钢模台车液压及电气系统设计

武汉大学本科毕业论文钢模台车液压及电气系统设计院(系)名称：动力与机械学院专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：*指导教师：*二一一年五月BACHELORS DEGREE THESISOF WUHAN UNIVERSITYThe hydraulic pressure system design and electrical design of The steel mould trolleyCollege ：Subject ：Name ：*Directed by ：*May 2011郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：_ 日期：_摘要水电站泄洪洞无压段形体复杂、洞断面宽而高、其混凝土衬砌质量要求高、工期紧、强度大、施工难。采用普通简易设备难以满足施工要求，须采用钢模台车施工。虽然现有的关于液压、电气方面的设计比较成熟，但由于钢模台车是大型钢结构设备，本身造价较高，结构较复杂，所以关于再扯这方面的设计还是有一定的难度的，为此本文对这一类型的大型钢模台车的液压与电气方面进行研究。主要包括以下内容：分析钢模台车的工作环境，找出其可能遇到的恶劣环境，针对其重量大，受力复杂的特点，设计出其液压也电气系统。本文详尽的介绍了钢模台车的液压系统和电气系统的设计步骤，同时也简单的介绍了行走部分。关键词：钢模台车；液压设计；电气设计；行走机械；结构设计ABSTRACTThe hydropower station flood discharge tunnel pressure-free segment is very complex, very bride and high. The concrete build engineering requires high quality, limited time, great work force and difficulty constructing.Difficult to meet the ordinary construction of simple equipment requirements, to adopt the steel carriage construction. Although the available information regarding the hydraulic and electrical aspects of the design is more mature, but the steel car is a large steel structure equipment, their higher cost, more complex structure, so on and then pull the design in this area still has some difficulty, This paper to this type of large steel vehicle with hydraulic and electrical aspects of research. Include the following: analysis of steel carriage work environment, find out the harsh environment that may be encountered, for its weight, the complex features of the force, but also electrical design of the hydraulic system. This paper describes the detailed hydraulic steel trolley system and electrical system design steps, as well as a brief introduction of the walking part.Key words: The large steel mould trolley; hydraulic pressure system design; electrical design; running gear; structure