單機1200t級超大噸位步履式頂推裝置液壓系統(tǒng)研究

　梁利文

（柳州歐維姆機械股份有限公司，廣西柳州545005）

單機1200t級超大噸位步履式頂推裝置液壓系統(tǒng)研究

梁利文

（柳州歐維姆機械股份有限公司，廣西柳州545005）

液壓系統(tǒng)是步履式頂推裝置最核心組成部分，通過對步履式頂推裝置施工工藝分析，研究滿足于步履式頂推裝置各項性能指標的液壓系統(tǒng)。通過對液壓原理、執(zhí)行機構(gòu)動作流程、元器件選型等深入研究，使步履式頂推實現(xiàn)按規(guī)定施工工法完成箱梁的頂推前移。步履式頂推裝置平均頂推速度約為5m/h，同墩兩側(cè)頂推同步精度<3mm，各墩之間頂推同步精度<4mm；同側(cè)頂升千斤頂頂升或下放箱梁同步精度<3mm，完全滿足步履式頂推裝置的各項功能能要求及精度要求。

施工工法；液壓系統(tǒng)設(shè)計；液壓元器件選型；功能實現(xiàn)

隨著國家經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，各種跨越已有線路的橋梁建設(shè)越來越多，為保障橋下已有線路交通的正常運行，以及考慮施工安全等因素，常常采用頂推法施工工藝。傳統(tǒng)的頂推施工方法，多采用拖拉式多點連續(xù)頂推施工法技術(shù)，其設(shè)備簡單、工藝成熟、安全可靠。但該法是通過牽引方式實現(xiàn)箱梁的平移，對臨時墩或永久墩的墩頂產(chǎn)生較大的水平推力，需對橋墩進行臨時加固。同時，因為頂推過程中梁是滑動的，所以梁的內(nèi)力，正、負彎矩也交替變化，為了滿足梁頂推過程內(nèi)力變化，需在箱梁的頂板、底板都配縱向通索，通索在頂推到位以后，在營運階段的相當(dāng)段落是多余的，這里多配了30%的臨時預(yù)應(yīng)力索，增加了工程成本和施工的難度。再有，對于一些平曲線與豎曲線較為復(fù)雜的橋型，采用傳統(tǒng)的拖拉頂推施工工藝將變得十分困難。

步履式頂推是頂推施工技術(shù)中較為先進的工藝，采用步履式頂推裝置進行箱梁頂推施工時，箱梁不需額外加固，也不需在箱梁上安裝其它臨時的被受力構(gòu)件，被頂推的鋼箱梁或混凝土梁不受損傷，同時頂推裝置所施加的頂推力僅為裝置本身的內(nèi)力，橋墩不受水平推力，它只要通過控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制千斤頂，就能準確、有效地將箱梁頂推就位，以解決傳統(tǒng)拖拉頂推施工存在的問題［1］。

基于以上原因，步履式頂推裝置（見圖1）研究迫在眉睫。而作為頂推裝置最核心的組成部分，液壓系統(tǒng)研究的成功與否，是步履式頂推裝置能否實現(xiàn)其功能的關(guān)鍵因素。本文通過對液壓系統(tǒng)的深入研究，使步履式裝置能夠按照規(guī)定動作工作，符合步履式頂推施工工法要求，平均頂推速度達到4～6 m/h，實現(xiàn)同墩兩側(cè)頂推同步精度≤4 mm，各墩之間頂推同步精度≤5 mm；同側(cè)頂升千斤頂頂升或下放箱梁同步精度≤4 mm的要求。

圖1　 1200t級步履頂推裝置

1　步履式頂推施工工藝分析

基于步履式頂推施工工法要求，其施工工藝主要按以下動作步驟實施：

第一步：頂升千斤頂伸缸頂起箱梁，使箱梁脫離兩側(cè)支墊塊，如圖2所示；

圖2　頂起箱梁

第二步：左側(cè)兩臺頂推千斤頂伸缸，推動梁底墊塊與箱梁向前移動，右側(cè)兩臺頂推千斤頂被動縮缸。如箱梁前移過程中箱梁中心軸線偏移要求，需使用糾偏裝置進行軸線糾偏，如圖3所示；

