Коромысловые раскрывающиеся мосты

В коромысловых раскрывающихся мостах противовес 1 уравновешивает крыло 5, соединяясь с ним с помощью двухплечного рычага QО₁А (коромысла) 2, опирающегося на стойки 4 (рис. 3.26, а) С пролетным строением коромысло соединяется тягой 3.

Рис. 3.26. Коромысловый раскрывающийся мост

а – с ездой поверху; б – с ездой понизу

1 – противовес; 2 – коромысло; 3 – тяга; 4 – стойка; 5 – разводное пролетное строение

 

Если расстояние между балками коромысла и ширина противовеса меньше, чем расстояние между стойками, поддерживающими коромысло, угол поворота пролетного строения может быть доведен до 90 градусов. При этом высота стоек должна быть больше полной длины хвостовой части, чтобы обеспечить необходимый просвет между противовесом в нижнем его положении и проезжей частью.

Плечо коромысла, связанное с пролетным строением, определяет величину усилия в тяге АВ и нагрузку на оси вращения крыла О и коромысла О₁. В небольших мостах длина этого плеча несколько больше половины длины крыла, при этом на оси О от постоянной нагрузки сохраняется положительная опорная реакция. При длине этого плеча меньше половины пролета на оси вращения О от постоянной нагрузки действует отрицательная реакция, изменяющая свой знак при прохождении временной нагрузки. Изменение знака усилия на оси вращения является нежелательным, так как может вызвать повышенный износ оси и возникновение ударной нагрузки на ось.

Коромысловые мосты с шарнирным опиранием противовеса могут устраиваться и при езде понизу в мостах средних и больших пролетов (рис. 3.26, б). При этом коромысло и стойки выполняются в виде решетчатых конструкций, причем для опирания стойки необходимо устройство дополнительной опоры.

Из-за небольшой длины коромысла в такой системе вес противовеса оказывается значительным, в несколько раз превышая вес разводного пролетного строения. Еще большей получается нагрузка на ось вращения коромысла.

Условия уравновешивания мостов коромысловой системы:

- момент от веса противовеса относительно оси вращения коромысла О₁ должен быть равен моменту от веса пролетного строения относительно оси вращения крыла О;

- точки О₁ОАВ должны образовывать параллелограмм;

- линия О₁Q, соединяющая ось вращения коромысла О₁ с центром тяжести противовеса Q, должна быть параллельной линии ОР, соединяющей ось вращения крыла О с его центром тяжести Р.

Приводы раскрывающихся мостов

Виды приводов

Приводы, используемые в механизмах разводки раскрывающихся мостов, весьма разнообразны.

В течение длительного времени основным видом привода был электромеханический с зубчатыми зацеплениями двух видов:

- с ведущими зубчатыми шестернями и кремальерными дугами;

- кривошипно-шатунный.

Недостатком всех видов электромеханического привода является чувствительность к перегрузкам. Кроме того, в механических передачах привода при работе происходит износ, скорость развития которого заметно увеличивается при возникновении в процессе эксплуатации разрегулировок. Для уменьшения длины силовых передач элементы привода приходится располагать в непосредственно близости от конструкций разводного пролетного строения.

Все приводы снабжаются тормозными устройствами, гарантирующими замедление движения и плавную остановку пролетного строения в крайних положениях, а также экстренную остановку на любой стадии движения как при разводке, так и при наводке.

От недостатков электромеханического привода во многом свободен гидропривод. Недостатком гидропривода, применявшегося в мостах вплоть до середины ХХ века, было использование воды в качестве рабочей жидкости, что не позволяло осуществлять разводку при отрицательных температурах. Использование в гидроприводе масла позволило обеспечить работоспособность гидропривода практически при любых температурах.

В настоящее время при проектировании новых разводных мостов раскрывающейся системы как правило применяется электрогидравлический привод с использованием в качестве рабочей жидкости специальных минеральных масел.

В современных раскрывающихся мостах нашли применение два вида гидропривода:

- привод, развивающий усилие, прикладываемое к крылу и создающее момент, обеспечивающий движение крыла;

- привод, непосредственно развивающий момент, прикладываемый к крылу.

