CN205102971U - 伺服式反拉法预应力检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种伺服式反拉法预应力检测仪，包括油箱、位移传感器、穿心式千斤顶、控制箱、组合阀体、电机和智能终端，电机为伺服电机和伺服驱动器，智能终端和控制箱内控制电路集成的工业级无线路由器组成无线局域网，压力变送器和位移传感器分别将压力信号和位移信号发至控制箱，控制箱中以太网通讯模块将信号送至路由器，再转发至智能终端，智能终端处理后将控制液压的指令信号无线传输至路由器，再转发到控制箱的以太网通讯模块，经处理后，送至伺服驱动器，控制伺服电机动作使液压升降进行预应力检测。本实用新型采用伺服系统可保障检测精度，适应性好、增强检测效率和使用寿命；智能终端和控制箱之间采用无线通讯，操作灵活性强。

Description

伺服式反拉法预应力检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种伺服式反拉法预应力检测仪。

背景技术

预应力筋张拉后的锚下有效预应力受预应力筋本身的性能指标、自重、预应力筋和管道壁的摩阻、预应力筋和喇叭口的摩阻、预应力筋和锚夹具的摩阻、预应力筋在张拉后放张回缩的预应力损失、多根预应力筋相互之间的效率系数影响。

现有的反拉法预应力检测仪往往采用普通电机、步进电机或者变频电机作为驱动机构，导致出现以下问题：

⑴电机的发热量高、噪音大，无法适应油污重、温差大、温度高的野外恶劣环境。

⑵采用普通电机、步进电机或者变频电机来控制油压升降，精度不高，而且步进电机具有失步问题，不能保障检测精度。

⑶电机加减速动态响应时间长，检测时间长，检测效率低，缩短了设备的使用寿命。

⑷电机不仅在检测到预应力时工作，而且在停止检测时也在工作，这种连续工作方式缩短了电机的使用寿命。

⑸工作时的油液温度较高，使得设备连续运作的时间十分有限，在油温较高的情况下连续运作导致设备的使用寿命大大缩短。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够提高检测效率、延长使用寿命、提高检测精度、可灵活操作、适应性强的伺服式反拉法预应力检测仪。

本实用新型的目的通过以下的技术措施来实现：一种伺服式反拉法预应力检测仪，它包括油箱、位移传感器、穿心式千斤顶、设有控制电路的控制箱、安装在油箱上的组合阀体和电机，所述组合阀体具有压力变送器和电磁换向阀，所述穿心式千斤顶和组合阀体通过油路连接为穿心式千斤顶供油，所述压力变送器和电磁换向阀分别与控制箱连接，所述位移传感器固定在穿心式千斤顶的顶缸上并与控制箱连接，其特征在于：所述伺服式反拉法预应力检测仪还包括智能终端，所述电机采用伺服电机和用于控制伺服电机的伺服驱动器，所述伺服驱动器设置在控制箱中，所述智能终端和控制箱内控制电路上的集成的工业级无线路由器组成无线局域网，压力变送器和位移传感器分别将压力信号和位移信号发送至控制箱，控制箱中的以太网通讯模块将这些信号传输给无线路由器，经无线路由器转发至智能终端，在智能终端上运行的预应力检测软件通过TCP/IP网络通讯协议解析该信号进行处理，并将控制液压的指令信号无线传输至无线路由器，再由无线路由器转发到控制箱中的以太网通讯模块，经控制箱处理后，将其发送至伺服驱动器，从而控制伺服电机动作使液压升降进行预应力检测。

本实用新型采用伺服电机及其伺服驱动器所组成的伺服系统控制油压升降，精度高，能够保障检测精度，而且伺服电机的发热和噪音比其他液压系统明显降低，能极好的适应野外预应力施工时的恶劣环境，因此，适应性好；另外，伺服电机低速运行时特别平稳，高速性能好，额定转速高，加减速动态响应时间短，可使整个测试过程在低压区、高压区进行不同的升压速度控制，有效的缩短检测时间，增强了设备的检测效率和使用寿命；伺服系统在检测有效预应力时才工作，停止检测时则不工作，相较传统电机的连续工作方式，能耗低、散热小，有效的增长系统的使用寿命；本实用新型在智能终端和控制箱之间采用无线通讯技术，相较以往的有线连接方式，现场工作人员具备更灵活的操作优势。

