臺車設(shè)計(jì)方案.doc

目 錄一、設(shè)計(jì)概況1二、設(shè)計(jì)資料1三、臺車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9四、機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12五、液壓傳動機(jī)械設(shè)計(jì)1415古交興能電廠至太原供熱主管線及中繼能源站工程隧道主體工程第三標(biāo)段襯砌臺車設(shè)計(jì)方案一、設(shè)計(jì)概況襯砌臺車的制作和安裝需執(zhí)行隧道襯砌模板臺車設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50204-92）、公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ042-99）中的相關(guān)要求。襯砌臺車設(shè)計(jì)成邊墻頂拱整體澆筑的自行式臺車形式；最下部橫梁距離底板地面凈高不低于4.47m,滿足施工設(shè)備通行要求。襯砌臺車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要確保在重復(fù)使用過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，剛度滿足要求。模板最大變形值不超過3mm。襯砌臺車設(shè)計(jì)長度為12m臺車。襯砌臺車設(shè)計(jì)時，承載混凝土厚度按0.8m設(shè)計(jì)校核（標(biāo)準(zhǔn)襯砌厚度一般位置為0.4m，超厚段1.5厚米另加支撐滿足施工要求）。襯砌臺車面板伸縮系統(tǒng)采用液壓傳力桿，臺車就位后采用絲桿承載。側(cè)模和頂模兩側(cè)設(shè)置窗口，以便進(jìn)人和泵管下料。襯砌臺車兩端及其它操作位置需設(shè)置操作平臺和行人通道，平臺和通道均應(yīng)滿足安全要求。二、設(shè)計(jì)資料1、襯砌臺車設(shè)計(jì)控制尺寸 襯砌臺車外形控制尺寸，依據(jù)隧道設(shè)計(jì)斷面圖、施工技術(shù)要求確定。見總圖正視圖。2、設(shè)計(jì)襯砌厚度 該隧道一般位置襯砌厚度0.4m，襯砌臺車設(shè)計(jì)時，承載混凝土厚度按0.8m設(shè)計(jì)校核。（超挖至1.5米另加輔助設(shè)施）3、襯砌臺車下通行控制尺寸 橫梁距離地面高度不低于4.2m。A）臺車軌距 臺車軌距設(shè)計(jì)為7m。B)洞內(nèi)零星材料起吊重量 起吊重量一般不超過2噸。C)澆筑段長度 每循環(huán)澆筑段長12m。4、襯砌臺車設(shè)計(jì)方案襯砌臺車的設(shè)計(jì)如圖所示，見正視圖。該臺車特點(diǎn)：采用全液壓立收模；電機(jī)驅(qū)動行走；橫向調(diào)節(jié)位移也采用液壓油缸。結(jié)構(gòu)合理，效果良好。5、鋼模板設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)項(xiàng) 目所對中心角外沿弧長(mm)模板面積()每節(jié)鋼模寬度(m)頂拱模板107.810307123.681.5(每一段澆筑采用8節(jié)鋼模板)邊拱模板54.15180*262.16*2（1）、模板：控制數(shù)據(jù)(見下表)（2）、臺車結(jié)構(gòu) 臺車立柱橫向中心距為7m，凈空高4.47m、寬10960m。（3）、臺車機(jī)械設(shè)備控制數(shù)據(jù)(見下表) 項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)升降油缸行程油缸外伸最大長度軸向承壓力tf30085060邊模油缸行程油缸外伸最大長度軸向承壓力軸向承拉力tftf30011101320行走機(jī)構(gòu)軌距輪壓驅(qū)動力tftf7000204006、鋼模板設(shè)計(jì)鋼模板的作用是保持隧道襯砌混凝土澆筑的外形及承擔(dān)混凝土澆筑載荷。鋼模板主要由面板、弧形板、支撐角鋼、立筋板、活動鉸構(gòu)成。（1）設(shè)計(jì)假定：面板弧形板按照雙鉸耳設(shè)計(jì)，最大正負(fù)彎矩區(qū)采用加強(qiáng)措施；面板按四邊支撐計(jì)算。