預應力張拉液壓系統以及預應力張拉設備的製作方法
2023-05-19 03:28:31 1
預應力張拉液壓系統以及預應力張拉設備的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種預應力張拉液壓系統，包括第一溢流閥、第二溢流閥、單向閥、數字閥以及流量控制裝置；單向閥的閥門出口與千斤頂油缸連通，閥門進口與流量控制裝置連通；數字閥與步進電機連接，且設置在千斤頂油缸與單向閥之間；第一溢流閥與流量控制裝置連接，第二溢流閥分別與流量控制裝置以及千斤頂油缸連通連接；流量控制裝置與油箱連通。本系統通過調節步進電機的步數來調節數字閥的開度來控制張拉時壓力和位移的同步性，準確度高。本實用新型提供包含上述預應力張拉液壓系統的預應力張拉設備，此設備無需採用變頻器，消除變頻器對張拉系統的幹擾和電源跳閘的影響，實用性強。
【專利說明】預應力張拉液壓系統以及預應力張拉設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及道路、橋梁等工程施工中預應力張拉系統領域，特別地，涉及一種預應力張拉液壓系統、採用此預應力張拉液壓系統的預應力張拉設備。
【背景技術】
[0002]隨著技術的不斷發展，通過給道路、橋梁等設置預應力張拉從而提高其質量的方式越來越多。
[0003]預應力張拉就是通過千斤頂拉緊預應力筋，預先給橋梁或構件施加應力，使橋梁或構件產生向上的拱度，以提高橋梁或構件的承載能力。預應力張拉可以分為兩大類:(1)「先張法」:是指先在臺座上拉緊預應力筋，通過錨具(錨具是專門用於錨固預應力筋的夾具，由錨環以及夾片等組成)將預應力筋錨固在臺座上，然後澆築混凝土，待混凝土達到規定強度時，卸掉錨具，放鬆預應力筋，與混凝土結合的那部分預應力筋的力量就傳遞到混凝土上；(2)「後張法」:是指先澆築混凝土後張拉，澆築混凝土前預先留有孔道，待混凝土達到強度，在孔道內穿入預應力筋，然後張拉錨固，最後在孔道內注入水泥漿。
[0004]在傳統的施工方式中，一般採用應力應變雙控法，以應力控制(油表讀數控制)為主，應變控制(伸長量控制)為輔，同時要求以逐級加載的方法進行，即存在對同步和停頓的要求，其中，對油表、伸長量的讀數都是通過人工方式採集，而同步性則靠吹口哨、做手勢或者通過對講機喊話來實現。張拉完畢以後，數據記錄也是靠人工記錄，存在操作人力耗費大且誤差大，實用性不強。
[0005]現有的智能張拉系統實時採集千斤頂的壓力和位移，反饋至數據處理單元(計算機或顯示屏)自動計算伸長量，及時校核伸長量誤差是否在《公路橋涵施工技術規範》7.6.3規定「其偏差應控制在±6%」，但是實施對稱張拉時調節各千斤頂之間的壓力和位移同步性(《公路橋涵施工技術規範7.12.2規定「各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差宜為±2%」》)較為複雜，其同步性調節的複雜性表現為用一個被控對象(變頻器控制電機轉速)調節兩個系統變量(千斤頂的壓力和位移)的策略算法，具有同步性調節算法複雜、設備成本高以及設備存在漏電保護開關跳閘等缺點，影響其使用效果。
[0006]因此，發明一種操作方便、準確度高的預應力張拉液壓系統、採用此預應力張拉液壓系統的預應力張拉設備，具有非常重要的意義。
實用新型內容
[0007]本實用新型的第一目的在於提供一種操作簡單、準確度高的預應力張拉液壓系統，具體的技術方案如下:
[0008]一種預應力張拉液壓系統，包括第一溢流閥、第二溢流閥、單向閥、第一數字閥以及流量控制裝置；
