千斤顶进行集 中控制。千斤顶 和液压系统进行特殊设计，具备上述功能。通过多 起重运输机械 2 0 1 2 5 种方案对比，最终采用了以下系统设计，见图5 。 超高 压油 泵。 图 5 液压 同步顶升 、下放系统原 理图 千斤顶装 备螺母机械锁 紧装置 ，在千斤顶顶 升到位后将螺母拧至缸体上端锁紧，将油压卸荷。 这样进行水 平调整时，水平力通过机械装置进行 传递 ，可以避免对千斤顶的伤害。 2 ． 3泵的选择 泵的选择方案有采用单 泵系统和双泵 系统 2 种。采用单泵 系统 存在 2个 弊端 顶 升、下放系 统压力同为超高压 ，下放时不安全 ；且需外增加 一 个换 向阀实现顶升 和下放 动作 的切换 ，由于换 向阀的内泄会增大 系统 的容积损失 ，降低系统 的 工作效率。 采用双泵系统分别对千斤顶 的顶升和下放进 行控制则可 以避免上述 问题 。顶 升油泵和下放油 泵的选 型如下 1 顶升油泵用 以向千斤顶无 杆腔输入压力， 控制千斤顶 向上顶升。 顶升油泵的选型 由于 8 0 0 t 千斤顶额定油压 为 5 3 MP a ，所 以泵 的额定油压应不小 于 5 3 MP a ； 8 0 0 t 千斤顶活塞面积约为 0 ． 1 6 m ，如果 8台千斤 顶需要在 3 0 m i n完成 2 0 c m行程 的话 ，泵 的排量 应不小于 8 ． 5 L ／ m i n 。在国内没有找到这样排量的 起重运输机械 2 0 1 2 5 所 以，采用 了德 国 H A WE公 司 的 R 1 1 ． 6 5超高压油泵 ，用 以向千斤 顶 无杆 腔输入压力 ，控制 千斤顶 向上 顶升。油泵额定 压力为 7 0 MP a ，排 量达 1 1 ． 6 5 L ／ m i n ，如果 同时供 8台 8 0 0 t 千斤顶工作的话 ，可以在约 2 2 m i n完成一个顶升行程 2 0 0 mm。 2 下放油泵有 2个作用 向平 衡阀先导油 口输 入控制 压力油 ，打 开平衡 阀主 阀芯，让无杆 腔油液 回 流泄荷 ；千斤顶依靠载荷 自重 回落 ， 下放油泵 向千斤顶有杆腔补充油液。 下放油 泵 的选 型千斤 顶下 放 可 以依靠 载荷 自重而不需要油 压实 现 ，所 以 ，泵 的额定油 压取决 于平 衡阀的开启压力 ，且应 不小于平 衡 阀的开启压力 ；8 0 0 t 千斤顶无杆腔 有效面积约为 0 ． 0 5 m ，如果 8台千 斤顶需在 3 0 mi n完成下放 的话 ，泵 的排量应不小于 2 ． 6 L ／ m i n 。考虑到 通用性 ，选用 了额定压 力不小于 4 5 MP a的油泵 ，该 油泵将来 可 以改 作 张拉油泵用 。于是采用 H A WE公 司 R 2 ． 5油泵 ，油泵额定压力 为 4 5 MP a ，流量 约 2 ． 5 L ／ mi n ，可在约 3 2 mi n完成回落行程。 下放油泵设定为低 压 的另一 原 因在 于，千斤 顶有杆腔不能承受太大 的油压 ，且千斤顶 下放 时 有杆腔压力会叠加到无杆腔油压上 ，导致无 杆腔 压力增大 ，甚至会造成超压 ，对无杆腔工作不利 。 选用的平衡 阀其开启压力 可在 41 2 MP a之 间， 所 以，平衡阀开启压力应设定在其下限 4 MP a ，下 放系统安全压力大于此值 ，设定在 8 MP a 。 2 ． 4阀的选型 超高压液 压阀件 国内十分 罕见 ，所 以，阀件 全部采用 了 H A WE的产 品。阀 的选择 比较简单 ， 额定流量和额定压力确定后 ，就基本 可以确定 阀 的型号。 1 二位二通电磁换向阀 带溢流阀 换向阀的作用是决定泵输 出油液的流 向，是进 人工作回路还是直接 回油箱。溢流 阀的作用是设定 系统的最大工作压力 ，以保证整个系统的工作安全 。 控制顶升的电磁换向阀，当电磁铁未得电时， 高压管路与油箱 通 ，油 压卸荷 ；当其得 电时，切 一 6 S 一 断高压 回路与油箱 的联系，在顶升系统建立压力。 这里选用 了 H A WE的 V B 1 1 A M 一2 ／ 5 5 0一Y一1一 G 2 4换向阀 ，顶升溢流阀溢流压力设定为 5 0 MP a ， 即顶升系统安全压力为 5 0 M P a 。 控制下放的电磁换 向阀，当电磁铁未得 电时 ， 高压管路 与油 箱通 ，油压卸荷 ；当其得 电时，切 断高压 回路与油箱 的联系，在下放系统建立压力。 