橋梁馱運(yùn)架一體機(jī)雙車聯(lián)合作業(yè)協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、汽車變成了家庭出行的重要交通工具，全國家庭汽車保有量持續(xù)增長，國內(nèi)各大城市的交通路況十分擁堵，尤其是像北京這類的特大型城市，其交通路網(wǎng)已經(jīng)飽和。傳統(tǒng)的城市立交橋改造方法至少需要3個(gè)月的施工時(shí)間，如果環(huán)境溫度較低則需要5個(gè)月以上。這會(huì)造成高峰時(shí)段的交通擁堵，會(huì)嚴(yán)重影響百姓的生活質(zhì)量，給城市路網(wǎng)帶來巨大的壓力，為此而付出的“社會(huì)成本”也是無法估量的。
　　在國外，以自行式液壓模塊車(SPMT)為核心設(shè)備的城市立交橋整體置換施工方法，已

2、經(jīng)制訂了相應(yīng)的規(guī)范，可以減少對城市路網(wǎng)的壓力，實(shí)現(xiàn)少斷交甚至是不斷交施工。但是國內(nèi)的城市立交橋沒有統(tǒng)一的規(guī)劃，立交橋的設(shè)計(jì)又各不相同，因此需要設(shè)計(jì)一套適應(yīng)國內(nèi)城市立交橋改造的馱運(yùn)架一體機(jī)。
　　根據(jù)國內(nèi)城市立交橋整體置換改造的實(shí)際需求，再結(jié)合設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試馱運(yùn)架一體機(jī)時(shí)出現(xiàn)的問題，對馱運(yùn)架一體機(jī)雙車聯(lián)合作業(yè)協(xié)調(diào)控制進(jìn)行了深入研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)根據(jù)國內(nèi)城市立交橋不斷交施工的需求和實(shí)施方案，設(shè)計(jì)了一套適合國內(nèi)

3、整體置換工法的馱運(yùn)架一體機(jī)。該套設(shè)備是由兩臺(tái)馱運(yùn)架一體機(jī)組成，采用模塊化設(shè)計(jì)。單臺(tái)馱運(yùn)架一體機(jī)的功能與普通SPMT相似，包含液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸掛調(diào)平系統(tǒng)、重載轉(zhuǎn)向輔助支撐系統(tǒng)等。與SPMT不同的是，馱運(yùn)架一體機(jī)增加了基于雙車聯(lián)合作業(yè)的同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)群、三維微調(diào)定位系統(tǒng)群以及同步頂升系統(tǒng)群。這些功能滿足了國內(nèi)整體置換施工的要求，降低了整體施工的誤差，提高了施工的效率。
　　(2)根據(jù)現(xiàn)場施工的條件，基于雙車聯(lián)合的同步驅(qū)動(dòng)系

4、統(tǒng)群之間有機(jī)械耦合和無機(jī)械耦合兩種連接方式。當(dāng)機(jī)械耦合時(shí)，連接的鋼結(jié)構(gòu)桁架相當(dāng)于一個(gè)彈性元件，兩輛車之間的液壓馬達(dá)相互間有擾動(dòng)，建立兩輛車液壓馬達(dá)之間的數(shù)學(xué)模型，確定其傳遞函數(shù)。當(dāng)無機(jī)械耦合時(shí)，兩輛車之間的液壓馬達(dá)相互獨(dú)立，兩輛車之間同步需要分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。液壓馬達(dá)打滑是影響雙車聯(lián)合同步驅(qū)動(dòng)的重要因素之一，為此總結(jié)了幾種常用的液壓馬達(dá)防打滑方案，逐一分析了各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)提出適用對象以及安裝調(diào)試時(shí)的注意事項(xiàng)。

5、>　　(3)針對國內(nèi)城市立交橋支座多、定位精度高的問題，設(shè)計(jì)了一套基于雙車聯(lián)合作業(yè)的、用于預(yù)制箱梁精確定位的三維微調(diào)系統(tǒng)群。三維微調(diào)系統(tǒng)群至少由四組三維微調(diào)單元組成，每個(gè)單元包含一個(gè)頂升液壓缸和兩組水平液壓缸，每組所需的三維微調(diào)單元數(shù)量由負(fù)載決定。推導(dǎo)了液壓缸端面上有不同剪力和彎矩作用下的壁厚的計(jì)算公式，據(jù)此設(shè)計(jì)了三維微調(diào)單元的主頂升液壓缸結(jié)構(gòu)。規(guī)劃了三維微調(diào)系統(tǒng)的基本調(diào)整模式，建立了其空間位置模型，求出了各個(gè)執(zhí)行器的位置反解。據(jù)此控制

6、三維微調(diào)系統(tǒng)群的各個(gè)執(zhí)行器的動(dòng)作。
　　(4)針對國內(nèi)城市立交橋高度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)不統(tǒng)一、升降范圍較大，常規(guī)SPMT不具備獨(dú)立完成架橋的普遍性，提出基于雙車聯(lián)合的同步頂升系統(tǒng)群。同步頂升系統(tǒng)采用比例閥控缸形式的位置閉環(huán)控制，在施工時(shí)需要同步頂升系統(tǒng)穩(wěn)定落梁。利用SimulationX仿真軟件的液壓庫，建立同步頂升系統(tǒng)的仿真模型。在偏載條件下，分析不同的開環(huán)系統(tǒng)對閉環(huán)控制穩(wěn)定性的影響。建立平衡閥的仿真模型，利用仿真和實(shí)驗(yàn)的方法研究平衡閥的

7、動(dòng)態(tài)特性。
　　(5)分析雙車聯(lián)合作業(yè)調(diào)試時(shí)所發(fā)生的故障現(xiàn)象，根據(jù)測試數(shù)據(jù)，找出導(dǎo)致故障的原因，并提出合理的解決方案。對雙車聯(lián)合作業(yè)進(jìn)行電控調(diào)試，編寫基于CAN總線的控制程序。
　　根據(jù)對馱運(yùn)架一體機(jī)雙車聯(lián)合作業(yè)協(xié)調(diào)控制的研究，設(shè)計(jì)制造的馱運(yùn)架一體機(jī)滿足國內(nèi)城市立交橋改造的特殊要求。成套使用馱運(yùn)架一體機(jī)提高了施工的效率，減少了交通封閉的時(shí)間，節(jié)約了社會(huì)成本。西關(guān)環(huán)島立交和三元橋改造工程等實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證了馱運(yùn)架一體機(jī)雙車聯(lián)合作業(yè)