預應力智能張拉液壓系統、預應力張拉設備及其控制方法
2023-04-26 21:15:01
預應力智能張拉液壓系統、預應力張拉設備及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種預應力智能張拉液壓系統、預應力張拉設備及其控制方法。該預應力智能張拉液壓系統包括第一溢流閥、第二溢流閥、數字閥、液控單向閥以及流量控制裝置；所述液控單向閥的閥門出口與千斤頂油缸油缸的A腔室連通，閥門進口與所述流量控制裝置連通，並且所述液控單向閥的外洩油路出口連通於所述流量控制裝置；所述數字閥設置在所述液控單向閥和所述流量控制裝置之間；所述第二溢流閥設置於所述液控單向閥的外洩油路出口和所述流量控制裝置之間；所述第一溢流閥與所述流量控制裝置連接；所述流量控制裝置與油箱連通。這種預應力智能張拉液壓系統適用性強、生產成本低。
【專利說明】 預應力智能張拉液壓系統、預應力張拉設備及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及道路、橋梁等工程施工設備【技術領域】，尤其涉及一種預應力智能張拉液壓系統。此外，本發明還涉及一種包括上述預應力智能張拉液壓系統的預應力張拉設備和所述預應力張拉設備的控制方法。
【背景技術】
[0002]在橋梁張拉施工過程中通常採用智能張拉系統實時地採集千斤頂油缸的壓力和位移，並且反饋至數據處理單元，數據處理單元以此計算出預應力筋的伸長量，以便實時地校核預應力筋的伸長量誤差是否控制在《公路橋涵施工技術規範》的7.6.3規定的「其偏差應控制在±6% 」的範圍內。但是在進行對稱張拉時同步調節各千斤頂油缸之間的壓力和位移較為複雜，由於《公路橋涵施工技術規範》的7.12.2規定「各千斤頂油缸之間同步張拉力的允許誤差宜為±2%」。同步調節的複雜性主要表現為採用一個被控對象調節兩個系統變量，例如通過變頻器控制電機轉速來調節千斤頂油缸的壓力和位移，這樣的算法比較複雜、適用性差。此外，智能張拉系統的變頻器處於工作狀態時偶爾會引起張拉設備或梁場的漏電保護器跳閘。上述問題的存在使得智能張拉系統的生產成本增加。因此，急需一種適用性強、生產成本低的預應力智能張拉液壓系統，以解決現有技術中存在的上述問題。
【發明內容】
[0003]針對上述的問題，本發明提出了一種預應力智能張拉液壓系統，這種預應力智能張拉液壓系統適用性強、生產成本低。本發明還提出了一種預應力張拉設備和所述預應力張拉設備的控制方法。
[0004]根據本發明的第一方面提出的預應力智能張拉液壓系統，其包括包括第一溢流閥、第二溢流閥、數字閥、液控單向閥以及流量控制裝置；所述液控單向閥的閥門出口與千斤頂油缸油缸的A腔室連通，閥門進口與所述流量控制裝置連通，並且所述液控單向閥的外洩油路出口連通於所述流量控制裝置；所述數字閥設置在所述液控單向閥和所述流量控制裝置之間；所述第二溢流閥設置於所述液控單向閥的外洩油路出口和所述流量控制裝置之間；所述第一溢流閥與所述流量控制裝置連接；所述流量控制裝置與油箱連通。
[0005]在一個實施例中，所述流量控制裝置包括第一換向閥、第二換向閥、單向閥以及定量油泵，所述定量油泵設置在油箱和所述第一換向閥之間，所述單向閥設置在所述第一換向閥的第一工作油口和所述數字閥之間，所述第二換向閥設置於所述定量油泵和所述千斤頂油缸的B腔室之間，並且所述第二換向閥的一個工作油口連通於所述單向閥和所述數字閥之間，其中所述液控單向閥的外洩油路出口連接於所述第一換向閥的第二工作油口。
[0006]在一個實施例中，所述流量控制裝置還包括壓力表，所述壓力表設置與所述第一溢流閥連接。
[0007]在一個實施例中，所述第一換向閥為三位四通換向閥，所述三位四通換向閥的A工作油口連接所述單向閥，所述三位四通換向閥的B工作油口連接於所述液控單向閥的外洩油路出口，和/或所述第二換向閥為二位四通換向閥，所述二位四通換向閥的A工作油口連通於所述單向閥和所述數字閥之間，所述二位四通換向閥的B工作油口連接於所述千斤頂油缸的B腔室。
[0008]在一個實施例中，所述數字閥由步進電機驅動，所述步進電機由PLC控制器控制。