圖3　箱梁前移

第三步：頂升千斤頂縮缸，下放箱梁于兩側(cè)支墊塊上，梁底墊梁與箱梁脫離；如圖4所示；

圖4　落梁

第四步：右側(cè)兩臺頂推千斤頂伸缸回程，左側(cè)兩臺頂推千斤頂被動縮缸，準備進行下一個循環(huán)，如圖5所示。

圖5　回程

2　液壓系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)步履式頂推裝置結(jié)構(gòu)組成及工作原理，需配置相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)（各種千斤頂）來實現(xiàn)步履式頂推裝置的頂升、平移、下放、回程等各項動作。步履式頂推裝置各項功能的實現(xiàn)，均由其配套的液壓成套設(shè)備來實施。分析可知，需配置的執(zhí)行機構(gòu)包括：1）頂升千斤頂4臺；2）頂推千斤頂4臺；3）糾偏千斤頂4臺。執(zhí)行機構(gòu)的動作流程如圖6所示。

圖6　執(zhí)行機構(gòu)的動作流程

2.1液壓原理設(shè)計

為使執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行既定動作，液壓系統(tǒng)輸出的壓力、流量、壓力油流向均需滿足各執(zhí)行機構(gòu)的要求。根據(jù)步履式頂推裝置工作原理分析可知，頂升千斤頂伸缸頂起箱梁時，頂推千斤頂不工作，當(dāng)箱梁頂起到位后，頂推千斤頂伸缸推動梁底墊塊與箱梁向前移動，此時頂升千斤頂處于待機狀態(tài)，千斤頂保壓鎖住。但是，箱梁在前移過程中，控制系統(tǒng)配置的傳感器需監(jiān)控箱梁的中軸線是否發(fā)生偏移，如發(fā)生偏移，控制系統(tǒng)需發(fā)出指令，指示液壓泵站驅(qū)動糾偏千斤頂工作對箱梁進行糾偏，因此，在此工況下，頂推千斤頂與糾偏千斤頂同時動作。

在考慮步履式頂推裝置功能實施的同時，還得考慮其性能滿足施工精度的要求。根據(jù)步履式頂推施工工法要求，箱梁在頂推前移過程中，需保持同墩兩側(cè)頂推同步精度≤4 mm，各墩之間頂推同步精度≤5 mm，箱梁在頂升或下放過程中，同步精度≤4 mm的要求。

通過對步履式頂推裝置功能、性能、執(zhí)行機構(gòu)動作流程分析，液壓系統(tǒng)主油路擬采用負載-敏感式液壓回路。泵站由比例多路閥與負載敏感變量泵組成，在計算機的控制下，通過輸入信號按預(yù)定規(guī)律連續(xù)成比例調(diào)節(jié)流量輸出的大小，實現(xiàn)千斤頂無級調(diào)速。在工作中，泵站根據(jù)負載的流量需要自動調(diào)節(jié)泵頭的輸出流量，系統(tǒng)不會出現(xiàn)溢流，同時，空載時變量泵以極小流量輸出，減小系統(tǒng)發(fā)熱量，降低能耗。

根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)動作流程及以上分析可知，頂升千斤頂與頂推千斤頂不會同時工作，因此其可使用同一片比例閥來控制，至于兩種千斤頂使用不同的工作壓力，可分別調(diào)節(jié)比例閥A、B口的二次限壓溢流閥來實施。同樣根據(jù)分析可知，頂推千斤頂與糾偏千斤頂有可能會同時工作，因此，糾偏千斤頂需另一片比例閥來控制。

系統(tǒng)采用比例閥來控制各執(zhí)行機構(gòu)的速度和壓力，出于成本考慮，擬采用電磁換向閥來控制各執(zhí)行機構(gòu)的換向。對于箱梁頂升或下放工況，4個千斤頂之間可能會出現(xiàn)壓力不均衡、位移有高差等不利情況，這時需要對出現(xiàn)偏差的千斤頂進行單臺單獨調(diào)整，因此，配置4個電磁換向閥來單獨控制4臺頂升千斤頂。同樣地，配置2個電磁換向閥來控制左、右兩側(cè)頂推千斤頂?shù)纳?、縮缸；另外再配置2個電磁換向閥來控制糾偏千斤頂換向。

根據(jù)以上分析，設(shè)計液壓原理圖，如圖7.