design目录第1章绪论11.1钢模台车的应用11.2钢模台车的发展过程11.2.1简介11.2.2组装式拱架21.2.3衬砌台车21.2.4大模板衬砌台车21.2.5三种衬砌拱架优缺点31.3钢模台车的工作原理（分类型、施工工艺）31.4钢模台车的结构组成31.4.1模板总成41.4.2托架总成41.4.3平移机构41.4.4门架总成41.4.5主从行走机构41.4.6侧向液压油缸41.4.7侧向螺旋千斤顶41.4.8托架支承千斤顶41.4.9门架支承千斤顶41.4.10机械、电气、液压系统41.5钢模台车的种类与型号51.5.1针梁式模板台车51.5.2整体式与分体式摸板台车61.5.3穿行式模板台车71.6国内外研究与应用现状（结构、材料、设计、制造、使用维护、应用）91.6.1国外究与应用现状91.6.2国内研究与应用现状9第2章钢模台车液压系统工作原理、功能及特点112.1液压系统的组成及原理112.2液压系统的功能122.2.1垂直升降机械122.2.2水平伸缩机械122.2.3调位机械122.2.4行走机械132.2.5系统动作分析132.3液压系统的特点14第3章钢模台车液压系统设计173.1拟定液压系统173.1.1工作回路173.1.2系统方式173.1.3油源方式173.1.4压力控制回路173.1.5选择滤油器、压力表173.1.6液压系统原理图183.2液压油缸的选择183.2.1顶模部分193.2.2侧向水平伸缩油缸223.3确定系统的工作压力与流量233.3.1顶模部分液压系统233.3.2侧模部分液压系统233.4油泵和电动机的选择243.4.1顶模油泵及其驱动电机243.4.2侧模油泵及其驱动电机243.5辅助装置的选择253.5.1油管和管接头253.5.2油箱263.6控制装置的选择273.6.1溢流阀273.6.2多路换向阀273.6.3液压锁273.6.4节流阀283.6.5滤油器283.6.6压力表和压力表开关283.6.7联轴器293.7液压油的选择303.8液压系统技术性能303.8.1验算系统压力损失303.8.2确定系统调整压力313.8.3估计系统效率、发热和温升31第4章行走机构设计334.1行走机构的特点334.2行走机构布置334.3机构的设计344.3.1方案设计344.3.2车轮计算354.3.3车轮轴承的选择354.3.4 运行驱动机构的计算364.3.5摆线针轮减速器的选用374.3.6验算主动轮的打滑37第5章电气系统设计395.1电气系统的组成395.2电气系统的特点与工作环境395.3电机的选择405.4电气系统电路原理41第6章设计举例44参考文献45致谢46第1章绪论1.1钢模台车的应用钢模台车，是为各种不同断面的公路隧道，铁路隧道，水电引水隧洞、导流隧洞及其它地下洞室等砼衬砌施工而专门设计制造的非标大型机械。具有全液压或机械伸、拨模、电动或液压行走、自备外力牵引行走等形式。由于钢模台车为全刚性结构且多采用一次性衬砌，所以衬砌表面光洁度高、衬砌速度快、变形量小、使用安全可靠。图1-1一般按结构形式分为：边顶拱、全圆针梁、穿行式3大类。随着我国现代化建设步伐的加快，铁路、城市地铁、公路、水电等基础建设项目，隧道工程数不胜数，隧道施工质量的要求越来越高，要求用整体钢模衬砌台车衬砌。目前，隧道衬砌施工由过去的手工操作走向综合机械化，提高隧道衬砌质量和工作效率是施工的最大需要。1.2钢模台车的发展过程1.2.1简介随着我国隧道施工技术的快速发展，隧道衬砌模板台车已成为铁路、公路、水利隧道施工中的重要配套设备。隧道模板台车技术由上世纪九十年代从国外引进，发展速度很快，国内生产厂家根据市场需求，进行了产品的研发，各类隧道模板台车的自主研发制作技术已臻于成熟。衬砌是隧道施工的重要工序 ,隧道的衬砌水平直接影响着隧道的质量、施工速度、施工成本及运营期间的管理。衬砌拱架是模筑衬砌的重要组成部分。拱架的型式直接影响衬砌的质量、衬砌速度、衬砌成本和劳动强度。衬砌拱架的发展经历了一个从简单到复杂的过程。现在的拱架可保证衬砌质量好、表面美观、速度快。衬砌拱架的发展主要经历了组装式拱架、衬砌台车、大模板衬砌台车3 个阶段，也代表了钢模台车的发明、发展及进步的历程。1.2.2组装式拱架组装式拱架主要应用于20世纪80年代之前。组装式拱架一般由以下几个部分组成：拱圈、立腿、垫盘、横撑、模板等。拱圈与立腿由螺栓连成一体 ,垫盘放在拱圈与立腿之间 ,以利于拆卸 ,横撑的作用是将各排拱架连成一个整体。衬砌时 ,将各部件组装起来 ,衬砌结束 ,再将各部件分离。模板铺设在立腿和拱圈之外 ,模板为组合钢模板 ,随着混凝土的浇筑 ,模板随着向上铺设。此种组装式拱架每衬砌一个循环 ,需进行一次拆卸和组装 ,浪费时间和人力 ,每次拆装时间一般需12天 ,因此衬砌速度慢 ,月平均衬砌速度一般为4060延米 ,同时组装时存在安装误差并且模板是铺设的 ,接缝多 ,接缝位置跑浆严重 ,衬砌表面误差和美观程度较差。其优点是:加工容易、质量轻(不包括模板质量约 8 t ) 、制造成本低。拱架费用(按12 延米计算)约5万元 ,模板费用(按 12 延米计算)约8 万元。因此这种拱架形式虽然被淘汰 ,但短浅隧道(单口隧道长度 200 m)仍然被使用。1.2.3衬砌台车20世纪80年代之后,随着对衬砌速度要求的提高 ,组装式拱架已不能满足施工工期的需要 ,因此人们发明了衬砌台车。