MZ900S移动模架过孔步进机构液压系统设计
MZ900S移动模架过孔步进机构液压系统设计
（湖南衡阳珠晖区洪塘冲32# 中铁五局机械化公司石松江
邮编：421000 联系电话：134******** ）
摘要：介绍了在武广客运专线XXTJIV标邓家湾特大桥32M现浇箱梁施工中对MZ900S型移动模架造桥机纵移机构的改造，阐述了过孔液压系统的设计理念、实现原理。
关键词：移动模架步进机构液压系统
一、前言
MZ900S型移动模架造桥是用于铁路客运专线32M整孔箱梁现浇施工的专用设备，我公司在武广客运专线梁部施工中，首次采用移动模架造桥技术，在管段XXTJIV标颜家特大桥、仙岭特大桥、邓家湾特大桥各引进一套MZ900S型移动模架造桥机。但由于制梁工作在桥位上进行，每跨施工工序包含：绑扎钢筋及内模、混凝土浇筑机养生、预应力张拉、脱模、纵移过孔、模板调整等作业过程。在各道工序中，造桥机的结构和操作控制系统的设计直接影响了过孔的时间，其余各工序的施工效率和施工时间是由施工组织的安排等外界因素决定的。如何在造桥的施工各个环节中节省时间，更有效地推广该项施工工法，以致缩短整个施工周期，节约生产成本成为模架施工的主题。
本人通过在武广客运专线模架施工的实践，对邓家湾特大桥桥位上的移动模架造桥机的纵移过孔机构进行技术改造，增加了一套液压控制系统来提高纵移过孔效率，本文将对液压系统进行详细阐述其实现原理、设计理念。
二、步进机构结构和实现原理
纵移机构示意图
1、顶推油缸；
2、滑梁；
3、辅助支腿组件；
4、支承油缸；
5、主梁
MZ900S移动模架整体自重约450T，纵移过程主要由外界动力驱动辅助支腿实现纵移，前支腿在整个过程中只有导向的作用。移动模架纵移过孔的整个过程包含几个基本步骤：①底模与侧模架脱模并横向对半支开；②前支腿前移至下一桥墩；③纵移过孔步进机构驱动移动模架纵移；④辅助支腿到预定位后对侧模和底模进行关模。考虑到辅助支腿组件的结构，如果没有液压系统做辅助，只能够采用一对100T油顶推动辅助支腿组件带动主梁在滑梁上缓慢移动，行程距离短，同时左右滑梁必须各有2段，等辅助支腿走完一段滑梁后，需要人工抬移滑梁往前拼接才能保证轨道的连续性，这样就需要辅助人工纵多，工作效率极低，劳动强度大，极大的影响施工周期。为实现纵移过程快速、平稳，在辅助支腿组件和纵移滑梁上增加一对顶推油缸，油缸两端各连接在辅助支腿和纵移滑梁上，同时利用设备上原有的一对支承油缸，增加一组手动多路阀，采用步进机构前进原理，设置一个纵移过孔液压系统来提高移动模架过孔的工作效率。
在纵移机构上设置步进液压系统后，整个移动模架纵移过孔的时候，本系统主体操作只需由一人控制手动多路阀就可实现控制２组共４个油缸。分如下工作循环：①支承油缸收回，滑梁承重；
②顶推油缸伸出，推动主梁在滑梁上向前滑行一定距离；③支承油缸伸出，滑梁脱离支承面；④顶推油缸收回，带动滑梁向前滑行一定距离。通过该4个工作过程循环往复实现模架前行过孔。
三、液压控制系统设计：
液压系统压力：25Mpa；主梁整体自重在450T左右，设备上原有 1对300T油顶作为支承油缸；
顶推油缸的作用力只需要克服滑梁纵移时在轨道上的摩擦力和主梁在行走滚轮上的滚动摩擦力，根据接触面的摩擦系数，设置1对50T油顶作为顶推油缸可保证纵移过程的实现。
液压原理图
1--油箱；2-液位计；3-空气滤清器；4-吸油滤清器；5-柱塞泵；6-电动机；
7-压力表开关； 8-抗震压力表； 9-回油滤清器； 10手动多路换向阀；
11-单向节流阀；12-双向液压锁；13-节流阀；14-纵移油缸；15-支承油缸
1、系统中泵的确定:
首先根据设计确定整个系统的额定压力为25Mpa，每支支承油缸的顶起力为300T