Гидропривод мало чувствителен к перегрузкам на любой стадии движения, в том числе и из-за неуравновешенности крыла, что является его преимуществом. Кроме того, непосредственно у конструкции крыла располагают только силовые элементы привода, остальные его компоненты могут быть установлены в наиболее удобном месте. Гидропривод не требует применения специальных тормозных устройств, так как движение крыльев прекращается после выключения насосных установок. Скорость движения крыльев легко регулируется изменением производительности насосов, подающих масло в гидросистему. Ценным качеством гидропривода является простота резервирования всех его основных элементов, включая гидроцилиндры: при неисправности одного из них движение крыла могут обеспечить оставшиеся (но с меньшей скоростью).

Для работы гидропривода используется минеральное масло, причем объем масла, с учетом приведения в движение крыльев раскрывающихся мостов большого веса и размера, достаточно велик и измеряется тоннами. Это определяет повышенную экологическую опасность гидропривода, что является его недостатком.

В раскрывающихся мостах старой проектировки при использовании электромеханического привода предусматривался также ручной привод. В настоящее время, как правило, в раскрывающихся мостах устраивается лишь основной привод.

Электромеханический привод

При использовании электромеханического привода с ведущими шестернями и кремальерными зубчатыми дугами нижний пояс главных балок хвостовой части крыла у оси вращения очерчивают по дуге радиуса R с центром на оси вращения О_в (рис. 3.27, а). К очерченным таким образом криволинейным участкам нижнего пояса балок прикрепляют на болтах кремальерные зубчатые дуги 2. С зубчатыми дугами находятся в зацеплении ведущие шестерни 1, передающие на крыло крутящий момент и заставляющий крыло поворачиваться вокруг оси вращения О_в. Кремальерные дуги и зубчатые шестерни устраиваются у всех главных балок крыла, причем все ведущие зубчатые шестерни соосны, посажены на один прямолинейный коренной вал и на них передается момент от одного механизма. Вследствие этого угловые скорости вращения всех главных балок одинаковы.

Рис. 3.27. Электромеханический привод с ведущими зубчатыми шестернями

и кремальерными дугами

а – с главными балками, имеющими криволинейное очертание нижнего пояса хвостовой части

у оси вращения; б – с использованием отдельного кремальерного сегмента; в – с расположением кремальерной дуги на задней стенке противовесного колодца; г – конструкция цевочной дуги

1 – ведущая зубчатая шестерня; 2 – кремальерная дуга; 3 – противовес; 4 – кремальерный сегмент; 5 – ролики

 

Для упрощения конструкции крыла и облегчения его изготовления кремальерные дуги можно установить на специальном кремальерном сегменте 4 – отдельно выполненном конструктивном элементе, прикрепляемым к главной балке более простой формы (рис. 3.27, б). В этом случае конструкция крыла упрощается, однако, передача крутящего момента на ведущие зубчатые шестерни может усложниться, так как в коренной вал может потребоваться введение конических зубчатых шестерен.

С целью увеличения плеча приложения усилия к крылу от механизма разводки ведущие зубчатые шестерни вместе с остальными элементами привода можно поместить на хвостовой части крыла на конце противовеса 3, а кремальерные дуги 1 закрепить на задней стенке противовесного колодца, имеющей естественное очертание по цилиндрической поверхности с центром на оси вращения (рис. 3.27, в). Все зубчатые шестерни при этом также располагаются на одном поперечном валу и имеют одинаковую скорость вращения.

Установка всего привода на противовесе увеличивает длину хвостовой части и может повлечь увеличение толщины опоры разводного пролета. Для уменьшения влияния этого негативного фактора на противовесе можно укрепить только ведущие шестерни, а остальные элементы привода (электродвигатель и редуктор) расположить на опоре, но это потребует установки длинных валов с коническими передачами.

Кремальерная дуга, закрепленная на стенке противовесного колодца, может быть выполнена в виде не зубчатой, а более простой и дешевой цевочной (роликовой) дуги, в которой отдельные зубья заменены роликами 5 (рис. 3.27, г).

