預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于橋梁、道路等工程施工中所采用的預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體講是一種預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與施工的重要組成部分，其相比較于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有以下主要優(yōu)點(diǎn):(I)節(jié)約工程材料，減輕結(jié)構(gòu)的自重；(2)能改善和提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力性能，延緩構(gòu)件的開(kāi)裂，減小變形；(3)能提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐久性和耐疲勞性；(4)適合在各類大型、大跨、重載、高聳的建筑工程；(5)可作為拼裝手段和加固手段使用。因此預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0003]在預(yù)應(yīng)力施工中，預(yù)應(yīng)力筋的張拉是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中張拉精度是決定預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全與正常運(yùn)營(yíng)的首要條件?，F(xiàn)有技術(shù)的智能張拉設(shè)備實(shí)時(shí)采集千斤頂?shù)膲毫臀灰?，并將這些數(shù)據(jù)反饋至數(shù)據(jù)處理單元而自動(dòng)計(jì)算伸長(zhǎng)量，及時(shí)校核伸長(zhǎng)量誤差是否在規(guī)定范圍內(nèi)。但由于該實(shí)施對(duì)稱張拉時(shí)調(diào)節(jié)各千斤頂之間的壓力和位移同步性較為復(fù)雜，即采用電機(jī)調(diào)節(jié)兩個(gè)千斤頂?shù)膲毫臀灰疲虼苏{(diào)節(jié)起來(lái)非常復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致張拉設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)也使得該設(shè)備的精度及力值和位移的同步性也較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且加載持荷精度高、力值和位移同步性好的預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備及其控制方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備，包括一計(jì)算機(jī)和多臺(tái)張拉裝置；每臺(tái)張拉裝置均包括:
[0006]供回油裝置，用于給張拉裝置提供和回收液壓油；
[0007]雙向數(shù)字閥組件，用以實(shí)現(xiàn)張拉裝置的加載、持荷、卸載以及換向；該雙向數(shù)字閥組件與供回油裝置連通；
[0008]千斤頂，為張拉裝置的動(dòng)力執(zhí)行元件；該千斤頂與供回油裝置、雙向數(shù)字閥組件連通；
[0009]控制板，用于接收雙向數(shù)字閥組件的信號(hào)并控制雙向數(shù)字閥組件的動(dòng)作；該控制板與千斤頂、雙向數(shù)字閥組件、供回油裝置電連接；
[0010]每臺(tái)張拉設(shè)備的控制板均與計(jì)算機(jī)連接，用以控制張拉試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析處理。
[0011]所述的雙向數(shù)字閥組件包括三位四通換向閥、減速箱、步進(jìn)電機(jī)和減壓閥；所述的減速箱上設(shè)有一能夠伸縮的輸出軸；所述三位四通換向閥的閥芯一端與三位四通換向閥的閥蓋螺紋連接；所述閥芯的另一端與減速箱的輸出軸連接；所述減速箱的輸入軸與步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接；所述三位四通換向閥的閥體還與減速箱的本體連接；所述的減速箱內(nèi)還設(shè)有一用于測(cè)定閥芯位置的光電式傳感器；所述的閥體上還設(shè)有供油進(jìn)出的閥口 a、閥口b、閥口 p、閥口 t，所述的閥口 a、閥口 b、閥口 t均與供回油裝置連通；所述的閥口 P與減壓閥連通；所述的步進(jìn)電機(jī)、光電式傳感器均與控制板電連接。
