CN103306488B - 预应力筋张拉回缩量自动控制的张拉机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力筋张拉回缩量自动控制的张拉机，包括高压柱塞液压泵、液压千斤顶，其特征在于：高压柱塞液压泵的张拉油缸截止阀转轴、回程油缸截止阀转轴、张拉油缸节流阀转轴和回程油缸节流阀转轴分别通过联轴器与张拉油缸截止阀步进电机、回程油缸截止阀步进电机、张拉油缸节流阀步进电机和回程油缸节流阀步进电机对应相连；张拉油缸截止阀步进电机、回程油缸截止阀步进电机、张拉油缸节流阀步进电机和回程油缸节流阀步进电机分别由张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器和回程油缸节流阀步进电机驱动器驱动；液压千斤顶外侧设有位移传感机构。本发明可自动采集预应力筋回缩量数据。

Description

预应力筋张拉回缩量自动控制的张拉机

技术领域

本发明涉及一种建筑工程工具，特别是一种张拉机。

背景技术

为满足GB50666-2011《混凝土结构工程施工规范》6.4.11中对预应力筋张拉的回缩量严格控制的质量要求，当前预应力工程施工通常采用人工测量千斤顶油缸行程，手工记录并加以判断的方式来完成，锚固阶段张拉端预应力筋的回缩量指预应力筋锚固过程中，由于锚具零件之间和锚具与预应力筋之间的相对移动和局部塑性变形造成的回缩值。传统的预应力筋回缩量测量方法：1、初始张拉（达到张拉控制力的10%）时，记录一次千斤顶油缸行程，即δ1；2、按要求张拉到额定拉力，测量一次千斤顶油缸行程，即δ2；3、预应力筋锚固后，千斤顶松张，当油压刚回到0时（千斤顶范围的预应力筋的受力全部转移到锚具上），再测量一次千斤顶油缸行程，即δ3。δ2－δ3即为预应力筋的回缩量。预应力筋的回缩量超标，将会减少建立在混凝土结构上的有效预压应力，结构相应的抗裂性能和强度也会达不到设计要求，属于不合格预应力筋张拉质量，可能会造成严重的质量事故。因此控制好预应力筋的回缩量不仅是满足规范的要求，同时也是确保混凝土结构质量的需要。

现行的预应力筋回缩量测量方法存在以下弊端：

（1）手工测量千斤顶行程或预应力筋位移需要操作人员靠近千斤顶才能完成，而千斤顶在张拉过程中要向预应力筋施加50~500T的张拉力，如果发生锚具失效、预应力筋断裂等突发事件，会对操作人员安全产生严重威胁；

（2）国标的回缩量限值小的只有1mm，而精度最高的钢板尺最小刻度为0.5mm，并且操作时障碍较多，人工测量千斤顶行程或预应力筋位置的精度不高；

（3）人工测量的值需要经过眼睛读数，手工记录等人工过程，容易发生错误并且不能检查；

（4）当发生预应力筋回缩量超标时，是否重新操作以及当时是否能发现，完全依赖于人，并且事后无法追朔。

发明内容

本发明提供了一种预应力筋张拉回缩量自动控制的张拉机，能自动采集计算预应力筋的回缩量，并在预应力筋回缩量超过设定值时，锁定、终止张拉过程且发出警报和文字提示。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种预应力筋张拉回缩量自动控制的张拉机，包括高压柱塞液压泵、液压千斤顶、高压连接油管和压力传感器，其特征在于：

所述高压柱塞液压泵的张拉油缸截止阀转轴、回程油缸截止阀转轴、张拉油缸节流阀转轴和回程油缸节流阀转轴分别通过联轴器与张拉油缸截止阀步进电机、回程油缸截止阀步进电机、张拉油缸节流阀步进电机和回程油缸节流阀步进电机一一对应相连；

所述张拉油缸截止阀步进电机、回程油缸截止阀步进电机、张拉油缸节流阀步进电机和回程油缸节流阀步进电机分别由张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器和回程油缸节流阀步进电机驱动器驱动；

所述液压千斤顶外侧设有位移传感机构；

所述张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器、回程油缸节流阀步进电机驱动器、压力传感器和位移传感机构均与可编程逻辑控制器PLC连接。