[0009]根據本發明的第二方面提供的預應力張拉設備，其包括千斤頂油缸以及2n臺張拉設備，η至少為I ;所述千斤頂油缸包括千斤頂油缸油缸、測量千斤頂油缸油缸內部壓力的壓力傳感器以及測量千斤頂油缸油缸活塞移動位移的位移傳感器；所述張拉設備包括根據上文所述的預應力智能張拉液壓系統；所述千斤頂油缸油缸的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，所述壓力傳感器以及所述位移傳感器均通過屏蔽電纜與所述張拉設備的線路連接。
[0010]根據本發明的第三方面提供的如上文所述預應力張拉設備的控制方法，其包括以下步驟:位移同步性調節步驟:給定各個張拉設備的數字閥所對應的步進電機預先調試好的脈衝，通過各個張拉設備的千斤頂油缸所對應的位移傳感器的差值來調節相應張拉設備的步進電機位置；控制張拉速率步驟:以任何一臺設備為控制主機，以設定張拉速率為目標速率，以該張拉設備的步進電機位置為調節對象，以該張拉設備的千斤頂油缸A腔壓力的增長速度與目標速率差為反饋進行PID調節；對稱張拉步驟:其餘2η_1臺張拉設備作為控制從機，當所述控制從機與所述控制主機的力值差超過設定範圍時，啟動PID控制器控制所述控制從機的步進電機的步距。
[0011]在一個實施例中，所述第一換向閥為三位四通換向閥，位移同步性調節步驟中包括通過各千斤頂油缸的位移傳感器差來調節相應三位四通換向閥狀態，以實現各個千斤頂油缸的位移同步。
[0012]在一個實施例中，PID控制器的具體控制方式是以所述控制從機和所述控制主機中千斤頂油缸力值差為輸入，以所述控制從機的步進電機調整的步距為輸出，控制所述控制從機的步進電機驅動至指定位置，以實現所述控制從機的千斤頂油缸的力值跟隨所述控制主機的千斤頂油缸的力值。
[0013]採用本發明的預應力張拉設備的控制方法，通過步進電機的步距和/或三位四通換向閥的狀態來控制張拉時壓力和位移的同步性，準確度高、同步性調節控制的算法簡單、適用性強。
[0014]除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本發明做進一步詳細的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中:
[0016]圖1是根據本發明的一個優選實施例的預應力智能張拉液壓系統的示意圖；
[0017]圖2是根據本發明的一個優選實施例的預應力張拉設備的示意圖；
[0018]圖3是圖2所示預應力張拉設備的一個優選實施例的張拉流程圖；
[0019]圖4是根據本發明的一個優選實施例的控制方法的位移同步性調節的控制策略簡圖；
[0020]圖5是根據本發明的一個優選實施例的控制方法中的控制張拉速率和同步張拉的控制策略圖。
[0021]在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖並未按照實際的比例繪製。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合附圖對本發明做進一步說明。
[0023]如圖1所示，本發明提供的預應力智能張拉液壓系統包括第一溢流閥60、第二溢流閥50、數字閥40、液控單向閥27以及流量控制裝置20。下面將詳細地描述本發明的預應力智能張拉液壓系統及其各個部分。
[0024]如圖1和圖2所示，液控單向閥27的閥門出口與千斤頂油缸10的A腔室連通，閥門進口與流量控制裝置20連通，並且液控單向閥27的外洩油路出口連通在流量控制裝置20。千斤頂油缸10設置有壓力傳感器11和位移傳感器12以用於監測千斤頂油缸10的A腔室的壓力以及千斤頂油缸10內的活塞的位移量。
[0025]如圖1所示，數字閥40設置在液控單向閥27和流量控制裝置20之間。數字閥40由步進電機26 (參見圖2)驅動，作為優選地，步進電機26由PLC控制器控制。
[0026]第二溢流閥50設置於液控單向閥27的外洩油路出口和流量控制裝置20之間。
[0027]第一溢流閥60與流量控制裝置20連接；流量控制裝置20與油箱70連通。
[0028]在一個實施例中，如圖1所示，流量控制裝置20包括第一換向閥21、第二換向閥24、單向閥27以及定量油泵22，定量油泵22設置在油箱70和第一換向閥21之間，單向閥27設置在第一換向閥21的第一工作油口和數字閥40之間，第二換向閥24設置在定量油泵22和千斤頂油缸10的B腔室之間，並且第二換向閥24的一個工作油口連通於單向閥27和數字閥40之間，其中液控單向閥27的外洩油路出口連接於第一換向閥21的第二工作油口。作為優選地，流量控制裝置20還包括壓力表25，壓力表25與第一溢流閥60連接。
