CN114250717A - 转体结构质量平衡自动调节系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于质量平衡调节系统，特别是适用于转体过程中的转体结构质量平衡自动调节系统及其应用。转体结构质量平衡自动调节系统，包括动作执行机构及控制机构，动作执行机构包括设置于转体结构上的供水箱，分别设置于转体结构两端的第一、第二配重水箱，第一、第二配重水箱分别与供水箱通过管路及高压泵连通；控制机构包括设置于转体结构上传感器，传感器的信号输出端接中央控制装置的信号输入端，中央控制装置的信号输出端分别与高压泵的控制输入端电连接。本发明有效解决了现有技术存在的称重工序繁琐、自动化程度低等技术难题，具有作业周期短、作业精度高、自动化程度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于质量平衡调节系统，特别是适用于转体过程中的转体结构质量平衡自动调节系统及其应用。
背景技术
随着近年来交通建设工程的蓬勃发展，各种涉铁桥梁转体也越来越多，转体技术由于可将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面作业，不仅可以保证工程施工安全，还可以减少对交通的影响，缩短封闭时间并降低施工成本。越来越多的新建桥梁工程与既有公路、铁路线路及江河出现交叉跨线的情况，鉴于转体法施工的安全性高且对交通影响小，目前绝大多数的新建跨线桥梁采用转体法施工。
转体施工中为保证转体桥的安全性、稳定性需要在转体前对转体桥进行称重、配重，从而保证T构两侧重量基本相等，传统的转体称重方法在称重前需要解除转体桥所有约束，然后对桥梁姿态以及偏重情况进行初步判断，根据撑脚着地的情况确定千斤顶的摆放位置以及百分表的摆放位置，然后采用人工控制千斤顶的方式，进行千斤顶顶力分级加载，同时指派多名人员对百分表的读数进行观察，称重指挥人员找到位移突变点后记录该等级千斤顶顶力，然后通过公式计算得出转体桥的不平衡力矩。最后采用吊车将配重块摆放至桥的合理位置。此种常规称重方法需要的人员配合多，往往需要6-7人完成，称重过程往往涉及千斤顶搬运，由于空间限制一般采用人工搬运导致极为不便，对较大吨位的转体桥可能涉及多个千斤顶同时起顶，且起顶过程中需要保证每台千斤顶顶力基本一致，对千斤顶操控人员的水平要求较高。
当转体桥约束解除后假如一侧偏重，则转体桥偏重侧梁端高度低于另一侧。可选择在偏重侧逐级加载，转体桥、承台、转盘在千斤顶顶力作用下沿转动摩擦副发生转动。通过计算即可得到转体桥的不平衡力矩。
此种传统的称重方法存在以下缺陷：
一、称重工序繁琐，需要先判断梁体初始姿态，然后布置千斤顶，称重完成后进行配重，整个称重周期较长。
二、自动化程度低，称重过程涉及梁体姿态判断、千斤顶顶力分级操作，因此对称重人员的经验与资质要求严格，自动化程度较低，由于人员的不确定性往往会使的称重的结果不准确。
三、精确度差，称重过程中千斤顶的分级梯度较大，得到的称重数据往往存在较大偏差，不能实现精确配重，因此加大了桥梁不平衡的风险。
四、人力投入资源大，成本较高，传统称重方法在称重过程中往往涉及千斤顶搬运，因空间限制原因，不能使用机械往往采用人工搬运，费事费力，且称重过程中需要读数人员、千斤顶操控人员、指挥人员，人力成本高，劳动强度大。
申请人未在国内专利数据库中发现与本发明相同或相近似的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转体结构质量平衡自动调节系统及其应用，采用该转体结构质量平衡自动调节系统能够自动完成转体前的平衡调整及转体中的实时监测控制。
本发明的整体技术构思是：
转体结构质量平衡自动调节系统，包括动作执行机构及控制机构，其中：
动作执行机构包括设置于转体结构上的供水箱，分别设置于转体结构两端的第一配重水箱、第二配重水箱，第一配重水箱及第二配重水箱分别与供水箱通过管路及高压泵连通；
