隧道台车计算书

（一） 概述：

根据贵单位承建的隧道工程可知：贵方所需台车是全液压边顶拱砼衬砌钢模台车（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。根据对隧道衬砌长度的要求，台车设计为12米,总重量126T，全液压边顶拱砼具有结构合理可靠、操作方便、成本较低、衬砌速度快、隧道砼成形面好等优点。

（二） 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侧模组成一个砼横向断面，两块顶模用螺栓连接两侧模与顶模用铰耳销轴连接，8块模板的宽度均为1.5米，纵向由8块组成12米的模板总长，每块模板之间用螺栓连接，模板面板厚度为δ12mm，模板加强筋用槽钢[12B和槽钢[16A做成，加强筋的间距为250m m，其弧板宽度为300 m m。模板连接梁采用槽钢[20b合成.。

2、台架部份：台架由4根上纵梁,9根弦梁和63根小立柱组成。主要是承受顶模上部砼及模板的自重。其上纵梁由钢板δ=14mm/δ=12mm焊成工字截面,横梁采用工字钢I25b.小立柱采用工字钢I20b制成。

3、平移机构：平移机构在前后门架横梁各安装一套，平移油缸4个（HSGK02—B100/55）。平移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20吨，水平移动行程为左右各100 m m。

4、门架部份：门架由下纵梁、立柱、横梁及纵向连接梁组成。各横梁及立柱用连接梁和斜拉杆连接，各构件均用螺栓连接成一个整体。是整个台车的主要承重结构件。门架下纵梁用δ１４mm和δ12m m钢板焊成箱形截面。立柱和横梁采用δ１４mm和δ12mm钢板焊接成工字截面，以增加门架抗砼的侧压力。                    

5、行走机构：台车行走机构由2套主动机构，2套从动机构组成。主动机构由2台5.5KW同步电机驱动摆线减速器，再通过链条、链轮减速驱动门架行走。利用电机的正反转可实现台车的前进与后退，其行走速度为6m/min，行走轮直径为φ300mm。从动机构不安装电机和减速器。起支撑和行走作用。

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（HSGK—B100/55 mm）、4个平移油缸（前面已作叙述）和一套泵站组成。侧模板的立模和脱模由侧模油缸来完成。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，推力为30吨。泵站系统利用一个三位四通换向阀进行换向，控制各油缸的伸缩。4个竖向油缸各由一个换向阀控制，侧模每边3个油缸由一个换向阀控制，4个平移油缸前后各2个由一个换向阀控制。每个竖向油缸安装1个液压锁紧阀来锁定每个竖向油缸，确保台车在浇注时不致下降．液压油泵流量为10L/ min，电机功率为4KW，液压系统工作压力为16M Pa。

7、支承千斤：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。侧向千斤主要用来支承砼的侧向压力和调整侧模板位置，螺杆直径为φ60mm，调整行程为200 mm。门架支承千斤连接在门架下纵梁下面，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120 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：                 R8350mm（按常规设计是加大50mm）

边拱半径：                 R5650mm（按常规设计是加大50mm）

拱     高：                8177mm

重     量：                126T

砼衬砌长度：               12米 

额定电压：                 380Ｖ

油泵电机功率：              4ＫＷ

行走轮电机功率：            11ＫＷ(5.5KW*2=11KW)

台车行走速度：              6m/min

（三）、台车模板受力分析及刚度、强度校核

1、概述

台车结构的受力分析分工作和非工作两种状态。在做受力分析和刚度、强度校核时应以工作时的最大荷截为依据。故在此我单位对台车非工作状况下不做分析与校核。

2、模板受力分析

台车模板分为顶部模板和左右侧模板2部份。顶部模板的载荷主要由砼自重和顶部注浆口封堵时产生的挤压力构成。砼的自重可通过理论计算，但注浆口封堵时产生的挤压力为不确定值，与封堵灌浆时的操作、输送泵的操作等有很大的关系，当注浆口处的砼已浇满时，如输送泵仍继续送料，则输送泵送料时间越长，则注浆口处的顶模承受的挤压力越大，甚至于使顶模板变形和损坏，若台车及输送泵操作人员按规严格操作，此挤压力便不存在或者很小，即便如此，我单位在台车设计和制作时仍对注浆口处进行了有效的加强。侧部模板左右对称，结构及受力相同，不承受混凝土自重，因此边模板只考虑砼的侧向压力即可。