[0009]所述單向閥的閥門出口與千斤頂油缸的A腔室連通，閥門進口與所述流量控制裝置連通；[0010]所述第一數字閥通過齒輪副與步進電機連接，且設置在所述千斤頂油缸的A腔室與所述單向閥之間；
[0011]所述第一溢流閥與所述流量控制裝置連接；
[0012]所述流量控制裝置與油箱連通；
[0013]所述第二溢流閥分別與所述流量控制裝置以及千斤頂油缸的B腔室連通連接。
[0014]以上技術方案中優選的，所述流量控制裝置包括換向閥、定量油泵以及第二數字閥，所述第二數字閥通過齒輪副與所述步進電機連接，所述單向閥的閥門進口與所述換向閥連通，所述定量油泵設置在所述換向閥與所述油箱之間，所述第二數字閥以及所述第一溢流閥均設置在所述換向閥與所述定量油泵之間，所述第二溢流閥分別與所述換向閥以及千斤頂油缸的B腔室連通連接。
[0015]以上技術方案中優選的，所述流量控制裝置包括換向閥以及變量油泵，所述單向閥的閥門進口與所述換向閥連通，所述變量油泵設置在所述換向閥與所述油箱之間，所述第一溢流閥設置在所述換向閥與變量油泵之間，所述第二溢流閥分別與所述換向閥以及千斤頂油缸的B腔室連通連接。
[0016]以上技術方案中優選的，所述流量控制裝置包括比例換向閥以及定量油泵，所述單向閥的閥門進口與所述比例換向閥連通，所述定量油泵設置在所述比例換向閥與所述油箱之間，所述第一溢流閥設置在所述比例換向閥與定量油泵之間，所述第二溢流閥分別與所述比例換向閥以及千斤頂油缸的B腔室連通連接。
[0017]以上技術方案中優選的，還包括壓力表，所述壓力表與所述第一數字閥連接。
[0018]採用本實用新型的預應力張拉液壓系統，通過步進電機的步數來控制數字閥的開度來控制張拉時壓力和位移的同步性，操作簡單，準確度高。
[0019]本實用新型的第二目的在於提供一種預應力張拉設備，包括千斤頂及至少兩臺張拉設備；
[0020]所述千斤頂包括千斤頂油缸、測量千斤頂油缸內部壓力的壓力傳感裝置以及測量千斤頂油缸活塞移動位移的位移傳感裝置；
[0021]所述張拉設備包括上述的預應力張拉液壓系統；
[0022]所述千斤頂油缸的A腔室和B腔室均通過高壓油管與所述張拉設備的油路連通，所述壓力傳感裝置以及位移傳感裝置均通過屏蔽電纜與所述張拉設備的線路連接。
[0023]本實用新型的預應力張拉設備結構簡單，成本低；無需採用變頻器，消除變頻器對張拉系統的幹擾和電源跳閘的影響。
[0024]上述預應力張拉設備的控制方法，包括以下步驟:
[0025]第一步:選定所述預應力張拉設備中的一臺張拉設備作為控制主機，其他各臺張拉設備作為控制從機，將控制主機中連接數字閥的步進電機進給至預先調試好的脈衝數，且將控制從機連接數字閥的步進電機進給至此脈衝數；
[0026]第二步:在對稱張拉進油過程中，控制從機與控制主機的同步性誤差超過設定範圍時，啟動PID控制器計算此控制從機步進電機調整的步距；
[0027]第三步:PID控制器計算完成後，控制步進電機驅動至指定位置，完成PID控制器的調控。
[0028]其中，所述PID控制器的具體控制方式是以兩千斤頂油缸之間的壓力差或/和位移差為輸入，以控制從機步進電機調整的步距為輸出。
[0029]應用本實用新型的預應力張拉設備的控制方法，通過步進電機的步數來控制數字閥的開度來控制張拉時壓力和位移的同步性，準確度高，同步性好；同步性調節控制的算法簡單，操作方便，實用性廣。
[0030]除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本實用新型還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0032]圖1是本實用新型優選實施例1的預應力張拉液壓系統的原理圖；
