CN108044789B - 先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于张拉装置，特别是指先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统及其应用。张拉系统中力传感器所传递的力值信号传递至中央控制装置并由其控制张拉系统中同步张拉、持荷及锁定；包括可容纳轨道板模具的支撑框架，其上部设有与其平行且由动力源驱动垂直移动的定位框架，定位框架上设有与轨道板模具适配的定位装置，定位框架外侧的张拉横梁与定位框架呈相向或相背的往复运动，张拉横梁上设有与预应力筋一端连接的张拉杆外端螺母适配的张拉装置，张拉装置与张拉横梁实现纵向直线往复运动。本发明有效解决了现有技术存在的不易满足现有标准的技术要求等技术难题，具有较好满足了现行标准要求，结构布局紧凑、易于实现自动化控制等优点。

Description

先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统及其应用

技术领域

本发明属于张拉装置，特别是指先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统及其应用。

背景技术

随着中国高速铁路建设的快速发展，轨道板的制造生产历经了CRTS-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等多种形式，目前行业中使用的是板式无砟轨道CRTSⅢ型先张法轨道板。任何规格的轨道板生产中均需经过多道工序，其中包含轨道板张拉工序。轨道板生产是以模具为主体，通过在预置钢筋笼及预应力筋的模具内腔浇注混凝土经过定型、养护后形成轨道板，养护成型后的轨道板通过脱模工序从轨道板模具中移出完成轨道板的生产过程。

目前实际生产中采用矩阵排布固定台座式生产，张拉方式采用8模具通过连接杆连接(人工手动连接张拉杆)预应力筋，形成整体的横纵双向预应力网状结构后进行整体张拉的模式，张拉力较大，模具自身无法承受其反作用力，就需要建造大量的地基混凝土基础结构来承受反作用力，同时由于采用整体张拉模式很难保证每根预应力筋的张拉力精度。由此可见先张法轨道板生产台座法生产存在如下缺陷：一是基础建设资费用大，建设周期长；二是繁琐的生产工艺方式决定其生产过程中自动化程度低；三是使用人工数量较多，劳动强度大；四是模具按一定距离矩阵排列且需形成反力结构导致土建时占有场地面积大，需要建设生产台座费用大，生产结束后土地不易复耕；五是生产基础设施使用率低，造成浪费。六是张拉精度整体能够保证，但单根预应力筋的张拉力精度无法保证一致性。

为适应当前国际间高速铁路建设的激烈竞争需要，研发更为先进、工艺自动化、工序简洁科学的CRTSⅢ型先张轨道板生产流水线势在必行。由于先张法轨道板生产中预应力施工技术是轨道板质量的核心，预应力施工质量的关键取决于张拉机构的安全和准确。张拉工序及配套设施作为其中的关键工序及配套设备不仅是设计及生产过程中的技术难点之一，同时也是本领域的重要研发方向。

中国铁路总公司印发的企业标准《高速铁路CRTSIII型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板》(Q/CR567-2017)中中3.3.4对预应力筋张拉的要求为“应采用自动张拉设备，横纵向预应力筋应采用单端单根同步张拉方式，并以单根张拉力值进行控制；张拉应均匀，加载速率不应大于4KN/S，至设计张拉力时应持荷1min，单根张拉力与设计张拉力偏差不应大于±3.0％，并锁紧”。等已对张拉机构及工艺提出了严格要求。若控制精度低，达不到轨道预应力施工的质量要求，智能化程度低，无法实现轨道板预应力施工的流水线式作业。其核心问题是需要研制出能适应智能化生产线运行的且能够完成预应力整体单根同步张拉的自动化张拉机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统及其应用，采用本发明中的张拉系统完成轨道板的张拉操作能够满足现有标准对轨道板张拉的施工要求。

本发明的整体技术构思是：

先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，中央控制装置接收张拉系统中力传感器所传递的力值信号并控制张拉系统的同步张拉、持荷及锁定；包括中部可容纳轨道板模具的支撑框架，轨道板模具上方的支撑框架上部设有与其平行且由动力源驱动垂直移动的定位框架，定位框架上设有与轨道板模具适配的定位装置，位于定位框架外侧水平导轨上的张拉横梁由张拉横梁驱动机构驱动并与定位框架呈相向或相背的往复运动，张拉横梁上设有张拉装置，张拉装置与轨道板模具中预应力筋一端连接的张拉杆外端螺母适配，张拉装置由张拉装置动力源驱动并与张拉横梁实现纵向直线往复配合。

