CN109642403A - 杆松弛装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种杆松弛单元，包括：与杆上的夹紧单元接合的夹紧单元移除装置、构造成与杆接合的承座框架、将张力施加至杆的外部部分上以从夹紧单元上移除负荷的杆张紧单元、测量由杆张紧单元施加至杆上的张力水平的负荷测力器单元、板夹紧单元、与夹紧单元移除装置接合的驱动单元、以及在原始外部杆长度过短而不能容纳杆松弛单元时附添至杆的外部部分上的延长单元，所述板夹紧单元与杆接合并且将承座框架、杆张紧单元、负荷测力器和板夹紧单元固定至杆上。

Description

杆松弛装置及其操作方法

相关申请的交叉引用

本发明要求享有2016年5月12日提交的题为“杆松弛装置及其操作方法(ROD DE-TENSIONING DEVICE AND METHODS OF OPERATING THE SAME)”的美国临时专利申请No.62/335,362以及2017年5月9日提交的题为“杆松弛装置及其操作方法(ROD DE-TENSIONINGDEVICE AND METHODS OF OPERATING THE SAME)”的美国非临时专利申请No.15/590,490的优先权，这些文献在此全文引入作为参考。

背景技术

后张耳轴锚杆用于将大型装置(诸如大坝上的闸门)固定至结构上。为了将大型装置固定至结构上，将张力施加至耳轴杆上，并且各个杆被锁闭以将张力负荷维持在杆内。参见授予Kenigsberg的美国专利No.2,705,871和授予Dobson的美国专利No.2,871,664。对于大型结构(诸如大坝)，将大量张力(通常其最终强度的60％或以上)施加在杆上造成潜在危险的情形。美国的至少100-200个大坝使用后张耳轴杆来进行闸门锚固。耳轴杆主要由设计成在特定张力水平下操作的金属制成。除了杆中的长期环境应力之外，增大的张力形成了其中在预期寿命日期结束之前杆可能以易碎且突然的方式失效的危险情形。

自1960年以来，使用后张耳轴杆建造了许多大坝。在大坝竖起之时，直至2010年，尚无划算且安全的技术来确定每根杆中的张力量，并且自二十世纪七十年代年以来，已经在多个大坝上出现了由于张力过大导致的过早杆失效。由于这些耳轴杆的重要性以及大坝中现有的杆存货的老化，大坝所有者和操作者开始使用当前开发的安全且划算的非破坏性技术来定期测试每根杆中的张力以及杆的完整性。

然而，即使进行了测试，目前也没有安全或有效的程序来移除耳轴杆上的过量张力。在大坝环境中，后张耳轴杆的突然失效会导致耳轴杆以高速从大坝中排出。此外，涉及移除和更换耳轴杆或要不然加强大坝上的闸门锚固件的成本非常高。因而，需要一种从后张耳轴杆上移除过量张力以增大已安装耳轴杆的使用寿命的方法。

发明内容

本公开的一个实施例包括杆松弛单元，所述杆松弛单元包括：与杆上的夹紧单元接合的夹紧单元移除装置、构造成与杆接合的承座框架、将张力施加至杆的外部部分上以从夹紧单元上移除负荷的杆张紧单元、测量由杆张紧单元施加至杆上的张力水平的负荷测力器单元、板夹紧单元、与夹紧单元移除装置接合的驱动单元、以及在原始外部杆长度过短而不能容纳杆松弛单元时附添至杆的外部部分上的延长单元，所述板夹紧单元与杆接合并且将承座框架、杆张紧单元、负荷测力器和板夹紧单元固定至杆上。

在另一实施例中，夹紧单元包括尺寸设计成容纳杆的开口。

在另一实施例中，开口的内表面包括多个螺纹。

在另一实施例中，杆松弛单元包括位于夹紧单元的开口中的第二夹紧单元。

在另一实施例中，第二夹紧单元包括与所述开口中的螺纹相对应的多个螺纹。

在另一实施例中，第二夹紧单元与耳轴相距预定距离地定位在开口中。

在另一实施例中，杆张紧单元是液压驱动的。

在另一实施例中，杆张紧单元包括通信地耦联至驱动单元的中央控制单元。

在另一实施例中，杆松弛单元包括光学地耦联至中央控制单元的多个摄像机。

在另一实施例中，至少一个摄像机定位成拍摄夹紧单元的侧面的图像。

本公开的另一实施例包括松弛杆的方法，所述方法包括：将夹紧单元移除装置可移除地附接在夹紧单元上，其中夹紧单元与杆接合；将承座框架定位在杆上，并位于夹紧单元的外周上；将杆张紧单元定位在杆上，其中杆张紧单元的第一端接触承座框架的表面；将第一力施加至杆张紧单元上；将支承板定位在杆上，并与杆张紧单元接触；将负荷测力器单元与杆接触地定位在杆张紧单元上；将驱动单元固定至承座框架，使得驱动单元的一部分与杆接触；将第二压力施加至杆张紧单元；致动驱动单元；以及释放杆张紧单元上的第二压力。

