自動張拉控制系統的原理及應用

徐道瑞XU Dao-rui

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，西安 710000）

（The 1st Engineering Co.，Ltd.of China Railway 12th Bureau Group，Xi'an 710000，China）

0 引言

在我國，對于建設的客運專線來說，通常情況下都是采用無砟軌道結構形式。無砟軌道與傳統的有砟軌道相比，無論是軌道的穩定性，還是平順性，都有大大提高。所以，在施工過程中，軌道需要建立在堅實、穩定、不變形或變形有限的基礎上。在對橋梁進行施工的過程中，對橋梁的工后沉降和徐變上拱等通常情況下需要進行準確的控制，通過對預應力進行準確施加，進而控制橋梁徐變上拱。“預應力對于預制梁來說就是其生命”，準確施加預應力是確保橋梁的結構安全的關鍵。

通常情況下，張拉單元由一泵站和一千斤頂組成，四個這樣的單元實現對每孔箱梁的張拉，上述這些共同構成傳統的后張法箱梁預應力張拉設備。在進行張拉的過程中，工人通過壓力表和鋼尺在對張拉力和張拉的伸長值進行相應的控制。人為因素一方面影響著張拉過程，另一方面影響著測量過程，無論是張拉過程，還是測量過程，其操作都比較復雜，并且難以控制測量精度，尤其是四個單元獨立運行，進而增加了同步張拉的控制難度，難以保證張拉的質量。借助箱梁預應力張拉自動控制系統在一定程度上確保了橋梁結構的安全性，對橋梁徐變上拱實現了準確控制，進而在梁場得到成功的應用。

1 系統構成及原理

通常情況下，通過2 個電控柜構成一套箱梁預應力張拉自動控制系統。其中一臺為主控柜，一臺為從控柜，并且這兩個2 個電控柜分別控制著2 臺液壓泵站、2 臺千斤頂。將兩套控制柜通過有線信號進行連接，并且分別設置在梁的兩端，實現對四套千斤頂進行同步自動張拉，具體布置如圖1 所示。液壓泵站的閥組與傳統張拉設備相比，其特點是通過電磁式高壓比例閥和溢流閥進行相應的處理，同時將高精度壓力傳感器和分別設置在閥組出口處和加裝在千斤頂缸體的外側，測量油缸的伸長量。工業顯示屏、信號采集模塊、變頻器、無線傳輸接收模塊、數據分析處理模塊、微電腦運動控制器、存儲模塊共同組成電控柜。對于控制柜來說，通過信號線連接其兩端，能夠使控制信號從主控柜及時傳遞到從控柜，為了保證張拉數據及時上傳到服務器，將控制系統和場站服務器通過無線進行連接。

圖1 張拉自動控制系統布置圖

通過電感式位移傳感器、壓力傳感器、傳感器等對自動張拉系統的伸長量、張拉力、張拉油頂位移和壓力等進行測量和實時的采集，同時向運動控制器進行傳輸，對于油頂壓力和位移，根據反饋按照設定的PID 調節模式，通過運動控制器進行自動控制。對于4 臺千斤頂相應的張拉力值和伸長值，在張拉的過程中，通過系統進行自動跟蹤采集，進而對液壓站的高壓電磁閥組實施平衡、同步張拉控制。對于4 臺千斤頂的壓力傳感器和位移傳感器的信號，借助系統主機進行實時的讀取，通過對讀取的信號進行相應的運算處理，并將其轉化為標準的預應力鋼束張拉力值和伸長值，然后判斷當前預應力鋼束的張拉力值與伸長值的同步性。

2 系統參數及功能

①選擇功能：自動控制、手動控制、單束張拉、雙束張拉。②傳感器測量和顯示精度：載荷值、伸長量分別為0.1kN 和0.1mm。③控制張拉精度：在誤差控制方面，兩端的張拉力控制在30kN。④張拉速度：自20%到100%設計載荷，時間300s。⑤實時采集數據：從20%到100%設計載荷，通常情況下，每設計終張拉力的10%，需要采集一次數據。⑥輸入數據：對初、終張拉載荷值、設計伸長量等進行編號。⑦采集數據：通常情況下，張拉位移通過0.5%精度位移傳感器進行采集，張拉力通過使用0.5%精度壓力傳感器進行采集。

3 施工工藝

3.1 現場連接 ①液壓設備的連接。②由一根DP 網線連接主控柜與從控柜。③張拉開始前，需要打開場站主控室軟件。

3.2 工作前檢查 ①設備開機。②通過目檢方式對液壓外部連接處的漏油情況進行檢查。③打開觸摸屏，檢查觸摸屏、PLC 是否正常，同時對主、從控柜之間通訊通暢性進行檢查。④核實位移傳感器拉桿是否處在千斤頂活塞上，壓力和位移傳感器數據是否正常。

3.3 操作 ①通過輸入相應的密碼，進入系統界面。②選擇梁型需要參照施工對象。③根據校頂方程及張拉力設置相應的參數。④張拉操作：填寫相應的梁號，同時選擇相應的孔道編號。⑤點擊“同時張拉”，系統開始張拉。⑥再點擊“同時張拉”，繼續張拉。⑦再點擊“同時張拉”，回油錨固，回油錨固時間控制在10-15s。⑧再點擊“同時張拉”，進行退頂。⑨點擊數據讀取，全部提取檢查孔道張拉過程數據，并點擊數據保存。⑩全部結束一個孔道張拉過程，選擇下一孔道繼續相同的操作。

4 應用效果

①通過對襄汾制梁場400 多孔梁進行張拉實踐，對拉預應力施加的偏差該系統雙頂控制在15kN，同一束鋼絞線兩端不同步率低于5%。②對箱梁預應力進行張拉，與原來的手工張拉相比，對于自動控制系統來說，每套設備節約4 個工人，并且勞動強度降低。③自動保存張拉數據，采用專用文件格式封裝，避免了數據被篡改，確保了張拉數據的真實性。④實時生成張拉力—時間曲線、伸長量—時間曲線、張拉力—伸長量曲線，全面分析張拉過程。⑤與現有的國內外技術相比，該系統的自動化程度較高，張拉平穩，工藝參數可靠，施工過程得到有效的控制。

5 總結

①系統張拉的準確性受傳感器精度和穩定性的直接影響和制約。所以，在使用張拉自動控制系統的過程中，如果傳感器出現不穩定的現象，為了確保測量精度，需要進行更換，并進行校頂。對于該系統來說，首要的問題時選擇高精度，穩定性好的傳感器。②目前該系統基本完善，不存在技術方面的難題，下一步研發工作的重點是提高系統穩定性。③泵站、千斤頂、電控柜等部分共同組成該系統，需要對系統結構進行優化，減少系統接口，進而提高系統的集成性。

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