圖7　液壓原理圖

3　液壓系統(tǒng)元器件選型

3.1泵源裝置

基于液壓系統(tǒng)需要達到的各項功能，結(jié)合上述的液壓原理設(shè)計，系統(tǒng)采用一臺37 kW電機驅(qū)動一臺負載敏感變量泵，變量泵排量45 m L/r，在4極電機驅(qū)動下，泵頭最大輸出流量約60 L/min.

3.2比例閥裝置

根據(jù)液壓原理設(shè)計，系統(tǒng)主油路由比例多路閥與負載敏感變量泵組成，比例多路閥由連接塊、比例換向閥、終端塊組成。連接塊上有進、出油口，總油路設(shè)置有限壓閥（又稱溢流閥）。同時，出油口A、B口內(nèi)置有二次限壓裝置，見圖8和圖9.

圖8　泵源裝置

圖9　比例閥裝置

3.3頂升千斤頂控制閥組

此控制閥組由4個6通徑的電磁換向閥組組成，分別獨立控制4臺頂升千斤頂?shù)纳?、縮缸，見圖10.

圖10　頂升千斤控制閥組

3.4頂推千斤頂控制閥組

此控制閥組由2個10通徑的電磁換向閥組組成，分別獨立控制左側(cè)2臺頂推千斤頂及右側(cè)2臺頂升千斤頂?shù)纳?、縮缸，見圖11.

圖11　頂推千斤頂置閥組

3.5糾偏千斤頂控制閥組

此控制閥組由2個6通徑的電磁換向閥組組成，分別獨立控制箱梁兩側(cè)各2臺糾偏千斤頂?shù)纳?、縮缸，見圖12.

圖12　糾偏千斤控制閥組

4　液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)詳見表1.

表1　液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

5　步履式頂推裝置主要功能的實現(xiàn)

5.1頂升、下放功能實現(xiàn)及同步精度保證

步履式裝頂推置頂升、下放功能是依靠液壓泵站驅(qū)動頂升千斤頂按規(guī)定的步驟動作實現(xiàn)的。泵頭輸出的壓力油通過比例多路閥調(diào)節(jié)其輸出流量的大小，電磁換向閥控制頂升千斤頂?shù)纳?、縮缸，從而實現(xiàn)箱梁的頂升及下放。

在箱梁頂升（下放）過程中，控制系統(tǒng)配置的位移傳感器實時監(jiān)控千斤頂活塞的伸長量，以其中一個墩上一側(cè)的步履式頂推裝置頂升千斤頂為基準，其他墩上的步履式頂推裝置頂升千斤頂活塞伸長量與基準千斤頂活塞伸長量做比較，如其活塞伸長量與基準千斤頂活塞伸長量位移差大于2 mm，則比例多路閥自動作出調(diào)整，加大或減小比例閥開口值，從而加快或降低其驅(qū)動的頂升千斤頂運動速度，使其與基準千斤頂運動速度基本保持一致，保證箱梁在頂升或下放過程中，同步精度≤4 mm的要求。

5.2頂推功能實現(xiàn)及同步精度保證

同樣地，步履式裝頂推置頂推、回程功能也是依靠液壓泵站驅(qū)動頂推千斤頂按規(guī)定的步驟動作實現(xiàn)的。根據(jù)上述分析可知，頂推功能與頂升功能是分開執(zhí)行的，因此，它們可以共用一片比例閥的A、B口分別控制頂升、頂推千斤頂所需流量。同樣使用電磁換向閥分別控制步履式頂推裝置左、右兩側(cè)各2臺頂推千斤頂運動。頂升千斤頂頂起箱梁脫離墊梁后，左側(cè)頂推千斤頂伸缸，推動梁底墊塊與箱梁向前移動，到位后頂升千斤頂縮缸把箱梁下放在墊梁上，并使梁底墊塊與箱梁脫離，右側(cè)兩臺頂推千斤頂伸缸回程。