所述位移传感机构包括位移传感器和位移传感器推拉杆；其中：所述位移传感器设在液压千斤顶中部的外侧；所述位移传感器的前端与位移传感器推拉杆连接；所述位移传感器推拉杆的前端设有位移传感器推拉杆卡嘴，嵌入液压千斤顶油缸前段的环形定位槽内。

以上结构的预应力筋张拉回缩量自动控制的张拉机，在自动张拉系统中引入了位移传感器，将手工张拉、测量改为自动张拉、测量；可编程逻辑控制器PLC可对位移传感器采集的位移数据、压力传感器采集的压力值数据进行记录，当对预应力筋回缩量超过设定值时，锁定、终止张拉过程并发出警报和文字提示。本发明具有以下优点：

（1）测量精度高；

（2）可靠地保护了操作人员的，使其免受突发意外事件的威胁；

（3）所有的操作均实现了自动化，且预应力筋张拉的拉力值（油压值）、伸长值、回缩量、张拉时间都在可编程逻辑控制器PLC内的记忆卡中保存，避免人为错误，还可以事后回查，备份；

（4）当预应力筋回缩量超标后，系统将锁定，只有被授权的管理员输入密码后，系统才能继续工作。此项功能既防止了操作工可能出现的随意操作，如不理会已经发生的预应力筋回缩量超标情况，也为管理员掌握一线情况提供帮助。

附图说明

     图1是高压柱塞液压泵中步进电机与油缸截止阀、节流阀的连接示意图；

图2是高压柱塞液压泵、液压千斤顶和位移传感机构连接的结构示意图；

图3是步进电机、步进电机驱动器、压力传感器、位移传感器与可编程逻辑控制器PLC的控制系统原理图；

图4是预应力筋张拉过程位移-拉力示意图；

     图中，张拉油缸截止阀步进电机1，回程油缸截止阀步进电机2，联轴器3，回程油缸截止阀转轴4，回程油缸截止阀5，高压柱塞液压泵6，回程油缸节流阀7，回程油缸节流阀转轴8，回程油缸节流阀步进电机9，张拉油缸节流阀步进电机10，张拉油缸节流阀转轴11，张拉油缸节流阀12，张拉油缸截止阀13，张拉油缸截止阀转轴14，张拉油缸出油嘴15，回程油缸出油嘴16，张拉油路高压油管17，回程油路高压油管18，位移传感器19，位移传感器推拉杆20，位移传感器推拉杆卡嘴21，环形定位槽22，千斤顶油缸23，千斤顶回程缸进油嘴24，千斤顶张拉缸进油嘴25，液压千斤顶26，张拉阶段27，锚固起点28，锚固阶段29，锚固终点30。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

本发明通过在原高压柱塞液压泵7（型号ZB4-500）上增加步进电机，并配合PLC和步进电机驱动器实现自动张拉机的自动张拉过程，实现对预应力筋的自动张拉，图1所示，是步进电机与油缸截止阀、节流阀的连接示意图，将原高压柱塞液压泵6上的手动截止阀和节流阀手轮拆除，增加步进电机，将拆除手轮后的回程油缸截止阀转轴4和回程油缸截止阀步进电机5通过联轴器3连接，张拉油缸截止阀转轴14和张拉油缸截止阀步进电机1、张拉油缸节流阀转轴11和张拉油缸节流阀步进电机10，以及回程油缸节流阀转轴8和回程油缸节流阀步进电机9之间也以同样的方式通过联轴器3相连。如此一来，张拉油缸截止阀步进电机1、回程油缸截止阀步进电机5、张拉油缸节流阀步进电机10和回程油缸节流阀步进电机9可分别实现对张拉油缸截止阀13、回程油缸截止阀5、张拉油缸节流阀12和回程油缸节流阀7的控制。

张拉油缸截止阀步进电机1、回程油缸截止阀步进电机5、张拉油缸节流阀步进电机10和回程油缸节流阀步进电机9分别由张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器和回程油缸节流阀步进电机驱动器驱动；张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器和回程油缸节流阀步进电机驱动器驱动由可编程逻辑控制器PLC控制。

可编程逻辑控制器PLC与文本显示器相连，在可编程逻辑控制器PLC中预先编制自动张拉程序，以预应力混凝土电杆的张拉过程为例，PLC上的自动档按顺序依次分为“自动张拉－松张－自动回程”三道工序步骤，并在屏幕上有相应的提示语。在自动张拉待机时，按确认键选择杆型，系统进入以下工作程序：