作为本实用新型的一种实施方式，所述组合阀体主要由内设低压油路和高压油路的呈块体状的基座、所述压力变送器、所述电磁换向阀、定差溢流阀、安全阀和滤油器组成，所述低压油路和高压油路的一端接通油箱，另一端则贯穿基座形成高压油路口和低压油路口，所述高压油路口和低压油路口分别对应与穿心式千斤顶的高压油路口和低压油路口连接，所述压力变送器、所述电磁换向阀、定差溢流阀和安全阀分别安装在高压油路和低压油路上，所述滤油器设于低压油路和高压油路中以过滤油液中的杂质。

作为本实用新型的一种改进，所述基座内设有风冷装置，所述风冷装置靠近高压油路和低压油路设置。风冷装置可有效改善工作时的油液温度，增长设备的连续工作时间，延长设备的使用寿命。

作为本实用新型的一种实施方式，所述控制电路主要是由电源模块、AD数据采集模块、以太网通讯模块和过流过压保护装置集成在一电路板上构成，所述位移传感器采集到的电信号经变换后送入AD数据采集模块进行张拉力和伸长量采集，采集到的采样值经过以太网通讯模块处理后无线传送回智能终端，同时以太网通讯模块接收智能终端发来的指令，输出控制信号以控制伺服驱动器以驱动伺服电机控制油压升降，从而使油路控制和检测同步进行。

作为本实用新型的优选实施方式，所述电源模块采用双稳压开关电源，AD数据采集模块采用16位分辨率的AD采集芯片，所述以太网通讯模块采用STM32F103CB型微处理器，所述位移传感器采集到的电信号经过LM358阻抗进行变换。

作为本实用新型的进一步改进，由所述组合阀体和伺服电机组成的液压系统安装在一箱体内，由所述控制箱、伺服驱动器、无线路由器、开关电源和过流过压保护装置组成的电子系统安装在另一箱体内，各系统的插接口和连线在各自的箱体内固定。液压系统和电子系统分别安置在两个箱体内，使得两个系统相对独立，可实现易拆装、抗干扰、防碰撞、耐高温、防油污、防灰尘的效果。

本实用新型有以下实施方式，所述智能终端为计算机、手机或者平板电脑。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的效果：

⑴本实用新型采用伺服电机和伺服驱动器所组成的伺服系统来控制油压升降，发热和噪音相比其他液压系统明显降低，能极好的适应野外预应力施工时的油污重、温差大、温度高的恶劣环境，因此，适应性好。

⑵伺服电机实现了位置、速度、力矩的闭环控制，相比普通电机、步进电机或变频电机控制油压升降的精度更高，而且克服了步进电机失步的问题，更加有效的保证设备的测试精度。

⑶伺服电机低速运行时特别平稳，高速性能好，额定转速高，加减速动态响应时间短，可使整个测试过程在低压区、高压区进行不同的升压速度控制，有效的缩短检测时间，增强了设备的检测效率和使用寿命。

⑷伺服电机的抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，在现场使用时，遇到电压不稳定，或者瞬间的负载波动时，能起到更好的自我保护，有效的增强了设备的抗干扰能力。

⑸伺服系统在检测有效预应力时才工作，停止检测时则不工作，相较传统电机的连续工作方式，能耗低、散热小，有效的增长系统的使用寿命。

⑹本实用新型采用主动风冷式散热系统，有效的改善了系统工作时的油液温度，增长了系统的连续工作时间，延长了设备的整体使用寿命。

⑺本实用新型采用无线通讯技术，相较以往的有线连接方式，现场工作人员具备更灵活的操作优势。

⑻智能终端除了支持传统的电脑控制，还支持通过平板、手机控制检测系统。

⑼本实用新型的液压系统和电子系统分别设置在两个箱体中，使得两个系统相对独立，可实现易拆装、抗干扰、防碰撞、耐高温、防油污、防灰尘的效果。

⑽电子系统使用了过流过压保护装置，当电流电压超过设定时，自动断电，保护设备。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的整体组成结构示意图；

