9m台车结构强度验算书

铁路双线砼衬砌液压钢模台车的设计案及说明根据兰渝铁路LYS-12标所用施工图《兰渝贰隧参3201图》净空断面可知：二衬所需台车是全液压铁路双线衬砌钢模台车（以下简称台车）。

此台车是以电机驱动行走机构带动台车移动，利用液压油缸和螺旋千斤进行模板立模和脱模来进行隧洞砼浇注的设备。

根据施工要求，台车理论衬砌长度设计为9米。

具有结构合理可靠、操作方便、成本较低、衬砌速度快、隧洞砼成形面好等优点，现就设计方案说明如下：一、台车的结构设计：台车主要由模板部份、台架部份、平移机构、门架部份、行走机构、液压系统、支承千斤、电气控制系统等组成。

1、模板部份:模板部份由两块顶模和两块边（侧）模及两块角模组成一个砼横向断面，两块顶模板之间用螺栓连接成整体，两侧模与顶模用铰耳销轴连接，两角模与侧模用铰耳销轴连接，每块模板的宽度1.5米，纵向由6节组成9米的模板总成，模板之间用螺栓连接，模板面板厚度为δ10m m，模板加强筋用［8#和∠75×50×6角钢做成，另外还增加立筋板δ10mm*160mm，加强筋的间距为230m m，其弧板宽度为300 m m，比一般台车弧板宽度220 m m增大了80 m m，，因此模板的强度得到了充分的加强。

2、台架部份：台架由两根纵梁、7根横梁及21根立柱组成。

主要是承受顶模上部砼及模板的自重。

通过四个竖向油缸和台架支承千斤把力传递给门架，其纵梁由钢板焊接成工字形截面（612×200mm），横梁用Ⅰ25工字钢制成。

立柱用Ⅰ20工字钢制成。

3、平移机构：平移机构在前后门架横梁上各安装一套，平移机构上安装竖向油缸4个（HSGK02—D180/110），水平油缸2个（HSGK02—B100/55）。

竖向油缸与台架纵梁相连，通过此油缸的伸缩来完成顶模的立模与脱模。

其伸缩行程为300 m m。

工作压力为16MPa，每个油缸最大推力为40吨；水平油缸的作用是利用其左右移动来调整模板中心线与隧洞中心线相吻合，其工作压力为16 MPa，最大推力为16吨，水平移动行程为200 m m。

4、门架部份：门架由立柱、上横梁、下横梁、纵梁、门架斜撑及中间行架等组成。

中间行架有板材焊接成工字形横梁及立柱。

斜拉杆使用槽钢[16制作，立柱之间用连接梁和斜拉杆连接。

底纵梁由δ14m m钢板焊接成箱形截面分别为500x400mm，门架斜撑采用双［25#槽钢焊接成方钢，用工字钢I20制作斜撑支撑，门架斜撑直接撑在底纵梁上，防止台车向内变形，以增加浇注时门架的抗压能力，不至使门架立柱变形，增强了门架的整体钢度和稳定性。

并设计制作有四对防倾翻装置，一防止台车在施工过程中，因为受力不均而引起的台车前后摆动而引起台车倾翻。

5、行走机构：台车行走机构由2套主动机构和2套从动机构组成，主动机构由2台4KW 同步电机驱动减速器，再通过链条、链轮三级减速驱动门架行走。

利用电机的正反转可实现台车的前进与后退。

行走机构通过铰耳销轴连接在纵梁上，其行走速度为6m/min，行走轮直径为φ300mm。

6、液压系统：液压系统由4个竖向油缸（前已作叙述）、6个侧向油缸（HSGK02—B160/90 mm）、2个水平油缸（前面已作叙述）和一套泵站组成。

侧模板的立模和脱模由侧向油缸来完成。

同时起着支承侧模板及侧墙砼压力的作用，其工作压力为16MPa，每只油缸推力为16吨。

泵站系统利用一个10联换向阀进行换向，控制各油缸的伸缩。

4个竖向油缸由四个换向阀控制，6个侧向油缸每边三个分别由四个换向阀控制，2个水平油缸分别由两个换向阀控制。

利用2个单向液控阀来锁定4个竖向油缸，确保顶模在浇注时不致下降。

液压油泵流量为20.5L/ min，电机功率为4KW，液压系统工作压力为16M Pa。

7、支承千斤顶：支承千斤由台架千斤、侧向千斤和门架支承千斤三部份组成。

台架千斤主要是为了支承顶模板的重量和上部砼的重量而设置，其螺杆直径为φ80mm，调整行程为350 mm。

侧向千斤主要用来支承砼的压力和调整侧模板位置，螺杆直径为φ60mm，调整行程为300 mm。

门架支承千斤连接在门架纵梁下面，顶在轨面上，主要是承受台车和砼的重量，确保台车的稳定性，其螺杆直径为φ80mm，调整行程为300 mm。

8、电气系统：电气系统主要是对液压系统油泵电机的开关和行走机构电机的正反转进行控制。

行走电机设有过载保护。

9、台车的主要技术参数：顶拱半径： 6.46米浇注成型宽度： 12.910米浇注成型高度： 9.48米理论砼衬砌长度： 9米额定电压： 380Ｖ油泵电机功率： 4ＫＷ行走轮电机功率： 8ＫＷ台车行走速度： 6米／分二、边顶拱砼衬砌液压钢模台车结构受力分析及刚度、强度校核根据衬砌施工实际情况，考虑混凝土拌合站的拌合能力及混凝土运输等客观因素的制约，混凝土实际灌注速度为20～25方／小时，台车左右两侧交错灌注，则12米台车衬砌厚度为50厘米时的混凝土每侧升高速度约为2米／小时，混凝土凝固时间为2小时，则流动状态下的混凝土的高度始终不会超过2米高，按2米高校核模板强度（实际衬砌施工中，混凝土的两侧高度差应严格限制在2米以内，即流动状态下的混凝土高度始终不会超过2米高）。