（1）预应力筋自动张拉

按下可编程逻辑控制器PLC面板上的自动张拉按钮，系统进行第一道工序“预应力筋自动张拉”，关闭向千斤顶张拉油缸供油回路的张拉油缸截止阀13，开始执行供油张拉程序。当到达张拉设定值时，系统自动停止，千斤顶油缸23停止动作，液压千斤顶26处于持荷状态，此时可以上好锁紧螺母，实施锚固措施。

（2）预应力筋松张

按下可编程逻辑控制器PLC面板上的自动张拉按钮，系统进行第二道工序“预应力筋松张”。打开向千斤顶张拉油缸供油回路的张拉油缸截止阀13，液压千斤顶26内部的高压油可以经油泵回流油箱，千斤顶油缸23松动并回缩，此时千斤顶处于卸荷状态，预应力筋也随千斤顶油缸23回缩，当回缩值小于回缩设定值时，张拉回缩量符合要求，否则就会出现回缩超标报警。当出现回缩超标报警时，需要管理员输入密码解锁并按照屏幕提示进行操作，才能使系统恢复正常工作状态，遇上报警状况这不能继续下一道工序，需要重新开始第一道工序自动张拉。

（3）自动回程

若回缩值符合要求，按下可编程逻辑控制器PLC面板上的自动张拉按钮，系统进行第三道工序“自动回程”， 关闭向千斤顶回程油缸供油回路的回程油缸截止阀5，回程油缸被注入高压油压液。千斤顶油缸进一步回，当油缸回缩到30mm时，系统会自动停止，过一段时间，千斤顶回程油缸供油回路的回程油缸节流阀7再次关闭，此时，完成了一整套自动张拉过程。系统等待下一轮的操作。

本发明的高油压自动张拉机除了高压柱塞液压泵7和可编程逻辑控制器PLC，还包括液压千斤顶26、高压连接油管、压力传感器和位移传感机构，其中：高压柱塞液压泵、液压千斤顶、高压连接油管和压力传感器仍按传统的方式进行连接，高压柱塞液压泵6的张拉油缸出油嘴15、回程油缸出油嘴16分别通过张拉油路高压油管17、回程油路高压油管18与液压千斤顶的张拉油缸出油嘴15、回程油缸出油嘴16相连，压力传感器连接在封闭的高压油路中。

在液压千斤顶26的外侧设有采集预应力筋回缩量的位移传感机构，位移传感机构包括位移传感器19和位移传感器推拉杆20；其中：位移传感器19设在液压千斤顶26中部的外侧；所述位移传感器19的前端与位移传感器推拉杆20连接；位移传感器推拉杆20的前端设有位移传感器推拉杆卡嘴21，嵌入液压千斤顶油缸23前段的环形定位槽22内。位移传感机构与可编程逻辑控制器PLC相连。千斤顶油缸23在高油压的推动下产生位移，将带动位移传感器推拉杆卡嘴21移动，位移传感器推拉杆卡嘴21是位移传感器推拉杆20的一部分，位移传感器推拉杆20在随被测物移动过程中，会产生0~5V的电压，电压的高低与位移传感器19的位移量成正比，这样就组成了一个可以准确反应千斤顶油缸位移（位置）并能输出模拟量信号的位移传感机构，可编程逻辑控制器PLC的模拟量输入模块将接收到的电压转换成可编程逻辑控制器PLC能够处理的数字信号，并计算出预应力筋的回缩量，这样就建立了位移传感器与可编程逻辑控制器PLC的联系。