（2）荷載及其組合：頂拱鋼模面板的計(jì)算荷載包括設(shè)計(jì)襯砌混凝土澆筑荷載、允許超挖及局部過大超挖部分的混凝土澆筑荷載和面板的自重等。q=q0+ q1+ q2+ q3 式中 q面板計(jì)算載荷，kgf/m2q0面板自重，按照初選面板厚度計(jì)算；q1設(shè)計(jì)襯砌混凝土荷載，q1=h鋼筋混凝土容重，可采用2600kgf/ m3h設(shè)計(jì)臺車襯砌厚度取1.2m；q2允許超挖部分的混凝土載荷，其值為2080kgf/ m2(取0.8m)q3局部過大超挖部分回填的混凝土荷載（不包括允許超挖部分），為0.8m。q4與q3相同，僅加載部位有異；q5混凝土側(cè)壓力。q 5= R， + C R， 采用0.75m；C混凝土入倉對模板的沖擊力，設(shè)計(jì)中采用0.2tf/m2。荷 載荷 載 組 合q0 =262設(shè)計(jì)襯砌混凝土q1 =960允許超挖部分回填 q2 =500局部過大超挖回填 q3 =1250同q3 ,加載部位有異 q4 =1250混凝土側(cè)壓力 q5 =1400面 板q1+ q2+ q3=2710弧形板設(shè)計(jì)情況I(頂拱澆筑完時)q0+q1+ q2 =1722設(shè)計(jì)情況II（側(cè)墻澆筑到頂拱時）q5=1400校核情況I（中間1/4跨有局部超挖時）q0+q1+q2+q4=2972校核情況II（半跨有局部超挖時）q0+ q1+ q2+ q3=2972（3）臺車面板設(shè)計(jì)1）面板支撐情況：四邊支撐板： a=26，b=75；2）面板厚度確定見下表：支撐情況a/b按強(qiáng)度驗(yàn)算求按撓度驗(yàn)算求系 數(shù)Mmax(kgfm)(cm)系數(shù)(cm)a1a2四邊支撐0.170.00470.00368.7840.500.000820.69鋼模板面板采用12mm厚的鋼板。（4）、弧板及內(nèi)部支撐設(shè)計(jì)：弧板采用A314鋼板,寬度300mm，加強(qiáng)筋采用鋼板及10#的槽鋼，中心間距280mm。1）內(nèi)力計(jì)算：參照雙鉸等截面直墻圓拱鋼架梁內(nèi)力公式計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見下表（該表內(nèi)力均以1m計(jì)）載荷作用支座反力各種計(jì)算情況時鋼拱梁各截面的組合內(nèi)力（度）02076.8106q=q0+q1+q2=1722kgf/mV=29.345設(shè)計(jì)情況IM-22.623-16.52724.81414.976H=2.021N26.98923.6932.6064.281Q0-8.624-2.62211.76q5=1400kgf/mV=0設(shè)計(jì)情況IIM23.12616.953-28.314-28.105H=12.37N2.0225.33328.10527.549Q08.748.6279.996q3=1250kgf/mV=6.745校核情況IM20.23916-20.431-15.619H=0.288N1.7694.60727.6423.548Q-1.5837.4843.078-15.639q4=1250gf/mV=2.087校核情況IIM21.82915.588-20.42313.109H=0.1066N1.5914.72623.21921.655Q08.322.479-9.5752）弧板及內(nèi)部支撐截面選擇（參照相關(guān)公式）。（見下表）M=q，l2/8 =M/WX fmax = 5q，l4/384EIXl/250q，作用在支撐角鋼上的線載荷， q， =qa=2.25（t/m）l支撐角鋼的計(jì)算跨度1.5m；a支撐角鋼間距，為260mm；WX、IX分別為對x軸的截面抵抗矩及截面慣性矩，計(jì)算截面包括支撐角鋼每側(cè)寬15的面板面積；梁單元的最大變形量，即模板的最大位移：fmax=5*2.25*104*1.54/（384*2.1*1011*3.02*10-6）=0.0023m=2.3mm通過上述的分析計(jì)算可知，整個模板的強(qiáng)度剛度是足夠的。下面的內(nèi)力也滿足要求。