一種扣塔偏移動態監測及調整系統的製作方法

2023-11-11 02:13:03

1.本發明屬於扣塔施工領域，尤其是涉及一種扣塔偏移動態監測及調整系統。


背景技術：

2.隨著橋梁基礎建設的不斷完善和技術挑戰，高技術含量的橋梁工程不斷竣工，中國的橋梁建設正在突飛猛進。對於現代橋梁，儘管結構形式日益豐富，可供選擇橋型眾多，然而在山區、海島等地形、地質條件複雜的橋位處，拱橋是具有很強的競爭力的橋型，掛籃懸臂澆築施工方法在拱橋建設中得以成功應用。然而，採用掛籃懸臂澆築施工方法澆築拱圈混凝土時，其扣塔塔架偏移的動態測量與糾偏、扣索(即錨索)應力調整是施工的重點與難點。
3.混凝土拱圈澆築時，扣塔的偏移一般是通過全站儀或gps定位系統進行測量，根據扣塔偏移量進行人工調整千斤頂油泵從而調整扣索索力，以實現扣塔位移的糾偏，從而滿足拱圈線形及塔架穩定。但這種方法施工效率低下，誤差大、風險高，且不能全天候監測、以及及實時調整糾偏，造成了在實際施工過程中扣塔位移糾偏操作的不便，不利於提高扣塔施工的安全性和施工效率。


技術實現要素：

4.有鑑於此，本發明旨在提出一種扣塔偏移動態監測及調整系統，以解決現有扣塔位移糾偏操作的不便，影響施工效率和安全的問題。
5.為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
6.一種扣塔偏移動態監測及調整系統，包括偏移監測子系統、調整子系統以及控制子系統，所述控制子系統接收偏移監測子系統反饋的偏移監測信號，並根據偏移監測子系統反饋的偏移監測信號控制調整子系統調整扣塔扣鎖的張拉；所述偏移監測子系統包括超聲波監測模塊；所述超聲波監測模塊包括超聲波發射單元和超聲波接收單元，所述超聲波發射單元對應扣塔需要測量位移的位置設置，所述超聲波接收單元設置在扣塔四周對應超聲波發射單元的位置。
7.進一步的，所述超聲波發射單元至少一個，一個超聲波發射單元至少對應設置三個超聲波接收單元。
8.進一步的，所述調整子系統包括群錨張拉器、以及用於驅動群錨張拉器動作的驅動器。
9.進一步的，所述群錨張拉器包括張拉千斤頂、以及張拉千斤頂上設置的預緊千斤頂，所述驅動器採用為張拉千斤頂和預緊千斤頂供油的驅動泵站。
10.進一步的，所述偏移監測子系統還包括雷射測距模塊和/或碳纖維拉線位移測距模塊。
11.進一步的，所述雷射測距模塊包括雷射器和反射板，所述反射板對應扣塔需要測量位移的位置設置，所述雷射器設置在扣塔四周對應反射板的位置。
12.進一步的，所述碳纖維拉線位移測距模塊包括櫃體和碳纖維拉繩，所述碳纖維拉繩伸入櫃體的一端設有配重塊，另一端與扣塔需要測量位移的位置連接，所述櫃體上對應配重塊的位置設有用於測量配重塊位移的測量傳感器。
13.進一步的，所述櫃體上設有與碳纖維拉繩配合的滾輪。
14.進一步的，所述雷射器設置在櫃體上。
15.相對於現有技術，本發明所述的一種扣塔偏移動態監測及調整系統具有以下優勢：
16.本發明提供了一種扣塔偏移動態監測及調整系統，通過偏移監測子系統的超聲波監測模塊，根據gps三角測量定位原理，實現了對扣塔塔架點位偏移的準確測量。同時，通過控制子系統接收偏移監測子系統反饋的偏移監測信號，並根據偏移監測子系統反饋的偏移監測信號控制調整子系統調整扣塔扣鎖的張拉，實現了對扣塔塔架點位偏移的實時調整，調整效率高，有利於提高扣塔塔架施工過程中的安全性。
17.本發明所述的系統還可以自動監測扣塔位移，並對扣索索力自動調整，從而實時對扣塔變形進行修正，為拱橋施工提供安全保障。通過超聲波監測模塊、雷射測距模塊、以及碳纖維拉線位移測距模塊實時採集數據，控制子系統可以根據採集的數據實時控制調整子系統調整扣索，實現對扣塔的糾偏。