结合图3所示，是步进电机驱动器、压力传感器、位移传感器与可编程逻辑控制器PLC的控制系统原理图， PLC的输入端连接有文本显示器TD400进行人、机信息交换，操作人员从TD400文本显示器上选定需要完成张拉工序的规格，PLC则按照预先编制的程序，指令步进电机驱动器1、步进电机驱动器2、步进电机驱动器3和步进电机驱动器4按照设定的程序开始工作，步进电机驱动器1、步进电机驱动器2、步进电机驱动器3和步进电机驱动器4分别表示张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器和回程油缸节流阀步进电机驱动器。张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器和回程油缸节流阀步进电机驱动器再分别控制张拉油缸截止阀步进电机、回程油缸截止阀步进电机、拉油缸节流阀步进电机和回程油缸节流阀步进电机进行相应的动作。在此过程中，压力传感器将液压系统的油压数据传至PLC中，使PLC根据所获得的油压数据对步进电机驱动器进行控制。在自动张拉过程中，位移传感器将采集到的千斤顶油缸23的位移量传输至PLC中，完成千斤顶松张的过程后，PLC根据预先设定的程序计算出预应力筋的回缩量，拿这个测得的预应力筋回缩量与允许的限值比较，若≤1mm，可编程逻辑控制器PLC则指令程序按正常运行，否则要中断程序，停止系统工作，如此即可实现对预应力张拉回缩量的自动控制功能。

结合图4所示，是预应力筋张拉过程的位移-拉力示意图，测量预应力筋的回缩量的详细过程如下：第一阶段是预应力筋的自动张拉阶段27，即上述自动张拉工作程序的步骤（1）对应的阶段；当张拉到额定拉力，张拉到位，千斤顶油缸23的位移量为δ2，是锚固的起点28；然后千斤顶松张，进入锚固阶段29，即上述自动张拉工作程序的步骤（2）对应的阶段；当千斤顶油压为0（预应力筋的受力全部转移到锚具）时，到达锚固终点30，千斤顶油缸23的位移量δ3。因此，千斤顶张拉到位和油压为0是测量预应力筋回缩量的关键特征值。在这个特征值出现时，根据PLC编制的程序要采集相应的千斤顶油缸23位移量，再将这两个数值运行减法，得出的值就是预应力筋回缩量。

Claims (2)

1.一种预应力筋张拉回缩量自动控制的张拉机，包括高压柱塞液压泵、液压千斤顶、高压连接油管和压力传感器，其特征在于：

所述高压柱塞液压泵（6）的张拉油缸截止阀转轴（14）、回程油缸截止阀转轴（4）、张拉油缸节流阀转轴（11）和回程油缸节流阀转轴（8）分别通过联轴器（3）与张拉油缸截止阀步进电机（1）、回程油缸截止阀步进电机（5）、张拉油缸节流阀步进电机（10）和回程油缸节流阀步进电机（9）一一对应相连；

所述张拉油缸截止阀步进电机（1）、回程油缸截止阀步进电机（5）、张拉油缸节流阀步进电机（10）和回程油缸节流阀步进电机（9）分别由张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器和回程油缸节流阀步进电机驱动器驱动；

所述液压千斤顶（26）外侧设有位移传感机构；

所述张拉油缸截止阀步进电机驱动器、回程油缸截止阀步进电机驱动器、拉油缸节流阀步进电机驱动器、回程油缸节流阀步进电机驱动器、压力传感器和位移传感机构均与可编程逻辑控制器PLC连接；

所述位移传感机构包括位移传感器（19）和位移传感器推拉杆（20）；其中：所述位移传感器（19）设在液压千斤顶（26）中部的外侧；所述位移传感器（19）的前端与位移传感器推拉杆（20）连接；所述位移传感器推拉杆（20）的前端设有位移传感器推拉杆卡嘴（21），嵌入液压千斤顶油缸（23）前段的环形定位槽（22）内；

所述千斤顶油缸（23）在高油压的推动下产生位移，将带动位移传感器推拉杆卡嘴（21）移动，位移传感器推拉杆（20）在随被测物移动过程中，会产生0~5V的电压，电压的高低与位移传感器（19）的位移量成正比，从而组成了一个可以准确反应千斤顶油缸位移并能输出模拟量信号的位移传感机构，可编程逻辑控制器PLC的模拟量输入模块将接收到的电压转换成可编程逻辑控制器PLC能够处理的数字信号，并计算出预应力筋的回缩量。

2.如权利要求1所述的一种预应力筋张拉回缩量自动控制的张拉机，其特征在于：

可编程逻辑控制器PLC实现预应力筋张拉回缩量自动控制的方法为：对将可编程逻辑控制器PLC计算出的预应力筋回缩量与允许的限值比较，若≤1mm，可编程逻辑控制器PLC则指令程序按正常运行，否则要中断程序，停止系统工作。