在另一实施例中，第一压力足以增大杆中的张力。

在另一实施例中，第二压力足以使夹紧单元与耳轴分开。

在另一实施例中，驱动单元包括与杆接触的接合部分。

在另一实施例中，驱动单元致动以移动夹紧单元远离耳轴预定距离。

在另一实施例中，驱动单元是电驱动的。

在另一实施例中，所述方法包括将中央控制单元通信地耦联至驱动单元的步骤。

在另一实施例中，所述方法包括将多个摄像机光学地连接至中央控制单元的步骤。

在另一实施例中，至少一个摄像机定位成拍摄夹紧单元的侧面的图像。

在另一实施例中，第一压力小于第二压力。

附图说明

图1A示出了包括限定在两个墩座之间的泄洪道的大坝；

图1B示出了用于将各结构固定在一起的耳轴杆系统；

图2示出了安装在杆上的夹紧单元；

图3示出了杆松弛装置；

图4示出了位于承座框架上的驱动单元400；

图5示出了从杆上的原始位置移动至与原始位置相距距离x的新位置的夹紧单元；

图6示出了杆松弛控制单元；

图7示出了使用松弛系统来松弛杆的过程的示意图；

图8示出了夹紧单元移除装置的一个实施例；以及

图9示出了制动单元。

具体实施方式

图1A示出了包括限定在两个墩座120之间的泄洪道110的大坝100。由支撑在径向臂134上的弯曲面板132形成的弧形闸门130安装在墩座120之间。径向臂134汇聚在耳轴销136处，所述耳轴销由耳轴梁140支撑在旋转枢轴处。耳轴梁140与墩座120分离，并且通过杆150固定至墩座120。弯曲面板132的侧部可以通过墩座120的侧面中的弯曲的泄漏限制槽122而滑动并且与所述弯曲的泄漏限制槽接合。应当意识到，储水池位于弯曲面板132的凸起或上游侧。当闸门130关闭时，弯曲面板处于图1A中所示的下部位置中，并且弯曲面板132防止水流过大坝而流向下游。当通过围绕耳轴销136旋转径向臂结构134而打开闸门130时，允许储水池中的水在弯曲面板132的下方流动、流过泄洪道110并且流至大坝100的下游。

耳轴梁140可以竖直地支撑在形成于墩座120上的台肩124上。耳轴销136支耳式连接(journaled)在耳轴梁140中。张力杆或锚固筋150沿基本向上游的方向延伸至墩座120中，并且由嵌入在墩座的混凝土中的筋锚固板或锚固器件152锚固在墩座中。杆150的下游端固定至耳轴梁140，以防止耳轴梁140被闸门130所控制的水向下游推动。杆150通常延伸通过耳轴梁140，以帮助将耳轴梁牢固地固定至墩座120。典型的固定器件由定位在耳轴梁的下游侧处的干装式耳轴基板154提供。杆150延伸通过基板154中的开口，并且夹紧单元156张紧在杆上。在一些情况下，夹紧单元156螺纹连接并且接合杆150的螺纹部分。在其他情况下，夹紧单元156是所谓的Howlett夹紧螺母类型的，用于与光滑杆相连。在任何情况下，螺母156提供了杆150至耳轴梁140的牢固连接，使得耳轴梁140和锚固器件152之间的杆部分被张紧。每根杆150的未张紧或自由端部分160朝向每个夹紧单元156的下游延伸。

图1B示出了用于将各结构固定在一起的耳轴杆系统。耳轴杆系统100包括延伸通过耳轴梁140的多根后张杆150，所述后张杆施加均匀的压力以将耳轴梁附添至大坝上的墩座120上。耳轴梁140是抵抗水动力的重力将大坝闸门130保持在合适的位置处的支撑件。杆150是被后张的并且通过夹紧单元156闭锁以将其张力维持至耳轴梁140上。在安装杆150时，杆被拉动远离耳轴梁140，由此将张力施加至杆150上。由于张力施加至杆150上，因此夹紧单元156沿杆150向下滑动并且被张紧，以将杆固定至耳轴梁140上，而不释放杆150中的张力。