先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统在轨道板张拉中的应用。

本发明的具体技术构思还有：

支撑框架的主要作用是为定位框架提供平稳的支撑，以保证系统的稳定，在满足承载及结构强度的前提下，可以采用多种材料及结构方式实现，优选的技术方案是，所述的支撑框架包括设于轨道板模具行进方向左右两侧的前支柱及后支柱，固定于前支柱及后支柱顶部且呈水平分布的顶支架。为保证其结构的稳定性同时便于工业化制造，更为优选的技术方案是，所述的前支柱及后支柱各两个，顶支架为矩形。

为进一步提高支撑框架的结构强度，更为优选的技术方案是，所述的前支柱与后支柱之间、前支柱及后支柱与顶支架之间连接有斜拉杆。

为满足中央控制系统或其他控制装置的容纳，优选的技术方案是，顶支架下方间隔设有平台架，平台架外侧与顶支架下表面通过连杆固定连接。

为便于保证定位框架的垂直移动的精确度，以便进行精确的张拉作业及轨道板模具的运送，同时便于实现实时自动化控制，优选的技术实现方式是，动力源选用两端分别连接于支撑框架顶部及定位框架上的升降油缸，升降油缸设有升降位移传感器，升降位移传感器与中央控制装置连接。

定位装置的主要作用是满足其与轨道板模具定位的准确性，进一步保证张拉作业的快速、准确进行，优选的技术实现方式是，定位装置为设置于定位框架底部且与轨道板模具上开设的定位孔适配的定位销。

张拉横梁的主要作用是保证其上装配的张拉装置便于与轨道板模具上的张拉杆外端螺母配合实现锁紧，因张拉杆位于轨道板模具侧模及端模外侧表面，优选的技术方案是，水平导轨选用线性滑轨，张拉横梁包括设置于定位框架6外侧且分别与轨道板模具的侧模及端模相对应的横向张拉横梁及纵向张拉横梁，张拉横梁驱动机构选用水平油缸，水平油缸的两端分别与张拉横梁及定位框架连接。

为便于与现有标准的轨道板预应力筋适配，符合标准中的施工工艺要求，同时便于张拉装置的布局，优选的技术实现手段是，所述的纵向张拉横梁包括对称设置于定位框架两侧的第一纵向张拉横梁及第二纵向张拉横梁。

为在满足现行标准对张拉施工要求的前提下，实现张拉装置与轨道板模具中张拉杆的自动化快速连接，张拉装置优选的技术实现手段是，张拉装置包括张拉千斤顶、连接器横梁、锁紧马达、连接器以及连接器横梁油缸，连接器横梁设置于张拉横梁上且由连接器横梁油缸驱动其沿张拉横梁做纵向直线往复运动，锁紧马达及张拉千斤顶分别设于张拉横梁的内外两侧，锁紧马达与张拉杆外端螺母卡装适配，连接器设于连接器横梁上且其两端分别与张拉千斤顶的动力输出端及轨道板模具的张拉杆外端螺母卡装适配。

更为优选的技术实现方式是，所述的张拉千斤顶动力输出端为端部膨出的外张拉杆。

在满足对张拉千斤顶的张拉力准确施加的前提下，为便于进行实时的自动化控制，优选的技术实现方式是，所述的张拉千斤顶上设有张拉力传感器，张拉力传感器与中央控制装置连接。

申请人需要说明的是，升降油缸、水平油缸、连接器横梁油缸的位移行程可以通过设置位移传感器的方式进行实时控制，也可通过设定油缸最大行程满足，均不脱离本发明的技术实质。