根据F=P×π×r2 得r=｛F/( P×π)｝1/2
F 油缸的推力单位：N
P 系统的额定压力单位：pa
r 油缸的半径单位：m
得r=0.195m，即得支承油缸的缸径为0.40m
同样：由于每支顶推油缸的顶起力为50T，可以得出
得r=0.0798m 即顶推油缸的缸径为160mm
根据移动模架结构和过孔纵移原理，同时为保证施工工作效率，尽量减少油缸收回和推出时间，设置支承油缸的行程为240mm，顶推油缸的行程为800mm。一个泵站工作时分别同时控制2支支承油缸和2支顶推油缸。
每支顶升油缸的容积为
V=π×r2×H
V 一支支承缸的容积单位：m3
r 油缸的半径单位：m
H 油缸的行程单位：m
得V=0.0301 m3
两支支承油缸的容积为0.0602 m3
按照工作要求，设置支承油缸 1.5min到顶，即泵的排量一分钟不小于0.0401 m3，单位转换为0.0401m3/分钟。
同样，可得出顶推油缸的容积为Ｖ＝0.0160 m3，两个油缸总的容积为：0.0320m3 根据泵的排量，可以确定移动模架纵移过程中一个工作循环的时间T：
顶推油缸走完整个推进行程需要时间T１=0.0320/0.0401分钟=0.79分钟
支承油缸走完80mm的顶升行程需要时间T2=(2*0.08*π*0.2*0.2)/0.0401=0.50分钟
顶推油缸走完收回过程需要时间，按照油腔容积比T3=1/3 T１
支承油缸走完收回过程需要时间，按照油腔容积比T4=1/3T2
故T= T1+ T2+ T3+ T4=1.72分钟
故该液压系统可保证移动模架纵移过孔速度V=0.8m/1. 72min=0.465m/min
系统中，电机的转速T为1450转/分钟
根据V1=Vt×η×T 得Vt= V1/（T×η）
V1 泵一分钟的排量单位：毫升/分钟
T 泵的转速单位：转/分钟
Vt 泵的排量单位：毫升/转
η泵的容积效率柱塞泵一般在95%以上
得Vt=29.1毫升/转
按照该泵每分钟的排量，当支承油缸离地80mm左右时，操作手就可以操作手动多路阀来控制顶推油缸工作。考虑到液压工作系统负载变化较大，应结合以上数据选择变量柱塞泵，其型号为CYS-30
油管内径的计算
管子内径d(单位：mm)，按流速选取
d ≥υ
qv 1130 qv 液压油流量（m 3/s ）
υ 流速（m/s ）：取υ=5m/s
根据以上，qv= 668m l/s
得：
油管内径d ≥=?-5
1068.611304
13.1 mm 取d=16mm 其余回油管采用金属管，根据移动模架辅助支腿结构进行布置。
四、总结
在邓家湾特大桥现浇箱梁第一跨至第二跨以及第二跨到第三跨过孔时，由于移动模架未设置液压步进机构，过孔需要12个辅助人工作为2组，分别操作100T 油顶和抬移滑梁，从而实现纵移的目的。整个过程需要一天，而且安全性很低，劳动强度极大，费时费力。
通过该套液压系统在移动模架过孔系统上的设置，让过孔系统在过跨时得以实现步进，并且在整个纵移过程中运行稳定、快速，在32M 跨度的桥梁施工中，该纵移系统纵移过孔过程在70分钟就可以完成。整个纵移过孔只需要一人操纵手动多路液压阀就可以实施，极大地节省了人力、物力。 在后续的移动模架现浇梁施工中，每跨施工周期同比至少缩短了一天。邓家湾特大桥为20孔箱梁，整个工期至少节约了半个月，极大地缓解了施工工期压力。同时在也节约了大量的人力物力，降低了劳动强度，增加了设备的安全性和操作可靠性，具有极大的实用性和经济性。
参考文献：
《《机械设计手册》》(液力传动分册) 机械工业出版社 2007.3 作者：《机械设计手册》编委会 《《液压传动》》 机械工业出版社 2005.1 作者：章宏甲
《《MZ900S 移动模架造桥机使用说明书》》 华中建机