CN113235939B - 液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备 - Google Patents

液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，张拉系统分别连通油液供给系统和千斤顶的张拉口；张拉系统包括电子流量计和液压传感器；回程系统分别连通油液供给系统和千斤顶的回程口；智能控制系统分别与电子流量计和液压传感器电性连接。本发明利用液压传感器控制千斤顶拉力、利用电子流量计测量液压油流量，进而换算为预应力筋伸长值，实现力与位移双控的预应力筋智能张拉效果；张拉过程力与位移由智能控制系统采集并记录，形成真实的张拉数据，避免张拉数据造假。

Description

液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备
技术领域
本发明涉及土木工程预应力结构技术领域，用于预应力结构的预应力施工阶段张拉的智能控制，更具体的说是涉及一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力智能张拉设备。
背景技术
预应力结构在我国土木工程中广泛应用，特别是大跨度桥梁、大跨度空间结构、大跨度混凝土结构大型基础设施建设。预应力张拉是建立预应力的关键工序，但是，预应力张拉都是靠工人操作进行的，由于很多人为因素造成张拉力偏差，如：预应力筋很长，需要张拉两缸才能达到设计拉力，但是，工人为了速度而不张拉第二缸，预应力值就会达不到设计值；张拉中工人走神，油泵没有在达到设计拉力时停止，建立的预应力值就会超过设计值；大多数情况下，张拉工人通过油泵的油表关注拉力，因为测量预应力筋伸长值麻烦而忽略了预应力筋伸长值测量。这些因素都使建立的预应力值偏离设计值，或者张拉后无法判断张拉力是否达到设计要求。
随着智能系统的应用和自动控制技术的提高，实现预应力的智能张拉控制已经成为可能，然而目前市场上虽然也有预应力智能张拉控制装置，由于需要在千斤顶安装力传感器和位移传感器，使得千斤顶上附加了两个传感器仪器设备，给张拉操作带来不便，传感器还经常被碰坏，研发简单有效的预应力智能张拉调控设备对于预应力结构施工质量有着重要意义。
因此，提供一种简单有效的预应力智能张拉控制装置和方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，包括油液供给系统、张拉系统、回程系统、千斤顶和智能控制系统；
所述张拉系统分别连通所述油液供给系统和所述千斤顶的张拉口；所述张拉系统包括电子流量计和液压传感器；所述回程系统分别连通所述油液供给系统和所述千斤顶的回程口；所述智能控制系统分别与所述电子流量计和所述液压传感器电性连接，且用于实时采集油液供给时相对应的流量值和液压值，并根据所述流量值换算油液体积，进而根据所述油液体积和所述千斤顶活塞面积计算所述液压值实时对应的千斤顶活塞伸长量，最终输出张拉时间内的液压值和千斤顶活塞伸长量的实时对应曲线图。
通过上述技术方案，本发明利用液压传感器控制千斤顶拉力、利用电子流量计测量液压油流量，进而换算为预应力筋伸长值，实现力与位移双控的预应力筋智能张拉效果；张拉过程力与位移由智能控制系统采集并记录，形成真实的张拉数据，避免张拉数据造假。
优选的，在上述一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备中，所述油液供给系统包括油箱，以及固定在所述油箱顶面的油泵电机；所述油泵电机的动力端与所述油箱内部连通；所述张拉系统和回程系统均与所述油箱内部连通。能够满足油液的供给需求。
优选的，在上述一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备中，所述智能控制系统包括支架和智能控制及显示屏集成体；所述支架与所述油箱固定，且位于所述油泵电机上方；所述智能控制及显示屏集成体固定在所述支架顶面，且分别与所述电子流量计和所述液压传感器电性连接。智能控制系统通过支架与油箱集成一体，整体性更强，布局合理，节省空间。
优选的，在上述一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备中，所述电子流量计通过第一数据线与所述智能控制及显示屏集成体电性连接；所述液压传感器通过第二数据线与所述智能控制及显示屏集成体电性连接。连接简单方便，数据传输稳定。