张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统在轨道板张拉中的应用，具体包括如下工艺步骤：

A、轨道板模具定位

定位框架下降，定位销插入轨道板模具上的定位孔，实现轨道板模具的定位；

B、张拉横梁合拢到位

张拉横梁在水平油缸拉动下合拢并与轨道板模具贴合定位；

C、锁紧马达旋转套住张拉杆螺母

锁紧马达顺时针慢速旋转套住轨道板模具的张拉杆外端螺母；

D、连接器连接张拉杆及外张拉杆

连接器在连接器横梁油缸及连接器横梁的带动下下移，完成与轨道板模具的张拉杆外端螺母及外张拉杆端部的连接；

E、张拉千斤顶同步张拉至设定力值并持荷

张拉千斤顶对轨道板模具中的张拉杆同步张拉至设定力值并持荷；

F、锁定张拉杆螺母

锁紧马达对轨道板模具的张拉杆外端螺母顺时针高速旋转后锁定

G、张拉千斤顶卸载

张拉千斤顶通过油路电磁阀卸除油腔载荷；

H、连接器打开

连接器在连接器横梁油缸及连接器横梁的带动下上行，完成与轨道板模具的张拉杆外端螺母及外张拉杆端部的松脱；

I、张拉横梁打开

张拉横梁在水平油缸推动下打开；

J、张拉千斤顶回顶到位

张拉千斤顶通过油路电磁阀给油回顶；

K、定位框架上升与轨道板模具分离

定位框架上升，定位销与轨道板模具上的定位孔分离。

申请人需要说明的是：

在本发明的描述中，术语“上方”、“上部”、“外端”、“左”、“右”、“前”、“后”、“下方”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明所取得的实质性特点和显著的技术进步在于：

1、采用可容纳工作轨道及轨道板模具的支撑框架作为系统的基础支撑，其结构稳定可靠，辅助其上安装且由升降油缸驱动的定位框架，有效保证了张拉装置的同步升降及开合动作，在符合现有张拉施工中同步张拉要求的前提下，机构设计合理，运行稳定可靠。

2、张拉装置采用锁紧马达与千斤顶结合的方式，同时利用连接器油缸驱动连接器，在满足标准中对施加预应力、持荷、锁定等具体施工要求的前提下，操作快捷，动作完成准确性高。

3、采用力传感器的结构设计，可以有效对所施加的预应力进行实时监控，避免超张及欠张现象的产生。

4、水平油缸及连接器横梁油缸的结构，可通过设定油缸最大行程满足位移行程准确的要求，有效简化了结构。

5、定位框架上与轨道板模具定位孔对应的定位销结构，有效保证了定位的准确性，为张拉施工的有序进行提供了结构保障。

6、纵向张拉横梁对称设置于定位框架两侧，在满足现有标准对预应力筋应采用单端单根同步张拉要求的同时，能够满足张拉千斤顶结构布局的需要。

附图说明

图1是本发明中张拉系统的主视图。

图2是本发明中张拉系统的俯视图。

图3是图1的左视图。

图4是图2附带轨道板模具后的A-A向视图。

图5是图1附带轨道板模具后的B-B向视图。

附图中的附图标记如下：

1、前支柱；2、顶支架；3、平台架；4、后支柱；5、定位销；6、定位框架；7、斜拉杆；8、横向张拉横梁；9、轨道板模具；10、水平油缸；11、水平导轨；12、第二纵向张拉横梁；13、连接器；14、连接器横梁；15、连接器横梁油缸；16、张拉力传感器；17、张拉千斤顶；18、外张拉杆；19、锁紧马达；20、第一纵向张拉横梁；21、升降油缸；22、升降位移传感器；23、横向张拉杆；24、纵向张拉杆。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

本实施例的整体构思如图示，其中先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，中央控制装置接收张拉系统中力传感器所传递的力值信号并控制张拉系统的同步张拉、持荷及锁定；包括中部可容纳轨道板模具9的支撑框架，轨道板模具9上方的支撑框架上部设有与其平行且由动力源驱动垂直移动的定位框架6，定位框架6上设有与轨道板模具9适配的定位装置，位于定位框架6外侧水平导轨11上的张拉横梁由张拉横梁驱动机构驱动并与定位框架6呈相向或相背的往复运动，张拉横梁上设有与轨道板模具9中预应力筋一端连接的张拉杆外端螺母适配的张拉装置，张拉杆包括横向张拉杆23及纵向张拉杆24，张拉装置由张拉装置动力源驱动并与张拉横梁实现纵向直线往复配合。动力源选用两端分别连接于支撑框架顶部及定位框架6上的升降油缸21，升降油缸21设有升降位移传感器22，升降位移传感器22与中央控制装置连接。支撑框架包括设于轨道板模具9行进方向左右两侧的前支柱1及后支柱4，固定于前支柱1及后支柱4顶部且呈水平分布的顶支架2，所述的前支柱1及后支柱4各两个，顶支架2为矩形。