混凝土密度为2.5吨／方，所以作用在模板上的极限载荷的集度为q＝2.5×2＝5吨／米2＝0.5kg／cm2。

一、面板校核：面板约束条件为：角钢侧两对边简支，筋板侧两对边固定。

则a=1500mm b=300mm a/b=5 α＝0.5 β＝0.0285 t=8mm E=200GPa q＝0.5kg／cm2= 0.04905MPa A3钢的容许应力［σ］=130MPa 根据《机械设计手册》中公式：σmax=α（b／t）2ｑ①ωmax=β（b／t）4（ｑ／Ｅ）ｔ②得到：σmax=0.5×(300÷8)2×0.04905 =34.49MPa＜［σ］ωmax=0.0285×(300÷8)4×(0.04905÷200000) ×8＝0.111mm＜0.5mm 结论：面板的强度和刚度均满足使用要求。

二、角钢校核：角钢约束条件为：两端固定，且假定全部载荷的90％集中作用在角钢上。

根据《机械设计手册》中公式：Ｍ＝ｑｌ２／24 ①σ=Mｙ／Ｉ②y max=－（qｌ4）／384ＥＩ③其中E =200GPa =200000MPa I =167.555cm4=167.555×104mm4ｙ＝29.06mm l =1476mm q =0.5×30×90％＝13.5kg／cm＝13.24N／mm 所以：M=13.24×14762÷24 =1201.85Nmσ=1201.85×103×29.06÷（167.555×104）＝21.23MPa＜［σ］y max=－（13.24×14764）÷（384×200000×167.555×104）= －0.488mm（负号表示方向）＜ 0.5mm结论：角钢的强度和刚度均满足使用要求。

角钢能满足强度要求，相应的槽钢也能够满足要求（所以不再对槽钢作校核）。

三、弧形筋板校核：弧形筋板约束条件为：上端固定，下端简支。

数学模型简化为：略去筋板中部支撑；以弧形筋板最窄处的尺寸作为整体校核尺寸；均布载荷集中作用在单侧筋板上。

根据《机械设计手册》中公式：Ｍ＝ｑｌ２／8 ①σ=Mｙ／Ｉ②y max=－5（qｌ4）／384ＥＩ③其中l =3300mm h = 250mm ｙ＝125mm I =429687.5cm4 =429687.5×104mm4E =200GPa =200000MPa q =0.5×150＝75kg／cm＝73.575N／mm 所以：M=73.575×33002÷8 =100154.0Nmσ=100154.0×103×125÷（429687.5×104）＝2.91MPa＜［σ］y max=－5×（73.575×33004）÷（384×200000×429687.5×104）= －0.132mm（负号表示方向）＜ 0.5mm结论：弧形筋板的强度和刚度均满足使用要求。

因此，模板整体的强度和刚度均满足使用要求。

（五）、门架的受力分析台车门架是整个台车的承载构件，它不但要承受混凝土的重力、侧压力，还要承受模板的重量以及竖向千斤、平移架等的重量，其受力方向为垂直方向和水平方向。

门架是由8根立柱、8根上下横梁和中间的行架，2根下纵梁等组成的一个框形结构，为了保证门架的强度和稳定性，还有一些连接梁和斜拉杆。

从上图中可知:门架为框形结构来承受外力载荷以及模板等构件的重量,如图所示:其受力方向为垂直力和水平力,门架的自重约为12T,它的承载能力强,稳定性好,各主要构件的横断面大。

（六）、千斤的强度与刚度校核1、竖向千斤：由前面所述可知：一个竖向千斤轴向载荷为：P=7380×103/10=738×103N螺杆及螺母均为45#钢,查表可知: [σb]=180 Mpa根据公式 3FH1/πd3b2n≤[σb]式中 F—轴向载荷 F=349.4×103 NH1—牙型高度 H1=5.5mmd3外螺纹小径 d3=69 mmn—旋合圈数 n=8b—螺纹牙根的宽度 b=5代入公式得：3×738×103×5.5/3.14×69×52×8=93.7 Mpa<[σb]由此可知:螺纹强度是足够的.2、水平千斤：水平千斤较多，螺纹强度不再校核（七）、台车刚度及强度校核分析报告根据以上台车模板、门架、千斤的受力分析和刚度、强度校核可知：此铁路双线砼衬砌液压钢模台车的设计是可靠的。

完全可以满足施工要求。

同时台车设计充分考虑了较大的安全余量，以防违章操作、较大超挖等不可预测因素造成的局部变形。

尽管如此，在台车操作和使用中，也应严格按操作规范进行。

兰渝LYS-12标项目经理部第二分部隧道架子队年月日。