李春莉

摘要：隨著城市軌道交通的深入推進(jìn)，高架施工越來(lái)越多，U梁具有降噪效果好、外觀美觀、斷面利用率高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，正在逐步推廣，但同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)和施工提出了較高的要求。本文通過(guò)闡述在U梁預(yù)制施工，特別是張拉作業(yè)中的機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用，對(duì)該技術(shù)的工程實(shí)際運(yùn)用方式進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；U梁；自動(dòng)張拉

中圖分類號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2017）06—0167—02

引言

在現(xiàn)代城市建設(shè)過(guò)程中，軌道交通對(duì)緩解城市交通壓力起到十分重要的作用。U型軌道梁最為一種新型高架梁型具備降噪效果好、外觀美觀、斷面利用率高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，正在逐步推廣。為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量，本項(xiàng)目部對(duì)U型梁預(yù)制過(guò)程中探索性的運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

1機(jī)電一體化技術(shù)簡(jiǎn)介

機(jī)電一體化是一門交叉性科學(xué)技術(shù)，它是由機(jī)械、電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科互相滲透而發(fā)展出來(lái)的。它的核心技術(shù)有機(jī)械本體技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、信息處理技術(shù)、接口技術(shù)等。

2 U梁預(yù)制施工簡(jiǎn)介

2.1U梁的結(jié)構(gòu)介紹

目前國(guó)內(nèi)開(kāi)始使用u梁的城市有上海、南京、廣州、青島、天津等，以上海軌道交通十六號(hào)線為例，該工程采用的u梁上部結(jié)構(gòu)采用單線開(kāi)口薄壁形式（圖1）。梁體基本外形尺寸：梁高1.8m，梁下口寬4.005m，上口寬5.205m，底板厚0.26～0.28m，跨徑有25、27、30、35m四種，除標(biāo)準(zhǔn)梁外，還有變截面梁、加寬梁等非標(biāo)準(zhǔn)梁。兩腹板為非對(duì)稱形式，分別為弧形和直線折斜腹式，除縱向采用預(yù)應(yīng)力外，橫向與豎向不設(shè)置預(yù)應(yīng)力，30m及以下梁采用先張法施工，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55，30m以上，不大于35m的梁采用先、后張兩種工藝相結(jié)合進(jìn)行施工，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60。

2.2U梁預(yù)制的特點(diǎn)與難點(diǎn)

與其他軌道交通工程一樣，U梁預(yù)制的質(zhì)量是工程成敗的決定性因素，但因?yàn)椴捎昧吮”陂_(kāi)口結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)梁型，U梁預(yù)制工藝變得更為復(fù)雜。在U梁整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）梁型多。標(biāo)準(zhǔn)直線梁有25、27、30、35m四種跨度，為降低造價(jià)，減少模型投入，模具采用了模數(shù)化設(shè)計(jì)，同一套模型可以兼顧所有跨度梁型的生產(chǎn)；非標(biāo)準(zhǔn)梁采用弧形結(jié)構(gòu)，模具設(shè)計(jì)難度更大。

（2）設(shè)計(jì)配筋率為235kg/m3，局部鋼筋密集，這就要求對(duì)鋼筋進(jìn)行高精度定位，加大了綁扎難度。

（3）U梁采用開(kāi)口薄壁形式，腹板厚26～28cm，底板厚23cm，導(dǎo)致梁體抗扭剛度較一般結(jié)構(gòu)弱，對(duì)預(yù)制、吊裝、存放、運(yùn)輸提出了更高要求。

（4）采用先張法（30m以上梁采用先后張結(jié)合）預(yù)應(yīng)力施工，整體梁力學(xué)性能受制于預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制張拉質(zhì)量。

（5）梁體外表面要求為清水混凝土效果，對(duì)混凝土質(zhì)量要求較高，由于u梁局部鋼筋密集，須保證混凝土連續(xù)澆筑并振搗密實(shí)，確保外觀質(zhì)量，對(duì)澆搗的要求高。

在這些施工難點(diǎn)中，預(yù)應(yīng)力施工是關(guān)鍵工序，屬于重中之重。傳統(tǒng)張拉工藝可概括為：

（1）人工手動(dòng)驅(qū)動(dòng)油泵；

（2）根據(jù)壓力表數(shù)值調(diào)整張拉力；

（3）壓力表數(shù)值達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，測(cè)量張拉伸長(zhǎng)值；

（4）人工記錄張拉數(shù)據(jù)。

在整個(gè)過(guò)程中人為與設(shè)備對(duì)質(zhì)量影響風(fēng)險(xiǎn)較大，極易造成超張或欠張，容易帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