衬砌台车一般由轨道、行走装置、车架、模板等组成。车架是由底拱圈、立腿、主横梁、顶拱圈、立柱、斜撑等组成的整体。工作时 ,由千斤顶将车架顶起至设计位置 ,待混凝土浇筑并养生结束后 ,收回底拱圈 ,再由千斤顶将车架落下 ,从而使衬砌台车脱离衬砌混凝土 ,之后靠车轮在轨道上行走 ,将衬砌台车移动到下一个衬砌位置 ,进行下一个循环的衬砌。衬砌台车的模板也为组合钢模板 ,模板铺设在拱圈之外 ,随着混凝土的浇筑 ,模板随着向上铺设。衬砌台车由于只是平移 ,不需拆卸 ,平移和就位一般只需 48 h ,因此衬砌速度明显比组装式拱架加快。衬砌台车的月衬砌速度一般为 80100 延米。衬砌台车由于消除了重复组装时产生的误差 ,因此表面误差得到了控制。但由于模板仍然是铺设上去的 ,接缝位置仍存在跑浆现象 ,衬砌表面美观程度仍然较差。衬砌台车的质量一般为 14 t 左右(不包括模板质量) ,其制造成本比组装式拱架有所提高 ,衬砌台车费用(按12延米计算)约9万元 ,模板费用(按 12延米计算)约8万元。1.2.4大模板衬砌台车随着对衬砌表面和美观程度的要求越来越高,大模板衬砌台车随之产生。大模板衬砌台车的模板由附在拱圈上的钢板组成 ,因此基本上解决了组合钢模板接缝处跑浆的问题 ,大大提高了衬砌表面的美观程度。大模板衬砌台车在国内于 20世纪90年代初期才开始应用。大模板衬砌台车主要由以下几部分组成:轨道、行走装置、车架、微调装置、模板(与拱圈联接成一体)等。车架是由立腿、斜撑、主横梁、微调装置、支撑丝杆、底拱圈模板、立柱、顶拱圈模板等组成的整体。由于整部台车质量较重(60 t左右) ,因此工作时由千斤顶将车架上半部顶起至工作位置 ,待混凝土浇筑并养生结束后 ,收回底拱圈模板 ,再将车架上半部落下 ,之后靠行走装置在轨道上行走至下一个衬砌位置 ,进行下一个循环衬砌。由于大模板衬砌台车质量大 ,左右移动困难 ,因此在车架的上部还需设有左右移动的微调装置 ,以确保衬砌内轮廓尺寸。大模板衬砌台车的模板为钢板直接焊在拱圈上 ,各钢板间也焊接在一起 ,并磨光打平 ,因此不存在模板跑浆问题 ,衬砌表面美观程度明显提高。大模板衬砌台车平移和就位时间一般为48h ,另外大模板衬砌台车强度大 ,承载能力强 ,因此可采取大泵量混凝土输送泵进行泵送混凝土 ,衬砌效率可大大提高 ,一般月进尺可达140180延米。大模板衬砌台车的质量一般为60 t左右(包括模板质量) ,其制造成本(按12延米计算)约40元。1.2.5三种衬砌拱架优缺点表1-1：三种衬砌拱架优缺点衬砌拱架名称表面误差美观程度总质量/t加工费用/万元衬砌效率/(m/月)组装式拱架差差810134060衬砌台车较好模板衬砌台车最好好6060140180备注包括模板质量包括模板费用从成本和效率方面考虑 ,当隧道单口长度200 m时 ,可考虑采取组装式拱架;当隧道单口长度为 200500 m时 ,则可考虑采取衬砌台车;当隧道单口长度500m时 ,则应考虑采取大模板衬砌台车。1.3钢模台车的工作原理（分类型、施工工艺）1.4钢模台车的结构组成目前，在我国机械行业中，衬砌台车的设计方案和内部结构各有不同，但总体上钢模台车主要由模板总成、托架总成、平移机构、门架总成、主从行走机构、丝杠千斤顶、液压系统、电气系统等以及一些台车附件组成。1.4.1模板总成就是台车上所安装的模板1.4.2托架总成托架上部主要承受浇注时混凝土及模板的自重, 下部通过液压油缸和支承千斤顶传力于门架。1.4.3平移机构平移小车上的液压油缸上与托架纵梁相连, 通过油缸的收缩来调整模板的竖向定位及脱模而水平方向上的油缸用来调整模板的衬砌中心与洞身中心是否对中。1.4.4门架总成门架是整个台车的主要承重构件, 它由横梁、立柱及纵梁通过螺栓联接而成, 各横梁及立柱间通过联接梁及斜拉杆联接。1.4.5主从行走机构台车的行走部分，由于该台车自重较一般台车大, 因此其行走机1.4.6侧向液压油缸侧向液压油缸主要是为模板脱模, 同时起着支承模板的作用。1.4.7侧向螺旋千斤顶安装在门架上的螺旋千斤顶用来支承、调节模板位置, 并承受灌注混凝1.4.8托架支承千斤顶它主要为改善浇注混凝土时托架纵梁的受力条件, 保证托架的可靠和稳定。1.4.9门架支承千斤顶它联接在门架纵梁下面, 台车工作时, 它顶在轨道面上, 承受台车和混凝土的重量, 改善门架纵梁的受力条件, 保证台车工作时门架的稳定。1.4.10机械、电气、液压系统机械系统这部分只要是哦传动。电气系统电气系统主要对行走电机的起停及正反向运行进行控制, 并为液压系统提供动力; 行走电机设有正反转控制及过载保护。液压系统则是控制油缸的伸缩。机械、电气、液压系统也是本次设计的主攻方向。1.5钢模台车的种类与型号钢模台车一般分为3类：针梁式模板台车，整体式与分体式摸板台车及穿行式模板台车。下面简单介绍一下。