Общим недостатком всех типов электромеханических приводов с ведущими зубчатыми шестернями и кремальерными дугами является возможность вращения крыла только вокруг одной оси (оси вращения), что осложняет задачу разгрузки оси вращения, когда на начальном этапе разводки и завершающем этапе наводки поворот крыла осуществляется относительно положительной опорной части. От этого недостатка свободен кривошипно-шатунный привод.

В мостах с кривошипно-шатунным приводом ведущая шестерня передает крутящий момент на крыло через промежуточное звено – кривошип. Свойства кривошипно-шатунного привода в значительной мере определяются его кинематической схемой. Вместе с тем, общим свойством кривошипно-шатунных механизмов является переменная скорость движения крыла и потребляемой мощности при постоянной угловой скорости ведущей шестерни. Привод может обеспечить автоматическое снижение скорости до нуля в начале и в конце движения. Особенно важно такое снижение в конце наводки при посадке пролетного строения на опорные части, так как это позволяет уменьшить инерционные силы и динамические нагрузки, исключая удары даже в случае отказа тормозов.

Примером кривошипно-шатунного привода может служить привод Биржевого моста через реку Малую Неву в Санкт-Петербурге, разводное пролетное строение которого в наведенном положении работает по схеме трехшарнирной арки (см. рис. 3.15, а). Схема устройства и работы кривошипно-шатунного механизма разводки моста показана на рис. 3.28.

Рис. 3.28. Схема кривошипно-шатунного механизма

1 – ось вращения крыла; 2 – ось крепления шатуна к хвостовой части крыла;3 – тяга (шатун);

4 – зубчатый сектор (кривошип); 5 – ведущая зубчатая шестерня; 6 – пятовый шарнир;

7 – ось вращения кривошипа

 

Каждое крыло моста включает четыре полуарки. К хвостовой части крайних полуарок шарнирно прикреплены тяги 3 (шатуны), другим концом также шарнирно присоединенные к зубчатому сектору 2 (кривошипу).При работе привода ведущая шестерня 5, находясь в зацеплении с кривошипом, передает на него крутящий момент. Вращаясь вокруг оси 6, кривошип с помощью тяги заставляет также поворачиваться и крыло.

На начальной стадии разводки крыло поворачивается относительно пятового шарнира 7, при этом происходит перемещение оси вращения 1 по горизонтали и одновременно ликвидация зазора между осью вращения и основанием оси. После перемещения оси по горизонтали на 150 мм указанный зазор ликвидируется и дальнейший поворот крыла происходит уже вокруг оси. Каждая полуарка снабжена отдельной осью вращения и двумя подшипниками.

Для предотвращения неуправляемого скатывания крыльев в сторону разводного пролета предусмотрены стабилизирующие ролики 3, установленные у фасадных полуарок (рис. 3.29).

Рис. 29. Размещение элементов привода в опоре разводного пролета Биржевого моста через реку Малую Неву в Санкт-Петербурге

1 – ось вращения; 2 – упор, ограничивающий перемещение оси вращения по горизонтали;

3 – стабилизирующий ролик; 4 – зубчатый сектор (кривошип); 5 – тяга (шатун);

6 – рабочий мостик; 7 – ведущая зубчатая шестерня; 8 – пятовый шарнир; 9 противовес;

10 – балка подвешивания противовеса; 11 – подшипник оси подвешивания противовеса;

12 – ось подвешивания противовеса; 13 – электродвигатели, редуктор и тормозные устройства механизма разводки; 14 – противовесный колодец

 

Каждое крыло приводится в движение двумя механизмами, смонтированными с фасадных сторон крайних полуарок. Крыло уравновешивается тремя противовесными блоками, шарнирно подвешенными к хвостовым частям крыльев.

3.8.3 Электрогидравлический привод (гидропривод)

Гидропривод раскрывающихся мостов включает в себя следующие элементы: насосные установки, исполнительные элементы (гидроцилиндры), гидромагистрали, соединяющие насосные установки с исполнительными элементами и обеспечивающие к последним подачу масла от насосных установок, контрольно-измерительную аппаратуру и аппаратуру управления.