3機(jī)電一體化在U梁預(yù)制施工的應(yīng)用實(shí)例——自動(dòng)張拉設(shè)備介紹

為加強(qiáng)對(duì)U梁預(yù)制過(guò)程中的關(guān)鍵工序——預(yù)應(yīng)力施工環(huán)節(jié)進(jìn)行更為有效的質(zhì)量控制，通過(guò)科技攻關(guān)，本項(xiàng)目率先采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全自動(dòng)張拉設(shè)備，該套設(shè)備在機(jī)電一體化領(lǐng)域主要涉及了以下幾個(gè)方面的技術(shù)運(yùn)用：

（1）機(jī)械本體技術(shù)：除去鋼筋混凝土臺(tái)座以外，該套設(shè)備的機(jī)械部分主要由張拉油缸、泵站、油管、牽引座、牽引桿組成，電氣部分包括同步控制器、同步子站、壓力傳感器、位移傳感器、觸摸屏等。在該部分設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮功能要求和力學(xué)性能要求。在設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了虛擬試驗(yàn)和力學(xué)計(jì)算。

（2）驅(qū)動(dòng)技術(shù)：采用液壓驅(qū)動(dòng)，通過(guò)同步控制器控制同步子站的電磁閥的通斷電，從而控制張拉油缸的動(dòng)作和停止，由此來(lái)控制張拉油缸的同步，張拉油缸通過(guò)牽引桿帶動(dòng)牽引座運(yùn)動(dòng)，由此來(lái)控制固定在牽引座上的鋼絞線的同步張拉。該子系統(tǒng)主要滿足張拉工藝以及設(shè)備安全的要求，需要達(dá)到張拉所需的應(yīng)力值。

（3）信息處理技術(shù)：壓力傳感器獲取張拉應(yīng)力值，位移傳感器獲取張拉位移數(shù)據(jù)，輸入通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)，由同步控制器完成信息處理過(guò)程，信息輸出主要通過(guò)數(shù)據(jù)接口輸出。整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)信息收集、處理的自動(dòng)化和智能化。

（4）接口技術(shù)：系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口將工藝參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)（工藝參數(shù)包括千斤頂號(hào)、梁號(hào)、張拉時(shí)間等參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)主要是位移精度、力偏差、油缸面積、油缸行程、閥開(kāi)時(shí)間、閥關(guān)時(shí)間和存儲(chǔ)區(qū)等參數(shù)）實(shí)時(shí)傳遞給場(chǎng)內(nèi)信息管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

4運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)后的優(yōu)點(diǎn)

相比于采用傳統(tǒng)人工控制張拉過(guò)程，運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)后具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）真正實(shí)現(xiàn)“多頂同步”張拉所有鋼絞線，使鋼絞線的張力時(shí)刻保持一致，提高先張法預(yù)制梁的生產(chǎn)速度和質(zhì)量，進(jìn)而加快生產(chǎn)節(jié)奏，減少人工與模型投入，同時(shí)縮短施工周期；

（2）精確控制張拉應(yīng)力。采用計(jì)算機(jī)控制，應(yīng)力值精度控制可以達(dá)到0.1MPa，而傳統(tǒng)手工控制一般在1MPa，精度提高了10倍。

（3）精確控制伸長(zhǎng)值。位移傳感器的精度可以達(dá)到0.01mm，傳統(tǒng)人工讀數(shù)一般在1mm，精度提高100倍，并且在伸長(zhǎng)值不達(dá)標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)還可自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)“雙控”目的。

（4）同步子站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接至同步控制器，可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制，避免危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域的意外人身傷害，提高了施工過(guò)程的本質(zhì)安全系數(shù)，為信息化生產(chǎn)和管理提供了硬件基礎(chǔ)；

（5）使用閉環(huán)控制理念，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，減輕作業(yè)人員的工作負(fù)荷、提高作業(yè)效率，并提供數(shù)據(jù)輸出打印功能，減少人為記錄的差錯(cuò)并提高效率，使整個(gè)張拉過(guò)程可追蹤，便于查詢和存檔，提升了管理水平。

由此可以看出，機(jī)電一體化產(chǎn)品是多門專業(yè)技術(shù)交叉融合的結(jié)果，是科學(xué)技術(shù)演進(jìn)的方向。它帶動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)生跨越式的變革。大力發(fā)展和運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以顯著的提高施工生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，改變了傳統(tǒng)施工作業(yè)方式，是促使機(jī)械產(chǎn)品向智能化演進(jìn)，實(shí)踐“中國(guó)制造2025”的有力推手。