一種精測回縮量的預(yù)應(yīng)力自動張拉裝置
——液壓控制回路的創(chuàng)新設(shè)計

陸巍巋，陳 華

（1.柳州市東創(chuàng)科技有限公司，廣西 柳州545616；2.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545006；）

0 前言

建造橋梁等大型工程混凝土構(gòu)件時，通常采用預(yù)應(yīng)力液壓油缸來張緊構(gòu)件中的高強度鋼鉸線，使混凝土構(gòu)件在使用前承受預(yù)壓應(yīng)力（簡稱預(yù)應(yīng)力），構(gòu)件若沿外載荷作用方向發(fā)生變形之前，必須先抵消這個預(yù)壓變形，預(yù)應(yīng)力就象給構(gòu)件多施加了一道防護一樣，這將有效防止混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，從而提高其抗裂性能、剛度和壽命。

目前，國內(nèi)大多數(shù)工程所用的預(yù)應(yīng)力張拉裝置一般包括油泵、液壓油缸和相應(yīng)的控制回路，這種裝置在施工時，液壓油缸所施加的張拉力是通過施工人員觀察油泵上的油壓表來控制，鋼鉸線的張拉伸長值則是通過人工用直尺測量，存在精度低、不安全、不方便、操作復(fù)雜等諸多問題。

自動化智能控制技術(shù)是社會進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。為此，提出了一種新型預(yù)應(yīng)力自動張拉裝置，既能準(zhǔn)確控制張拉力，同時還能準(zhǔn)確檢測出鋼鉸線實際的張拉回縮量，將有效解決傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力張拉裝置張拉力控制精度差、鋼鉸線回縮測量精度低等問題。

1 張拉裝置總體設(shè)計

本文所述的預(yù)應(yīng)力自動張拉裝置，由電動油泵1、控制回路2、液壓油缸3、自動張拉控制器4、數(shù)據(jù)中繼控制器5及電腦6組成。液壓油缸3上還安裝有可隨活塞桿移動的拉桿式位移傳感器。張拉裝置的總體設(shè)計及各部件的連接情況如圖1所示。

圖1 新型預(yù)應(yīng)力自動張拉裝置總體設(shè)計圖

由于篇幅所限，本文僅對自動張拉控制裝置的控制回路及主要部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，該裝置的自動控制器、油泵及液壓油缸的設(shè)計與選型將另文敘述。

2 控制回路設(shè)計

2.1 工作原理

二位二通電磁閥可控制油道通斷，節(jié)流閥能有效控制油路中的流量[1]。將此兩種閥串接組成小流量緩慢卸荷閥，將其并聯(lián)在張拉裝置液壓油缸的進(jìn)油油路上，當(dāng)液壓油缸完成對鋼鉸線的張拉和保壓后，繼續(xù)保持主控電磁閥（三位四通電磁閥）處于中位狀態(tài)，同時通過系統(tǒng)控制二位二通電磁閥連通，讓液壓油缸在保壓的狀態(tài)下緩慢泄壓，從而實現(xiàn)液壓油缸緩慢放張鋼鉸線的目的。此時安裝在液壓油缸上的位移傳感器，將自動測量并向系統(tǒng)回傳鋼鉸線的回縮量。

2.2 控制回路設(shè)計

圖2所示為新型預(yù)應(yīng)力自動張拉裝置液壓控制回路工作原理圖，其工作過程如下：

本裝置由油泵1、控制回路2、液壓油缸3組成，其中控制回路2包含安全閥22、壓力傳感器23、主控電磁閥24（三位四通電磁閥）、二位二通電磁閥與節(jié)流閥組合體（下稱小流量緩慢卸荷閥25）等元件。

（1）張拉：當(dāng)主控電磁閥處于左位、二位二通電磁閥保持?jǐn)嚅_狀態(tài)時，壓力油經(jīng)過接口217——接口211——單向閥——主控電磁閥24——接口212——接口219，進(jìn)入液壓油缸活塞左側(cè)，活塞右移；此時活塞右側(cè)壓力油經(jīng)過接口218——接口213——主控電磁閥24——接口214，回流至油箱。

（2）保壓：當(dāng)進(jìn)油到達(dá)設(shè)定的油壓時，控制器控制主控電磁閥24回至中位，斷開油路，同時小流量緩慢卸荷閥25繼續(xù)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，此時液壓油缸通過單向閥實現(xiàn)保壓，并通過自動張拉控制器，將壓力傳感器、主控電磁閥、油泵所組成的負(fù)反饋回路為系統(tǒng)補壓。

（3）緩慢卸壓：保壓達(dá)到規(guī)定的時間后，繼續(xù)使主控電磁閥保持中位，控制器發(fā)出信號控制小流量緩慢卸荷閥25連通，活塞左側(cè)壓力油經(jīng)過接口219——接口215——小流量緩慢卸荷閥25——接口216，回流至油箱。由于通過節(jié)流閥的流量很小，液壓油缸活塞左側(cè)油壓在緩慢降低，此時鋼絞線彈性回縮使活塞緩慢回程，直到鋼鉸線彈性回縮量為零，此時活塞桿的位移量即為鋼鉸線的彈性回縮量，通過安裝在液壓油缸上的位移傳感器自動檢測該回縮量并回傳至裝置控制器及顯示單元，從而實現(xiàn)對鋼鉸線回縮量的精確檢測。