[0029]作為優選的實施例，如圖1所示第一換向閥21為三位四通換向閥，三位四通換向閥的A工作油口連接單向閥27，三位四通換向閥的B工作油口連接於液控單向閥27的外洩油路出口。進一步地，第二換向閥24為二位四通換向閥，二位四通換向閥的A工作油口連通於單向閥27和數字閥40之間，二位四通換向閥的B工作油口連接於千斤頂油缸10的B腔室。
[0030]參見圖1和圖2所示，數字閥40通過PLC控制器控制步進電機26，由此步進電機26驅動數字閥40的頂杆前後運動，而頂杆的前後運動可改變壓簧施加於數字閥40的錐閥閥芯的預緊力，從而達到調節溢流壓力的目的。
[0031]根據本發明提供的預應力張拉設備包括千斤頂以及2η臺張拉設備，η至少為I。由此可以實現對稱張拉。千斤頂包括千斤頂油缸10、測量千斤頂油缸10內部壓力的壓力傳感器11以及測量千斤頂油缸10的活塞移動位移的位移傳感器12。其中，如圖2所示，張拉設備包括根據上文所述的預應力智能張拉液壓系統。千斤頂油缸10的A腔室和B腔室均通過高壓油管與張拉設備的油路連通，壓力傳感器11以及位移傳感器12均通過屏蔽電纜與張拉設備的線路連接。
[0032]如圖2所示，在張拉設備中採用集成閥塊30安裝上述各類閥。集成閥塊30可以包含已經安裝好的第一溢流閥60和第二溢流閥50以及單向閥27。此外在集成閥塊30上安裝I個三位四通換向閥、I個二位四通換向閥、I個液控單向閥30和I個數字閥40。由此實現各類閥在張拉設備中的安裝。
[0033]參見圖1和圖3，張拉設備的工作流程(參見圖3):開始自動張拉，打開電機和三維四通換向閥，步進電機運轉至指定位置，接下來採集各個張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的壓力值和位移量，以進行接下來的壓力同步性調節控制和位移同步性調節控制。首先進行壓力同步性調節控制，判斷主機張拉設備的其它從機張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的拉力差值是否大於1.5%，如果是，啟動拉力增量式PID控制器以調節從機張拉設備的數字閥的預緊力。然後位移同步性調節控制，判斷主機張拉設備的從機張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的位移差值是否大於2mm，而小於20mm ?另外，主機張拉設備和從機張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的拉力差值不大於1.5%的情況也執行上述判位移差值的判斷步驟，如果是的話，調整三位四通換向閥的狀態，然後判斷張拉是否完成，如果是，則停止張拉，如果不是，則重新採集各個張拉設備的主機張拉設備和從機張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的壓力值和位移量，再次進入壓力值以及位移差值的判斷過程。其中如果主機張拉設備的從機張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的位移差值不大於2_，而小於20mm,則進一步判斷主機張拉設備和從機張拉設備的千斤頂油缸的A腔室的位移差值是否大於20mm?如果不是，則也執行調整從機張拉設備的三位四通換向閥狀態的步驟。而主機張拉設備和從機張拉設備的千斤頂油缸的A腔室的位移差值是大於20mm的情況下，暫停張拉，排除異常情況並修復後再次開始自動張拉。圖1所示預應力張拉系統內的各個部件的具體工作情況為:電機23帶動油泵22泵油，電機可以沒有調速裝置，第一溢流閥60保證該預應力智能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，電機23和三位四通換向閥的線圈2DT得電，其它電磁閥線圈失電，油液經過單向閥27和液控單向閥30進入千斤頂油缸10的A腔，以拉伸鋼鉸線，通過調節數字閥40的預緊力(通過其壓簧實現)達到緩慢加壓以及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23和三位四通換向閥線圈IDT得電，其它電磁閥線圈失電，油液頂開液控單向閥30，調節數字閥的預緊力達到緩慢洩壓和同步性調節的目的，且速率可調。正常張拉退油時，電機23、三位四通換向閥線圈IDT和二位四通換向閥線圈3DT得電，其它電磁閥線圈失電，油液進入千斤頂油缸10的B腔，其A腔內的油液經三位四通換向閥流回油箱70，達到快速回油的目的。