附圖說明
18.構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
19.圖1為本發明實施例一所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統框圖；
20.圖2為本發明實施例一所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統結構示意圖；
21.圖3為本發明實施例一所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統中超聲波監控模塊的結構示意圖；
22.圖4為本發明實施例一所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統中群錨張拉器的結構示意圖；
23.圖5為本發明實施例二所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統框圖；
24.圖6為本發明實施例二所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統中偏移監測子系統結構示意圖。
25.附圖標記說明：
26.1、超聲波發射單元；2、超聲波接收單元；3、群錨張拉器；4、控制子系統；5、預緊千斤頂；6、張拉千斤頂；7、驅動器；8、裝配架；9、碳纖維拉繩；10、櫃體；11、滾輪；12、容納空腔；13、配重塊；14、雷射器；15、測量傳感器；16、反射板。
具體實施方式
27.下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
28.實施例一
29.圖1為本發明實施例一所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統框圖，參見圖1，所述系統包括偏移監測子系統、調整子系統以及控制子系統，所述控制子系統接收偏移監測子系統反饋的偏移監測信號，並根據偏移監測子系統反饋的偏移監測信號控制調整子系統調整扣塔扣鎖的張拉；所述偏移監測子系統包括超聲波監測模塊；所述超聲波監測模塊包括超聲波發射單元和超聲波接收單元，所述超聲波發射單元對應扣塔需要測量位移的位置設置，所述超聲波接收單元設置在扣塔四周對應超聲波發射單元的位置。
30.示例性的，超聲波發射單元包括超聲波發射器和發射中控器，其中超聲波發射器安裝在扣塔擬監測點位，發射中控器用於接收來及控制子系統的指令，進入延時等待，並將控制信號發射給超聲波接收單元，當延時等待結束後發射超聲波信號。超聲波接收單元包括超聲波接收器和接收中控器，超聲波接收器安裝在地面已知空間坐標的位置，接收中控器接收來自發射中控器發送的控制信號，進入接收啟動計時，超聲波接收器將接收到的超聲波信號傳遞給控制子系統。
31.可選的，超聲波發射單元至少一個，一個超聲波發射單元至少對應設置三個超聲波接收單元。
32.示例性的，圖2為本發明實施例一所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統結構示意圖，如圖2所示，為了實現gps三角測量定位以準確測量扣塔塔架點位，超聲波發射單元1可以設置一個，相應超聲波接收單元2對應超聲波發射單元1設置三個。