1.5.1针梁式模板台车图1-2：针梁式模板台车见图1-2,结构：针梁式模板台车主要由三大部分组成:模板组、针梁、驱动装置。其原理为:由模板组提供衬砌模面，当模板组就位并完成这一个浇筑段后，模板组就向另一个工作面转移。先由驱动装置提供动力，针梁就可以向前(或向后)移动。这时模板组嵌在险内，而针梁相当于一辆导轨车在模板里滑行换位;然后固定针梁，移动模板组。这时，针梁相当于筒支梁，而包裹住它的模板组相当于一辆跑车，在针梁导轨上滑行，从而实现模板的转移。圆筒形的全断面模板组分为4 块，每块之间用活动饺连接。模板在支撑调节机构的操纵下收启，以便脱离险衬砌面，并且保证有足够的间隙使模板组表面和险面上发生磨擦。驱动装置实际为一双向同步卷扬机构，它固定在模板组里，通过针梁两端的转向滑轮由钢丝绳传输动力。针梁模板台车是靠针梁与模板组之间的相对位移来实现工作面的转移，全断面一次衬砌成型，衬砌表团光滑，成型好3 它特别适应在圆形长隧洞快速施工中使用。广蓄电站尾水洞(9m) 曾创月挠筑洞长150m 的纪录。从针梁模板台车的实际使用情况看，它的应用洞径范围为4-10m，超出10m 洞径、其针梁结构重量增长很快，使得其经济性下降;而小于4m 的洞径采用针梁模板台车，其结构布置较为困难，操作空间更见狭小，因此也不常见。针梁模板台车在推广应用的过程中，水电十四局、葛洲坝集团公司、水电六局对其结构均作了专门改进，使之或更先进，或更经济。1.5.2整体式与分体式摸板台车城门洞形、马蹄形的导流洞、泄洪洞、尾水洞等，用模板台车衬砌居多。洞宽10m 以内，一般考虑整体式模板台车，即模板与台车一体，机械行走，全液压立模，边墙顶拱砼一次衬砌。如洞轴线较长，亦可采用分体式模板台车，即模板与台车分体，台车穿行，如紧水滩导流洞。该洞宽15m ，边顶拱采用桁架式可变幽率模板台车，下部高边墙采用模板台车，因台车用液压缸撑开收拢边墙板其状犹如张开的蝴蝶翅膀，故名蝴蝶模台车，结构示意见图1-3。模板台车往往结构庞大，造价不菲，如天生桥一级水电站导流洞采用修正马蹄形断面。洞宽13.5m ，设计的整体式液压模板台车一次衬砌长度12m ，重量200t。又如大朝山水电站导流洞为城门洞形， 1518m，模板一次衬砌长度12m ，采用全液压(含行走系统) ，单套重达250t。根据目前的造价计，其价格都在200-300万元，其费用需在砼单位中摊销往往是困难的。因此，这就引发了几个问题:第一，必须千方百计降低台车重及制造成本，这对于衬砌长度短的隧洞施工尤为重要。水电六局在吉林安图县境内承担的两江电站泄洪洞，洞身长300m ，其中有压段长130.1m ，断面为标准城门洞形，段长108.6m，衬砌半径4.4m，边墙高4.4m ，图1-3：整体式模板台车一般衬厚0.6m。显然，采用先进的模板台车在成本上难以消化，因此设计了结构简单，易于加工，适应性强，造价较低的钢木混合桁架式轻型模板台车。第二，为使模板台车实现二次或多次使用，应加强洞型与断面尺寸的规范化标准化设计。模板台车的设计应向标准化，积木化方向发展。单台模板台车设计应考虑其应用的洞室尺寸有一定的覆盖范围，以便稍作修改，就可我得二次使用的机会。第三，组建模板台车专业公司，应全面考虑模板台车的系列化、标准化、积木化、工具化，从而可以将我国水电行业隧洞模板台车技术提高到一个新的水平。1.5.3穿行式模板台车穿行式模板台车示意于图3。通常由模板、台车与外部支撑三大部分组成。其原理是: 台车穿行至第一段模图1-4：穿行式钢模台车板1m ll复缩边顶楼，台车背负边顶模穿行至第二段模板上;其悬伸吊梁收拢第一段筷板的车穿行至末段模板上，将第一段模板的底模送出安装就位，使台车穿行至(新的位置)第一段模板的底模上;再用千斤顶将边模撑开、安装就位。如此循环完毕，拆除与安装。模极沿沿轴线方向的长度可根据洞轴线、施工工期、砼供料、钢筋绑扎综合能力进行组合分块，底模、顶模通常为一块，边模两块。边顶模用活动饺联接根据洞宽及台车结构布置可设计为一块，亦可为两块，底模上设有台车行走的轨道。台车为门式结构，一般布置有台车机械行走系统、千斤顶操作系统。悬伸吊梁车行走系统。外部支撑用于模板安装固定和并承担传递险浇筑时的施工荷载。1.6国内外研究与应用现状（结构、材料、设计、制造、使用维护、应用）1.6.1国外究与应用现状国外从五十年代开始研制使用模板台车的，一般大型的水电隧洞、铁路、公路、隧道和城市地铁多采用模板台车。日本、意大利、美国、英国等均大量使用。八十年代以来，除少部分小型隧洞外，不同的洞形(圆形、方圆形、马蹄形)不同的断面尺寸(3m-14.5,6m8.44m-17.523m)基本上都使用模板台车，砼浇筑实现了机械化作业。国外大型隧洞砼衬砌多采用模板台车，浇筑速度较快。如曼格拉工程，隧洞直径9.15m ，每个工作面配两套长9m 模板台车，平均月进尺118.3m ，最高周进尺达73.2m ，最高月进尺170.4m。