所述的前支柱1与后支柱4之间、前支柱1及后支柱4与顶支架2之间连接有斜拉杆7。

顶支架2下方间隔设有平台架3，平台架3外侧与顶支架2下表面通过连杆固定连接。

定位装置为设置于定位框架6底部且与轨道板模具9上开设的定位孔适配的定位销5。定位销5共四个，分布于定位框架的四个顶角处。

水平导轨11选用线性滑轨，张拉横梁包括设置于定位框架6外侧且分别与轨道板模具9的侧模及端模相对应的横向张拉横梁8及纵向张拉横梁，张拉横梁驱动机构选用水平油缸10，水平油缸10的两端分别与张拉横梁及定位框架6连接。

所述的纵向张拉横梁包括对称设置于定位框架6两侧的第一纵向张拉横梁20及第二纵向张拉横梁12。

张拉装置包括张拉千斤顶17、连接器横梁14、锁紧马达19、连接器13以及连接器横梁油缸15，连接器横梁14设置于张拉横梁上且由连接器横梁油缸15驱动其沿张拉横梁做纵向直线往复运动，锁紧马达19及张拉千斤顶17分别设于张拉横梁的内外两侧，锁紧马达19与张拉杆外端螺母卡装适配，连接器13设于连接器横梁14上且其两端分别与张拉千斤顶17的动力输出端及轨道板模具9的张拉杆外端螺母卡装适配。

张拉千斤顶17动力输出端为端部膨出的外张拉杆18。所述的张拉千斤顶17上设有张拉力传感器16，张拉力传感器16与中央控制装置连接。

水平油缸10、连接器横梁油缸15的位移行程可以通过设定油缸最大行程满足，也可通过设置位移传感器的方式进行实时控制。

张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统在轨道板张拉中的应用，具体包括如下工艺步骤：

A、轨道板模具定位

定位框架6下降，定位销5插入轨道板模具9上的定位孔，实现轨道板模具的定位；

B、张拉横梁合拢到位

张拉横梁在水平油缸10拉动下合拢并与轨道板模具9贴合定位；

C、锁紧马达旋转套住张拉杆螺母

锁紧马达19顺时针慢速旋转套住轨道板模具9的张拉杆外端螺母；

D、连接器连接张拉杆及外张拉杆

连接器13在连接器横梁油缸15及连接器横梁14的带动下下移，完成与轨道板模具9的张拉杆外端螺母及外张拉杆18端部的连接；

E、张拉千斤顶同步张拉至设定力值并持荷

张拉千斤顶17对轨道板模具9中的张拉杆同步张拉至设定力值并持荷；

F、锁紧张拉杆螺母

锁紧马达19对轨道板模具6的张拉杆外端螺母顺时针高速旋转后锁定；

G、张拉千斤顶卸载

张拉千斤顶17通过油路电磁阀卸除油腔载荷；

H、连接器打开

连接器13在连接器横梁油缸15及连接器横梁14的带动下上行，完成与轨道板模具9的张拉杆外端螺母及外张拉杆18端部的松脱；

I、张拉横梁打开

张拉横梁在水平油缸10推动下打开；

J、张拉千斤顶回顶到位

张拉千斤顶17通过油路电磁阀给油回顶；

K、定位框架上升与轨道板模具分离

定位框架6上升，定位销5与轨道板模具9上的定位孔分离。

Claims (10)