選擇的截面計(jì)算截面內(nèi)力(kgf.cmkgf)截面應(yīng)力(kgf.cm2)與比較基本截面Ix=7834cm4Wx1=804Wx2=485cm3設(shè)計(jì)情況I=20M=71022N=23521041(外)1632(內(nèi))=1700設(shè)計(jì)情況IIM=720010N=2836.81392(外)1658(內(nèi))最大正負(fù)彎矩截面Ix=11099cm4Wx1=850Wx2=745cm3設(shè)計(jì)情況I=0M=1019836N=8921321(外)1499(內(nèi))校核情況IM=1117194N=7381448(外)1655(內(nèi))設(shè)計(jì)情況II=90M=-1049011N=129411169(外)1669(內(nèi))校核情況IIM=-1027567N=169281169(外)1673(內(nèi))3）弧板及內(nèi)部支撐(=90)截面處變形計(jì)算（參照相關(guān)公式）。（見下表）受力情況KPKP/LKP/L比較設(shè)計(jì)情況 I2.11/7151/4001/400設(shè)計(jì)情況II-1.51/10001/400校核情況II2.51/6001/400(未考慮側(cè)向混凝土抗力)4）、活動鉸耳設(shè)計(jì)：頂部模板活動鉸耳在截面76.8。從內(nèi)力計(jì)算表中可知活動鉸耳一般都在正彎矩區(qū)，僅設(shè)計(jì)區(qū)II處于負(fù)彎矩區(qū)，而絕對值較正彎矩區(qū)小，所以活動鉸耳設(shè)計(jì)采用該截面之最大內(nèi)力進(jìn)行?；顒鱼q耳承擔(dān)該截面的剪力及由彎矩所產(chǎn)生的剪力，弧板與弧板之間用螺栓連接，螺栓主要承受剪力根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算所得：M=105162kgf.cm N=7680kgf Q=7405kgf項(xiàng) 目計(jì)算所需要的直徑(mm)選用截面直徑(mm)螺 栓d12.420模板銷子d25 38三、臺車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、臺車主架體設(shè)計(jì) 臺車主架體結(jié)構(gòu)按照等截面雙鉸多層鋼架進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。根據(jù)運(yùn)輸條件、吊裝力量和方便加工制造等因素，將主架體分為：底梁、立柱、門架橫梁、門架斜支撐、門架縱梁、橫梁直支撐、橫梁直支撐斜拉桿、立柱斜拉桿等。按近似的框架結(jié)構(gòu)簡支梁進(jìn)行計(jì)算。（參照臺車正視圖）P1= K1/nG式中 K1-不同步工作系數(shù)，可采用K1=2；n-每部臺車上布置的垂直升降機(jī)械總數(shù)；G-鋼模板、臺車拖架以及鋼模伸縮之附加載荷之和，kgf,G=G0+G1+P1G1-拖架估算重，kgf;G0-鋼模板估算重，kgf;GO=gFn1g-鋼模板單位面積鋼材重，kgf/m2；F-每節(jié)鋼模板的表面積，m2;n1-臺車每次托運(yùn)的鋼模節(jié)數(shù)；P1附加垂直載荷；垂直升降機(jī)械所承擔(dān)的拉力 P2=(fF1-gF)*K1/n其中 F1-每節(jié)鋼模板頂模部分的表面積；f-單位粘結(jié)力 取f=500Kgf/m2一個水平支撐機(jī)械所傳成的力P3=K1aG2/bn1其中 b-水平支撐機(jī)械軸線至垂直升降機(jī)械與托架連接餃軸A之距離，a-側(cè)向鋼模與托架自重G2作用點(diǎn)C只垂直升降機(jī)械軸線的距離G2臺車每次托運(yùn)的鋼模與側(cè)向脫架自重（僅記一側(cè)），N1-臺車一側(cè)布置的水平支撐機(jī)械個數(shù)。拆鋼模時每個水平的支撐機(jī)械所承擔(dān)的載荷P4=K1(fF2c-G2a)/bn1c-側(cè)向鋼模與混凝土粘結(jié)力的合理作用點(diǎn)至垂直升降機(jī)械與托架連接鉸軸的距離，F(xiàn)2-臺車每次托運(yùn)的側(cè)向摸板面積P5工作平臺傳至立柱的載荷，工作平臺載荷可采用300-400kgf/m2;P6平臺傳至車架梁上的載荷，假定作用在梁跨中部；P7-臺車操作設(shè)備載荷，假定作用在梁跨中部；P8-根據(jù)施工需要由臺車吊用的設(shè)備重（作設(shè)計(jì)考慮）；由雙鉸“”形剛架受力做內(nèi)力分析：（1）安裝鋼模時，車架梁受P1，P5，P6，P7及升降機(jī)械自重作用，同時臺車立柱承受側(cè)壓力P3，臺車絲桿承載；（2）臺車脫模時，絲桿卸載，車架梁受力不變，臺車立柱承受拉力P4 ；（3）其他工作時間，臺車車架梁承受壓力，底梁及行走承載。 