[0012]所述的減速箱包括箱體、設(shè)在箱體內(nèi)且相互嚙合的第一齒輪和第二齒輪；所述第一齒輪的軸向?qū)挾却笥诘诙X輪的軸向?qū)挾取?br>[0013]所述的供回油裝置包括油箱、油泵、濾油器、溢流閥、油壓傳感器、壓力表；所述油泵的進(jìn)油口和出油口分別與油箱、濾油器連通；所述的濾油器與閥口 P連通；所述的閥口 a與壓力表、油壓傳感器、千斤頂?shù)囊挥涂谶B通；所述的閥口 b與溢流閥、千斤頂?shù)牧硪挥涂谶B通；所述的溢流閥、減壓閥還與油箱連通。
[0014]所述的千斤頂內(nèi)設(shè)有一能夠測(cè)量千斤頂頂桿伸出距離的位移傳感器，所述的位移傳感器與控制板電連接。
[0015]所述的控制板和計(jì)算機(jī)內(nèi)均設(shè)有一無(wú)線收發(fā)模塊，所述的兩個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊信號(hào)連接。
[0016]一種預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備的控制方法，包括以下步驟:
[0017](I)、開(kāi)始張拉，各臺(tái)張拉裝置按各自預(yù)設(shè)的閥口位置進(jìn)行開(kāi)環(huán)加載；
[0018](2)、當(dāng)各臺(tái)張拉裝置的加載力均達(dá)到入口力后切換進(jìn)入閉環(huán)加載，各臺(tái)張拉裝置對(duì)力速率和實(shí)際力速率進(jìn)行閉環(huán)PID計(jì)算并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)雙向數(shù)字閥的閥芯位置；
[0019](3)、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)各端的位移值，若發(fā)現(xiàn)位移偏差超過(guò)預(yù)設(shè)值則會(huì)將雙向數(shù)字閥暫停加載，等待兩端位移量相同后再重新進(jìn)入閉環(huán)加載；
[0020](4)、當(dāng)各端力都達(dá)到持荷目標(biāo)值后進(jìn)入力持荷階段并啟動(dòng)持荷計(jì)時(shí)，持荷階段保持一端力閉環(huán)控制，另一端開(kāi)環(huán)暫停；
[0021](5)、返回步驟⑵且無(wú)需再次檢測(cè)隔斷的加載力是否達(dá)到入口，通過(guò)循環(huán)執(zhí)行步驟(2)、(3)、(4)而完成預(yù)設(shè)各加載段和持荷段后，多個(gè)雙向數(shù)字閥進(jìn)行恒速卸載。
[0022]所述的步驟(3)與步驟(4)之間還包括以下步驟:計(jì)算機(jī)通過(guò)檢測(cè)多個(gè)雙向數(shù)字閥的光電式傳感器而實(shí)時(shí)檢測(cè)雙向數(shù)字閥的閥芯中位，在張拉過(guò)程加載和持荷階段對(duì)多個(gè)雙向數(shù)字閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0023]采用以上結(jié)構(gòu)及方法后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]本發(fā)明預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備通過(guò)雙向數(shù)字閥組件即能夠使得該設(shè)備高壓加載持荷穩(wěn)定，力值精度高，因此其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，控制精度也較高。并同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，光電式傳感器和閉環(huán)保證張拉過(guò)程兩端力通道及位移通道具備精確的同步特性。應(yīng)用在種預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備上的控制方法能閉環(huán)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)閥口位置，同時(shí)監(jiān)控位移偏差，從而保證了力和位移的同步雙空，該控制方法穩(wěn)定，且執(zhí)行起來(lái)較為簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備的原理圖。
[0026]圖2是雙向數(shù)字閥的剖視圖。
[0027]圖3是應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的張拉過(guò)程流程圖。
[0028]圖4是應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的張拉力持荷閉環(huán)算法框圖。
[0029]圖5是應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的張拉力加載閉環(huán)算法框圖。