Наибольшее распространение в настоящее время получил гидропривод, развивающий усилие, прикладываемое к крылу и создающее момент, обеспечивающий движение (рис. 3.30).

Рис. 3.30. Схема гидропривода, развивающего усилие, прикладываемое к крылу

1 – продольная балка крепления штока гидроцилиндра к крылу; 2 – ось крепления штока гидроцилиндра к крылу; 3 – серьга; 4 – поперечная балка; 5 – верхний горизонтальный лист ортотропной плиты; 6 – продольное ребро (стрингер) ортотропной плиты; 7 – контргайка;

8 – ось вращения крыла; 9 – крыло; 10 – шток гидроцилиндра; 11 – стойка оси вращения крыла;

12 – траектория движения оси крепления штока гидроцилиндра при повороте крыла; 13 – штуцер подачи масла в штоковую полость А гидроцилиндра; 14 – поршень; 15 – корпус гидроцилиндра;

16 – штуцер подачи масла в поршневую полость В гидроцилиндра; 17 – подшипник оси крепления гидроцилиндра; 18 – несущая рама крепления гидроцилиндра; 19 – опора разводного пролета;

20 – ось крепления гидроцилиндра

 

В таком приводе шток 10 гидроцилиндра с помощью серьги 3 крепится к продольным балкам 1 крыла 9, которые в свою очередь прикреплены к поперечным балкам 4. При нагнетании масла через штуцер 13 в штоковую полость А гидроцилиндра поршень 14 опускается, развивая усилие, передаваемое штоком на крыло. Так как при повороте крыла ось 2 крепления штока к крылу движется по окружности, корпус гидроцилиндра крепится шарнирно с использованием подшипников 18 к несущей раме 20, опирающейся на опору 17. Подача масла в поршневую полость В гидроцилиндра при наводке крыла осуществляется через штуцер 16, расположенный в оси 19 крепления гидроцилиндра.

Рис. 3.31. Гидравлическая схема гидропривода

1 – бак с маслом; 2 – гидравлический насос; 3 – гидрораспределитель; 4 – магистраль разводки;

5 – магистраль наводки; 6 – вентили; 7 - гидроцилиндры

 

Гидроцилиндры соединяются с насосными установками гидромагистралями (рис. 3.31).При разводке гидронасос 2 подает масло из бака 1 в магистраль разводки 4, откуда масло попадает в штоковые полости гидроцилиндров 7, заставляя поршень перемещаться вниз, развивая при этом усилие разводки, передаваемое штоками на крыло. Масло из поршневых полостей гидроцилиндров через магистраль наводки 5 сливается в бак 1. При наводке масло от гидронасоса попадает в магистраль наводки 5 и далее в поршневые полости гидроцилиндров. Поршни гидроцилиндров при этом перемещаются вверх, обеспечивая опускание крыла в наведенное положение.

Переключение направления движения масла от насоса в магистрали разводки или наводки осуществляется гидрораспределителем 3, золотник которого имеет три положения. В положении I масло от насоса 2 через каналы в золотнике подается в магистраль разводки 4, а масло из магистрали наводки 5 сливается в бак с маслом. В положении II все гидромагистрали разъединяются и подача и слив масла осуществляться не может. В положении III масло от насоса через каналы в золотнике подается в магистраль наводки, а масло из магистрали разводки сливается в бак с маслом.

Гидросистема снабжается вентилями 6, позволяющими перекрывать движение масла и отключать неисправные элементы, предохранительными клапанами, элементами управления и другими компонентами, обеспечивающими нормальную и безопасную работу привода. Контроль за давлением масла в магистралях на всех участках обеспечивается измерительной аппаратурой (манометрами) М.

В рассмотренной выше схеме гидропривода крепление штоков осуществлено позади оси вращения, поэтому в штоках действуют в основном растягивающие усилия. При этом в наведенном положении штоки выходят из гидроцилиндров почти на всю длину и для предотвращения загрязнения их приходится защищать гибкими чехлами. Если выполнить крепление штоков впереди оси вращения, то в наведенном положении они будут практически полностью находиться внутри гидроцилиндров и надежно защищены от загрязнения, однако при разводке в них будут действовать сжимающие усилия, что требует проверки на устойчивость.

