李俊濤

[合伯檢測(cè)技術(shù)(上海)有限公司,上海 201613]

在工程領(lǐng)域中,依據(jù)JJG 621—2012 《液壓千斤頂》對(duì)液壓千斤頂(以下簡(jiǎn)稱千斤頂)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn),千斤頂主要用于樁基工程和結(jié)構(gòu)工程的力值施加與控制。然而,在工程施工實(shí)際應(yīng)用中,限于自有千斤頂?shù)葴y(cè)量設(shè)備的規(guī)格數(shù)量有限或出于經(jīng)濟(jì)效益方面的考慮,施工單位經(jīng)常將數(shù)臺(tái)(兩臺(tái)及以上)小規(guī)格的千斤頂以并聯(lián)的方式組合在一起,形成一個(gè)較大的負(fù)載力,以完成工程施工中較大力值的施加與控制。

JJG 621—2012檢定規(guī)程并沒(méi)有涉及千斤頂并聯(lián)檢定的問(wèn)題,而為了確保工程施工質(zhì)量,在千斤頂?shù)氖褂眠^(guò)程中,工程施工單位往往需要將千斤頂并聯(lián)使用,以解決工程施工中的實(shí)際測(cè)控問(wèn)題。因此,筆者對(duì)千斤頂并聯(lián)使用的方法進(jìn)行分析研究,以期為基層工程施工單位千斤頂?shù)牟⒙?lián)使用條件與可靠的并聯(lián)組合方法提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)方法

1.1 千斤頂?shù)牟⒙?lián)

當(dāng)工程施工中需要測(cè)控的力值超出施工單位現(xiàn)有能力時(shí),除了添置、調(diào)配適用的大規(guī)格千斤頂外,將冗余的千斤頂并聯(lián)[1]使用也是一種實(shí)用有效的方法,但千斤頂?shù)牟⒙?lián)使用必須滿足以下條件:并聯(lián)使用的每臺(tái)千斤頂必須經(jīng)過(guò)計(jì)量檢定,符合相應(yīng)千斤頂?shù)臏?zhǔn)確度等級(jí);檢定或校準(zhǔn)時(shí)采用同一型號(hào)、規(guī)格及等級(jí)的壓力表;證書(shū)中除了不少于5點(diǎn)的檢定或校準(zhǔn)結(jié)果外,還應(yīng)該附有相應(yīng)的回歸方程;千斤頂活塞有效行程應(yīng)選擇大于千斤頂并聯(lián)頂升距離;千斤頂并聯(lián)使用的壓力表和油泵是經(jīng)檢定或校準(zhǔn)千斤頂中的一個(gè);并聯(lián)千斤頂承載的底座和壓蓋應(yīng)有足夠強(qiáng)度和剛度,壓蓋受力點(diǎn)應(yīng)有球頭副,有條件進(jìn)行并聯(lián)力值驗(yàn)證時(shí),該球頭副可移去,僅使用驗(yàn)證用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的壓頭即可。三并聯(lián)千斤頂工作方式如圖1所示。

圖1 三并聯(lián)千斤頂工作方式示意

1.2 并聯(lián)原則

依據(jù)理論力學(xué)原理,千斤頂并聯(lián)屬于空間平行力系。

(1) 當(dāng)選擇型號(hào)和規(guī)格均相同的千斤頂并聯(lián)時(shí),千斤頂應(yīng)整齊對(duì)稱排列,各千斤頂試驗(yàn)力形成的幾何中心就是并聯(lián)力值的作用中心[2]。

相同規(guī)格千斤頂并聯(lián)方式如圖2所示。圖2a)是兩臺(tái)相同型號(hào)、相同規(guī)格千斤頂?shù)牟⒙?lián)投影示意圖,并聯(lián)后試驗(yàn)力的作用點(diǎn)在兩臺(tái)千斤頂幾何中心連線的中點(diǎn)位置。圖2b)是3臺(tái)相同型號(hào)、相同規(guī)格千斤頂?shù)牟⒙?lián)投影示意圖,并聯(lián)后試驗(yàn)力的作用點(diǎn)在3臺(tái)千斤頂幾何中心連線區(qū)域的中心位置。同理,圖2c)和圖2d)分別為4臺(tái)和5臺(tái)相同型號(hào)、相同規(guī)格千斤頂?shù)牟⒙?lián)投影示意圖,并聯(lián)后試驗(yàn)力的作用點(diǎn)分別在4臺(tái)和5臺(tái)千斤頂幾何中心連線區(qū)域的中心位置。

圖2 相同規(guī)格千斤頂并聯(lián)方式示意

(2) 當(dāng)型號(hào)、規(guī)格均不同的千斤頂并聯(lián)或型號(hào)、規(guī)格均相同的千斤頂非對(duì)稱并聯(lián)時(shí),應(yīng)根據(jù)靜力學(xué)的力值合并法則進(jìn)行兩兩合并,最后得到的合力即千斤頂并聯(lián)力值的作用中心。該方法雖然簡(jiǎn)易通用,但不能忽視千斤頂?shù)奈恢?應(yīng)給予固定的先決條件[3],三并聯(lián)千斤頂工作方式如圖3所示。

圖3 三并聯(lián)千斤頂工作方式示意

(3) 提供千斤頂檢定或校準(zhǔn)的檢定裝置也必須具有相應(yīng)的準(zhǔn)確度要求和操作控制要求[4]。

圖3列舉了3臺(tái)規(guī)格不同、位置不對(duì)稱且固定的并聯(lián)千斤頂,其中01、02、03分別為千斤頂編號(hào),對(duì)應(yīng)負(fù)載力分別為F1、F2和F3,對(duì)應(yīng)各千斤頂施力中心點(diǎn)符號(hào)分別為A1、A2和A3。首先,01號(hào)和02號(hào)千斤頂?shù)暮狭1=F1+F2,作用點(diǎn)C1在01號(hào)和02號(hào)千斤頂?shù)闹行倪B線上,具體位置按式(1)確定。