[0033]圖2是本實用新型優選實施例1的預應力張拉設備的結構示意圖；
[0034]圖3是本實用新型優選實施例1的預應力張拉設備的壓力同步性調節控制策略簡圖；
[0035]圖4是本實用新型優選實施例1的預應力張拉設備的位移同步性調節控制策略簡圖；
[0036]圖5是本實用新型優選實施例1的預應力張拉設備的張拉流程圖；
[0037]圖6是本實用新型優選實施例2的預應力張拉液壓系統的原理圖；
[0038]圖7是本實用新型優選實施例3的預應力張拉液壓系統的原理圖。
【具體實施方式】
[0039]以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0040]實施例1:
[0041]一種預應力張拉液壓系統，如圖1所示，包括第一溢流閥11、第二溢流閥12、單向閥13、第一數字閥14以及流量控制裝置15，所述流量控制裝置15包括換向閥151、定量油泵152以及第二數字閥153，定量油泵152由電機1521帶動運行，第一數字閥14以及第二數字閥153均由步進電機驅動，且步進電機與第一數字閥之間以及步進電機與第二數字閥之間均通過齒輪副連接，所述換向閥151包括第一線圈1511以及第二線圈1512。
[0042]所述單向閥13的閥門出口與千斤頂油缸3的A腔室連通，所述單向閥13的閥門進口與所述換向閥151連通。
[0043]所述第一數字閥14設置在所述千斤頂油缸3的A腔室與所述單向閥13之間，與所述第一數字閥14連接設有壓力表16。
[0044]所述定量油泵152設置在所述換向閥151與所述油箱4之間。
[0045]所述第二數字閥153以及第一溢流閥11均設置在所述換向閥151與定量油泵152之間。
[0046]所述第二溢流閥12分別與所述換向閥151以及千斤頂油缸3的B腔室連通連接。
[0047]本實用新型預應力張拉液壓系統的工作流程如下:電機1521帶動定量油泵152泵油，其中，電機無調速裝置，第一溢流閥11以及第二溢流閥12保證預應力張拉液壓系統的壓力不超過系統設計的額定壓力；正常張拉進油時，步進電機和換向閥151的第一線圈1511得電，油液經過單向閥13進入千斤頂油缸3的A腔室進行拉伸鋼鉸線，控制第一數字閥14以及第二數字閥153的開度達到緩慢加壓和壓力位移同步性調節的目的，且速率可調；正常張拉洩荷時，電機和換向閥151的第一線圈1511和第二線圈1512失電，第二數字閥153關閉，控制第一數字閥14的開度達到緩慢洩壓的目的，且速率可調；正常張拉退油時，步進電機和換向閥151的第二線圈1512得電，油液進入千斤頂油缸3的B腔室，控制第一數字閥14的開度達到回油的目的。
[0048]採用本實用新型的預應力張拉液壓系統，通過步進電機的步數來控制第一數字閥14以及第二數字閥153的開度來控制張拉時壓力和位移的同步性，操作簡單，準確度高。
[0049]一種預應力張拉設備，如圖2所示，包括千斤頂81以及至少兩臺張拉設備82。
[0050]所述千斤頂81包括千斤頂油缸3、測量千斤頂油缸3內部壓力的壓力傳感裝置811以及測量千斤頂油缸3活塞移動位移的位移傳感裝置812。
[0051]所述張拉設備82包括上述的預應力張拉液壓系統，其中所述第一溢流閥11、第二溢流閥12、單向閥13、第一數字閥14以及第二數字閥153構成集成閥組6，且第一數字閥14以及第二數字閥153均由步進電機7驅動。