控制机构包括设置于转体结构上传感器，传感器的信号输出端接中央控制装置的信号输入端，中央控制装置的信号输出端分别与高压泵的控制输入端电连接。
转体结构质量平衡自动调节系统的应用。
申请人需要说明的是：
控制机构的主要作用一是设定中央控制装置的阈值；二是便于将传感器监测的信号与中央控制装置的设定阈值进行比较，决定动作执行机构的动作启闭。其具体的电路元器件可以方便地采用现有市售的元器件或仪表实现，因其属于成熟技术，申请人在此不再赘述。
本发明的具体技术构思还有：
为便于管路的布置以及实现对配重水箱给排水的控制，优选的技术实现手段是，所述的管路及高压泵包括连接于供水箱与第一配重水箱之间的第一管路及第一高压泵；连接于供水箱与第二配重水箱之间的第二管路及第二高压泵。
传感器的主要作用是对转体结构在动作状态下的工作状态信号进行监测，以便于中央控制装置设定阈值，或将工作状态信号与设定阈值进行比较以控制动作执行机构的启闭，其中优选的技术实现手段是，所述的传感器采用倾角传感器、加速度传感器中的一种或其结合。
转体结构质量平衡自动调节系统的应用，包括如下工艺步骤：
A、设定中央控制装置阈值
转体结构拆除临时砂箱前将转体结构质量平衡自动调节系统安装于转体结构上，采用千斤顶置于转盘外侧的承台下方，顶起转体结构，拆除砂箱过程中观察转体结构姿态的变化，同时采集传感器采集此过程所发生的倾角和/或加速度值，根据传感器采集的数值与预期的转体结构平衡状态进行比对计算，得到并设定中央控制装置阈值；
B、转体前的平衡调整
转体前通过自动控制向梁端的第一配重水箱和/或第二配重水箱中注水，直至转体结构发生竖向倾斜的倾角和/或加速度达到中央控制装置设定阈值后停止注水，完成转体前的质量平衡调整操作；
C、转体中的实时监测控制
当转体过程中结构发生倾角和/或加速度超过中央控制装置设定阈值时，系统自动启动第一高压泵、第二高压泵，通过调整梁端的第一配重水箱和/或第二配重水箱内重量实时自动监测控制转体结构的配重，直至转体结构恢复预期的转体姿态。
更为优选的技术实现手段是，转体过程的后期可调整设定的阈值，通过实时检测控制使转体结构的姿态达到成桥的预期效果。
申请人需要说明的是：
在本发明的描述中，术语“两端”、“下方”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。术语“第一”、“第二”仅用于说明目的，而不能理解为说明零部件的重要性。
为证明本发明在操作时间、控制精度以及提高功效等方面的技术效果，申请人设计了如下试验：
一、试验场所：河北宝力工程装备股份有限公司
二、试验人员：张兴、刘凯、赵志磊
三、试验时间：2021年5月29日
四、试验仪器：可调偏心距试验转体桥、PXIE-76G1中央控制器、配重水箱、SV626T倾角传感器、HA21D-100加速度传感器、高压泵及相应管路
五、试验步骤：
①采用钢板及型钢拼装焊接偏心距可调的试验转体桥模型，转体模型偏心距可通过控制配重水箱中水的质量进行调整。
②在转体桥模型梁端处分别放置质量为m1的第一配重水箱，另一端放置质量为m2的第二配重水箱，第一配重水箱与第二配重水箱距梁体中心为等距L，将管路、高压泵、供给水箱与配重水箱连接完整。此时该转体桥偏心距
e1＝(m1-m2)×L÷M
其中：
m1：第一配重水箱质量；
m2：第二配重水箱质量；
L：配重水箱距梁体中心轴线距离；
M：转体桥模型质量；
e1：转体桥初始偏心距。
③安装传感器及完成接线工作，并完成调试保证通讯正常，设置转体桥目标偏心距阈值[0，e]。
④拆除转体桥模型所有约束，传感器采集转体桥模型的倾角与加速度，由中央控制器进行智能分析并发出改进指令，控制高压泵对配重水箱中水量进行调节。完成转体桥模型的质量自动调整。
④对调整完成后的第一配重水箱质量进行测量为M1，测量第二配重水箱质量为M2,配重完成后的转体桥偏心距为；
E1＝(M1-M2)×L÷M
其中：
M1：配重后第一配重水箱质量；