將合力R1作用點(diǎn)C1與03號(hào)千斤頂中心A3連線,按式(2)確定合力R的具體位置。

最終合力為

多臺(tái)不同規(guī)格、不同位置的千斤頂并聯(lián)后的負(fù)載中心與合力分析計(jì)算方法依此類推。

1.3 檢定結(jié)果的回歸方程

在千斤頂測(cè)量范圍內(nèi),依據(jù) JJG 621—2012規(guī)程檢測(cè)的壓強(qiáng)與力是一組離散的數(shù)值對(duì)。當(dāng)工程施工中需要對(duì)力進(jìn)行測(cè)量或控制時(shí),如果按照千斤頂證書(shū)提供的檢定點(diǎn)數(shù)據(jù)操作,其試驗(yàn)力的測(cè)量與控制結(jié)果應(yīng)該是能夠滿足千斤頂相應(yīng)等級(jí)要求的;而如果為了使千斤頂能在給定力范圍內(nèi)連續(xù)使用,根據(jù)千斤頂送檢單位的需要,計(jì)量檢定單位應(yīng)建立千斤頂回歸方程?；貧w方程一般為依據(jù)最小二乘法確立的一次或二次曲線。常見(jiàn)的一次回歸方程如式(4)所示。

式中:y為千斤頂壓強(qiáng);a、b分別為回歸系數(shù);x為千斤 頂試驗(yàn)力。

2 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

3臺(tái)液壓千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)為:01號(hào)千斤頂型號(hào)為HJD100D-200-65A,編號(hào)為J-507-301;02號(hào)千斤頂型號(hào)為HJD100D-200-65A,編號(hào)為J-507-302;03號(hào)千斤頂型號(hào)為HJD100D-200-65A,編號(hào)為J-507-303。

精密耐震壓力表的技術(shù)參數(shù)為:等級(jí)0.4級(jí);規(guī)格100 MPa;分度值0.5 MPa;編號(hào)16-12-223。

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的技術(shù)參數(shù)為:等級(jí)0.1級(jí);型號(hào)CG-3-2MN;編號(hào)G 20012。

2.2 回歸方程的合并

用3臺(tái)千斤頂分別進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)結(jié)果及回歸方程如表1所示。由表1可知:01號(hào)千斤頂?shù)幕貧w方程為y=0.38+0.064 8x(相關(guān)系數(shù)為0.999 977);02號(hào)千斤頂?shù)幕貧w方程為y=0.24+0.065 1x(相關(guān)系數(shù)為0.999 978);03 號(hào)千斤頂?shù)幕貧w方程為y=0.38+0.064 7x(相關(guān)系數(shù)為0.999 999)。

表1 各千斤頂校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與結(jié)果

通過(guò)3臺(tái)千斤頂?shù)幕貧w方程可以得到各對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)點(diǎn)的回歸值,表2為千斤頂回歸值與校準(zhǔn)值之間的誤差,其中校準(zhǔn)值為表1中各千斤頂3次校準(zhǔn)結(jié)果的算術(shù)平均值,回歸值為表1中各千斤頂回歸方程在校準(zhǔn)點(diǎn)的計(jì)算值。

表2 千斤頂回歸值與校準(zhǔn)值之間的誤差

以表1中02號(hào)和03號(hào)千斤頂校準(zhǔn)結(jié)果的算術(shù)平均值建立二并聯(lián)回歸方程,以表1中01號(hào)、02號(hào)和03號(hào)千斤頂校準(zhǔn)結(jié)果的算術(shù)平均值建立三并聯(lián)回歸方程。千斤頂并聯(lián)回歸值與并聯(lián)校準(zhǔn)值之間的誤差如表3所示。

表3 千斤頂并聯(lián)回歸值與并聯(lián)校準(zhǔn)值之間的誤差

3 結(jié)果與討論

(1) 表1數(shù)據(jù)顯示3臺(tái)千斤頂單獨(dú)校準(zhǔn)時(shí),重復(fù)性最大值為1.5%;表2數(shù)據(jù)顯示回歸值與校準(zhǔn)值之間誤差的最大值為1.5%,但能滿足A 級(jí)千斤頂2%的要求。

(2) 考慮油缸與活塞間密封圈摩擦力的影響,發(fā)現(xiàn)千斤頂校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性與誤差在小力值時(shí)受到的影響較大,且其中有示值相對(duì)分辨力的作用。表3中千斤頂并聯(lián)回歸值與并聯(lián)校準(zhǔn)值之間的誤差明顯優(yōu)于單獨(dú)使用千斤頂時(shí)產(chǎn)生的回歸值與校準(zhǔn)值之間的誤差。

(3) 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,可以確定千斤頂回歸方程的回歸值與校準(zhǔn)值之間產(chǎn)生的誤差只要控制在符合規(guī)程要求等級(jí)的技術(shù)指標(biāo)內(nèi),其并聯(lián)負(fù)載力必定會(huì)被控制在千斤頂準(zhǔn)確度等級(jí)的技術(shù)指標(biāo)內(nèi),且使用效果會(huì)較千斤頂單獨(dú)使用效果更佳,因多臺(tái)千斤頂并聯(lián)相當(dāng)于一個(gè)液壓緩沖器,不僅降低了壓強(qiáng)的波動(dòng)性,還明顯減弱了摩擦力對(duì)并聯(lián)負(fù)載力的影響。

(4) 需要注意在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,必須保證并聯(lián)千斤頂受力框架的強(qiáng)度和剛度滿足JJG 621—2012中第7.1.2節(jié)的要求。