[0034]根據本發明的第三方面提供的如上文預應力張拉設備的控制方法，其包括以下步驟:位移同步性調節步驟、控制張拉速率步驟和對稱張拉步驟。
[0035]位移同步性調節步驟參見圖4:給定各個張拉設備的數字閥40所對應的步進電機26預先調試好的脈衝，通過各個張拉設備的千斤頂油缸10所對應的位移傳感器12的差值來調節相應張拉設備的步進電機26位置。即在建立壓力之前的位移同步性調節，首先啟動進油，各個位移傳感器清零後讀取各個張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的位移量，判斷最大位移量和最小位移量的差值是否大於控制精度，如果是，關小最大位移量所對應的張拉設備的數字閥的開度，減小它的進油量後再次採集各個張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的位移量，如果最大位移量和最小位移量的差值小於控制精度，則進一步判斷最大位移量和最小位移量的差值是否大於0.6倍的控制精度，如果是，則再判斷最小位移量與其它各個張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的位移量是否大於0.8倍的控制精度，如果是，則關閉三位四通換向閥，停止升頂。如果不是，則打開三位四通換向閥，啟動升頂。啟動升頂或者最大位移量和最小位移量的的差值小於0.6倍的控制精度的情況下，判斷各個張拉設備的千斤頂油缸10是否建立壓力，如果是則結束位移同步性調節，如果不是，則再次讀取各個張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的位移量，再次進行位移差的判斷。
[0036]控制張拉速率步驟，參見圖5:以任何一臺設備為控制主機，以設定張拉速率為目標速率，以該張拉設備的步進電機26位置為調節對象，以該張拉設備的千斤頂油缸10的A腔壓力的增長速度與目標速率差為反饋進行PID調節。如圖5所示，通過PLC控制器將主機張拉設備的數字閥所對應的步進電機進給至預先調試好的脈衝，並將從機張拉設備的數字閥所對應的步進電機進給至此脈衝數，實際張拉速率的控制過程中，通過位移傳感器採集主機張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的位移量，以獲取主機張拉設備的實際張拉速率。由此PID控制器可以根據該實際張拉速率和目標速率調整主機張拉設備的數字閥所對應的步進電機的脈衝數，由此實現主機張拉速率的控制。
[0037]對稱張拉步驟，參見圖5:其餘2n_l臺張拉設備作為控制從機，當控制從機與控制主機的力值差超過設定範圍時，啟動PID控制器控制控制從機的步進電機26的步距。如圖5所示，在控制主機張拉設備的張拉速率的同時，執行對稱張拉步驟，其中，主機張拉設備和從機張拉設備的千斤頂油缸10的A腔室的位移量分別通過對應的位移長安其獲得，當從機張拉設備和主機張拉設備的同步拉力利差超過1.5%時啟動PID控制器計算從機張拉設備的數字閥所對應的步進電機需要調整的步距，PID控制器計算完成後，控制從機張拉設備的數字閥所對應的步進電機驅動至指定位置；當主機張拉設備和從機張拉設備的同步拉力力差沒有超過1.5%時，結束同步張拉步驟。
[0038]在一個實施例中，第一換向閥21為三位四通換向閥，位移同步性調節步驟中包括通過各千斤頂油缸10的位移傳感器12差來調節相應三位四通換向閥狀態，以實現各個千斤頂油缸10的位移同步。
[0039]在一個實施例中，PID控制器的具體控制方式是以控制從機和控制主機中千斤頂油缸10力值差為輸入，以控制從機的步進電機2調整的步距為輸出，控制控制從機的步進電機26驅動至指定位置，以實現控制從機的千斤頂油缸10的力值跟隨控制主機的千斤頂油缸10的力值。