这里 阀选用了 H A WE的 V B 0 1 A M一 2 ／ 4 5 0一 Y一1一 G 2 4换向阀 ，下放溢流 阀溢流压力设定为 8 MP a ， 即下放系统安全压力为 8 M P a 。 2 平衡阀 平衡 阀的作用是在千斤顶 回落 时，维持无杆 腔在一定的压力 条件下 卸荷 ，避免失压下落酿成 事故。平衡阀与千斤顶之间采用连接板 或钢管刚 性连接 ，确保管路安全。 选用 H A WE的 L H T E 3 0 P一1 1一F平衡阀 ，其 开启压力可 以在 4～1 2 MP a之 间，将开启压力值 设定在其下限4 MP a 。由于各千斤顶的管路阻尼不 一 致，为了保 障平衡 阀开启 的稳定性 ，该压力值 也不能太小 ，否则会导致平衡 阀开启时间不一致 ， 各千斤顶下放动作会 出现不同步。 3 安全阀 选用 H A WE的 MV P 1 3 H一 4 8 0安全阀 ，与平衡 阀一起安装在 千斤顶 的连接 阀块上 ，其作 用为 顶升过程 中，如果 2组 千斤顶 的载荷 分配 不均 ， 其 中一组的载荷过大超压 ，则在达到安全 阀的调 定压力下进行高压卸荷 ，确保 千斤顶 的安全 ，当 载荷重新分配均匀后才继续正常工作。 回落过程 中，千 斤顶带 载开 始下 放 的瞬 间， 如果平衡 阀没有 同时全部开启 ，则载荷会集 中到 未开启平衡 阀所在 的千斤顶上 ，从而导致该 千斤 顶无杆腔压力骤增 ，一旦达到安全阀的调定压力 ， 则油压会通过安全阀卸荷 ，保护千斤顶免遭破 坏。 在本系统中，安全阀调定压力设定为 4 8 MP a 。 2 ． 5电控 系统设 计 液压系统控制 的操 作平 台采用 电控 ，让 集 中 控制得 以实现。另外，电路设计考虑 了顶 升和下 放系统 的互锁 ，即在其 中一个 系统工作 时必须保 证另一系统处于卸荷状态。 3 总结 第一阶段的施工垂直千斤顶在顶升过程中 ， 液压 同步系统工作正常平稳。当移梁到位 ，垂直 一 6 6 一 千斤顶在下放过程 中，有 4台千斤顶上 的安全阀 出现超压泄荷情况 ，经分析原 因是 这 4台千斤 顶的平衡阀在下放瞬间没有与其余 1 2台的平衡阀 同时打开 ，导致这 4台千斤 顶载荷增 加而发生超 压泄荷 ，可见设置安全阀的必要性。 注意到千斤顶 在 同步 下放过程 中，系统油压 始终保持在 4 MP a ，且无法调高 ，说明下放油泵的 输出流量小于千斤顶下腔泄油 的流量 ，使上腔补 油不及 ，压 力无法建立 到 8 M P a的调定值 。由于 开启压力调定 的微小 差别 以及 管路 阻尼 的影 响 ， 有 4只平衡 阀始终 未能打开。所 以，在系统设计 时 ，应详细计算下放速度 ，并根据 下放速度选择 下放油泵 的排量 ，才 能在 下放过程 中建 立可靠 的 系统 压力 开启 平衡 阀。这 也是 该 系统 所 存 在 的 不足 。 第二阶段的施工采用 了 l 2台 8 0 0 t 千斤顶 ， 在南岸下游 E l 5节点的四角分别布置 3台 8 0 0 t 千 斤顶。由于顶升行 程不 高，且更 好地 确保 同步 ， 使用一台泵站进行控制。施 工过程 与第 一 阶段 的 顶升下放过程类似。 4系统研制意义 移梁施工是朝天 门大桥施工 的重大举措 之一 ， 该系统是此项施 工得 以顺利实施的基础和硬件保 障，适用于大吨位 、短行 程、刚性物体 的 同步顶 升和下放 ，且对大吨位 同步顶升下放系统的设计 、 施工有指导意义 ，该系统还实现 了一些技术 突破 和技术创新 1 同步顶 升 、下放荷载达 7 ． 61 0 k N，国 内鲜见。 2 采用超高压 、大排量液压泵站对群控千斤 顶进行集中控制。 3 在大吨位千斤顶上采用平衡 阀和安全 阀相 结合的安全保护装置 ，确保整个顶升下放 过程的 安 全 。 参考文献 [ 1 ]张利平 ．液压气动系统设计手册[ M] ．北京机械工 业 出版社 ，1 9 9 7 ． 作者地址 重庆市渝 中区大 坪大黄路 1 2 0号港渝设 备租 赁 工程 分公 司 邮 编 4 0 0 0 4 2 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 0 8 起重运输机械 2 0 1 2 5