原苏联英古里电站引水隧洞，内径9 .5m( 分二层开挖) ，顶拱砼月进尺为60m ，边墙砼月进尺为120m; 边顶拱一次挠筑时月进尺为120m; 底部反拱砼浇筑月进尺达300m。1.6.2国内研究与应用现状我国从1978 年改革开放后开始引进国外模板台车设备及技术，1983 年在京广大瑶山隧道引进日本105m2大断面模板的台车衬砌砼。该台车为穿行式，长8m ，重约100t。而后，又仿制了许多隧道模板台车，断面可以达到30-80m2。全断面针梁模板台车在鲁布革水电工程中首次应用。该工程引水隧洞直径8m。后经学习、消化，研制出国内第一台全断面针梁模板台车(5.8m 9m) ，成功地运用于鲁布革尾水洞砼衬砌。之后，先后制造了8m 12m、9m12m 、9m15m、9 .7m15m 等多套、多种直径的针梁模板台车，分别在广蓄等工程建设中发挥了重要的作用。我国隧洞砼衬砌施工方法有:全断面一次成型，先浇底拱后浇边顶拱；先浇边顶拱后浇底拱；先顶拱后边墙及先边墙后顶拱等。圆形隧洞使用模板台车进行边顶衬砌，有映秀湾引水隧洞、渔子溪一级引水隧洞、碧口泄洪洞、小浪底导流隧洞等。最大的为小浪底导流洞，直径为14.5m。湖南黄岑引水隧洞(3.2m)，白山电站引水隧洞(7.5m)使用拉模进行全断面衬砌，平均拉滑速度为1.5m-2.0m/d。鲁布革电站引水隧洞针梁式模板台车，针梁模板全长38m ，每移动一次浇筑15m ，平均月进尺可达167m ，最高月进达到270m。自鲁布革电站使用针梁式模板台车以后，很快在全国各工程中推广。目前已使用这种模板台车的洞径为4-9.5m。针梁式模板台车的构造见图l-2。隔河岩引水隧洞使用的针梁模板台车，为我国目前已使用的最大直径针梁模板台车，直径为9.5m。北京地铁隧道在复八线施工中研制了新型穿行式分体模板台车，台车分4 节，共长8m。一套液压脱模机构每次脱模1 节2m，分4 次移至下段立模、浇筑，每个衬砌循环在3 天左右。浇筑的砼衬砌质量成型好。第2章钢模台车液压系统工作原理、功能及特点液压系统已经在各个工业部门等得到了越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部分就越多。钢模台车也应用了液压系统，液压系统的设计要同主机的设计同时进行着手设计时，必须从实际情况出发，结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单维修方便的液压传动系统2.1液压系统的组成及原理钢模台车由活动钢模板及移动台车两部分组成。活动钢模板由面板、次梁、拱梁、活动铰及柱脚等构成；移动台车由车架、托架、垂直和水平伸缩机构以及行走机构等组成。钢模板单独承担（或与台车共同承担）流态衬砌混凝土产生的荷载；台车主要承担活动模板的架立、拆除及运输，也可兼作洞内支护及其他施工作业的平台。钢模台车通常分为平移式和穿行式两类。前者为一套钢模板与一台移动式台车构成整体，共同承担衬砌混凝土浇筑荷载，向前或退后逐段进行浇筑；后者，在一个工作面由数套活动钢模板与一台移动式台车配合，钢模板单独承担衬砌混凝土浇筑荷载，台车只承担钢模板的架立，运输与拆除等任务，它较平移式钢模台车更有利于加快衬砌的施工速度。因此，穿行式钢模台车在国内外水利水电工程中使用较普遍。在本次施工设计中，采用两套钢模板和一台移动式台车相配合的钢模台车。1 垂直升降机械垂直升降机械承担钢模架立和拆除时的升起和下降，通常采用螺杆式千斤顶或液压式千斤顶，通过拱顶托架支撑钢模板。由于升降机械运行完全不同步及台车启动与制动时惯性力的作用，每个垂直升降机械受力不可能完全均匀，且承担一定量的水平荷载。因此，要求垂直升降机械的承载力和升降行程的富裕度大些，垂直升降螺杆直径也要求大些。2 水平伸缩机械水平伸缩机械安装在台车两侧，用于侧向钢模板的架立就为与脱模。受力特点为脱模时承受的瞬时拉力较大。3 调位机械钢模架立时，钢模中心线与隧洞中心线因轨道铺设误差或无轨台车操作误差而出现偏差时，需对钢模板进行横向或纵向调位。一般在台车车架上设调位转盘，利用千斤顶调位。也有在托架顶部设置调位千斤顶进行调位；在托架顶部设置托滚，利用水平伸缩机械进行横向调位。对于有轨式钢模台车，可通过提高铺轨质量来减小调整工作量。4 行走机械台车行走机械与一般轨道式起重机相似，但工作条件不同。钢模台车在隧洞内工作，无风载荷，但当钢模台车靠近开挖面时，应考虑爆破时冲击波的影响。行走机械一般采用电动机驱动行走轮实现。本次设计的台车在此部分没有使用液压马达驱动，故在此只做稍微了解。2.2液压系统的功能液压缸对实现往复运动时最为方便的，而电动机则需要通过齿轮齿条等机构才能旋转运动变成直线往复运动。钢模台车液压系统所需要的也是其往复运动，通过液压缸的伸缩实现对钢模板的架立就位与脱模或者调位。