33.具體的，超聲波監測模塊可以採用高精度的用於測量發射裝置與接收裝置距離的傳感器，輸出採用標準工業電器接口4～20ma，產品可採用最新的mems傳感生產工藝生產，對溫度誤差和非線性誤差做出了精確的補償和修正，準確度高，可測誤差0.1mm，體積小安裝方便、承受衝擊震動能力佳，產品內置抗射頻，採用抗電磁幹擾電路。傳感器也可以採用高端應用級別mcu、三防pcb板、高溫磨砂金屬外殼具有防風防雨等各種措施來提高產品的工業級別。具體可選擇，輸出信號抗幹擾性強，並能通過無線連接傳輸距離可達2000米的現有設備。
34.o點位塔架初始狀態，當塔架發生偏移狀態a或b角度後，超聲波發射單元1到j1、j2以及j3三個超聲波接收單元2之間的距離通過監測中心將數據傳輸到控制系統，控制子系統根據計算推導出超聲波發射單元1的空間坐標。此時，將超聲波發射單元1的實時空間坐標與原實坐標對比，計算塔架點位偏移值，當偏移值超過設定的最大值後，控制子系統4自動報警。示例性的，控制子系統4可以安裝於遠程電腦端，根據採集的數據進行運算，將計算出的點位實時顯示在屏幕中。
35.在實際應用過程中，上述偏移監測子系統進行定位的數學模型依據gps三角測量定位原理。設置一個超聲波發射器編號為f0，其待測坐標為(x,y,z)。設置三個超聲波接收器編號為ji(i＝1,2,3)，其對應已知坐標為(xi,yi,zi)，其與超聲波發射器發出信號的時間差值為ti，超聲波的傳播速度為v，則有：
[0036][0037]
[0038][0039]
根據上述方程即可求出超聲波發射器位置坐標f0＝(x,y,z)。
[0040]
優選地，上述超聲波發射器可以安裝在扣塔外側立柱上。超聲波接收器編號後安放在扣塔周圍的三個固定點位上，用gps和全站儀測出其空間坐標，並將坐標值錄入控制子系統4。
[0041]
在實際應用過程中，本領域技術人員也可以根據實際需要在扣塔塔架上由下到上安裝多組超聲波發射單元1，如圖3所示，並進行編號，如f1,f2,f3。控制子系統根據發射頻率通過偏移監測子系統依次控制超聲波發射單元1發射超聲波，超聲波接收單元2通過偏移監測子系統將數據返回控制子系統，從而計算出扣塔塔架整體的實時變形，並將變形圖自動繪製，利用控制子系統進行計算變形和繪圖均可以採用現有技術，在這裡不再贅述。
[0042]
具體的工作原理為，先將超聲波發射單元1進行編號f1、f2、f3,安裝在塔架需要測量位移的點位，然後將超聲波接收單元2進行編號j1、j2、j3，並在塔架周圍進行固定，用gps測量其準確位置，將位置信息輸入控制子系統。超聲波發射單元1和超聲波接收單元2通過無線連接的方式，接收指令，並實時將採集的數據傳輸到控制子系統，控制子系統在拱橋施工過程，可以實時監測超聲數據。
[0043]
在實際應用過程中，控制子系統也可接收來自中控器的距離數據並對扣塔擬監測點位進行坐標計算，當扣塔偏移距離大於偏移閾值時，將調整信號發送至調整子系統。
[0044]
可選的，如圖2所示，調整子系統包括群錨張拉器3、以及用於驅動群錨張拉器動作的驅動器7。示例性的，群錨張拉器3包括張拉千斤頂、以及張拉千斤頂上設置的預緊千斤頂，所述驅動器7採用為張拉千斤頂和預緊千斤頂供油的驅動泵站，需要說明的是，驅動泵站可適用於多臺張拉千斤頂和預緊千斤頂供油進行供油，各個千斤頂的油路也可以通過連通器連接，以實現各個千斤頂驅動的每根扣索張拉力相同。此外，調整子系統還可以包括用於控制驅動泵站的plc控制器，plc控制器通過與控制子系統連接以接收指令，並實現對驅動泵站的控制，從而實現驅動張拉千斤頂、以及張拉千斤頂進行動作，實現對扣鎖的調整。
[0045]