优选的，在上述一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备中，所述张拉系统还包括油箱张拉油管、千斤顶张拉油管、张拉控制阀；所述油箱张拉油管底端插入所述油箱内部，顶端延伸进入所述支架；所述千斤顶张拉油管一端与所述油箱张拉油管顶端连通，另一端与所述千斤顶的张拉口连通；所述张拉控制阀安装在所述支架上，且与所述油箱张拉油管顶部连接；所述电子流量计固定在所述支架底面，且与所述油箱张拉油管顶部连通；所述液压传感器固定在所述支架顶面，且与所述油箱张拉油管顶部连通。能够满足油液从油箱向千斤顶供给以及控制。
优选的，在上述一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备中，所述张拉系统还包括自动控制张拉油阀；所述自动控制张拉油阀安装在所述支架顶面，且与所述油箱张拉油管顶部连接；所述自动控制张拉油阀通过第三数据线与所述智能控制及显示屏集成体电性连接。能够实现油液流量的智能控制。
优选的，在上述一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备中，所述回程系统包括油箱回程管、千斤顶回程管和回程控制阀；所述油箱回程管底端插入所述油箱内部，顶端延伸进入所述支架；所述千斤顶回程管一端与所述油箱回程管顶端连通，另一端与所述千斤顶的回程口连通；所述回程控制阀安装在所述支架上，且与所述油箱回程管顶部连接。能够满足油液从千斤顶向油箱回流以及控制。
优选的，在上述一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备中，所述张拉控制阀为手动控制阀；所述回程控制阀为手动控制阀。千斤顶进油打开控制阀和停止张拉关闭控制阀可以自动控制，也可以由人工完成，便于人的参与和控制。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，具有以下有益效果：
1、本发明利用液压传感器控制千斤顶拉力、利用电子流量计测量液压油流量，进而换算为预应力筋伸长值，实现力与位移双控的预应力筋智能张拉效果；张拉过程力与位移由智能控制系统采集并记录，形成真实的张拉数据，避免张拉数据造假。
2、本发明的千斤顶进油打开控制阀和停止张拉关闭控制阀可以自动控制，也可以由人工完成，便于人的参与和控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备的结构示意图。
其中：
油液供给系统包括：
100为油箱；101为油泵电机；
张拉系统包括：
200为电子流量计；201为液压传感器；202为第一数据线；203为第二数据线；204为油箱张拉油管；205为千斤顶张拉油管；206为张拉控制阀；207为自动控制张拉油阀；208为第三数据线；
回程系统包括：
300为油箱回程管；301为千斤顶回程管；302为回程控制阀；
智能控制系统包括：
400为支架；401为智能控制及显示屏集成体；
500为千斤顶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1，本发明实施例公开了一种液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，包括油液供给系统、张拉系统、回程系统、千斤顶500和智能控制系统；
张拉系统分别连通油液供给系统和千斤顶的张拉口；张拉系统包括电子流量计200和液压传感器201；回程系统分别连通油液供给系统和千斤顶的回程口；智能控制系统分别与电子流量计200和液压传感器201电性连接，且用于实时采集油液供给时相对应的流量值和液压值，并根据流量值换算油液体积，进而根据油液体积和千斤顶500活塞面积计算液压值实时对应的千斤顶500活塞伸长量，最终输出张拉时间内的液压值和千斤顶500活塞伸长量的实时对应曲线图。
为了进一步优化上述技术方案，油液供给系统包括油箱100，以及固定在油箱100顶面的油泵电机101；油泵电机101的动力端与油箱100内部连通；张拉系统和回程系统均与油箱100内部连通。
为了进一步优化上述技术方案，智能控制系统包括支架400和智能控制及显示屏集成体401；支架400与油箱100固定，且位于油泵电机101上方；智能控制及显示屏集成体401固定在支架400顶面，且分别与电子流量计200和液压传感器201电性连接。
为了进一步优化上述技术方案，电子流量计200通过第一数据线202与智能控制及显示屏集成体401电性连接；液压传感器201通过第二数据线203与智能控制及显示屏集成体401电性连接。
