铁路桥梁预应力自动张拉系统

第一部分铁路桥梁预应力自动张拉系统2016/07/01预应力施工重要性安全性和耐久性的关键工序直接关系到线路运营的安全。预应力施工影响因素预应力损失张拉设备摩阻张拉控制精度操作人员熟练度预应力张拉精度失控锚固端出现裂纹出现横向裂缝纵向扭曲起拱预应力筋拉断结构失效、破坏，生命财产损失。1.2现状5公路自动化张拉设备①模拟手动控制泵站出油口安装液压传感器。测点距离油泵近，传感器冲击大。无法解决千斤顶摩阻变化的影响，需要频繁进行标定。②无法点对点标定在超高压力时无法定值保压，校正采用过程读数记录，甚至采用原始的用油表读数，引用误差大，校正误差大。③单点测控一旦传感器故障，系统失控。威胁质量、人身安全。④液压系统性能低无法实现超高压，无法连续均匀加压。71.2现状5公路自动化张拉设备⑤稳定性及可靠性差持续高压50MPa，作业环境恶劣，常发生卡阀或内泄现象，造成张拉失控，无法卸荷回顶等现象。⑥无油温度测控油温超过60℃时稀释严重，油路严重内泄，摩阻差别大，无法输出高压。低温时，粘稠度变大，千斤顶摩阻增大，张拉力偏差大。⑦功能单一，控制精度低仅能完成基本操作，张拉力控制精度达不到规范要求。⑧缺乏实施安全辅助功能过程中，缺乏安全保护措施，事故隐患大。1.2现状5人工换算张拉力人工操控油泵人工测量伸长值人工记录数据铁路预应力混凝土桥梁传统后张法1.2现状5一个普通油泵驱动一个千斤顶张拉设备人工查看压力表手动操作操作方式人工测读液压表并换算张拉力采用普通量具人工测读伸长值测量方式人工填表记录数据记录传统后张法参入大量人工干预操作过程繁杂测量精度较低数据可信度较差张拉设备需频繁校正张拉效率不高施工工艺弊端1.3研究10存在诸多弊端，缺乏有效的质量控制手段。立项总公司于2014年设立科研课题，拟解决预应力传统后张法施工的弊端，整体提升我国铁路桥梁的预制水平和管理水平。课题名称：《铁路桥梁预应力自动张拉系统应用技术研究》关注2014年7月，在铁科院国家轨道试验中心，总公司卢春房副总经理对自动张拉技术进行了现场调研；高度重视项目的研究进展。2.0设备系统112.1构架2.2组成2.3功能特点2.4操作122.1构架12消除人工干预控制精度低提高预应力施工质量具体问题设备系统不稳定改进设备性能解决传统工艺弊端提高劳动生产效率控制原则整体目标人工操控不确定性数据可靠性差施工数据信息化组建信息化管理系统2.1构架132.1构架142.2组成152.2组成16自动张拉系统组成机械动力系统传感器测量系统张拉控制系统数据管理系统高压泵站千斤顶高性能电磁阀力传感器压力传感器位移传感器张拉控制系统辅助监测系统数据存储无线传输数据查看辅助系统油温控制断电恢复油压控制2.2组成17动力系统（1）液压泵站高性能径向柱塞泵，工作油压可高达70MP。液压站高压油泵过滤系统风冷却器温度传感器电加热器缓释控制阀加载控制阀换向阀液压泵站的组成适用温度范围-10℃~+45℃电源电压380V2.2组成18动力系统（2）液压控制阀组采用独特设计的超高压截止阀模式：控制精度高持荷稳压耐久稳定2.2组成19动力系统（3）千斤顶350t专用千斤顶，安装有压力传感器、液压传感器和位移测量传感器，配备高压油管。穿心孔径φ170mm张拉行程200mm2.2组成20传感系统传感器名称安装位置功能测力传感器千斤顶工作锚端直接测量张拉力位移传感器千斤顶外侧测量钢绞线伸长量压力传感器液压泵站供油口端及回油端测量液压系统的工作油压及回油压力温度传感器油箱内、外侧测量液压系统的工作油温，及环境温度。2.2组成21传感系统测力方式液压换算液压管路安装液压传感器，根据千斤顶参数换算成张拉力。受油温、摩阻影响，测试精度低。直接测力千斤顶端安装压力传感器直接测量外荷载。消除设备内部因素影响，受力明确、测试精准。