[0030]圖中所示1、計(jì)算機(jī)，2、千斤頂，3、控制板，4、三位四通換向閥，4.1、閥芯，4.2、閥蓋，4.3、閥體，5、減速箱，6、步進(jìn)電機(jī)，7、減壓閥，8、光電式傳感器，9、箱體，10、第一齒輪，11、第二齒輪，12、油泵，13、濾油器，14、溢流閥，15、油壓傳感器，16、壓力表，17、油箱，18、位移傳感器，19、無(wú)線收發(fā)模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種預(yù)應(yīng)力智能張拉電液伺服設(shè)備，包括一計(jì)算機(jī)I和多臺(tái)張拉裝置；每臺(tái)張拉裝置均包括:
[0033]供回油裝置，用于給張拉裝置提供和回收液壓油；
[0034]雙向數(shù)字閥組件，用以實(shí)現(xiàn)張拉裝置的加載、持荷、卸載以及換向；該雙向數(shù)字閥組件與供回油裝置連通；
[0035]千斤頂2，也就是液壓缸，為張拉裝置的動(dòng)力執(zhí)行元件；該千斤頂2與供回油裝置、雙向數(shù)字閥組件連通；
[0036]控制板3，用于接收雙向數(shù)字閥組件的信號(hào)并控制雙向數(shù)字閥組件的動(dòng)作；該控制板3與千斤頂2、雙向數(shù)字閥組件、供回油裝置電連接；所述的控制板上設(shè)有主控制芯片電路、位移檢測(cè)電路、電壓處理電路、光電感應(yīng)檢測(cè)電路、通信電路、油壓傳感器處理電路，上述電路均是本領(lǐng)域內(nèi)常用的電路，其具體結(jié)構(gòu)在此就不在詳述；所述的主控制芯片電路與位移檢測(cè)電路、電壓處理電路、光電感應(yīng)檢測(cè)電路、通信電路、油壓傳感器處理電路均連接。
[0037]每臺(tái)張拉設(shè)備的控制板3均與計(jì)算機(jī)I連接，用以控制張拉試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析處理。
[0038]所述的雙向數(shù)字閥組件包括三位四通換向閥4、減速箱5、步進(jìn)電機(jī)6和減壓閥7 ；所述的減速箱5上設(shè)有一能夠伸縮的輸出軸；所述三位四通換向閥4的閥芯4.1 一端與三位四通換向閥4的閥蓋4.2螺紋連接；所述閥芯4.1的另一端與減速箱5的輸出軸連接；所述減速箱5的輸入軸與步進(jìn)電機(jī)6的輸出軸連接；所述三位四通換向閥的閥體4.3還與減速箱5的本體連接；所述的減速箱5內(nèi)還設(shè)有一用于測(cè)定閥芯4.1位置的光電式傳感器8，光電式傳感器8的多個(gè)光電感應(yīng)貼片分別放置在閥芯多個(gè)位置，當(dāng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)遮住光電感應(yīng)貼片會(huì)促發(fā)光電傳感器電平變化，從而感知到閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)到該位置。還可以通過(guò)光電式傳感器8測(cè)定第二齒輪11與光電式傳感器8之間的距離來(lái)感知到閥芯的位置。所述的閥體4.3上還設(shè)有供油進(jìn)出的閥口 a、閥口 b、閥口 p、閥口 t，所述的閥口 a、閥口 b、閥口 t均與供回油裝置連通；所述的閥口 P與減壓閥7連通；所述的步進(jìn)電機(jī)6、光電式傳感器8均與控制板3電連接。通過(guò)閥芯4.1的旋入旋出，使得閥芯能夠遮住閥口 a、閥口 b、閥口 P、閥口 t中的一個(gè)或多個(gè)。
[0039]所述的減速箱包括箱體9、設(shè)在箱體9內(nèi)且相互嚙合的第一齒輪10和第二齒輪11;所述第一齒輪10的軸向?qū)挾却笥诘诙X輪11的軸向?qū)挾?，在本?shí)施例中，第一齒輪10和第二齒輪11在嚙合的同時(shí)又可以產(chǎn)生兩者的相對(duì)滑動(dòng)，從而使得閥芯4.1的旋入旋出得以實(shí)現(xiàn)。
[0040]所述的供回油裝置包括油箱17、油泵12、濾油器13、溢流閥14、油壓傳感器15、壓力表16 ;所述油泵12的進(jìn)油口和出油口分別與油箱17、濾油器13連通；所述的濾油器13與閥口 P連通；所述的閥口 a與壓力表16、油壓傳感器15、千斤頂2的一油口連通；所述的閥口 b與溢流閥14、千斤頂2的另一油口連通；所述的溢流閥14、減壓閥9還與油箱17連通。
[0041]所述的千斤頂2內(nèi)設(shè)有一能夠測(cè)量千斤頂2頂桿伸出距離的位移傳感器18，所述的位移傳感器18與控制板2電連接。位移傳感器以增量式拉線編碼器為例，其由可拉伸的不銹鋼繩繞在一個(gè)有螺紋的輪轂上，此輪轂與一個(gè)精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器連接在一起，對(duì)應(yīng)一圈輸出設(shè)定的脈沖，控制器對(duì)輸