为了进一步优化上述技术方案，张拉系统还包括油箱张拉油管204、千斤顶张拉油管205、张拉控制阀206；油箱张拉油管204底端插入油箱100内部，顶端延伸进入支架400；千斤顶张拉油管205一端与油箱张拉油管204顶端连通，另一端与千斤顶500的张拉口连通；张拉控制阀206安装在支架400上，且与油箱张拉油管204顶部连接；电子流量计200固定在支架400底面，且与油箱张拉油管204顶部连通；液压传感器201固定在支架400顶面，且与油箱张拉油管204顶部连通。
为了进一步优化上述技术方案，张拉系统还包括自动控制张拉油阀207；自动控制张拉油阀207安装在支架400顶面，且与油箱张拉油管204顶部连接；自动控制张拉油阀207通过第三数据线208与智能控制及显示屏集成体401电性连接。
为了进一步优化上述技术方案，张拉控制阀206为手动控制阀。
为了进一步优化上述技术方案，回程系统包括油箱回程管300、千斤顶回程管301和回程控制阀302；油箱回程管300底端插入油箱100内部，顶端延伸进入支架400；千斤顶回程管301一端与油箱回程管300顶端连通，另一端与千斤顶500的回程口连通；回程控制阀302安装在支架400上，且与油箱回程管300顶部连接。
为了进一步优化上述技术方案，回程控制阀302为手动控制阀。
本发明的原理为：
千斤顶张拉油管205的内径为d，长度为l，千斤顶张拉油管205内液压油在0压力下的体积为
Figure GDA0003653645790000061
事先测得液压油在千斤顶张拉油管205内的体积膨胀系数kg，液压油液压下体积压缩系数ky，如液压油体积压缩率为ky＝1.5×10-3(MP-1)。
当进行张拉时，打开张拉控制阀206，液压油不断经过电子流量计200，控制系统每1秒钟采集到时间t的流量值qt，同时，采集到液压值pt。
张拉一般会持续1分钟～2分钟，因此，可将流过电子流量计200的流量按时间每1秒钟采集一次数据，得到第i秒钟内流过的液压油体积Δqi和对应的液压值pi，得到每秒钟内流过的液压油换算为0压力的体积：
Figure GDA0003653645790000062
将流过电子流量计200的液压油换算为0压力下的自由体积为：
Figure GDA0003653645790000063
t是只是表示在t时刻，t时刻对应的张拉已经过了n秒，采集到i从1到n的n组数据：液压油体积Δqi和对应的液压值pi。
考虑到千斤顶500内初始油量Vd0和千斤顶张拉油管205内初始油量Vg0，得到电子流量计200到千斤顶500内总油量换算为0压力下的体积为：
Figure GDA0003653645790000071
压力为pt时的液压油体积为：
Figure GDA0003653645790000072
千斤顶500活塞截面积为Ad，得到任意压力下活塞伸长值为：
Figure GDA0003653645790000073
这样，每1秒钟就可以得到一个液压油压力pt和伸长值L(t)，在显示屏上绘制pt-L(t)曲线图，一目了然得到力和伸长值。
张拉用力控制，也就是油压控制，假设设计拉力为F设计，对应的油压为p设计可以在千斤顶500与油泵电机101联合标定时给出。智能张拉系统达到液压p设计的90％时通过鸣响提醒，操作工人就可以集中精力，自动控制张拉油阀207调整进油速度为正常速度的30％，精确缓慢进油，达到液压p设计时，自动控制张拉油阀207自动关闭。操作工人也可以通过手动关闭张拉控制阀206，完成预应力张拉。
油压千斤顶在初始张拉时，预应力筋与千斤顶工具锚接触不紧密，初始伸长与油压非线性，可以从油压在10MPa左右确定一个油压p0值和对应的伸长值L0，达到设计拉力时油压为p设计，伸长值为L设计，得到实测伸长值为：
Figure GDA0003653645790000074
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，包括油液供给系统、张拉系统、回程系统、千斤顶(500)和智能控制系统；
所述张拉系统分别连通所述油液供给系统和所述千斤顶的张拉口；所述张拉系统包括电子流量计(200)和液压传感器(201)；所述回程系统分别连通所述油液供给系统和所述千斤顶的回程口；所述智能控制系统分别与所述电子流量计(200)和所述液压传感器(201)电性连接，且用于实时采集油液供给时相对应的流量值和液压值，并根据所述流量值换算油液体积，进而根据所述油液体积和所述千斤顶(500)活塞面积计算所述液压值实时对应的千斤顶(500)活塞伸长量，最终输出张拉时间内的液压值和千斤顶(500)活塞伸长量的实时对应曲线图；
千斤顶张拉油管(205)的内径为d，长度为l，千斤顶张拉油管(205)内液压油在0压力下的体积为
Figure FDA0003653645780000011
测得液压油在千斤顶张拉油管(205)内的体积膨胀系数kg，液压油液压下体积压缩系数ky，液压油体积压缩率为ky＝1.5×10-3(MP-1)；