[0052]所述千斤頂油缸3的A腔室和B腔室均通過高壓油管2與所述張拉設備82的油路連通，所述壓力傳感裝置811以及位移傳感裝置812均通過屏蔽電纜5與所述張拉設備82的線路連接。
[0053]本實用新型的預應力張拉設備結構簡單，成本低；無需採用變頻器，消除變頻器對張拉系統的幹擾和電源跳閘的影響。
[0054]以包括兩臺上述預應力張拉設備的系統的控制方法為例，具體包括以下步驟:
[0055]第一步:選定所述預應力張拉設備中的設備I作為控制主機，設備2作為控制從機，將設備I中連接數字閥的步進電機設定為預先調試好的脈衝，且將設備2可連接的數字閥的步進電機進給至此脈衝數；
[0056]第二步:在對稱張拉進油過程中，設備I與設備2的同步性誤差超過設定範圍時，啟動PID控制器計算此設備2步進電機調整的步距；
[0057]第三步:計算完成後，PID控制器控制步進電機驅動至指定位置，完成PID控制器的調控。
[0058]其中:所述PID控制器的具體控制方式是以兩缸之間的壓力差或/和位移差為輸入，以設備2步進電機調整的步距為輸出。
[0059]其壓力同步性調節控制策略簡圖如圖3所示，通過PLC控制將設備I中第一數字閥的步進電機進給至預先調試好的脈衝數，並將設備2連接第一數字閥的步進電機進給至此脈衝數；在對稱張拉進油過程中，設備2以及設備I的壓力分別通過其千斤頂中的壓力傳感器獲得，當設備2與設備I的同步拉力差絕對值超過1.5%時，啟動PID控制器計算此設備2步進電機調整的步距，PID控制器計算完成後，控制步進電機驅動至指定位置；當設備2與設備I的同步拉力差絕對值低於1.5%時，結束。
[0060]其位移同步性調節控制策略簡圖如圖4所示，通過PLC控制將設備I中第二數字閥的步進電機進給至預先調試好的脈衝數，並將設備2連接第二數字閥的步進電機進給至此脈衝數；在對稱張拉進油過程中，設備2以及設備I的位移值分別通過其千斤頂中的位移傳感器獲得，當設備2與設備I的同步位移差絕對值大於2mm且小於20mm時，啟動PID控制器計算此設備2步進電機調整的步距，PID控制器計算完成後，控制步進電機驅動至指定位置；當設備2與設備I的同步位移差絕對值小於2_或大於20_時，結束。
[0061]本實用新型預應力張拉設備的張拉流程圖如圖5所示:(I)採集設備的壓力和位移數據:開始張拉，打開電機、換向閥，步進電機運轉至指定位置，千斤頂中的壓力傳感器和位移傳感器採集設備的壓力和位移數據；(2)壓力同步性調節控制:當兩臺千斤頂的內腔壓力差絕對值大於1.5%時，啟動壓力增量式PID控制器，調整從機第一數字閥的位置，進入位移同步性調節控制步驟；當兩臺千斤頂的內腔壓力差絕對值小於等於1.5%時，直接進入位移同步性調節控制步驟；(3)位移同步性調節控制:當兩臺千斤頂的位移差絕對值大於2mm且小於20mm時，啟動壓力增量式PID控制器，調整從機第二數字閥的位置；(4)張拉完成，停止張拉；張拉未結束，返回至採集設備的壓力和位移數據步驟；(5)當位移同步性調節控制步驟中檢測到兩臺千斤頂的位移差絕對值大於20mm時，暫停張拉，排除異常情況並修復，返回至採集設備的壓力和位移數據步驟。
[0062]應用本實用新型的預應力張拉設備的控制方法，通過步進電機的步數來控制兩個數字閥的開度來控制張拉時壓力和位移的同步性，準確度高，同步性好；同步性調節控制的算法簡單，操作方便，實用性廣。
[0063]實施例2:
[0064]—種預應力張拉液壓系統，本實施例的預應力張拉液壓系統與實施例1的區別僅在於:採用變量油泵152』替換定量油泵152以及第二數字閥153，即所述流量控制裝置15包括換向閥151以及變量油泵152』，所述單向閥13的閥門進口與所述換向閥151連通，所述變量油泵152』設置在所述換向閥151與所述油箱4之間，所述第一溢流閥11設置在所述換向閥151與變量油泵152』之間，所述第二溢流閥12分別與所述換向閥151以及千斤頂油缸3的B腔室連通連接，如圖6所示。