（4）回程：控制器控制主控電磁閥24處于右位、小流量緩慢卸荷閥25斷開，液壓油缸活塞右端進(jìn)油，左端回油，液壓油缸回程，完全松開鋼鉸線。

圖2 新型預(yù)應(yīng)力自動張拉裝置液壓控制回路圖

為實現(xiàn)功能要求，同時確保系統(tǒng)操作安全，設(shè)計油路時要求采取以下措施：

①主控電磁閥在中位時T、B兩接口保持連通；②油缸兩端必須安裝2個安全閥及壓力傳感器，形成防錯保護，防止人為錯接管路、過載而損壞液壓系統(tǒng)；③油泵處的溢流閥，形成對液壓系統(tǒng)的安全保護。

3 主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 集成閥體

為了簡化裝置結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)管路連接，提高液壓回路工作可靠性，本裝置將211等13個接口構(gòu)成的油路集成在一個閥體上（下稱集成閥體21），其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

圖3 集成閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖

各接口通過閥體內(nèi)垂直相交的小孔形成連接，接口處螺紋孔的尺寸根據(jù)張拉裝置工作油壓與流量設(shè)計。主控電磁閥24、小流量緩慢卸荷閥25用螺釘固定在集成閥體上。集成閥體等組件與油泵、液壓油缸的連接關(guān)系如圖4所示。

圖4 自動張拉裝置各組件連接關(guān)系圖

當(dāng)主控電磁閥24處于左位，壓力油從217接口進(jìn)入集成閥體，通過閥內(nèi)小孔到達(dá)211接口，通過與主控制電磁閥24連接，壓力油到達(dá)212、接22、接23、219四個接口，最后通過外接管路進(jìn)入油缸活塞右側(cè)，此時，活塞左側(cè)的液壓油，經(jīng)接口218、213，主控制電磁閥24、接口214回流油箱，活塞左移，從而實現(xiàn)對張拉鋼鉸線的工作過程。

其它工作過程在此不再熬述。

3.2 位移傳感器與油缸的連接

用于檢測鋼鉸線的回縮量的拉桿式位移傳感器301需固定在液壓油缸3的外殼上。液壓油缸3的活塞伸出端305安裝有U形連接板304，這種連接板外圓開有U形槽，槽內(nèi)安裝有可隨U形板移動的導(dǎo)板303，該導(dǎo)板與位移傳感器的拉桿端通過螺母固接在一起。拉桿式位移傳感器與油缸、U型連接板的連接關(guān)系如圖5所示。

圖5 液壓油缸與位移傳感器、防轉(zhuǎn)保護器連接圖

3.3 位移傳感器防轉(zhuǎn)保護裝置

為阻止液壓油缸的活塞工作時發(fā)生轉(zhuǎn)動造成對位移傳感器的潛在損壞，需要為位移傳感器設(shè)計一個活塞防轉(zhuǎn)保護裝置306。該防轉(zhuǎn)器包括防轉(zhuǎn)套筒3061以及防轉(zhuǎn)拉桿3062，防轉(zhuǎn)拉桿安裝在防轉(zhuǎn)套筒內(nèi)，防轉(zhuǎn)拉桿一端伸出防轉(zhuǎn)套筒外并通過螺母與導(dǎo)板303相連（見圖5）。

4 應(yīng)用與結(jié)論

某公司應(yīng)用所述設(shè)計方案，已開發(fā)出一種新型自動張拉控制裝置（見圖6）。目前，該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于橋梁等大型混凝土構(gòu)件的施工。

圖6 某型智能預(yù)應(yīng)力張拉裝置實物圖

與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉裝置相比較，本文所述的自動張拉裝置具有以下優(yōu)點，已有效地解決了大型混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力施工時鋼絞線張拉力控制精度不高，鋼絞線回縮量檢測精度低、操作繁瑣等問題。

（1）張拉力控制精度高。本裝置中的壓力傳感器，能使張拉裝置準(zhǔn)確控制鋼鉸線在張拉、保壓時的拉力，張拉力誤差能控制在±1%，遠(yuǎn)低于《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》所規(guī)定的±1.5%，提高了預(yù)應(yīng)力施工精度。

（2）鋼鉸線回縮測量精度高。安裝在油缸上的位移傳感器，能準(zhǔn)確測量出鋼鉸線實際張拉回縮量，測量精度遠(yuǎn)高于人工測量。

（3）鋼鉸線放張速度可調(diào)。在緩慢泄壓階段，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，控制壓力油的流量大小，即可調(diào)整鋼鉸線的放張速度。

（4）簡化了結(jié)構(gòu)，提高了裝置工作的可靠性，降低了生產(chǎn)成本。通過設(shè)計集成閥體，各接口通過閥體內(nèi)垂直相交的小孔形成連接，大大減少了裝置外接管路連接；通過壓力傳感器、主控電磁閥、油泵所組成的負(fù)反饋回路為油缸補壓，代替了蓄能器保壓。這些設(shè)計，有效地簡化了裝置結(jié)構(gòu)，增強了管路連接的可靠性，并降低了生產(chǎn)成本。