图2示出了安装在杆上的夹紧单元。夹紧单元156包括外部部分202，所述外部部分具有贯穿外部部分202的中心的开口204。开口204的直径大于杆150的直径，从而杆150可以自由地移动穿过开口204。开口204的内表面包括多个螺纹206。内部夹紧单元208包括与夹紧单元156的外部部分202上的螺纹206相对应的螺纹。内部夹紧单元208的直径等于或略大于杆150，从而在内部夹紧单元208接合外部部分202的开口204时，内部夹紧单元208固定至150上。在一个实施例中，内部夹紧单元208包括沿着内部夹紧单元208的一侧延伸的裂缝(未示出)，以便在内部夹紧单元208处于开口204中时允许压缩内部夹紧单元208的直径。在另一实施例中，开口204呈锥形，使得开口的直径在杆150进入夹紧单元156之处较大，而在杆150离开夹紧单元156之处较小。

内部夹紧单元208的高度小于外部部分202的高度。内部夹紧单元208包括与外部部分202中的开口204同心的开口210。开口210的尺寸使得在内部夹紧单元208未插入外部部分202中时杆150装配在开口210中，而在内部夹紧单元208螺纹连接在外部部分202中的开口204内并且施加张力时内部夹紧单元208被压紧在杆150上。在已安装时，内部夹紧单元208定位在外部部分202的最远离耳轴140的部分中。具有距离x的间隙形成在开口204中，位于开口204中的内部夹紧单元208的下方。在安装时，在将旋转力施加至外部部分202上时外部部分202可以相对于内部夹紧部分208旋转。

图3示出了杆松弛装置。杆松弛装置300包括夹紧单元移除装置302、承座框架304、杆张紧单元306、支承板308、负荷测力器单元310以及拉拔夹紧单元312。夹紧单元移除装置302包括位于内表面上的开口，所述开口与夹紧单元156的外部部分202接合。夹紧单元移除装置302可以使用诸如固定螺钉的固定单元314而固定至夹紧单元156。承座框架304包括连接至顶板318的四个支柱316，其中顶板318平行于夹紧单元移除装置302的顶表面。顶板318包括开口，所述开口的尺寸设计成容纳杆150，从而杆150穿过开口。杆张紧单元306包括中心通道，其允许杆150穿过中心通道。杆张紧单元306可以是夹紧杆150并且将额外的张力施加至杆150上的液压千斤顶，或者是能够将张力施加至杆150上的任何其他致动装置。

支承板308包括允许杆滑动穿过支承板308的开口。支承板308定位在杆张紧单元306的最远离承座框架304的那侧处。负荷测力器单元310定位在支承板308上。负荷测力器单元310使用已知方法来确定由杆张紧单元施加至杆150上的张力量。拉拔夹紧单元312定位在负荷测力器单元310上，并且固定至杆150上。负荷测力器单元310可以是能够测量杆中的张力的任何负荷测力器传感器，包括负荷传感器和应力传感器。

图4示出了位于承座框架304上的驱动单元400。驱动单元400包括马达402、和连接至马达402的接合单元404。接合单元404构造成与夹紧单元移除装置302的侧表面接合。当马达402通电时，接合单元404旋转以经由夹紧单元移除装置302而松弛或张紧夹紧单元156。在夹紧单元156松弛时，夹紧单元156沿着固定至杆150上的内部夹紧单元208远离耳轴140的表面移动。通过移动夹紧单元156，间隙x形成在夹紧单元156的原始位置与夹紧单元156的新位置之间。当张力从杆张紧单元306上释放时，夹紧单元156根据夹紧单元156旋转的次数而向下移动距离x或距离x的一部分。当杆张紧单元降低张力时，夹紧单元156使支承表面移动，并且杆中的张力减小至与距离x相对应的水平。

图5示出了从杆150上的原始位置移动至与原始位置相距距离x的新位置的夹紧单元156。夹紧单元156沿着在杆150上保持固定不动的内部夹紧单元208移动。在一个实施例中，摄像机定位在承座框架304上，使得摄像机传输表示夹紧单元156的位置的图像。在另一实施例中，第一摄像机定位在承座单元304的侧部处以观察夹紧单元156的侧视图，并且第二摄像机定位在承座单元304的顶部处以观察夹紧单元156的顶视图。