按鋼架內(nèi)力計(jì)算公式，車架梁及立柱應(yīng)力驗(yàn)算如下表： 車架選用截面(kgf/cm2)max(kgf/cm2)f(cm)焊制工字鋼60#橫梁I8524250.7焊制工字鋼50#立柱I1242焊制工字鋼60#橫梁II-1184焊制工字鋼50#立柱II1358焊制工字鋼60#橫梁III1292焊制工字鋼50#立柱III10482、臺車托架設(shè)計(jì) 臺車托架分為頂拱托架和邊拱托架。邊拱托架結(jié)構(gòu)簡單、受力桿件按照簡支梁計(jì)算；頂拱托架主要有頂縱梁、臺梁、小立柱、小立柱拉桿等組成結(jié)構(gòu)緊湊、受力效果好，按照框架結(jié)構(gòu)簡支梁進(jìn)行計(jì)算。四、機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、垂直升降機(jī)械 垂直升降機(jī)械起固定支撐作用的采用螺桿式千斤頂，螺桿和絲母均采用梯形螺紋。起重螺桿的設(shè)計(jì)主要是對螺桿直徑的確定，其次是對螺桿的自鎖性及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)在工地使用的特點(diǎn)，要求其中螺桿具有較大的鋼度。螺桿直徑按壓縮扭轉(zhuǎn)和彎曲的復(fù)合應(yīng)力來確定：=(Q/F+M/W)2+4(MT/WJ)21/2M=QliMT=Qdc/2*tg(+)W=0.1d13 WJ=0.2 d13d1(1.31.4) Q/1/2F=d12/4 tg=s/dC f=tg螺桿螺母間的摩擦角大于羅紋的升角時,可以保證自鎖。根據(jù)臺車自重及其他外力合計(jì)確定本臺車所選用的絲桿直徑為75mm，絲母直徑為110，螺紋型號為Tr10*300。2、水平支撐機(jī)械 水平支撐機(jī)械采用雙頭螺桿，它主要完成側(cè)向模板的就位與固定支撐，也可以作為鋼模板的橫向細(xì)微調(diào)節(jié)使用。水平支撐螺桿在立模襯砌時壓力較大。水平支撐機(jī)構(gòu)螺桿的螺紋內(nèi)徑d按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：d1= 1.3*4 Q/1/2根據(jù)臺車側(cè)向收模力估算及其他外力合計(jì)確定本臺車所選用的絲桿直徑為65mm，絲母直徑為90mm，螺紋型號為Tr9*300。3、行走裝置設(shè)計(jì) 采用電機(jī)帶動擺線針輪減速機(jī)和開式齒輪的傳動，帶動主動輪，電動機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)式。驅(qū)動計(jì)算中，因?yàn)橐r砌臺車在隧洞中運(yùn)行，可以不計(jì)風(fēng)阻力；考慮到軌道鋪設(shè)不平，洞內(nèi)運(yùn)行條件差，其驅(qū)動功率應(yīng)適當(dāng)加大；隧道的縱向坡度影響較大，必須詳細(xì)計(jì)算驅(qū)動功率。F驅(qū)動=Gcos+Gsin P=Fv G臺車總重，約100噸摩擦系數(shù),取0.05代入數(shù)據(jù)P=10.3Kw。選用2臺7.5Kw電動機(jī)、減速機(jī)同時驅(qū)動，并采用制動器制動，速度控制在8m/min。五、液壓傳動機(jī)械設(shè)計(jì)1、液壓千斤頂基本尺寸確定 依據(jù)襯砌臺車方案設(shè)計(jì)確定的參數(shù)（荷載、行程）進(jìn)行計(jì)算；然后根據(jù)臺車結(jié)構(gòu)布置要求與操作，油缸基本參數(shù)與尺寸的規(guī)定，結(jié)合國內(nèi)油缸標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)、外徑系列尺寸選取油缸直徑。（1）活塞桿直徑dd= 4Q/1/2式中Q為活塞桿上的推力。活塞桿長度根據(jù)行程及布置要求決定，其受壓時