M2：配重后第二配重水箱质量；
L：配重水箱距梁体中心轴线距离；
M：转体桥模型质量；
E1：转体桥模型配重后整偏心距。
偏心距偏差η＝(E1-e)÷e×100％
⑤对称重结果、称重周期、劳动力成本等多方面进行对比分析。
六、试验结果对比分析：
1、通过设定不同阈值e，进行多组试验求均值的方法，通过质量平衡自动调节系统调节后的偏心距E1与预设阈值e进行对比，配重误差为3％左右。
试验数据表
| 试验组 | E(cm) | E<sub>1</sub>(cm) | η |
| 第一组 | 5 | 4.85 | 3.0％ |
| 第二组 | 6 | 5.86 | 2.3％ |
| 第三组 | 7 | 6.85 | 2.1％ |
| 第四组 | 8 | 7.79 | 2.6％ |
2、人力投入对比：根据模拟试验，采用该方法进行称重配重需投入人员3名(安装人员1人、技术人员2人)，而常规转体桥通常需投入人员10人(技术人员2人，百分表观测人员4人，千斤顶操控转运人员4人)，节约人工成本70％。
3、称重完成时间：通过该种方法进行称重配重时，配重水箱、供给水箱可在称重前进行布置，称重时仅进行接线处理即可，单个转体桥称重过程耗时约3h，常规称重时根据以往称重经验称重用时约6h，节省时间成本约50％。
4、综合材料成本、施工成本，采用自动调节质量调节平衡系统整体成本可下降约30％。
本发明所取得的实质性特点和具备的显著技术进步在于：
1、本发明中的转体结构质量平衡自动调节系统取代了传统称重方式，称重和配重同时完成，可根据传感器传递的实时数据实现精确称重和配重，不需要额外的称重设备、配重物以及其他机具设备。
2、转体结构在转体过程中可根据实时数据自动调整转体姿态，提高转体结构的安全性和稳定性。
3、转体结构质量平衡自动调节系统省去了传统施工方法中转体完成后的姿态调整操作，且称重过程无需投入过大的人力，节省了施工时间与成本。
4、转体结构质量平衡自动调节系统将传统的利用千斤顶称重的方法调整为智能系统控制，不完全依赖于人的经验控制，使得称重结果、配重更加精确，而且称重过程更加的简单快捷，缩短了称重周期。
5、经申请人试验，采用本发明中的转体结构质量平衡自动调节系统相比现有施工工艺缩短施工时间50％，节约人工70％，降低成本30％。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明中控制机构的工作原理图。
附图中的附图标记如下：
1、第一配重水箱；2、第一管路；3、第一高压泵；4、供水箱；5、第二高压泵；6、第二管路；7、第二配重水箱；8、转体结构；9、信号线；10、传感器；11、承台；12、转盘；13、千斤顶；14、中央控制装置。
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。
本实施例中的养护系统的整体构思如图示，其中的转体结构质量平衡自动调节系统，包括动作执行机构及控制机构，其中：
动作执行机构包括设置于转体结构8上的供水箱4，分别设置于转体结构8两端的第一配重水箱1、第二配重水箱7，第一配重水箱1及第二配重水箱7分别与供水箱4通过管路及高压泵连通；
控制机构包括设置于转体结构8上传感器10，传感器10的信号输出端接中央控制装置14的信号输入端，中央控制装置14的信号输出端分别与高压泵的控制输入端通过信号线9电连接。
本实施例中的中央控制装置14选用阿尔泰电子科技发展有限公司厂家生产的型号为PXIE-76G1的中央控制处理器，传感器选用倾角传感器、加速度传感器的组合，其中倾角传感器选用迈科传感厂家生产的型号为SV626T的双轴倾角传感器，加速度传感器选用迈科传感厂家生产的型号为HA21D-100的加速度传感器。
所述的管路及高压泵包括连接于供水箱4与第一配重水箱1之间的第一管路2及第一高压泵3；连接于供水箱4与第二配重水箱7之间的第二管路6及第二高压泵5。
转体结构质量平衡自动调节系统的应用，包括如下工艺步骤：