图6示出了杆松弛控制单元600。杆松弛控制单元600包括：中央处理单元(CPU)602；输入输出(IO)单元604，其具有连接至IO单元604的输入的负荷传感器310、以及连接至IO单元604的输出的驱动单元400；可以包括通信地耦联至网络610的通信单元608的二级存储装置606；存储器612。杆松弛控制单元600还可以包括标准输入装置，例如键盘、鼠标、数字转换器或语音处理器件(均未示出)。额外的传感器(包括温度传感器、线性竖直差动变送器、压力传感器、应力传感器和任何其他类型的传感器)可以连接至IO单元604。在一个实施例中，来自诸如摄像机的图像拍摄装置的视频流由IO单元604捕获，用于分析以确定夹紧单元156的移动量。与该实施例一致，位于存储器612中的视频分析单元可以分析从自摄像机发送的图像中提取的帧，以确定夹紧单元156何时移动以及夹紧单元156移动的距离。

在一个实施例中，杆松弛控制单元600的存储器612包括图形用户界面(“GUI”)614，其用于经由显示装置616和如本文所述的I/O单元604而从用户收集信息。GUI 614包括能够显示在显示装置616上的任何用户界面，包括但不限于网页、可执行程序中的显示面板、或者能够显示在计算机屏幕上的任何其他界面。GUI 614还可以存储在二级存储单元606中。在根据本发明的一个实施例中，GUI 614使用商业可获得的超文本标识语言(“HTML”)查看软件而显示，所述软件诸如但不限于为Microsoft Internet Explorer、Google Chrome或者任何其他商业可获得的HTML查看软件。

图7示出了使用松弛系统300来松弛杆的过程的示意图。在步骤702中，夹紧单元移除装置302被放置在夹紧单元156上，使得夹紧单元移除装置302的内腔接合夹紧单元156。在步骤704中，承座框架304在杆150上滑动并被放在表面154上，使得承座框架304的支柱围绕夹紧单元156的外周定位。在步骤706中，杆张紧单元306被定位在杆150上，其中杆张紧单元306的第一端接触承座框架304的顶板。在步骤708中，将小量液压施加至杆张紧单元306上(移动液压而简化系统在使用之后的拆卸处理)以增大杆150中的张力。在步骤710中，支承板308被定位在杆150上，位于杆张紧单元306的最远离承座框架304的那端处。在步骤712中，负荷测力器单元310被定位在杆150上，位于杆张紧单元306上。在步骤714中，拉拔夹紧单元312被定位在杆150上，位于负荷测力器单元310上。在步骤716中，拉拔夹紧单元312被固定在杆150上。

在步骤718中，驱动单元400被固定至承座框架304上，使得驱动单元400的接合单元404定位在夹紧单元移除装置302的外表面上。在步骤720中，液压被施加在杆张紧单元306上，以将夹紧单元156从耳轴140上分开。在一个实施例中，摄像机单元被定位在承座框架304上，以确定夹紧单元156何时已经与耳轴140分开。在步骤722中，驱动单元400被致动以旋转夹紧单元移除装置302，致使夹紧单元156沿着内部夹紧单元208的螺纹旋转，使得夹紧单元156从其在驱动单元400被致动之前的初始位置移动距离x。在步骤724中，驱动马达400致动，直至如通过降低杆张力所需的理论距离所测得的，杆150中的张力降低至目标水平。在步骤726中，释放杆张紧装置上的液压。阻留杆150的处理可以通过杆松弛控制单元600执行。

图8示出了夹紧单元移除装置的一个实施例。夹紧单元移除装置302包括中央轴800，所述中央轴具有尺寸设计成接合夹紧单元156的开口。齿轮单元802附添在中央轴800的外周周围。齿轮单元802包括多个齿804，齿的节距和间隔的尺寸设计成适应驱动单元400上的接合单元404，从而驱动单元400旋转夹紧单元移除装置302以张紧或松弛夹紧单元156。在一个实施例中，齿轮单元802的尺寸设计成适应具有24个齿的接合单元404。在一个实施例中，加热单元(未示出)设置在夹紧单元移除装置302上，以在发生松弛之前加热夹紧单元移除装置302。在一个实施例中，加热单元是缠绕在夹紧单元移除装置302周围的加热胶带。

