悬索桥主缆紧缆机的研究与开发

悬索桥主缆紧缆机的研究与开发

摘要：在悬索桥上部结构施工过程中，紧缆是一道关键工序。主缆索股架设之后，各索股之间、索股内部都存在空隙，必须将其紧固成圆形，并且紧实到一定的空隙率才能安装索夹与缠丝作业。紧缆机就是用来将悬索桥主缆进行紧实的一种专用设备。我司针对中小型自锚式悬索桥主缆紧缆施工而研究开发了一种紧缆机，该机结构简单，使用方便，紧缆效果好。

1.紧缆机主要技术指标及参数

1.1适用主缆直径ф300-ф500mm

1.2紧实后主缆空隙率K≤18%

1.3紧固力T=4х1000KN

1.4液压站流量：低压60L/min，高压8L/min

1.5液压系统工作压力：低压

2.5MPa，高压32MPa

1.6液压千斤顶行程：100mm

1.7液压千斤顶活塞直径：200mm

1.8设备尺寸（长х宽х高）：

1.9整机重量：4.7t

2.紧缆机总体结构

紧缆机主要有主体框架、紧固装置、液压系统、行走机构、以及附属机构5部分组成。见示意图1：

图1

2.1 主体框架部分

主体框架是由钢板焊接而成，为了方便现场的安装，制作时将其分为3部分，采用轴销连接。主体框架合围之后是一个正八边形的箱体结构，箱体的内部可装4个液压千斤顶。主体框架在设计过程中需要进行计算，校核一下其强度是否能够满足使用要求。

2.2紧固装置

紧固装置由4个液压千斤顶与4个紧固蹄块组成。4个液压千斤顶安装在主体框架上，与紧固蹄块联结在一起，沿主体框架内侧一周均匀对称分布。蹄块的内圆直径与主缆规定的直径尺寸相同，因此不同直径的主缆需要配置不同规格的紧固蹄块。蹄块在加工时，先将内圆直径加工到规定的尺寸之后，再用线切割剖切成四部分。

已知液压千斤顶要求的紧固力为100kN,千斤顶活塞直径为200mm,根据计算公式：

F（顶推力）=P（油压）х S（活塞面积）

计算可得P=31.8MPa

经校核，液压系统工作压力32MPa满足设计要求。

2.3 液压系统

紧缆机液压系统原理图如图2所示：

图2

液压油从油泵中出来之后，经由一个三位四通阀进入到进油分油器之中，进油分油器将液压油分成四路，分别进入四个千斤顶的进油孔。在回油油路中，液压油从四个千斤顶的回油孔出来，进入回油分油器，再经由三位四通阀回到油箱之中。液压站换向阀阀采用手动方式的换向阀，比起电磁阀来，减少了电气件上的故障。特别是在这种工程机械上面，零配件在使用的时候简便性、可靠性是比较重要的。

经研究，在紧缆的时候，压紧蹄块在推进的过程中，空走的那一段行程距离较长，从蹄块接触到主缆表面开始到主缆紧实为止，这段行程距离非常小。为了提高紧缆机的工作效率，液压站在高压与低压工作的时候分别采用2个泵来供油。在紧缆机油缸空运行的过程中低压泵与高压泵同时向千斤顶内供油，这个时候供油流量大，压紧蹄块的前进速度块。当压紧蹄块接触到主缆表面之后，千斤顶开始承受载荷，液压系统压力增大，低压泵停止供油，高压泵单独向千斤顶内供油。这个时候供油流量小，压紧蹄块会缓慢的向前推进对进行主缆紧实。

已知液压千斤顶活塞直径200mm，活塞行程为100mm，液压站最大流量为60L/min。

根据V（容量）=L(流量)хT（时间）

计算可得四个千斤顶活塞杆空行走的时候，走完整个进油的行程需要时间约计为13秒，经测算在时间效率上可以满足使用要求。在使用之前，需对电动泵站的溢流阀进行调节，将系统最高油压设定到31.8MPa。

2.4行走机构

行走机构焊接在主体框架上，在主体框架的前后两端各伸出一根横梁，两根横梁的端部各装设一个滚轮。在塔顶卷扬机的牵引下，由前后两个滚轮托起主体框架在主缆上行走。为了保护主缆索股的钢丝，滚轮采用尼龙材料制作。行走机构在设计的时，必须确定好尺寸，保证紧缆机行走在主缆上的时候蹄块合围时的中心与主缆的中心一致。

2.5附属机构

附属机构包括立柱，底板和吊篮等。立柱是用来架起紧缆机主体框架与行走机构的，方便于紧缆机的运输与放置。底板上可以加设配重，使紧缆机的重心位于主缆的下方，这样可以保持紧缆机在主缆上行走的时候不至于侧翻。紧缆机在

沿主缆爬行时，当行走到塔顶附近时，机身倾斜角度较大。为了防止液压站内的液压油从上口溢出来，专门配置了一个吊篮用来放置液压站。吊篮可以沿着转轴旋转，紧缆机在沿着主缆爬升的过程中，吊篮在自重的作用下能够始终保持水平，而不是随着机身一起倾斜。

3.工作原理

紧缆机架设到主缆上之后，机体由前后两个支架滚轮支撑。将主体框架合围成正八边形，并采用轴销联接固定。为了保险起见，采用滑车将紧缆机与猫道门架承重绳连接，防止机身发生倾转。这时候紧缆机可以在卷扬机的拖动下沿着主缆行走了。

当紧缆机沿着主缆移动到需要进行紧缆的位置后停止，启动电动泵站电机，然后将手动换向阀推到千斤顶进油位置。这个时候，压紧蹄块在液压千斤顶的推动下对主缆进行收紧。压紧蹄块在接触到主缆表面之前，移动速度较快，液压系统压力较低，约为2.5MPa。当压紧蹄块接触到主缆表面之后，压力开始迅速上升，直到泵站设定的最高压力为止，这个过程就是对主缆进行收紧的过程。

泵站采用的换向阀具有中位保压功能，当压力上升到最高31.8MPa之后，将手动换向阀扳到中间位置，然后用打包钢带将蹄块旁边的主缆进行捆扎。将主缆进行捆扎的目的就是保证当液压千斤顶卸载后，紧固后的主缆仍保持近似圆形，并保持一定的空隙率。捆扎完毕后，将手动换向阀扳到千斤顶回油位置，蹄块缩回至原位，再由卷扬机牵引紧缆机至主缆上下一个紧固位置。

4.结语

在主缆的紧缆工作中，空隙率是质量控制目标。空隙率的大小决定主缆成形后的直径，它将直接影响悬索桥索夹的安装，主缆缠丝的施工及主缆表层钢丝的保护，因此紧缆机是一种比较重要的工程装备。其工作条件和使用场所要求它具有结构简单，操作方便，工作可靠稳定几个方面的特点以保证施工质量和施工周期。