3、模板的强度刚度验核

      （1、参考文献：《机械设计手册第一卷》机械工业出版。2、计算条件：按每小时浇灌2m高度的速度，每平方米承受 5T载荷的条件计算。）

3.1、面板校核  (每块模板宽1500mm，纵向加强角钢间隔250mm)

计算单元图：

其中：q—砼对面板的均布载荷  q =0.5Kgf/cm2

3.1.1、强度校核模型

根据实际结构，面板计算模型为四边固定模型

公式： 

其中        α——比例系数。 当 a/b=150/25=6  α取0.5

t——面板厚   t=1.2 cm

b——角钢间隔宽度    b=25cm

σmax—— 中心点最大应力

得σmax=0.5x(25/1.2)^2x0.5=108.47 Kgf/cm2<[σ]=1300Kgf/cm2。合格。

3.1.2 、刚度校核

见强度校核模型

公式：   

式中：β——比例系数。由 a/b=150/25=6  β取 0.0284

       E——弹性模量  A3钢板E=1.96x106kgf/cm2

ωmax——中点法向最大位移。

得：

中点法向位移ωmax=0.0055cm<0.035cm。 合格。

3.2、面板角钢校核。

3.2.1、计算单元

3.2 .2、强度校核

3.2.2.1、计算模型

根据实际结构，角钢计算模型为两端固定。

3.2.2 .2、强度校核

公式：   [x=L，最大弯矩在两端处]

得：=23437 kgfcm

公式：  [x=L/2   角钢中点弯矩]

得：=11718 kgfcm

由       如图：

==30.66 cm3

所以  两端=7kgf/cm2<1300kgf/cm2

      中点=382kgf/cm2<1300kgf/cm2 。合格。

3.2.2.3、刚度校核。

见强度校核模型。

公式：（中点挠度）

=108.87  cm4

得=0.077cm

中点位移  ymax=0.77mm。合格。

3.3、模板总成强度刚度校核：

强度校核：

3.3.1、计算单元：

q=75kgf/cm

3.3.2、计算模型：

按简支梁计算。结果偏于安全。

3.3.3、公式：  

=210937 kgfcm

==21699cm4

=4.48

=25-4.48=20.52

得：=4843  cm3

   =1057cm3

故：面板端应力：=43.5  kgf/cm2<1300 kgf/cm2

    腹板端力：=199.5  kgf/cm2<1300kgf/cm2

由于实际应力小于许用应力。故不用再校核刚度。

3.4、门架强度校核：

3.4.1、计算单元：

F=0.5x0.5x900(模板长)x385(有效受力高度)/5(门架)=17325kgf

3.4.2、计算模型：

门架中。A-A截面（正中间）为门架整体抗弯受力的最大集中点，故只校核A截面抗弯能力。

B-B截面为门架立柱的抗弯受力的最大集中点，故还需要校核B—B截面的抗弯能力。

3.4.3、公式：

门架横梁A-A截面如上图

=(30x90^3-16x87.6^3)/(6x90)

=20582cm3

M=425F=425x17325=7363125kgfcm

故：=7363125/20582=358kgf/cm2<1300kgf/cm2  。合格

         门架立柱B—B截面如上图

=(30x65^3-16x62.6^3)/(6x65)=11060cm3

M=210F=210x17325=3638250kgfcm

故：=3638250/11060=329kgf/cm2<1300kgf/cm2  。合格

为了计算的方便，取长为1.5米，宽为0.25米，混凝土厚1.5米，计算承受重量:      P=1.5×0.25×1.5×2.2=1.23T

换算成线载荷为:  1.23/1.5=0.82 t/m

将此段模板作为简支梁计算得:Mmax=ql2/8

                            =0.82×1.52/8  

                            =0.23tm

即为0.23×9.8×103=2.25×103Nm     

为了计算弯曲应力,必须求出横截面的形心,此截面是由∠70×70×6的角钢及140×8的钢板组成,查表可知:

角钢截面积为      S =816mm2

惯性矩            Ix=377700 mm4

重心距离          Zo=19.5 mm

截面形心： Y坐标=(140×8×70+816×19.5)/(1120+816)=48.7 mm

截面的惯性矩 Ix=140×63/12+6×140×24.662+377700+816×33.2=1424 m m4

抗弯截面模数      W=Ix/Y= 1424/48.7=29.2

梁的最大弯曲应力  σ=Mmax/W=2.25×103/29.2=77Mpa

对Q235钢 [σS]=160 Mpa 77<160