圖4為本發明實施例一所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統中群錨張拉器的結構示意圖，如圖4所示，群錨張拉器包括張拉千斤頂6和預緊千斤頂5，其中預緊千斤頂5油缸採用蜂窩式結構設計，在一圓柱體上按照規定的空間排布，精密加工出多個小油缸，小油缸的進油腔、回油腔分別連通，並與多個活塞、密封板、堵頭等形成單孔工具錨，從而實現同時張拉多根扣索的功能。示例性的，張拉千斤頂6固定端固定有安裝架8，預緊千斤頂5的固定端可通過螺栓安裝固定在安裝架8上，扣索穿過預緊千斤頂5油缸後安裝在張拉千斤頂6上，以實現扣鎖在群錨張拉器上的安裝。本領域技術人員也可以根據需要選擇其他合適的群錨張拉器、以及扣鎖的安裝方式實現對扣索的張拉，在這裡不再贅述。
[0046]
在實際應用過程中，群錨張拉器張拉過程分為兩個階段，第一階段為預緊階段，plc控制器根據預緊力設定值發出指令，預緊千斤頂6油路打開，單孔工具錨小油缸的進油腔、回油腔分別連通，以使進油腔和回油腔壓力相同，從而達到使所有扣索預緊力相同，此時防松錨壓緊固定。第二階段為張拉階段，plc控制器根據張拉力設定值發出指令，張拉千斤頂6油路打開，控制整體扣索張拉直至達到最終張拉力設計值。
[0047]
在實際使用過程中，控制子系統也可根據設定的位移允許值，通過監測系統向調
整子系統發出指令，調整子系統將驅動泵站內的油泵打開，控制張拉千斤頂6對扣鎖進行張拉作業。此時，塔架偏移得到調整，位置數據再次傳回控制系統。控制系統依據實時偏移量與輸入的位移允許值進行判斷，當實時偏移量滿足位移允許值要求時，通過控制子系統向調整子系統發出指令，調整子系統將驅動泵站內的油泵關閉，調整完畢。此外，plc控制器也可以用於指令驅動泵站內的單臺或多臺油泵同步工作，以實現一個驅動泵站控制多臺群錨張拉器進行張拉動作。
[0048]
本實施例提供了一種扣塔偏移動態監測及調整系統，通過偏移監測子系統的超聲波監測模塊，根據gps三角測量定位原理，實現了對扣塔塔架點位偏移的準確測量。同時，通過控制子系統接收偏移監測子系統反饋的偏移監測信號，並根據偏移監測子系統反饋的偏移監測信號控制調整子系統調整扣塔扣鎖的張拉，實現了對扣塔塔架點位偏移的實時調整，調整效率高，有利於提高扣塔塔架施工過程中的安全性。
[0049]
實施例二
[0050]
圖5為本發明實施例二所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統框圖，本實施例在上述實施例基礎上進行優化，包含上述實施例的全部結構和效果。如圖5所示，所述偏移監測子系統還包括雷射測距模塊和/或碳纖維拉線位移測距模塊。
[0051]
示例性的，偏移監測子系統採用超聲波監測模塊、雷射測距模塊以及碳纖維拉線位移測距模塊三者相結合，實現對扣塔塔架偏移的準確測量。
[0052]
圖6為本發明實施例二所述一種扣塔偏移動態監測及調整系統中偏移監測子系統結構示意圖，如圖6所示，雷射測距模塊包括雷射器14和反射板16，所述反射板16對應扣塔需要測量位移的位置設置，所述雷射器14設置在扣塔四周對應反射板16的位置。而碳纖維拉線位移測距模塊包括櫃體10和碳纖維拉繩9，所述碳纖維拉繩9伸入櫃體10的一端設有配重塊13，另一端與扣塔需要測量位移的位置連接，所述櫃體10上對應配重塊13的位置設有用於測量配重塊位移的測量傳感器15。本領域技術人員可以根據實際需要選擇設置雷射測距模塊和/或碳纖維拉線位移測距模塊。
[0053]
示例性的，櫃體10上設有與碳纖維拉繩9配合的滾輪11，滾輪11通過裝配架轉動安裝在櫃體10上方。其中，裝配架固定在櫃體10上，滾輪11可以通過轉軸或軸承座轉動安裝在裝配架上，本領域技術人員也可以採用其他方式安裝滾輪，在這裡不再贅述。通過在櫃體10上設置滾輪11，可以避免碳纖維拉繩9與櫃體10發生摩擦，有利於提高檢測精度，同時提高碳纖維拉繩9的使用壽命。