[0065]本實用新型預應力張拉液壓系統的工作流程如下:電機帶動變量油泵152』泵油，電機無調速裝置，第一溢流閥11以及第二溢流閥12保證液壓系統的壓力不超過系統設計的額定壓力；正常張拉進油時，電機和換向閥151的第一線圈1511得電，油液經過單向閥13進入千斤頂油缸3的A腔室進行拉伸鋼鉸線，控制第一數字閥14和變量油泵152』的開度達到緩慢加壓和壓力位移同步性調節的目的，且速率可調；正常張拉卸荷時，電機和換向閥151的第一線圈1511和第二線圈1512失電，控制第一數字閥14的開度達到緩慢洩壓的目的，且速率可調；正常張拉退油時，電機和換向閥151的第二線圈1512得電，油液進入千斤頂油缸3的B腔室，控制第一數字閥14的開度達到回油的目的。
[0066]採用本實用新型的預應力張拉液壓系統，通過步進電機的步數來控制第一數字閥14和變量油泵152』的開度來控制張拉時壓力和位移的同步性，操作簡單，準確度高。
[0067]一種預應力張拉設備，與實施例1的不同點僅在於:其中所述第一溢流閥11、第二溢流閥12、單向閥13以及第一數字閥14構成集成閥組6，且定量油泵152換成變量油泵152』。本實施例的預應力張拉設備的控制方法同實施例1。
[0068]其壓力同步性調節控制策略、位移同步性調節控制策以及整個張拉流程圖中，只需將實施例1中的第二數字閥更換成變量油泵即可，其他原理相同。[0069]實施例3:
[0070]一種預應力張拉液壓系統，本實施例的預應力張拉液壓系統與實施例1的區別僅在於:採用比例換向閥151』替換換向閥151以及第二數字閥153，即所述流量控制裝置15包括比例換向閥151』以及定量油泵152，所述單向閥13的閥門進口與所述比例換向閥151』連通，所述定量油泵152設置在所述比例換向閥151』與所述油箱4之間，所述第一溢流閥11設置在所述比例換向閥151』與定量油泵152之間，所述第二溢流閥12分別與所述比例換向閥151』以及千斤頂油缸3的B腔室連通連接，如圖7所示。
[0071]本實用新型預應力張拉液壓系統的工作流程如下:電機帶動定量油泵152泵油，電機無調速裝置，第一溢流閥11以及第二溢流閥12保證液壓系統的壓力不超過系統設計的額定壓力；正常張拉進油時，電機和比例換向閥151』的第一線圈1511』得電，油液經過單向閥13進入千斤頂油缸3的A腔室進行拉伸鋼鉸線，控制第一數字閥14和比例換向閥151』的開度達到緩慢加壓和壓力位移同步性調節的目的，且速率可調；正常張拉洩荷時，電機和比例換向閥151』的第一線圈1511』和第二線圈1512』失電，控制第一數字閥14的開度達到緩慢卸壓的目的，且速率可調；正常張拉退油時，電機和比例換向閥151』的第二線圈1512』得電，油液進入千斤頂油缸3的B腔室，控制第一數字閥14的開度達到回油的目的。
[0072]採用本實用新型的預應力張拉液壓系統，通過步進電機的步數來控制第一數字閥14和比例換向閥151』的開度來控制張拉時壓力和位移的同步性，操作簡單，準確度高。
[0073]—種預應力張拉設備，與實施例1的不同點僅在於:其中所述第一溢流閥11、第二溢流閥12、單向閥13以及第一數字閥14構成集成閥組6，且換向閥151換成比例換向閥151』。本實施例的預應力張拉設備的控制方法同實施例1。