A、设定中央控制装置阈值
转体结构拆除临时砂箱前将转体结构质量平衡自动调节系统安装于转体结构8上，采用千斤顶13置于转盘12外侧的承台11下方，顶起转体结构8，拆除砂箱过程中观察转体结构8姿态的变化，同时采集传感器10采集此过程所发生的倾角和/或加速度值，根据传感器10采集的数值与预期的转体结构8平衡状态进行比对计算，得到并设定中央控制装置14阈值；
B、转体前的平衡调整
转体前通过自动控制向梁端的第一配重水箱1和/或第二配重水箱7中注水，直至转体结构发生竖向倾斜的倾角和/或加速度达到中央控制装置14设定阈值后停止注水，完成转体前的质量平衡调整操作；
C、转体中的实时监测控制
当转体过程中结构发生倾角和/或加速度超过中央控制装置14设定阈值时，系统自动启动第一高压泵3、第二高压泵5，通过调整梁端的第一配重水箱1和/或第二配重水箱7内重量实时自动监测控制转体结构的配重，直至转体结构恢复预期的转体姿态。
转体过程的后期可调整设定的阈值，通过实时检测控制使转体结构的姿态达到成桥的预期效果。
Claims (6)
1.转体结构质量平衡自动调节系统，其特征在于包括动作执行机构及控制机构，其中：
动作执行机构包括设置于转体结构(8)上的供水箱(4)，分别设置于转体结构(8)两端的第一配重水箱(1)、第二配重水箱(7)，第一配重水箱(1)及第二配重水箱(7)分别与供水箱(4)通过管路及高压泵连通；
控制机构包括设置于转体结构(8)上传感器(10)，传感器(10)的信号输出端接中央控制装置(14)的信号输入端，中央控制装置(14)的信号输出端分别与高压泵的控制输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的转体结构质量平衡自动调节系统，其特征在于所述的管路及高压泵包括连接于供水箱(4)与第一配重水箱(1)之间的第一管路(2)及第一高压泵(3)；连接于供水箱(4)与第二配重水箱(7)之间的第二管路(6)及第二高压泵(5)。
3.根据权利要求1所述的转体结构质量平衡自动调节系统，其特征在于所述的传感器(10)采用倾角传感器、加速度传感器中的一种或其结合。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的转体结构质量平衡自动调节系统的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于包括如下工艺步骤：
A、设定中央控制装置阈值
转体结构拆除临时砂箱前将转体结构质量平衡自动调节系统安装于转体结构(8)上，采用千斤顶(13)置于转盘(12)外侧的承台(11)下方，顶起转体结构(8)，拆除砂箱过程中观察转体结构(8)姿态的变化，同时采集传感器(10)采集此过程所发生的倾角和/或加速度值，根据传感器(10)采集的数值与预期的转体结构(8)平衡状态进行比对计算，得到并设定中央控制装置(14)阈值；
B、转体前的平衡调整
转体前通过自动控制向梁端的第一配重水箱(1)和/或第二配重水箱(7)中注水，直至转体结构发生竖向倾斜的倾角和/或加速度达到中央控制装置(14)设定阈值后停止注水，完成转体前的质量平衡调整操作；
C、转体中的实时监测控制
当转体过程中结构发生倾角和/或加速度超过中央控制装置(14)设定阈值时，系统自动启动第一高压泵(3)、第二高压泵(5)，通过调整梁端的第一配重水箱(1)和/或第二配重水箱(7)内重量实时自动监测控制转体结构的配重，直至转体结构恢复预期的转体姿态。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于转体过程的后期可调整设定的阈值，通过实时检测控制使转体结构的姿态达到成桥的预期效果。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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