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        帶測力傳感器和測活塞伸縮位移量裝置的智能千斤頂研究及其工程應(yīng)用

        2022-05-31 02:28:48蘇慶勇
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年15期
        關(guān)鍵詞:智能

        蘇慶勇

        (柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司,廣西 柳州545000)

        1 橋梁預(yù)應(yīng)力施工張拉設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

        傳統(tǒng)后張法預(yù)應(yīng)力施工均采用普通油泵驅(qū)動千斤頂進(jìn)行張拉,人工測讀油壓表、千斤頂伸長值進(jìn)行雙控的傳統(tǒng)施工工藝,施工過程全部采用人工操作,缺乏有效的質(zhì)量控制手段,難以實(shí)現(xiàn)預(yù)施應(yīng)力準(zhǔn)確控制,施工效率低。傳統(tǒng)張拉施工中常見問題:(1)張拉工藝精度控制不準(zhǔn)確,張拉力控制誤差過大;(2)人工協(xié)調(diào),不準(zhǔn)確,不及時,同步精度低,無法實(shí)現(xiàn)同步張拉;(3)張拉過程需要至少6人同時作業(yè),效率低;(4)人為控制持荷時間,加載速率隨意性大,直接導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失較大;(5)張拉報表人工整理、填寫,難以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性、缺乏有效的質(zhì)量控制。

        隨著JB/T 13462—2018《建筑施工機(jī)械與設(shè)備 預(yù)應(yīng)力用智能張拉機(jī)》[1]的頒布和執(zhí)行,公路智能張拉設(shè)備已被普遍認(rèn)可及接受,已經(jīng)逐步取代人工手動張拉設(shè)備。公路智能張拉設(shè)備對預(yù)應(yīng)力筋張拉力的控制主要靠液壓系統(tǒng)管路中安裝液壓傳感器或在液壓系統(tǒng)管路中安裝壓力表,根據(jù)液壓傳感器反饋的壓力數(shù)值及壓力表顯示的數(shù)值,再按照壓力與張拉力的對照表,換算出張拉力力值。

        國內(nèi)各大預(yù)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)室也陸續(xù)引入智能張拉設(shè)備,鐵路市場上,隨著BIM技術(shù)的應(yīng)用,智能化施工和管理成為未來發(fā)展的必然趨勢,2017年中國鐵路總公司發(fā)布執(zhí)行的企標(biāo)QCR 586—2017《鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁自動張拉系統(tǒng)》,要求張拉千斤頂配置高精度的稱重測力傳感器,張拉力是測力傳感器直接測量得出的,無需換算,但是對測力傳感器、位移傳感器精度和適應(yīng)使用環(huán)境等要求非常高,設(shè)備價格也比較高。

        目前無論人工手動張拉設(shè)備,還是公路和鐵路智能張拉設(shè)備,都需滿足JTG/T F50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)規(guī)定:(1)張拉力控制精度。7.12.2第2款規(guī)定張拉力控制應(yīng)力的精度宜為±1.5%;(2)對稱同步張拉控制。7.12.2第1款規(guī)定各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差為±2%;(3)預(yù)應(yīng)力損失控制、避免人為疏忽。7.12.2第1款規(guī)定各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差為±2%;(4)長量控制精度。7.6.3第3款規(guī)定實(shí)際伸長值與理論伸長值的偏差應(yīng)控制在±6%以內(nèi)),否則應(yīng)暫停張拉,待查明原因并采取措施予以調(diào)整后方可繼續(xù)張拉[2]。

        2 帶測力傳感器和測活塞伸縮位移量裝置的智能千斤頂組成

        該智能千斤頂主要由YCWC型千斤頂、測活塞伸出量裝置、測力傳感器、內(nèi)部連接電纜等組成,除了作為張力的執(zhí)行元器件外,還負(fù)責(zé)將張拉過程的實(shí)時位移數(shù)據(jù)、張拉力值傳輸?shù)奖谜旧系目刂葡到y(tǒng),實(shí)時監(jiān)控。智能千斤頂組成圖如圖1所示。

        圖1 智能千斤頂組成圖

        2.1 智能千斤頂主要組件介紹

        2.1.1 YCWC型千斤頂

        (1)基本構(gòu)造

        YCWC型千斤頂主要由四大部分組成:(1)油缸、穿心套、定位螺母、大堵頭、后密封板、壓緊環(huán)及其密封件組成的“不動體”;(2)活塞及其密封件組成的“運(yùn)動體”;(3)便于吊運(yùn)的提手部分;(4)起回程保護(hù)作用的回程限壓閥。YCWC型千斤頂構(gòu)造如圖2所示。

        圖2 YCWC千斤頂構(gòu)造

        (2)主要技術(shù)性能

        目前配套智能張拉系統(tǒng)的YCWC系列千斤頂有1 000~5 000 kN等8種規(guī)格,行程均為200 mm??筛鶕?jù)張拉力和張拉空間等來選型,千斤頂應(yīng)符合JG/T 321—2011《預(yù)應(yīng)力用液壓千斤頂》的規(guī)定,千斤頂?shù)念~定噸位不應(yīng)小于最大張拉控制力的1.2倍[3]。

        2.1.2 測活塞伸縮位移量裝置

        如圖3所示,測活塞伸縮位移量裝置由固定座、保護(hù)筒、導(dǎo)向筒、拉桿式位移傳感器、壓螺母、連接板等構(gòu)成,采用螺釘聯(lián)接將固定座和導(dǎo)向座固定在千斤頂油缸上,將連接墊環(huán)固定在活塞上。根據(jù)千斤頂噸位和行程等匹配該裝置,要求位移傳感器的額定量程不應(yīng)小于單次張拉最大伸長值的1.2倍,位移傳感器應(yīng)符合JJF 1305—2011的規(guī)定,示值精度應(yīng)≤0.5%。