钢模台车的液压系统主要要实现垂直升降、水平收缩、调位、行走4个功能2.2.1垂直升降机械该部分承担钢模架立和拆除时的升起和下降，采用液压式千斤顶，通过拱顶托架支撑钢模板，由于升降部分不同步，及台车启动与制动是的惯性作用，没个升降部分受力不可能完全均匀，且承担一定量得水平载荷，因此要求垂直升降部分的承载力和升降行程的富裕值要大一些，活塞杆直径也要大一些。2.2.2水平伸缩机械水平伸缩部分安装在台车的两侧，用于侧向钢模板的架立就位与脱模。受力特点为脱模时承担的瞬时拉力较大。2.2.3调位机械调位部分，钢模架立时钢模中心线与隧道中心线因轨道铺设误差或无轨台车操作误差而出现偏差时，需对钢模板进行横向或纵向调位。一般在台车车架上设调位转盘利用千斤顶调位。也有是在托架顶部设置调位千斤顶进行横向调位的；在托架顶部设置托滚，利用水平伸缩液压进行横向调位。对于有轨式钢模台车，除可利用台车的移动来调整外，也应设置调位机构。2.2.4行走机械行走机械，台车行走机械与一般轨道式起重机相似，但工作条件不同。钢模台车在隧洞内工作，无风载荷，但当钢模台车靠近开挖面时，应考虑爆破时冲击波的影响。行走机械一般采用电动机驱动行走轮实现。本次设计的台车在此部分没有使用液压马达驱动，故在此只做稍微了解。2.2.5系统动作分析2.2.5.1台车行走和就位(1)台车安装完毕后，检测各部结构是否到位，检查各部位螺栓联结是否牢固，各联结销必须可靠且转动灵活，然后进行初步调试。要求各螺旋千斤顶动作可靠，各基本尺寸达到设计要求。(2)先确保台车工作位置的轨道轨面标高正确，然后保证轨道相对洞身中心线对称，轨面平整。(3)准备工作完成后台车即可就位，就位前让液压系统工作。(4)操作多路换向阀手柄，让侧向油缸收回，使下模总成回缩。(5)收回竖向油缸，使上模总成下降，油缸动作前要缩回相应的托架支承千斤顶。(6)为方便脱模，要在模板外侧涂抹脱模剂。(7)旋回门架支承千斤顶(基脚千斤顶)，使其离开轨面。(8)操作台车行走电器按钮，使台车在电机牵引下自动行走到工作位置。(9)台车就位后，锁定行走轮，旋出基脚千斤顶撑紧钢轨，防止台车移动2.2.5.2立模(1)合上模板台车的电源开关，按下油泵电机启动按钮，让液压站工作，配合测量人员，操作多路换向阀手柄，通过调整，使模板外形达到施工要求。(2)操作多路换向阀手柄，让平移油缸工作，左右调节，使模板外形中心线与洞身中线重合。(3)操作多路换向阀手柄，让竖向油缸工作，升降调节，使上模总成外形达到施工要求。(4)操作多路换向阀手柄，让侧向油缸工作，伸缩调节，使下模总成外形达到施工要求。注意事项为：竖向油缸是由换向阀手柄控制，操作时一定要注意油缸尽量同步；下模总成两边的各侧向油缸由换向阀控制，操作时注意每边的油缸动作应该同步。(5)台车模板外形达到混凝土施工要求后，将托架支承千斤顶撑紧托架纵梁，把侧向千斤顶旋出，撑紧千斤顶连接梁，此时上下模板总成结合紧密。(6)把台车前后周边范围有关的模板关好。2.2.5.3灌凝(1)把混凝土输送泵的输送管接入模板台车，即可进行混凝土灌注。(2)通过工作窗先进行模板下部混凝土的灌注和振捣，在灌注过程中陆续关闭工作窗。(3)最后将输送管与模板顶部的注浆口对接，然后进行顶部空间灌注，完成后，将刹尖管中的多余混凝土掏掉，关闭注浆口。(4)按设计要求，必须控制灌注混凝土的上升速度以及两侧混凝土高差，以保证台车受力平衡。(5)台车最大灌注混凝土厚度要求不得大于设计厚度加上0.2的超挖量。2.2.5.4脱模(1)待混凝土强度达到要求即可脱模。先撤除台车前后周边有关的模板，然后启动液压站工作。(2)收回侧向千斤顶，操作换向阀手柄，缩回侧向油缸，收回下模总成，使其离开混凝土。(3)收回竖向托架支承千斤顶，操作换向阀手柄，缩回竖向油缸，脱下上模总成，使其离开混凝土。(4)停止油泵电机。(5)清洗台车，除掉模板表面上黏结的混凝土。以上为台车的一个工作循环，继续向前衬砌，则重复上面的步骤。2.3液压系统的特点（1）钢模台车用于隧道的衬砌，其工作环境相当恶劣：到处是粉尘、沙石，噪声很大，因此要求钢模台车的液压系统必须具备很强的的抗污染性。因此，油箱的设计为密闭式油箱，液压泵设置在油箱中齿轮泵具有外形尺寸小、对油的污染不敏感、工作可靠的优点，故动力元件选用齿轮泵。（2）钢模台车上的液压缸分布很散，为了方便现场管道布置，8个控制阀分2组安置于油箱的左右两侧，为了方便人员操作，保证安全可靠，控制伐选用电磁控制阀。本液压系统中各液压缸速度是靠电磁换向阀的通断来控制的。按钮点动控制电磁换向阀, 从而方便地完成各液压缸速度控制衬砌台车采用电磁换向阀换向, 达到台车所有动作均用按钮控制。通过按钮控制使竖向液压缸、水平液压缸、侧向液压缸实现了既可同步动作, 又可单个液压缸调整, 自动化程度高。（3）钢模台车在混凝土的输送过程中，震动比较大，一般的压力计不能适应这样的工作环境，压力计要选用耐震压力计。由于钢模台车工作环境复杂，将液位计安装于油箱的凹槽处，这样可以运输起吊过程中液位计被损坏。（4）钢模台车的液压系统是由多组液压缸组成，整体模板的立和收要求每组液压缸能实现同步运动。