[0040]本發明的預應力智能張拉系統由2n臺張拉設備組成，η至少為1，η最大由採用的通訊方式決定。該系統具有時進油張拉速率、位移同步性和力同步性調節功能，同時具有洩荷力同步性調節功能；位移同步性調節精度±2mm，力同步性調節精度±2%。張拉速率調節採用PID調節，位移同步採用等同式控制策略，力同步採用主從式同步控制策略。
[0041]雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種預應力智能張拉液壓系統，其特徵在於:包括第一溢流閥、第二溢流閥、數字閥、液控單向閥以及流量控制裝置； 所述液控單向閥的閥門出口與千斤頂油缸油缸的A腔室連通，閥門進口與所述流量控制裝置連通，並且所述液控單向閥的外洩油路出口連通於所述流量控制裝置； 所述數字閥設置在所述液控單向閥和所述流量控制裝置之間； 所述第二溢流閥設置於所述液控單向閥的外洩油路出口和所述流量控制裝置之間； 所述第一溢流閥與所述流量控制裝置連接； 所述流量控制裝置與油箱連通。
2.根據權利要求1所述的預應力智能張拉液壓系統，其特徵在於，所述流量控制裝置包括第一換向閥、第二換向閥、單向閥以及定量油泵，所述定量油泵設置在油箱和所述第一換向閥之間，所述單向閥設置在所述第一換向閥的第一工作油口和所述數字閥之間，所述第二換向閥設置於所述定量油泵和所述千斤頂油缸的B腔室之間，並且所述第二換向閥的一個工作油口連通於所述單向閥和所述數字閥之間，其中所述液控單向閥的外洩油路出口連接於所述第一換向閥的第二工作油口。
3.根據權利要求2所述的預應力智能張拉液壓系統，其特徵在於，所述流量控制裝置還包括壓力表，所述壓力表設置與所述第一溢流閥連接。
4.根據權利要求2或3所述的預應力智能張拉液壓系統，其特徵在於，所述第一換向閥為三位四通換向閥，所述三位四通換向閥的A工作油口連接所述單向閥，所述三位四通換向閥的B工作油口連接於所述液控單向閥的外洩油路出口，和/或所述第二換向閥為二位四通換向閥，所述二位四通換向閥的A工作油口連通於所述單向閥和所述數字閥之間，所述二位四通換向閥的B工作油口連接於所述千斤頂油缸的B腔室。
5.根據權利要求1所述的預應力智能張拉液壓系統，其特徵在於，所述數字閥由步進電機驅動，所述步進電機由PLC控制器控制。
6.一種預應力張拉設備，其特徵在於:包括千斤頂油缸以及2n臺張拉設備，η至少為1 ; 所述千斤頂油缸包括千斤頂油缸油缸、測量千斤頂油缸油缸內部壓力的壓力傳感器以及測量千斤頂油缸油缸活塞移動位移的位移傳感器； 所述張拉設備包括根據權利要求1至5中任一項所述的預應力智能張拉液壓系統； 所述千斤頂油缸油缸的Α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，所述壓力傳感器以及所述位移傳感器均通過屏蔽電纜與所述張拉設備的線路連接。
7.—種如權利要求6所述預應力張拉設備的控制方法，其特徵在於:包括以下步驟: 位移同步性調節步驟:給定各個張拉設備的數字閥所對應的步進電機預先調試好的脈衝，通過各個張拉設備的千斤頂油缸所對應的位移傳感器差來調節相應張拉設備的步進電機位置； 控制張拉速率步驟:以任何一臺設備為控制主機，以設定張拉速率為目標速率，以該張拉設備的步進電機位置為調節對象，以該張拉設備的千斤頂油缸A腔壓力的增長速度與目標速率差為反饋進行PID調節； 對稱張拉步驟:其餘2n-l臺張拉設備作為控制從機，當所述控制從機與所述控制主機的力值差超過設定範圍時，啟動PID控制器控制所述控制從機的步進電機的步距。
8.根據權利要求7所述的預應力張拉控制方法，其特徵在於，所述第一換向閥為三位四通換向閥，位移同步性調節步驟中包括通過各千斤頂油缸的位移傳感器的差值來調節相應三位四通換向閥狀態，以實現各個千斤頂油缸的位移同步。
9.根據權利要求7或8所述的預應力張拉控制方法，其特徵在於，PID控制器的具體控制方式是以所述控制從機和所述控制主機中千斤頂油缸力值差為輸入，以所述控制從機的步進電機調整的步距為輸出，控制所述控制從機的步進電機驅動至指定位置，以實現所述控制從機的千斤頂油缸的力值跟隨所述控制主機的千斤頂油缸的力值。
【文檔編號】E01D101/28GK104314905SQ201410539290
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月14日 優先權日:2014年10月14日
【發明者】梁曉東, 王文昌, 羅勝海, 李君 , 謝吉祥 申請人:湖南聯智橋隧技術有限公司