2.2组成22传感系统（1）测力传感器轮辐式传感器直接测力，力值不受千斤顶摩阻、温度影响低高度，不增加下料长度。测量剪应力原理，不受径向力影响。抗偏载能力强，对作用力位置的变化不敏感。刚性大，弹性变形小，工作状态稳定。AAA-A1—轮箍2—胶封3—轮毂4—轮辐5—应变片工具锚工作锚端工具锚端传感器及连接件说明：1.单位为毫米。2.过渡套应与工具锚匹配，工具锚与锚板宜同一厂家制作。3.过渡套与限位板配合的止口按实际工作锚尺寸拟定。图名图号页数千斤顶与测力传感器工装TXZ01-00-00232.2组成23传感系统位移测量方式•光电位移传感器光学原理，反射受因素影响，光源易受干扰，测试准确性差。•电阻式位移传感器千斤顶活塞与缸体之间易旋转，拉杆变形损坏。•拉线式位移传感器测量精度高、结构紧凑、防震。2.2组成24传感系统（2）位移传感器拉线(杆)式传感器，滑动导轨导向支撑，千斤顶与位移触点采用滑动接触，解决了张拉时千斤顶活塞旋转对位移影响的问题。千斤顶出顶端2.2组成25传感系统（3）液压传感器变阻式液压传感器测量油压量程：0-60Mpa精度：±0.3%FS环境条件：-25~85℃262.2组成26传感器系统（4）温度传感器测量液压油温、环境温度测量介质：与不锈钢兼容的各种液体、气体或固体表面测温范围：（-80～300）℃2.2组成27控制系统•由中央管理模块、控制模块、电源模块、信号采集模块、驱动模块、执行模块等组成。HDMI人机界面中央管理（工业电脑）辅控系统（PLC）测力系统测力传感器采集模块温度传感器回油液压传感器出油液压传感器电磁阀电机变频器加热器冷却器动力力系统主控系统（PLC）测力系统测力传感器采集模块温度传感器回油液压传感器出油液压传感器电磁阀电机变频器加热器冷却器动力系统2.2组成28控制系统•智能张拉控制、数据表报、数据存储及查看、数据传输及加密、注册认证、帮助模块多功能预应力施工设备管理1智能张拉系统2报表系统3张拉数据联网系统4数据加密、导入导出系统5安全辅助系统6软件注册7帮助系统2.2组成29控制系统主控系统和辅控系统（箱梁一主三辅，T梁一主一辅）。主、辅控制系统通过总线型数据线串联实现信号的同步通讯。2.2组成30控制系统PLC可编程控制器及采集工业电脑电控系统2.2组成31数据管理系统由无线传输模块、工业控制机、梁场服务器及数据管理软件构成。实现数据的存储和传输。2.2组成32辅助系统为保证施工质量、施工安全、设备安全研制的辅助系统。主要包括：张拉力复核、智能油温控制、回顶安全防护、在线故障诊断冷却器加热装置张拉力复核2.2组成技术指标序号项目参数1目标值控制精度0.5%2输出荷载准确度1.0%3工作环境温度-10℃~45℃4最大工作油压70MPa5测力传感器量程0~280t6位移传感器量程0~200mm7数据采集频率5Hz8无线通讯网络3G/4G/WIFI9数据存储形式数据库2.3功能特点34操作功能①参数设置：输入编号、型号等基本信息、张拉力目标值及伸长量、持荷时间等设计信息。一键式启动，自动完成全过程。②自动平衡同步张拉：钢束两端伸长量保持一致，同步张拉，以张拉力为最终控制目标。③持荷稳压：持荷阶段自动补压，控制张拉力偏差在目标值上下1%内。④图表分析：直观显示张拉力值，位移值曲线。⑤结果自动生成：自动计算张拉结果，并打印完整的张拉结果记录表。2.3功能特点35辅助功能①断电恢复功能：突发断电，自动保存当前数据，重新接电后可由断点处继续完成自动张拉过程。②智能油液温控：具备自动温控系统，以保证液压系统工作效能。③回顶保护功能：自动监测千斤顶回油压力，防止回油压力过高造成爆顶。无线传输功能数据无线传输至梁场服务器，可远程传输至铁路工程管理平台。2.3功能特点36安全防护功能①故障诊断：实时监测全过程各部件工作状态，并实时诊断。