[0054]
此外，雷射器14可通過螺釘安裝固定在櫃體10上，櫃體10內則設有用於容納配重塊13的容納空腔12，櫃體10上對應滾輪11的位置設有便於碳纖維拉繩9穿過的通孔，該通孔與容納空腔12連通。
[0055]
在實際應用過程中，雷射器14可以發送雷射脈衝，並接收安裝於扣塔上的反射板16反射回來的脈衝信號實時監測扣塔結構形變產生相對位移進行測距。而扣塔結構形變還可以通過碳纖維拉線9反饋到配重塊13上並使其上下運動，測量傳感器15實時檢測配重塊13產生的相對位移，其值和基準數值之差即為扣塔偏位距離，數值的正負代表扣塔的偏位方向。通過採用多種測量手段對扣塔偏移進行監測，有利於消除單一測量手段可能產生的誤差，有利於實現對扣塔偏移的準確測量，從而有利於提高後續調整子系統對扣塔的糾偏調整精度。
[0056]
可選的，測量傳感器15可以採用超聲波位移傳感器或雷射測距儀，測量傳感器15可以安裝在櫃體10內對應配重塊13上方的位置，用於檢測配重塊13的位移。當扣塔塔架發生偏移時，扣塔塔架會拉動碳纖維拉繩9，進而帶動配重塊13上升或下降，此時測量傳感器15即可通過測量配重塊的移動量，得到相關數據，便於後續控制子系統計算扣塔塔架的實際偏移量，並控制調整子系統進行調整。
[0057]
在實際應用過程中，測量傳感器15可以採用精度為0.1mm的超聲波位移傳感器。控制子系統可通過相關收發中控器接收測量傳感器15、雷射器14以及超聲波接收器的測量數據，並結合這些數據對扣塔擬監測點位進行坐標計算，得到扣塔擬監測點位的偏移量數據，當扣塔偏移距離大於偏移閾值時，將調整信號發送至調整子系統，實時調整扣索，進而實現對扣塔偏移的糾偏。
[0058]
此外，控制子系統還可以通過監控子系統實時接收扣索的索力值，根據設定的索力允許值通過相應收發中控器向驅動泵站發送指令。當實時索力值不滿足允許值索力時，通過控制子系統向調整子系統發出指令，調整子系統將驅動泵站的油泵關閉，索力調整完畢。
[0059]
具體的，驅動泵站通過相應收發中控器接收來自控制子系統的指令，根據指令控制驅動泵站內的油泵開啟，進而調整預緊千斤頂和張拉千斤頂對扣索進行張拉，直至修正扣塔偏移。此時，超聲波監測模塊通過相應收發中控器將測量數據發送給控制子系統，控制子系統將實際位移值與設定位置值進行比對，滿足要求時，向調整子系統發送指令，控制驅動泵站內的油泵關閉，預緊千斤頂和張拉千斤頂停止對扣索的張拉，扣塔糾偏完畢。
[0060]
其中，調整子系統中的plc控制器可以根據預緊力設定值和最終張拉力設計值，發出對應指令，控制預緊千斤頂和張拉千斤頂油路打開，直至扣索張拉力首先達到預緊力設定值，繼續供油然後達到最終張拉力設計值即可。如果預緊千斤頂和張拉千斤頂油路張拉一個行程後，如壓力或尾翼沒有達到設定值，則自動回城進行下一個行程的張拉，直到扣塔糾偏到位即可。
[0061]
本實施例所述的系統可以自動監測扣塔位移，並對扣索索力自動調整，從而實時對扣塔變形進行修正，為拱橋施工提供安全保障。通過超聲波監測模塊、雷射測距模塊、以及碳纖維拉線位移測距模塊實時採集數據，控制子系統可以根據採集的數據實時控制調整子系統調整扣索，實現對扣塔的糾偏。當扣塔變形超過設定閾值，控制子系統就會及時發出指令，調整子系統接收到指令後，plc控制器控制油泵開啟，群錨張拉器開始工作。扣塔各點變形恢復安全區域內，控制系統發送指令，調整子系統接收到指令後，plc控制器控制油泵關閉，張拉調整工作結束。
[0062]
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。