图2是本实用新型校准压力变送器软件流程图；

图3是本实用新型测试有效预应力软件流程图；

图4是控制电路的组成结构图。

具体实施方式

如图1所示，是本实用新型一种伺服式反拉法预应力检测仪，它包括智能终端、油箱38、位移传感器16、穿心式千斤顶17、设有控制电路的控制箱29、安装在油箱38上的组合阀体3、伺服电机39和用于控制伺服电机39的伺服驱动器21，在本实施例中，智能终端采用计算机1，除此之外，智能终端还可以采用手机或者平板电脑，伺服驱动器21设置在控制箱29中，组合阀体3主要由内设低压油路和高压油路的呈块体状的基座、压力变送器10、电磁换向阀6、定差溢流阀7、低压安全阀4、高压安全阀5和滤油器11组成，低压油路和高压油路的一端接通油箱38，另一端则贯穿基座形成高压油路口8和低压油路口9，高压油路口8和低压油路口9分别对应通过高压油路油管12和低压油路油管13与穿心式千斤顶17的高压油路口15和低压油路口14连接为穿心式千斤顶供油，压力变送器10、电磁换向阀6、定差溢流阀7和低压安全阀4、高压安全阀5分别安装在高压油路和低压油路上，滤油器11设于低压油路和高压油路中以过滤油液中的杂质。压力变送器10和电磁换向阀6分别与控制箱29连接，位移传感器16通过定位工装18固定在穿心式千斤顶17的顶缸上并与控制箱29连接，计算机1和控制箱29内控制电路上集成的工业级无线路由器22组成无线局域网，压力变送器10和位移传感器16分别将压力信号和位移信号发送至控制箱29，控制箱29将该信号无线传输至计算机1，而则将实时发送至控制箱29，控制箱29中的以太网通讯模块将该信号传输给无线路由器22，经无线路由器22转发至计算机1，在智能终端上运行的预应力检测软件通过TCP/IP网络通讯协议解析该信号进行处理，并将控制液压的指令无线传输至无线路由器22，再由无线路由器22转发到控制箱29中的以太网通讯模块，经控制箱处理后，将其发送至伺服驱动器21，从而控制伺服电机39动作使液压升降进行预应力检测。

参见图4，控制箱29中的控制电路主要是由电源模块、AD数据采集模块、以太网通讯模块和过流过压保护装置集成在一张电路板上构成，电源模块采用双稳压开关电源，AD数据采集模块采用16位分辨率的AD采集芯片，以太网通讯模块采用STM32F103CB型微处理器，位移传感器采集到的电信号经LM358阻抗变换后送入AD数据采集模块进行张拉力和伸长量采集，采集到的采样值经过以太网通讯模块处理后无线传送回智能终端，同时以太网通讯模块接收智能终端发来的指令，输出控制信号以控制伺服驱动器以驱动伺服电机控制油压升降，从而使油路控制和检测同步进行。

在基座内设有风冷装置，风冷装置靠近高压油路和低压油路设置。风冷装置可有效改善工作时的油液温度，增长设备连续工作时间，延长设备的使用寿命。由组合阀体和伺服电机组成的液压系统安装在一箱体内，由控制箱、伺服驱动器、无线路由器、开关电源和过流过压保护装置组成的电子系统安装在另一箱体内，各系统的插接口和连线在各自的箱体内固定。液压系统和电子系统分别安置在两个箱体内，使得两个系统相对独立，可实现易拆装、抗干扰、防碰撞、耐高温、防油污、防灰尘的效果。