1.先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，中央控制装置接收张拉系统中力传感器所传递的力值信号并控制张拉系统的同步张拉、持荷及锁定；其特征在于包括中部可容纳轨道板模具（9）的支撑框架，轨道板模具（9）上方的支撑框架上部设有与其平行且由动力源驱动垂直移动的定位框架（6），定位框架（6）上设有与轨道板模具（9）适配的定位装置，定位装置为设置于定位框架（6）底部且与轨道板模具（9）上开设的定位孔适配的定位销（5）；位于定位框架（6）外侧水平导轨（11）上的张拉横梁由张拉横梁驱动机构驱动并与定位框架（6）呈相向或相背的往复运动，张拉横梁上设有张拉装置，张拉装置与轨道板模具（9）中预应力筋一端连接的张拉杆外端螺母适配，张拉装置由张拉装置动力源驱动并与张拉横梁实现纵向直线往复配合；所述的张拉装置包括张拉千斤顶（17）、连接器横梁（14）、锁紧马达（19）、连接器（13）以及连接器横梁油缸（15），连接器横梁（14）设置于张拉横梁上且由连接器横梁油缸（15）驱动其沿张拉横梁做纵向直线往复运动，锁紧马达（19）及张拉千斤顶（17）分别设于张拉横梁的内外两侧，锁紧马达（19）与张拉杆外端螺母卡装适配，连接器（13）设于连接器横梁（14）上且其两端分别与张拉千斤顶（17）的动力输出端及轨道板模具（9）的张拉杆外端螺母卡装适配。

2.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，其特征在于所述的支撑框架包括设于轨道板模具（9）行进方向左右两侧的前支柱（1）及后支柱（4），固定于前支柱（1）及后支柱（4）顶部且呈水平分布的顶支架（2）。

3.根据权利要求2所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，其特征在于所述的前支柱（1）与后支柱（4）之间、前支柱（1）及后支柱（4）与顶支架（2）之间连接有斜拉杆（7）。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，其特征在于顶支架（2）下方间隔设有平台架（3），平台架（3）外侧与顶支架（2）下表面通过连杆固定连接。

5.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，其特征在于动力源选用两端分别连接于支撑框架顶部及定位框架（6）上的升降油缸（21），升降油缸（21）设有升降位移传感器（22），升降位移传感器（22）与中央控制装置连接。

6.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，其特征在于所述的水平导轨（11）选用线性滑轨，张拉横梁包括设置于定位框架（6）外侧且分别与轨道板模具（9）的侧模及端模相对应的横向张拉横梁（8）及纵向张拉横梁，张拉横梁驱动机构选用水平油缸（10），水平油缸（10）的两端分别与张拉横梁及定位框架（6）连接。

7.根据权利要求6所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，其特征在于所述的纵向张拉横梁包括对称设置于定位框架（6）两侧的第一纵向张拉横梁（20）及第二纵向张拉横梁（12）。

8.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，其特征在于所述的张拉千斤顶（17）的动力输出端为端部膨出的外张拉杆（18）。

9.根据权利要求1或8中任一项所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统，其特征在于所述的张拉千斤顶（17）上设有张拉力传感器（16），该张拉力传感器（16）与中央控制装置连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的先张法预应力混凝土轨道板生产线张拉系统在轨道板张拉中的应用，其特征在于包括如下工艺步骤：

A、轨道板模具定位

定位框架（6）下降，定位销（5）插入轨道板模具（9）上的定位孔，实现轨道板模具的定位；

B、张拉横梁合拢到位

张拉横梁在水平油缸（10）拉动下合拢并与轨道板模具（9）贴合定位；

C、锁紧马达旋转套住张拉杆螺母

锁紧马达（19）顺时针慢速旋转套住轨道板模具（9）的张拉杆外端螺母；

D、连接器连接张拉杆及外张拉杆

连接器（13）在连接器横梁油缸（15）及连接器横梁（14）的带动下下移，完成与轨道板模具（9）的张拉杆外端螺母及外张拉杆（18）端部的连接；

E、张拉千斤顶同步张拉至设定力值并持荷

张拉千斤顶（17）对轨道板模具（9）中的张拉杆同步张拉至设定力值并持荷；

F、锁紧张拉杆螺母

锁紧马达（19）对轨道板模具（6）的张拉杆外端螺母顺时针高速旋转后锁定；

G、张拉千斤顶卸载

张拉千斤顶（17）通过油路电磁阀卸除油腔载荷；

H、连接器打开

连接器（13）在连接器横梁油缸（15）及连接器横梁（14）的带动下上行，完成与轨道板模具（9）的张拉杆外端螺母及外张拉杆（18）端部的松脱；

I、张拉横梁打开

张拉横梁在水平油缸（10）推动下打开；

J、张拉千斤顶回顶到位

张拉千斤顶（17）通过油路电磁阀给油回顶；

K、定位框架上升与轨道板模具分离

定位框架（6）上升，定位销（5）与轨道板模具（9）上的定位孔分离。