印尼雅加达国际体育场开合屋盖动力系统关键技术

精工技术出海记之

印尼雅加达国际体育场开合屋盖动力系统关键技术揭秘

前言:2020年,作为国内大型开合屋盖技术集成服务商,精工钢构集团雄厚的技术实力和勇于开拓的精神,在严峻的国内外疫情形势下顺利承接了印尼雅加达国际体育场开合屋盖工程,成功将中国开合屋盖技术推向国际市场,提高中国智造国际影响力。


一、项目概况

印尼雅加达国际体育场位于印度尼西亚首都雅加达北部,总建筑面积约20万平米,是一座可容纳82000人的大型开合屋盖式体育场馆。整个屋盖呈椭圆形,包括固定屋盖和两片活动屋盖。固定屋盖由双向张弦主次桁架及主次桁架间的填充网架组成,主桁架长轴跨度266m,短轴跨度240m。活动屋盖采用空间桁架结构,单片自重约340吨,跨度70米,设计标高82屋面围护材料采用轻质膜材PTFE。开合方式为空间移动式开启,总开启面积约7200平米单程开合时间为30min

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二、动力系统方案简介

开合屋盖动力系统主要包括轮轨支撑系统、驱动系统、缓冲系统、锁销系统及电气控制系统。单片活动屋盖由14套台车支撑(单侧7套),每套台车均具有竖向承载、导向及防倾覆功能。相邻台车之间设置一套驱动装置(单侧6套),通过销齿轮销齿条传动实现屋盖的开合。为了保证屋盖运行的安全性,在全开全闭位置均设有锁销系统及缓冲系统。电气控制系统采用主从闭环控制方式(1个主站,8个从站,其中单片屋盖4个从站),主、从站之间采用profinet进行通讯。屋盖运行过程中,编码器实时检测屋盖实际位移,主站PLC进行数据采集、分析、处理,并通过PID及变频调速技术实现屋盖两侧驱动的同步运行。电气控制系统还具有故障实时检测、自诊断和报警功能,确保屋盖运行时外部环境、荷载、位移等条件均符合设计要求,提高开合屋盖运行的可靠性。

三、关键技术介绍

印尼雅加达国际体育场开合屋盖位于标高82米的海岛上空,由于风、地震、海岛气候等不利因素导致本项目面临了一系列的技术难题,包括机械与结构的变形协调性问题,机电系统在海洋高湿度、高盐度环境下的防腐防锈问题,活动屋盖在极限状态下(特别是地震状态)的锁定可靠性问题等。为了攻克以上技术难题,精工人对各个技术重难点进行深入剖析,反复论证,形成了以下关键技术:

1)承载系统适应性技术

承载系统是活动屋盖荷载向固定屋盖传递的中间媒介,不仅要具备足够的承载力,也要一定的变形自适应能力,以确保各点承载力的均匀性和合理性。台车是承载系统的主体部件,主要承受来自活动屋盖的竖向荷载和侧向荷载。由于本项目活动屋盖结构非常柔(跨度70米,而用钢量仅为30kN/m2),是拱形结构,台车系统侧向刚度的设计非常重要,既要保证活动屋盖的最大挠度要求,又要保证台车侧向力和侧向位移到达综合最优。通过对整个屋盖(活动屋盖及固定屋盖)的合模仿真分析,最终台车侧向刚度采用4kN/mm,通过4组碟簧对合等效实现,单台台车侧向承载力达40T,侧向滑移量达±10cm,可有效消除结构侧向变形及轨道跨度方向的安装误差对屋盖运行的影响。台车架采用上、下分离式结构,上、下两个车架之间通过关节轴承连接,可实现相对的转动,大大提高四轮台车对弧形轨道的适应性。                                   


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支撑台车

2)分布式柔性推拉杆驱动技术

目前国内大型空间移动式开合屋盖驱动系统无一例外均为卷扬机集中牵引形式,此种驱动方式不仅结构和施工复杂(需要提供地下基坑,采用预埋件方式安装卷扬机,布置钢丝绳导向及转向滑轮等),而且造价成本非常高,也不利于地震状态的安全锁定。但是传统的齿轮齿条、链轮链条驱动方式单点驱动力较小,安装精度高,常用于中小型开合屋盖。精工技术团队探索各种驱动形式的优缺点,以传统低速重载销齿轮销齿条传动系统为基础,结合印尼雅加达开合屋盖的结构体系、荷载、变形及驱动需求特性,研发出一款新型开合屋盖驱动传动系统——分布式柔性推拉杆驱动传动系统,该驱动系统以驱动小车作为载体,以减速电机为动力源,通过推拉杆与支撑台车连接传动驱动力,将竖向力和驱动力进行分流,同时在推拉杆与台车的连接接头设置关节轴承,进一步消除结构的竖向变形对驱动系统的影响;驱动小车与推拉杆之间设置碟簧系统,释放因活动屋盖结构变形产生的内应力及其对各驱动点的影响,也可以降低对单侧各驱动点同步性要求。该新型的驱动技术,可适用于各类刚/柔性屋盖结构、直线/空间移动式开合屋盖、集中/分布驱动式开合屋盖,具有施工安装方便,安装精度要求低,可靠性高,成本造价也相对较低。

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3)自适应锁销系统

本项目位于地震多发地带,而开合屋盖又位于80米高的混凝土柱子上方,鞭梢效应将进一步增大地震(特别是罕遇地震)对机械设备的破坏力,因此活动屋盖与固定屋盖的可靠锁定尤为重要(对于弧形开合屋盖,特别是轨道方向的锁定)。由于结构变形、重复定位误差等因素,常规锁销系统为了保证销轴能顺利插入销孔,会留有一定的间隙,导致地震作用下锁销只能作为二道设防,不能直接承受地震力(全部依靠销齿轮销齿条驱动系统承受)。为了降低对驱动系统的设计要求和成本,保证开合屋盖地震作用下的安全性,精工技术团队研发了一套自适应锁销系统,该系统采用两个独立的楔形锁销机构(用楔形块代替常规圆柱销轴),通过电气系统独立控制两个楔形锁销的伸缩运动,并根据各自的到位信号进行停止,从而有效消除侧向间隙,实现自适应锁定功能。       

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4)多元化防腐防锈技术

由于地处海边环境,机电设备容易受到海洋高湿度、高盐度环境影响而腐蚀生锈,因此精工技术团队根据港口机械钢结构的防腐防锈技术标准并结合开合屋盖零部件的基本特性(如动、静态工作特性,装配精度要求,工艺特性等),采用了多元化的防腐防锈技术(如热浸锌、镀铬、达克罗、涂装、不锈钢等),从材料、工艺过程参数、涂层厚度等方面进行严格要求,同时使用多种检测手段(油漆附着力试验、漆膜厚度测试、镀层厚度测试、盐雾试验等)以确保防腐防锈性能可达到设计的要求。

                         
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热浸锌

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镀铬

涂装油漆

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克罗

四、结语

        

现阶段开合屋盖动力系统正在进行紧锣密鼓的现场安装施工中,不久之后精工开合屋盖将完整亮相印尼,雅加达国际体育场“天窗”即将移动,让我们拭目以待!

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