本实用新型的装配过程如下：将伺服电机39安装在油箱38上；将散热器45安装在油箱38上；将组合阀体3安装在油箱38上，并将组合阀体3上的高压油路口8和低压油路口9安装在远离伺服电机39的一侧；将定差溢流阀7安装在组合阀体3上，靠近高压油路口8；将滤油器11安装在组合阀体3上，靠近高压油路口8；将高压安全阀5安装在组合阀体3上，靠近高压油路口8；将低压安全阀4安装在组合阀体3上，靠近低压油路口9；将电磁换向阀6安装在组合阀体3上。将定位工装18沿穿心式千斤顶17的轴向安装到穿心式千斤顶17的顶缸上；将位移传感器16安装到定位工装18上。

参见图1，控制箱29通过无线通讯接口19、2与计算机1连接；将控制箱29上的位移传感器接口32通过位移传感器控制线23与设在穿心式千斤顶17上的位移传感器16连接；将控制箱29上的压力变送器接口27，通过压力变送器控制线与组合阀体3上的压力变送器10连接；将控制箱29上的电磁换向阀接口33通过电磁换向阀控制线24与组合阀体3上的电磁换向阀6连接；将控制箱29上的220V电源36与地线20连接；将控制箱29上的220V电源36与过流过压保护装置31连接；将组合阀体3上的高压油路口8通过高压油路油管12与穿心式千斤顶17上的高压油路口15连接；将组合阀体3上的低压油路口9通过低压油路油管13与穿心式千斤顶17上的低压油路口14连接。启动计算机1，运行测试系统配套软件，按实际情况设置预应力筋相关运行参数，通过开启电源开关30启动控制箱29，通过连接在电源上的伺服电机电源线26启动伺服电机39，控制箱上设有散热器电源接口28用于连接散热器，还设有伺服驱动器控制接口34和网线端口35，伺服驱动器控制接口34与伺服电机控制线44连接，计算机1将控制液压的指令信号通过无线通讯接口2发送至控制箱29，经控制箱29内STM32F103CB微处理器处理后，将其通过伺服驱动器控制线25，发送至伺服驱动器21，伺服电机39接收到控制信号后，控制液压升降；组合阀体3上的压力变送器10将当前压力信号通过压力变送器控制线27发送至控制箱29，控制箱29通过无线通讯接口19将其发送至计算机1；穿心式千斤顶17上的位移传感器16将当前位移信号通过位移传感器控制线23发送至控制箱29，控制箱29通过无线通讯接口19将其发送至计算机1。

配套预应力检测软件采用VC++/MFC开发，包含Access数据库、Socket通讯模块、特征算法、变换滤波算法、显示控件。

参见图2，运行计算机1上安装的配套测试系统进行压力变送器10自动校准：设置标准压力停顿点，启动自动校准，计算机1通过无线通讯接口2发送指令给控制箱29，控制箱29接收指令后，通过伺服驱动器控制线25发送指令给伺服驱动器21，伺服电机39收到指令后，控制油压进行升降，压力变送器10通过压力变送器控制线27将张拉力传送给控制箱29，控制箱29通过无线通讯接口19将张拉力值传送给计算机1；液压系统升压时，当标准压力值达到设置停顿点时，将压力变送器10AD值和标准压力值配对存储，循环所有停顿点，完成第一次循环；再次控制液压系统升压，当标准压力值达到设置停顿点时，计算并记录压力变送器10AD值换算后的张拉力值与标准压力值的差值，循环所有停顿点，完成第二次循环；根据记录下的压力变送器10张拉力值与标准压力值的差值，计算压力变送器10精度，达到校准压力变送器10的目的。

参见图3，运行计算机1上安装的配套测试系统进行张拉后未粘结预应力筋有效预应力测试：设置预应力筋参数后，启动自动测试，计算机1通过无线通讯接口2发送指令给控制箱29，控制箱29接收指令后，通过伺服驱动器控制线25发送指令给伺服驱动器21，伺服电机39收到指令后，控制油压进行升降，压力变送器10通过压力变送器控制线27将张拉力传送给控制箱29，位移传感器16通过位移传感器控制线23将伸长量传送给控制箱29，控制箱29通过无线通讯接口19将张拉力值和伸长量值传送给计算机1；将张拉力上升过程中的张拉力值和伸长量值进行滤波降噪后，用其构建初始离散曲线，并根据离散点规律计算出初始特征值，通过设置的预应力筋参数计算摩阻，控制张拉力下降到设定值，完成第一次循环；再次控制张拉力上升，将张拉力上升过程中的张拉力值和伸长量值进行滤波降噪后，用起构建特征离散曲线，并根据离散点规律和第一次循环的数据，计算张拉后未粘结预应力筋有效预应力值，控制张拉力下降到零值，自动控制穿心式千斤顶17退顶，完成第二次循环。