[0074]其壓力同步性調節控制策略、位移同步性調節控制策以及整個張拉流程圖中，只需將實施例1中的第二數字閥更換成比例換向閥即可，其他原理相同。
[0075]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種預應力張拉液壓系統，其特徵在於:包括第一溢流閥(11)、第二溢流閥(12)、單向閥(13)、第一數字閥(14)以及流量控制裝置(15)； 所述單向閥(13)的閥門出口與千斤頂油缸(3)的A腔室連通，閥門進口與所述流量控制裝置(15)連通； 所述第一數字閥(14)與步進電機連接，且設置在所述千斤頂油缸(3)的A腔室與所述單向閥(13)之間； 所述第一溢流閥(11)與所述流量控制裝置(15)連接； 所述流量控制裝置(15)與油箱(4)連通； 所述第二溢流閥(12)分別與所述流量控制裝置(15)以及千斤頂油缸(3)的B腔室連通連接。
2.根據權利要求1所述的預應力張拉液壓系統，其特徵在於:所述流量控制裝置(15)包括換向閥(151)、定量油泵(152)以及第二數字閥(153)，所述第二數字閥(153)與所述步進電機連接，所述單向閥(13)的閥門進口與所述換向閥(151)連通，所述定量油泵(152)設置在所述換向閥(151)與所述油箱(4)之間，所述第二數字閥(153)以及所述第一溢流閥(11)均設置在所述換向閥(151)與所述定量油泵(152)之間，所述第二溢流閥(12)分別與所述換向閥(151)以及千斤頂油缸(3)的B腔室連通連接。
3.根據權利要求1所述的預應力張拉液壓系統，其特徵在於:所述流量控制裝置(15)包括換向閥(151)以及變量油泵(152』)，所述單向閥(13)的閥門進口與所述換向閥(151)連通，所述變量油泵(152』)設置在所述換向閥(151)與所述油箱(4)之間，所述第一溢流閥(11)設置在所述換向閥(151)與變量油泵(152』)之間，所述第二溢流閥(12)分別與所述換向閥(151)以及千斤頂油缸(3)的B腔室連通連接。
4.根據權利要求1所述的預應力張拉液壓系統，其特徵在於:所述流量控制裝置(15)包括比例換向閥(151』)以及定量油泵(152)，所述單向閥(13)的閥門進口與所述比例換向閥(151』)連通，所述定量油泵(152)設置在所述比例換向閥(151』)與所述油箱(4)之間，所述第一溢流閥(11)設置在所述比例換向閥(151』)與定量油泵(152)之間，所述第二溢流閥(12)分別與所述比例換向閥(151』)以及千斤頂油缸(3)的B腔室連通連接。
5.根據權利要求1-4任意一項所述的預應力張拉液壓系統，其特徵在於:還包括壓力表(16)，所述壓力表(16)與所述第一數字閥(14)連接。
6.一種預應力張拉設備，其特徵在於:包括千斤頂(81)以及至少兩臺張拉設備(82)； 所述千斤頂(81)包括千斤頂油缸(3)、測量千斤頂油缸(3)內部壓力的壓力傳感裝置(811)以及測量千斤頂油缸(3)活塞移動位移的位移傳感裝置(812)； 所述張拉設備(82)包括如權利要求1-4任意一項所述的預應力張拉液壓系統； 所述千斤頂油缸(3)的A腔室和B腔室均通過高壓油管(2)與所述張拉設備(82)的油路連通，所述壓力傳感裝置(811)以及位移傳感裝置(812)均通過屏蔽電纜(5)與所述張拉設備(82)的線路連接。
【文檔編號】E01D101/28GK203584930SQ201320771974
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】劉柳奇, 梁曉東, 王文昌, 趙倬玉, 劉德坤 申請人:湖南聯智橋隧技術有限公司