        圖3 測活塞伸縮位移量裝置構(gòu)造圖

        測活塞伸縮位移量裝置采用導(dǎo)向筒8和導(dǎo)向護(hù)套12間隙配合結(jié)構(gòu)形式,在導(dǎo)向筒8內(nèi)采用拉桿式位移傳感器11,一端固定于尾部端蓋13上,尾部端蓋13通過螺釘III14線纜盒15連接起來,另外一端固定于前端蓋板6上,前端蓋板6與連接板4螺釘連接起來,連接板4卡連接墊環(huán)1的凹槽里,隨著千斤頂活塞的伸縮帶著在拉桿式位移傳感器11運(yùn)動,測量出活塞的位移量。線纜盒15采用空殼形式和導(dǎo)向筒8可以對拉桿式位移傳感器11和數(shù)據(jù)線接頭進(jìn)行有效保護(hù)。通過彈簧拉桿I5、彈簧拉桿II21的壓縮彈簧10,保證在任何狀態(tài),將連接板4的底面壓在連接墊環(huán)1凹槽的底面上,為了避免過定位采用2個萬向球3將面接觸變?yōu)?點(diǎn)接觸,提高測量精度,在張拉過程中活塞被動轉(zhuǎn)動時,連接板4與連接墊環(huán)1凹槽進(jìn)行相對的滾動,有效防止卡死現(xiàn)象。

        2.1.3 測力傳感器

        根據(jù)YCWC千斤頂噸位來匹配,要求測力傳感器的額定載荷不應(yīng)小于最大張拉力的1.2倍,測力傳感器應(yīng)符合JJG 391—2009和JJG 455—2000的規(guī)定,示值精度應(yīng)≤0.5%。

        測力傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖4所示,彈性體結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

        圖4 測力傳感器結(jié)構(gòu)圖

        圖5 彈性體的結(jié)構(gòu)圖

        基本構(gòu)造:(1)該測量預(yù)應(yīng)力筋張拉力的輪輻式傳感器,包括彈性體2及設(shè)于彈性體上構(gòu)成惠斯通電橋的應(yīng)變計10和電纜線6,所述彈性體2為加工成型的輻條式結(jié)構(gòu),成剪切梁結(jié)構(gòu),每根輻條7的兩側(cè)形成均勻的應(yīng)變區(qū)9;彈性體的中間沿軸向開設(shè)有通孔11輻條7有6~12根、間隔均勻分布,輻條的兩側(cè)呈對稱內(nèi)凹的弧形,應(yīng)變區(qū)9的應(yīng)變孔呈腰形孔結(jié)構(gòu);應(yīng)變計10通過粘貼的方式設(shè)置在輻條7的左右兩側(cè)應(yīng)變區(qū)9上;壓頭4上表面有一個凹槽用于安裝張拉錨具的限位板以及螺釘,壓頭4底面安裝于彈性體2上表面,通過連接螺釘Ⅱ5與彈性體2固定連接,壓頭4上表面作為輪輻式傳感器的受力面;彈性體2下端面安裝于底座1上、輪輻式傳感器整體安裝在YCWC千斤頂?shù)亩ㄎ宦菽干蟍4]。

        (2)壓頭主要是保證測力傳感器的外圓與梁的邊緣不發(fā)生干涉,同時兼做延長筒。

        (3)底座主要是將千斤頂?shù)膹埨紓鬟f給測力傳感器,保證力值的準(zhǔn)確性。

        3 帶測力傳感器和測活塞伸縮位移量裝置的智能千斤頂工程應(yīng)用

        帶測力傳感器和測活塞伸縮位移量裝置的智能千斤頂作為OVM·SPT1B2D-60鐵路智能張拉系統(tǒng)重要組成部分,先后在山東德州石濟(jì)客運(yùn)專線中鐵十八局平原梁場項(xiàng)目,中鐵上海工程局青島平度制梁場項(xiàng)目,中鐵十一局牡佳客專五標(biāo)段項(xiàng)目經(jīng)理部,中鐵廣州工程局集團(tuán)有限公司金壇制梁場等十幾個項(xiàng)目上進(jìn)行應(yīng)用,2019年通過中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司高速鐵路系統(tǒng)試驗(yàn)國家工程實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證后,完全滿足QCR 586—2017《鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁自動張拉系統(tǒng)》的要求。

        4 結(jié)束語

        帶測力傳感器和測活塞伸縮位移量裝置的智能千斤頂作為鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁自動張拉系統(tǒng)的重要組成部件,具有下列優(yōu)點(diǎn):(1)YCWC系列千斤頂是第三代通用型預(yù)應(yīng)力用穿心式千斤頂,具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封性能好、重量輕、體積小等特點(diǎn)。(2)測活塞伸縮位移量裝置,采用了封閉空腔結(jié)構(gòu)設(shè)計,有效地對拉桿式位移傳感器和數(shù)據(jù)線的接頭等進(jìn)行保護(hù);采用了壓縮彈簧有效解決了張拉回程時活塞回縮位移量測量難題。(3)測力傳感器采用的輪輻式傳感器結(jié)構(gòu)合理、測量精度高、重復(fù)性好及抗偏載能力強(qiáng),增加的底座解決了直接安裝在千斤頂定位螺母上導(dǎo)致的輪輻式傳感器大載荷測量精度低及一致性差的問題。

        目前,帶測力傳感器和測活塞伸縮位移量裝置的智能千斤組成的預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)在中國橋梁預(yù)應(yīng)力施工中得到廣泛推廣和應(yīng)用。實(shí)踐證明,該智能千斤頂?shù)脑O(shè)計成功地、有效地保證了工程質(zhì)量。

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