在箱梁頂推過程中，控制系統(tǒng)配置的位移傳感器實時監(jiān)控頂推千斤頂活塞的伸長量，以其中一個墩上一側(cè)的頂推千斤頂為基準，其他墩上的頂推千斤頂活塞伸長量與基準千斤頂活塞伸長量做比較，如其活塞伸長量與基準千斤頂活塞伸長量位移差大于2 mm，則比例多路閥自動作出調(diào)整，加大或減小比例閥開口值，從而加快或降低其驅(qū)動的頂推千斤頂運動速度，使其與基準千斤頂運動速度基本保持一致，實現(xiàn)同墩兩側(cè)頂推同步精度≤4 mm，各墩之間頂推同步精度≤5 mm的要求。

5.3糾偏功能實現(xiàn)

在箱梁頂推過程中，箱梁的中軸線可能會與設(shè)計的中軸線位置出現(xiàn)偏移，當(dāng)偏移量超出允許后，需使用糾偏裝置對箱梁的運動軌跡進行干預(yù)。泵站驅(qū)動箱梁偏移一側(cè)的糾偏裝置千斤頂伸缸，推動箱梁橫橋向運動，使其中軸線與設(shè)計中軸線靠攏直至重合，另一側(cè)糾偏裝置千斤頂被動縮缸，從而實現(xiàn)箱梁按設(shè)計軌跡頂推前移。

6　結(jié)束語

單機1 200 t級超大噸位步履式頂推裝置已成功應(yīng)用于昆明南昆鐵路跨線橋箱梁頂推工程。作為步履式頂推裝置的核心組成部分，液壓系統(tǒng)的研究成功對整機功能的實現(xiàn)起到舉足輕重的作用，設(shè)備在作業(yè)中，液壓系統(tǒng)表現(xiàn)出運行平穩(wěn)、沖擊力小等特點，據(jù)測算，步履式頂推裝置平均頂推速度約為5 m/h，同墩兩側(cè)頂推同步精度＜3 mm，各墩之間頂推同步精度＜4 mm；同側(cè)頂升千斤頂頂升或下放箱梁同步精度＜3 mm，完全滿足步履式頂推裝置各項性能指標要求。理論和工程應(yīng)用證明，本次應(yīng)用于步履式頂推裝置的液壓系統(tǒng)研究是成功的，并可為將來研究更大噸位、更快頂推速度、頂升頂推同步精度更高的步履式頂推裝置打下堅實基礎(chǔ)，提供強有力的技術(shù)支持。

［1］伍柳毅，韋富倫.步履式頂推裝置設(shè)計及應(yīng)用［J］.預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2014，（3）:13-20.

Study on Hydraulic System ofSingle 1200tClass Super Large Tonnage Walking Push Device

LIANG Li-wen
（Liuzhou OVM Machinery Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545005，China）

Hydraulic system is the most important part of the walking push device，through the analysis of the construction technology of the walking push device，the research is satisfied with the hydraulic system of the performance index of the walking push device.Through on hydraulic principle，implementation mechanism action process，selection of components，such as in-depth study，the walking push implementation according to the provisions of the construction method complete the top of the box girder push forward.Walking push device average pushing speed is about5m，with both sides of the pier top push synchronization accuracy＜3mm，each pierbetween push synchronization accuracy＜4 mm；ipsilateral lifting jack lifting or lowering the box beam synchronization accuracy＜3mm，fullymeet thewalking push device functions to requirements and accuracy requirements.

construction method；hydraulic system design；selection of hydraulic components；function realization

U 445

A

1672-545X（2016）06-0076-04

2016-03-24

梁利文（1978-），男，廣西藤縣人，大專，工程師，研究方向：液壓系統(tǒng)研究及設(shè)計。