而多液压缸组成的系统，一般都有同步的问题。台车的液压系统也不例外。每组液压缸可以用槽钢连接，在活塞杆之间建立起刚性的运动联结，构成机械联结同步回路，实现液压缸的的同步运动。（5）钢模台车支模后液压系统不工作，液压缸处于伸出状态收膜时才全部收回，而液压系统所承受的载荷较大，一般液压缸有泄露的问题，如果发生泄漏，液压缸有可能在外部载荷的作用下自行收回。主缸垂直支撑着整体模板，为了使主缸能在任意位置停止并防止其由于自重自行下落，在主缸的进回油路上串联液控（液压锁），以实现主缸的可靠定位。钢模台车跨度大，液压缸分布比较分散，因此决定了液压管道的布置分散距离长的特点，为了有效的防止液压管道渗漏油造成液压缸收回的现象，主缸液压锁直接安装在液压缸的进回油口，而不安装在集成块上，衬砌台车竖向液压缸和水平液压缸采用双向液压锁, 它能在竖向液压缸和水平液压缸不工作时或液压系统发生故障而导致系统压力突然下降时, 使活塞迅速、平稳、可靠且长时间地被锁定, 不为外力所移动, 准确地使模板保持在既定位置上, 避免了竖向液压缸因模板自重缩回, 水平液压缸因外力而移位, 保证了衬砌台车工作安全可靠。（6）最后，由以上特点我们总结如下液压系统的日常保养使用中应该注意各油管及阀体是否有漏油现象, 如发现漏油问题, 应及予以时处理。经常性的检查油箱中油面的高度, 当油面的高度低于要求高度时应及时补充液压油。使用中应注意液压泵工作是否正常, 液压缸有无泄漏, 如发现异常, 应该切断电源开关, 查明原因, 排除故障，之后才能继续使用。在输出功率相同的条件下，液压传动比机械传动体积小，重量轻，工作平稳，动作灵活，操作简单，过载保护容易；液压传动也存在管路接头容易渗漏，油缸的同步调节不易掌握等问题。第3章钢模台车液压系统设计3.1拟定液压系统3.1.1工作回路垂直支撑和水平调正回路：电机驱动油泵供油通过一组多联换向阀分配给垂直油缸和水平油缸，分别完成支撑托架（配合千斤顶）和调整模板的竖向定位的作用。溢流阀控制给进油压，垂直支撑回路中的液压锁保证油缸完成定位功能。侧向支撑回路：侧向液压油缸主要是为模板脱模，同时起着支承模板的作用。侧向液压油缸左右两侧对称布置，油泵供油通过一组多路换向阀分配给两侧的油缸，同时动作实现动作。溢流阀同样起控制给进油压的作用。3.1.2系统方式本机构液压系统为开式系统，在工作循环结束后液压油直接回油箱。3.1.3油源方式根据油压跟具体分析，比如：液压系统始终工作在中压（16MPa）环境中，工作阶段持续时间续长，从提高系统效率和节能角度，宜选用CBY系列高压齿轮泵供油，由于它采用了高强度球墨铸铁壳体、承载能力高的DU轴承、浮动侧板等结构，具有压力高、转速范围宽、结构简单、工作可靠、使用寿命长、并可组成多联泵等特点。广泛适用于工程机械、矿山机械和起重运输机械等液压系统中。3.1.4压力控制回路在油泵出油口并联一个溢流阀以实现系统的定压溢流。3.1.5选择滤油器、压力表油液污染对液压装置的危害非常大，不仅影响元件寿命，而且还可能使元件突然受损造成重大事故。台车液压系统在油泵的吸油口上需要设有滤油装置、保证油的清洁度。压力表接在油泵出口处，根据系统的压力选择型为减轻重量，减小外形尺寸，钢模台车中液压油泵、电机和油箱直接相连达到减少控制空间的目的，在垂直支撑调正回路和侧向支撑回路中分别利用一个液压站进行控制。3.1.6液压系统原理图图3-1液压系统原理图3.2液压油缸的选择油缸在工作时要求无杆腔和有杆腔都参与动作，选用双作用单活塞杆差动连接的液压缸，故选用HSG型液压缸，HSG型系列液压缸是双作用单杆活塞式液压执行元件，结构简单，工作可靠，性能稳定，可带缓冲装置及连接方式多样等特点，适用于工程机械、矿山机械、起重运输机械、冶金机械及其它机械等。图3-2液压缸型号说明 图3-3缸头、缸筒连接方式 图3-4 活塞杆端连接方式3.2.1顶模部分顶模部分的运动机械是垂直升降机械和调位机械。垂直升降机械，承担钢模架立和拆除时的升起和下降，通常采用螺杆式千斤顶或液压式千斤顶，通过拱顶托架支撑钢模板。由于升降机械运动完全不同步及台车启动与制动时惯性力的作用，每个垂直升降机械受力不可能完全均匀，且承担一定量的水平荷载。因此，要求垂直升降机械的承受力和升降行程富裕大些，垂直升降螺杆（或活塞杆）直径也要大些。而在钢模架立时，钢模中心线与隧洞中心线因轨道铺设误差或无轨式台车操作误差而出现偏差时，需对钢模板进行横向或纵向调位。一般在托架顶部设置调位千斤顶进行横向调位；在托架顶部设置托滚，利用水平伸缩机械进行横向调位。对于有轨式钢模台车，除可以利用台车的移动来调整外，也应该设置调位机械。在本次钢模台车设计中，我们采用垂直升降机械和水平调位机械相配合来实现动作。3.2.1.1垂直升降千斤顶此时无杆腔是工作腔，初选液压缸的设计压力p1。