当进行张拉时，打开张拉控制阀(206)，液压油不断经过电子流量计(200)，控制系统每1秒钟采集到时间t的流量值qt，同时，采集到液压值pt；
张拉持续1分钟～2分钟，将流过电子流量计(200)的流量按时间每1秒钟采集一次数据，得到第i秒钟内流过的液压油体积Δqi和对应的液压值pi，得到每秒钟内流过的液压油换算为0压力的体积：
Figure FDA0003653645780000012
将流过电子流量计(200)的液压油换算为0压力下的自由体积为：
Figure FDA0003653645780000013
根据千斤顶(500)内初始油量Vd0和千斤顶张拉油管(205)内初始油量Vg0，得到电子流量计(200)到千斤顶(500)内总油量换算为0压力下的体积为：
Figure FDA0003653645780000021
压力为pt时的液压油体积为：
Figure FDA0003653645780000022
千斤顶(500)活塞截面积为Ad，得到任意压力下活塞伸长量为：
Figure FDA0003653645780000023
2.根据权利要求1所述的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，所述油液供给系统包括油箱(100)，以及固定在所述油箱(100)顶面的油泵电机(101)；所述油泵电机(101)的动力端与所述油箱(100)内部连通；所述张拉系统和回程系统均与所述油箱(100)内部连通。
3.根据权利要求2所述的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，所述智能控制系统包括支架(400)和智能控制及显示屏集成体(401)；所述支架(400)与所述油箱(100)固定，且位于所述油泵电机(101)上方；所述智能控制及显示屏集成体(401)固定在所述支架(400)顶面，且分别与所述电子流量计(200)和所述液压传感器(201)电性连接。
4.根据权利要求3所述的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，所述电子流量计(200)通过第一数据线(202)与所述智能控制及显示屏集成体(401)电性连接；所述液压传感器(201)通过第二数据线(203)与所述智能控制及显示屏集成体(401)电性连接。
5.根据权利要求4所述的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，所述张拉系统还包括油箱张拉油管(204)、千斤顶张拉油管(205)、张拉控制阀(206)；所述油箱张拉油管(204)底端插入所述油箱(100)内部，顶端延伸进入所述支架(400)；所述千斤顶张拉油管(205)一端与所述油箱张拉油管(204)顶端连通，另一端与所述千斤顶(500)的张拉口连通；所述张拉控制阀(206)安装在所述支架(400)上，且与所述油箱张拉油管(204)顶部连接；所述电子流量计(200)固定在所述支架(400)底面，且与所述油箱张拉油管(204)顶部连通；所述液压传感器(201)固定在所述支架(400)顶面，且与所述油箱张拉油管(204)顶部连通。
6.根据权利要求5所述的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，所述张拉系统还包括自动控制张拉油阀(207)；所述自动控制张拉油阀(207)安装在所述支架(400)顶面，且与所述油箱张拉油管(204)顶部连接；所述自动控制张拉油阀(207)通过第三数据线(208)与所述智能控制及显示屏集成体(401)电性连接。
7.根据权利要求5所述的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，所述张拉控制阀(206)为手动控制阀。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，所述回程系统包括油箱回程管(300)、千斤顶回程管(301)和回程控制阀(302)；所述油箱回程管(300)底端插入所述油箱(100)内部，顶端延伸进入所述支架(400)；所述千斤顶回程管(301)一端与所述油箱回程管(300)顶端连通，另一端与所述千斤顶(500)的回程口连通；所述回程控制阀(302)安装在所述支架(400)上，且与所述油箱回程管(300)顶部连接。
9.根据权利要求8所述的液压传感与流量采集结合的力与位移双控预应力张拉设备，其特征在于，所述回程控制阀(302)为手动控制阀。
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