Количество гидроцилиндров и схема их установки (впереди или позади оси вращения) определяется особенностями конструкции крыла, его массой, числом главных балок, размерами гидроцилиндров и другими факторами, а также общей компоновкой сооружения.

Гидроцилиндры – достаточно большие и массивные элементы гидропривода. С целью сокращения длины гидроцилиндров и штоков плечо действия усилия, развиваемого гидроцилиндрами и прикладываемого со стороны штоков к крылу, целесообразно принимать возможно меньшей величины. Это, однако, приводит к увеличению усилий, которые должны развивать гидроцилиндры.

При движении поршня происходит изменение объема ΔV_шт и ΔV_п штоковой и поршневой полостей соответственно, причем из-за размещения штоков в штоковых полостях это изменение объемов не одинаково – ΔV_п > ΔV_шт. Поэтому в гидросистему включены баки с маслом, куда сливается лишнее масло. Такая гидросхема называется открытой. Если изменение объемов масла в штоковой и поршневой полостях будет одинаковым ΔV_п = ΔV_шт, бак с маслом можно исключить, замкнув перед баком с маслом магистрали разводки и наводки. Такая гидросхема называется замкнутой. Баки в этом случае используются для слива масла, в том числе при замене рабочей жидкости и в аварийных ситуациях.

Получить замкнутую гидросхему можно при использовании гидроцилиндров с контрштоком 8, имеющим такой же диаметр, как и шток 3 (рис. 3.32). При использовании гидроцилиндров с контрштоком в опоре необходимо предусмотреть колодцы для размещения контрштоков, а также предусмотреть их защиту от загрязнения, например, с помощью защитных кожухов 11.

Рис. 3.32. Гидроцилиндр с контрштоком

1 – серьга; 2 – контргайка; 3 – шток; 4 – защитный чехол; 5 – поршень; 6 – штуцер подачи масла

в штоковую полость А; 7 – корпус гидроцилиндра; 8 – контршток; 9 – штуцер подачи масла

в поршневую полость В; 10 – несущая рама крепления гидроцилиндра; 11 – защитный кожух контрштока

 

В отечественных мостах, где использованы рассмотренные виды гидропривода, величина рабочего давления находится в пределах 4…6 МПа, при этом внешний диаметр корпусов гидроцилиндров составляет 650 мм, а внутренний – 550 мм. Повышение рабочего давления в гидросистеме позволяет уменьшить размеры и вес наиболее тяжелых и дорогих элементов привода – гидроцилиндров, уменьшить необходимой объем масла, повысив экологическую безопасность гидропривода.

Принцип использования более высокого давления 10…15 МПа реализован в гидроприводе, развивающим момент, прикладываемый к крылу (рис. 3.33).

Рис. 3.33. Схема гидропривода, развивающего момент, прикладываемый к крылу

1 – коромысло; 2 – гидроцилиндр со штоком, работающим на растяжение при разводке; 3 – ось вращения крыла; 4 – стойка оси вращения; 5 – гидроцилиндр со штоком, работающим на сжатие при разводке; 6 – шарнирное крепление гидроцилиндра; 7 – силовая рама крепления гидроцилиндров; 8 – опора разводного пролета; 9 – поперечная балка крепления оси вращения крыла; 10 – продольная балка крепления оси вращения крыла; 11 – подшипник оси вращения крыла

 

Привод включает два гидроцилиндра, шток одного из них при разводке работает на растяжение, второго – на сжатие (гидроцилиндры 2 и 5 соответственно). Гидроцилиндры смонтированы на общей силовой раме 7. При работе гидроцилиндры создают пару сил, прикладываемую к коромыслу 1, посаженному на ось вращения 3, жестко соединенную с крылом. Возникающий от действия пары сил момент передается на ось вращения, которая при этом фактически превращается в вал.

Гидросхема в мостах с приводом, развивающим момент, строится так же, как в приводах, развивающих усилие.