为了满足进退速度相等，并尽量减少液压泵的流量，取液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积A1和A2应满足A1=2A2（即液压缸内径D和活塞杆直径d间应满足）。为防止工作时发生前冲,液压缸需要保持一定回油背压。这里暂取p2，并取液压缸机械效率 ,根据参数则可计算出液压千斤顶无杆腔的有效面积和液压缸内径A1=Fcm(p1-p22)(3-1)D=4A1 (3-2)按计算结果选定HSG型油缸的内径D。而活塞杆直径d=D2 (3-3)液压油缸的实际有效面积为 A1=4D2A2=4(D2-d2)(3-4)差动面积。 (3-5)液压油缸的行程为s，液压油缸的单程平均速度按下式计算，即 (3-6)单个油缸的实际流量(3-7)垂直升降千斤顶n个油缸的总流量为(3-8)式中油缸的容积效率。每个油缸的实际工作压力(3-9)检验p是否满足初设压力条件。3.2.1.2水平调位油缸此时无杆腔是工作腔，同样液压缸的设计压力p1。为了满足进退速度相等，并尽量减少液压泵的流量，取液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积A1和A2应满足A1=2A2（即液压缸内径D和活塞杆直径d间应满足）。为防止工作时发生前冲,液压缸需要保持一定回油背压。这里暂取p2，并取液压缸机械效率 ,根据的参数则可计算出调位液压油缸无杆腔的有效面积和液压缸内径A1=Fcm(p1-p22)D=4A1考虑到在调位过程中垂直千斤顶的受力不均，所以油缸的内径选为D的HSG型油缸即可。而活塞杆直径液压油缸的实际有效面积为差动面积。液压油缸的行程为s。，液压油缸的单程平均速度按下式计算，即单个油缸的实际流量水平调位n个油缸的总流量为式中油缸的容积效率。每个油缸的实际工作压力检验是否满足初设压力条件。3.2.2侧向水平伸缩油缸水平伸缩机械安装在台车两侧，用于侧向钢模板的架立就位与脱模。受力特点是脱模时承担的瞬时拉力较大。同样取液压缸的设计压力p1。为了满足进退速度相等，并尽量减少液压泵的流量，取液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积A1和A2应满足A1=2A2（即液压缸内径D和活塞杆直径d间应满足）。为防止工作时发生前冲,液压缸需要保持一定回油背压。这里暂取p2，并取液压缸机械效率 ,根据参数则可计算出调位液压油缸无杆腔的有效面积和液压缸内径所以油缸的内径选为D的HSG型油缸即可。而活塞杆直径液压油缸的实际有效面积为差动面积。液压油缸的行程为s，液压油缸的单程平均速度按下式计算，即单个油缸的实际流量侧向水平伸缩n个油缸的总流量为式中油缸的容积效率。每个油缸的实际工作压力检验是否满足初设压力条件。3.3确定系统的工作压力与流量3.3.1顶模部分液压系统在顶模部分液压千斤顶升降系统中，执行动作的原件是液压油缸，而油缸又分为垂直升降和水平调节两种，故此部分的压力和流量由两类油缸共同决定，由上节计算可得(3-10)(3-11)3.3.2侧模部分液压系统在顶模部分液压千斤顶升降系统中，执行动作的原件是液压油缸，同样回路压力和流量由液压油缸决定。在脱模的时候，侧向水平油缸的平均运动速度是v，工作面积是A1/个，工作压力是p，回路最大流量(3-12)油泵首先必须满足主推力油缸和转盘吊油缸同时工作时的工作流量，综上可得在钻机钻进回路中。3.4油泵和电动机的选择3.4.1顶模油泵及其驱动电机根据上述3.3.1计算的结果，利用工作压力和流量来选择油泵。油泵要求的工作压力(3-13)和系统压力为P1时的流量(3-14)或每分钟的千转流量(3-15)n公称转速r/min压力裕度系数(3-16)取泵的总功率为(3-17)式中KN是电机备用系数。按以上结果选用电动机驱动液压泵。3.4.2侧模油泵及其驱动电机根据上述3.2.2计算的结果，利用工作压力和流量来选择油泵。油泵要求的工作压力和系统压力为p1时的流量或每分钟的千转流量n公称转速 r/min压力裕度系数取泵的总功率，得理论驱动最大功率式中KN是电机备用系数。按以上分析选用电动机驱动油泵可以满足实际工作要求。3.5辅助装置的选择3.5.1油管和管接头管子内径d(单位mm)按流速选取(3-18)式中流速(m/s)，荐用流速：对于吸油管；对于压油管 (压力高、管道短或油粘度小的情况取大值，反之取小值，局部或特殊情况可取)；对于回油管。根据流量和速度可以确定管径。在本机的液压系统中全部采用液压快速管接头，它是由阴阳两个接头组成。阳接头上带有环槽，阴接头上带有可轴向移动或转动的套筒和钢球，阴阳接头至少由一个带有阻断阀。连接前，阻断阀关闭，阴接头上的套筒处于正常位置，钢球的活动范围收到限制。连接时，首先要移动阴接头上的套筒，解除其对钢球的限制；将阳接头沿轴向插入阴接头，在阳接头体的推动下，钢球向径向移动，直至钢球处于阳接头球槽处，钢球落入环槽内，最后使套筒复位，重新限制钢球移动，完成连接。在插入过程中，阻断阀被打开，油路导通。3.5.2油箱