图9示出了制动单元900。制动单元900包括主要部分902，所述主要部分包括通道(未示出)，其中通道的尺寸设计成接合杆150。制动单元900包括从主要部分902的一侧延伸的间隔器904。间隔器904的尺寸设计成使得其可以插入在夹紧单元移除装置302与杆150之间，以在内部夹紧单元208上施加限制力，从而在松弛处理期间限制内部夹紧单元208围绕杆150旋转。

在一个实施例中，至少一个线性竖直差动变送器(“LVDT”)单元被定位在夹紧单元移除装置302上，以确定由夹紧单元移除装置302进行的移动量。LVDT单元可以具有与夹紧单元移除装置302接合的圆形端。通过测量夹紧单元156从其初始位置移动的距离，可以确定待从杆150上移除的张力量。如果待移除的张力量小于所需值，则夹紧单元156还可以移动额外的距离。

在本公开中，措辞“一”或“一个”应当被认为包括单数或复数两者。相反地，任何与复数项相关的引用在适当时应当包括单数。

应当理解，对本文公开的现有优选实施例进行的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。可以进行这些改变和修改，而不脱离本公开的精神和范围，并且不减弱其预期的优点。因而旨在由随附权利要求涵盖这些改变和修改。

Claims (20)

1.一种杆松弛单元，包括：

夹紧单元移除装置，所述夹紧单元移除装置与杆上的夹紧单元接合；

承座框架，所述承座框架构造成接合杆；

杆张紧单元，所述杆张紧单元将张力施加至杆的外部部分上，以从夹紧单元上移除负荷；

负荷测力器单元，所述负荷测力器单元测量由杆张紧单元施加至杆上的张力水平；

板夹紧单元，所述板夹紧单元与杆接合并且将承座框架、杆张紧单元、负荷测力器和板夹紧单元固定至杆上；

驱动单元，所述驱动单元与夹紧单元移除装置接合；以及

延长单元，当原始外部杆长度过短而不能容纳杆松弛单元时，所述延长单元附添至杆的外部部分上。

2.根据权利要求1所述的杆松弛单元，其中，夹紧单元包括尺寸设计成容纳杆的开口。

3.根据权利要求1所述的杆松弛单元，其中，夹紧单元的开口具有包括多个螺纹的内表面。

4.根据权利要求3所述的杆松弛单元，包括位于夹紧单元的开口中的第二夹紧单元。

5.根据权利要求4所述的杆松弛单元，其中，第二夹紧单元包括与所述开口中的螺纹相对应的多个螺纹。

6.根据权利要求6所述的杆松弛单元，其中，第二夹紧单元与耳轴相距预定距离地定位在开口中。

7.根据权利要求1所述的杆松弛单元，其中，驱动单元是电驱动的。

8.根据权利要求1所述的杆松弛单元，包括通信地耦联至驱动单元的中央控制单元。

9.根据权利要求8所述的杆松弛单元，包括光学地耦联至中央控制单元的多个摄像机。

10.根据权利要求9所述的杆松弛单元，其中，至少一个摄像机定位成拍摄夹紧单元的侧面的图像。

11.一种松弛杆的方法，所述方法包括：

将夹紧单元移除装置可移除地附接在夹紧单元上，其中夹紧单元与杆接合；

将承座框架定位在杆上，并位于夹紧单元的外周上；

将杆张紧单元定位在杆上，其中杆张紧单元的第一端接触承座框架的表面；

将第一力施加至杆张紧单元上；

将支承板定位在杆上，并与杆张紧单元接触；

将负荷测力器单元与杆接触地定位在杆张紧单元上；

将驱动单元固定至承座框架，使得驱动单元的一部分与杆接触；

将第二压力施加至杆张紧单元；

致动驱动单元；

释放杆张紧单元上的第二压力。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，第一压力足以增大杆中的张力。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，第二压力足以使夹紧单元与耳轴分开。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，驱动单元包括与杆接触的接合部分。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，驱动单元致动，以移动夹紧单元远离耳轴预定距离。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，驱动单元是液压驱动的。

17.根据权利要求11所述的方法，包括将中央控制单元通信地耦联至驱动单元。

18.根据权利要求17所述的方法，包括将多个摄像机光学地连接至中央控制单元。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，至少一个摄像机定位成拍摄夹紧单元的侧面的图像。

20.根据权利要求11所述的方法，其中，第一压力小于第二压力。