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

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(dòng)千斤頂進(jìn)行張拉，人工測(cè)讀油壓表、千斤頂伸長(zhǎng)值進(jìn)行雙控的傳統(tǒng)施工工藝，施工過(guò)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(jiàn)問(wèn)題：（1）張拉工藝精度控制不準(zhǔn)確，張拉力控制誤差過(guò)大；（2）人工協(xié)調(diào)，不準(zhǔn)確，不及時(shí)，同步精度低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步張拉；（3）張拉過(guò)程需要至少6人同時(shí)作業(yè)，效率低；（4）人為控制持荷時(shí)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(bào)表人工整理、填寫(xiě)，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(dòng)張拉設(shè)備。公路智能張拉設(shè)備對(duì)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(duì)照表，換算出張拉力力值。

國(guó)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(chǎng)上，隨著B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用，智能化施工和管理成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，2017年中國(guó)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(dòng)張拉系統(tǒng)》，要求張拉千斤頂配置高精度的稱重測(cè)力傳感器，張拉力是測(cè)力傳感器直接測(cè)量得出的，無(wú)需換算，但是對(duì)測(cè)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(jià)格也比較高。

目前無(wú)論人工手動(dòng)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(duì)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(zhǎng)量控制精度。7.6.3第3款規(guī)定實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)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(cè)力傳感器和測(cè)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(cè)活塞伸出量裝置、測(cè)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(guò)程的實(shí)時(shí)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(shí)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(dòng)體”；（2）活塞及其密封件組成的“運(yùn)動(dòng)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(lái)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(cè)活塞伸縮位移量裝置

如圖3所示，測(cè)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(zhǎng)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(cè)活塞伸縮位移量裝置構(gòu)造圖

測(cè)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(guò)螺釘III14線纜盒15連接起來(lái)，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(lái)，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(dòng)，測(cè)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(duì)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(guò)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(guò)定位采用2個(gè)萬(wàn)向球3將面接觸變?yōu)?點(diǎn)接觸，提高測(cè)量精度，在張拉過(guò)程中活塞被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連接板4與連接墊環(huán)1凹槽進(jìn)行相對(duì)的滾動(dòng)，有效防止卡死現(xiàn)象。

2.1.3 測(cè)力傳感器

根據(jù)YCWC千斤頂噸位來(lái)匹配，要求測(cè)力傳感器的額定載荷不應(yīng)小于最大張拉力的1.2倍，測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(jì)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(kāi)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(duì)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(jì)10通過(guò)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(gè)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(guò)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(cè)力傳感器的外圓與梁的邊緣不發(fā)生干涉，同時(shí)兼做延長(zhǎng)筒。

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

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

帶測(cè)力傳感器和測(cè)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(chǎng)項(xiàng)目，中鐵上海工程局青島平度制梁場(chǎng)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(chǎng)等十幾個(gè)項(xiàng)目上進(jìn)行應(yīng)用，2019年通過(guò)中國(guó)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(guó)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(dòng)張拉系統(tǒng)》的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

帶測(cè)力傳感器和測(cè)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(dòng)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(cè)活塞伸縮位移量裝置，采用了封閉空腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效地對(duì)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(shí)活塞回縮位移量測(cè)量難題。（3）測(cè)力傳感器采用的輪輻式傳感器結(jié)構(gòu)合理、測(cè)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(cè)量精度低及一致性差的問(wèn)題。

目前，帶測(cè)力傳感器和測(cè)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(guó)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(jì)成功地、有效地保證了工程質(zhì)量。