②报警功能：设备异常、数据超限时自动停止作业并进行报警功能。③伸长值动态预警：实时计算钢绞线实际值与理论值进行比对。防止因数据输入错误、测力或位移传感器失准、钢绞线滑丝断丝而继续作业的危险。④张拉力复核：测力传感器与液压传感器之间相互比对，防止因传感器失效导致的事故。372.4应用操作37施工准备标定1）测力装置2）位移测量装置无线信号1）工作区域WIFI2）4G网络382.4应用操作38施工准备检查1）混凝土实际强度，已达到设计强度、弹模和龄期要求。2）检查梁体缺陷，修补。3）设备已配套校验合格，在规定期限内。油管连接紧密。安全警示牌、警戒围栏。4）清除锚垫板上灰浆。5）检查锚具、夹片是否配套。2.4应用操作39施工准备安装1）设备移动至钢束的两端，摆放、接通电源。2）连接各个张拉台车通讯线。3）查看A1主机，试运行，确保正常。2.4应用操作40施工准备安装1）安装工作锚具、夹片，工作锚垫板在止口内。安装限位板，检查限位板规格及夹片与钢绞线直径的匹配情况。2）安装过渡套及千斤顶。3）安装工具锚，使管道、锚具、千斤顶三者同心，避免工具锚与工作锚间钢绞线交叉错位。工具外露长度基本一致。2.4应用操作41开机启动开机启动进入自动化张拉设备操作界面，根据要求操作相应的按钮。2.4应用操作42信息设置【桥梁设置】，设置钢束编号，添加或修改梁型和项目信息，或直接导入对应的EXCEL文件，“保存”。2.4应用操作43参数设置【设置】，输入权限密码进入参数设置界面，可对传感器的标定和参数的设置，“保存”“关闭”回到主界面。基本参数设置高级参数设置2.4应用操作44张拉作业【张拉作业】点击“启动”，弹出张拉钢束确定界面，确定后自动进入张拉。2.4应用操作45结果查询【张拉报表】进入张拉报表界面，可查看结果数据及过程曲线。2.4应用操作46数据导出/导入施工现场预、初和终张拉可能由两套设备完成，为了形成完整的报表数据，设计了数据导出导入功能【U盘读写】，选择数据，【导出数据】，可导出导入张拉数据及报表。2.4应用操作47结果上传报表可导出到excel或直接打印。“上传”可上传至铁路工程管理平台。2.4应用操作48质量要求张拉力按照管道摩阻、锚口加喇叭口磨阻实测调整锚外控制张拉力。控制张拉力偏差小于1%。伸长量不同步率（两端伸长量相差）小于5%。时间张拉速度及各阶段持荷时间满足要求。加载控制张拉阶段：0-95%伸长值控制，95%-100%张拉力控制。持荷阶段：静停持荷，±1%范围内。锚固阶段：自动缓慢卸荷锚固。2.4应用操作49注意事项初始应力阶段初始应力值时，持荷，同时松开千斤顶吊绳。记录工具夹片外露量。持荷阶段持荷完毕测量并记录工具夹片外露量。回顶阶段卸除千斤顶，测量并记录工作锚夹片的外露量，并在距离夹片端头2-3cm处的钢绞线上标记，持续观察24h，判断滑丝断丝情况。3.0管理平台503.1简介3.2组成3.3功能3.4APP513.1简介51铁路工程管理平台是以铁路工程设计、建设、运营全生命周期管理为目标，涉及综合管理、过程控制、现场管理等方面的综合性应用平台。52自动张拉管理平台为基于铁路工程管理平台下的子模块。3.1简介533.2组成3.3功能54数据集成管理、统计分析、可视化展示及质量信息推送。a）施工进度及工程量统计b）质量控制参数统计c）超限值情况数据统计d）张拉结果详细数据5555特点•大容量存储空间•快速高效的处理能力•数据集成管理、信息传递共享•施工进度和施工质量的动态跟踪•上、下级信息反馈•便捷的移动办公软件。3.3功能3.4APP56573.4APP575858功能一键式全过程自动张拉两端平衡张拉，精确调控张拉力张拉力与伸长值的实时监测判断人机交互、参数预设、智能分析结果自动生成、图表分析、远程传输荷载复核、油压监控、油温监控、故障诊断特点技术先进、安全可靠具备