本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种伺服式反拉法预应力检测仪，它包括油箱、位移传感器、穿心式千斤顶、设有控制电路的控制箱、安装在油箱上的组合阀体和电机，所述组合阀体上设有压力变送器和电磁换向阀，所述穿心式千斤顶和组合阀体通过油路连接为穿心式千斤顶供油，所述压力变送器和电磁换向阀分别与控制箱连接，所述位移传感器固定在穿心式千斤顶的顶缸上并与控制箱连接，其特征在于：所述伺服式反拉法预应力检测仪还包括智能终端，所述电机采用伺服电机和用于控制伺服电机的伺服驱动器，所述伺服驱动器设置在控制箱中，所述智能终端和控制箱内控制电路上集成的工业级无线路由器组成无线局域网，压力变送器和位移传感器分别将压力信号和位移信号发送至控制箱，控制箱中的以太网通讯模块将该信号传输给无线路由器，经无线路由器转发至智能终端，在智能终端上运行的预应力检测软件通过TCP/IP网络通讯协议解析该信号进行处理，并将控制液压的指令信号无线传输至无线路由器，再由无线路由器转发到控制箱中的以太网通讯模块，经控制箱处理后，将其发送至伺服驱动器，从而控制伺服电机动作使液压升降进行预应力检测。

2.根据权利要求1所述的伺服式反拉法预应力检测仪，其特征在于：所述组合阀体主要由内设低压油路和高压油路的呈块体状的基座、所述压力变送器、所述电磁换向阀、定差溢流阀、安全阀和滤油器组成，所述低压油路和高压油路的一端接通油箱，另一端则贯穿基座形成高压油路口和低压油路口，所述高压油路口和低压油路口分别对应与穿心式千斤顶的高压油路口和低压油路口连接，所述压力变送器、所述电磁换向阀、定差溢流阀和安全阀分别安装在高压油路和低压油路上，所述滤油器设于低压油路和高压油路中以过滤油液中的杂质。

3.根据权利要求2所述的伺服式反拉法预应力检测仪，其特征在于：所述基座内设有风冷装置，所述风冷装置靠近高压油路和低压油路设置。

4.根据权利要求3所述的伺服式反拉法预应力检测仪，其特征在于：所述控制电路主要是由电源模块、AD数据采集模块、以太网通讯模块和过流过压保护装置集成在一电路板上构成，位移传感器采集到的电信号经变换后送入AD数据采集模块进行张拉力和伸长量采集，采集到的采样值经过以太网通讯模块处理后无线传送回智能终端，同时以太网通讯模块接收智能终端发来的指令，输出控制信号以控制伺服驱动器以驱动伺服电机控制油压升降，从而使油路控制和检测同步进行。

5.根据权利要求4所述的伺服式反拉法预应力检测仪，其特征在于：所述电源模块采用双稳压开关电源，AD数据采集模块采用16位分辨率的AD采集芯片，所述以太网通讯模块采用STM32F103CB型微处理器，所述位移传感器采集到的电信号经过LM358阻抗进行变换。

6.根据权利要求5所述的伺服式反拉法预应力检测仪，其特征在于：由所述组合阀体和伺服电机组成的液压系统安装在一箱体内，由所述控制箱、伺服驱动器、无线路由器、开关电源和过流过压保护装置组成的电子系统安装在另一箱体内，各系统的插接口和连线在各自的箱体内固定。

7.根据权利要求6所述的伺服式反拉法预应力检测仪，其特征在于：所述智能终端为计算机、手机或者平板电脑。