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    2. 傳感應用
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      澤天液壓傳感器在橋梁同步頂升技術中的應用

      2020-3-19

      由于歷史原因,部分橋梁由于建造時間較長,已不能滿足城市進一步發展的需要,特別是通航高度的不足更是如此。橋梁同步頂升技術的應用對于在保持橋梁上部結構的完整性的同時,抬升橋梁來滿足通航要求,有著非常重要的意義。它既節省了投資的成本,又縮短了施工工期,對交通的壓力影響較小。


      橋梁頂升用液壓傳感器

      圖:橋梁頂升用液壓傳感器

      一、橋梁頂升同步系統的組成

      橋梁頂升同步系統由液系統(油泵、油缸等)、液壓壓力傳感器、計算機控制系統等幾個部分組成。液壓壓力傳感器是液壓系統控制的關鍵,液壓系統由計算機控制,可以全自動完成同步位移,實現力和位移的控制、位移誤差的控制、行程的控制、負載壓力的控制;誤操作自動保護、過程顯示、故障報警、緊急停止功能;油缸液控單向閥可防止任何形式的系統及管路失壓,從而保證負載有效支撐等多種功能。

      高壓柱塞泵、單向閥、蓄能器、壓力傳感器及電磁溢流閥組成電子卸荷節能供油回路,穩定地為系統提供30MPa的油壓(尖峰壓力值35Mpa)。在每一個頂升缸的下腔接有減壓閥,根據實測到的各頂荷重壓力,將減壓閥的零背壓出口壓力調至比實際荷重壓力低2.0MPa;即減壓閥的零背壓出口壓力=實測到的各頂荷重壓力-2.0MPa。減壓閥共有三個油口;進油口、出油口、回油口,如果減壓閥的調定壓力為P0,而回油口的壓力為Pc,則出油口的壓力為Po+Pc,回油口壓力受比例伺服閥控制,當比例伺服閥的出口壓力Pc為2.0 Mpa時,頂升缸的總推力與頂升物的自重平衡,當Pc>2.0 MPa時頂升物將起升,而當Pc<2.0 MPa時頂升物將回落。于是由若干個減壓閥、一個比例伺服閥、一個壓力傳感器組成的力閉環回路與若干個頂升缸一起,組成了一個比例受控組件,這個組件與外部的位移傳感器構成位置閉環系統,依靠位置閉環系統可實現精確的位置控制。

      為了避免Pc變化范圍過大,造成舉升過快,比例伺服閥的進油口油壓降至8.0-10.0 MPa,它由減壓閥將主回路的油壓降壓后供給。為了提高比例伺服閥的閉環穩定性在比例伺服閥的供油回路接有蓄能器。在每一個頂升缸的下腔,另接有液控單向閥和測壓接頭,只要電磁閥一斷電,液控單向閥立即關閉,確保頂升缸不至帶載下滑。通過測壓接頭可向頂升缸內少量補油。正常工作時,電磁閥的電磁鐵A始終通電。電磁閥的中位,用于頂升油缸完成一步頂升時進行支墊,當電磁閥處于中位時,頂升缸上下腔油壓均為零,關閉液控單向閥后,可以拆裝油管。當電磁鐵B通電時,頂升缸處于空載快速回縮狀態。為避免舉升或回縮時速度過快,在電磁閥的進油口接有調速閥,它可控制頂升缸的最大運動速度。

      除單向閥、壓力傳感器、壓力表、測壓接頭裝在千斤頂以外,其他的元件包括控制電器組裝在一個液壓泵站內,液壓站與千斤頂之間用3根軟管相連接,分別是進油管、回油管、控制油管,這樣就組成了一個完整的液壓系統。

      比例閥、澤天壓力傳感器和電子放大器組成壓力閉環,根據每個頂升缸承載的不同,調定減壓閥的壓力,若干個千斤頂組成一個頂升組,托舉起橋梁上部結構,但是如果僅有力平衡,則橋梁的舉升位置是不穩定的,為了穩定位置,在每組中間安裝監測傳感系統進行位置反饋,組成位置閉環,一旦測量位置與指令位置存在偏差,便會產生誤差信號,該信號經放大后疊加到指令信號上,使該組總的舉升力增加或減小,于是各油缸的位置發生變化,直至位置誤差消除為止。由于各組頂升系統的位置信號由同一個數字積分器給出,因此可保持各個頂升組同步頂升,只要改變數字積分器的時間常數,便可方便地改變頂升或回落的速度。 其主要技術指標如下:

      液壓系統工作壓力31.5Mpa;頂升缸推力 200T;頂升缸行程 140mm;偏載能力5;最大頂升速度 10mm/min;組內頂升缸控制形壓力閉環控制、控制精度≤5%;組與組間控制形式位置閉環控制、同步精度±5.0 mm。監測傳感系統在整個頂升平移系統中非常重要,是我們獲得數據信息的主要來源。它的靈敏度將直接影響到頂升的同步精度。監測傳感系統主要是由光柵尺、信號放大器、傳感線路及計算機組成,其中最重要的就是光柵尺,它的分辨率能達到0.005 mm。

      光柵尺的主要作用是監測頂升的相對位移,然后將測得的位移數據通過信號放大器的處理,把經過放大后的信號通過傳感線路傳送到計算機,由計算機進一步處理所收集到的數據信息。光柵尺的布設直接影響到監測的準確性,合理的布設光柵尺能客觀地反映出整體的位移姿態。所以在劃分控制區域時,要考慮到光柵尺的架設的位置是否能客觀地反映該控制區域的整體位移。當然,光柵尺架設時應保證它的垂直度,盡量減少人為造成誤差,保證光柵尺的精度。

      核心控制計算機系統是整個PLC系統的核心,它把由監測傳感系統所收集到的數據進行分析處理,并把處理后的數據反饋給液壓系統,由液壓系統調節各千斤頂油壓,從而保證整個頂升系統同步性。

      二、頂升系統控制原理

      首先,通過對橋梁結構的分析計算橋梁各支座的支座反力,初步估算出橋梁的重量,根據各支座的支座反力來確定千斤頂的分布,以及選用相應級別的千斤頂,并確定光柵尺的布設。例如:分析橋梁的結構形式老橋為簡支懸臂中間掛孔形式,在只有4個光柵尺和4臺泵站,只能組成4個閉環回路的情況下,如果采用每墩布設一個光柵尺和由一臺泵站控制的閉環回路,容易產生橫向傾覆.這就要求我們對橋梁的荷載分布進行分析。根據老橋的設計施工圖紙的分析,初步確定出各支座的荷載分布,從而確定橋梁的荷載主要分布在中墩,這就要求光柵尺的布設要準確地反映整個橋梁的整體姿態,從而保證中間掛孔的安全性。在這種情況下我們只能把光柵尺架設在中墩保證中墩的位移姿態,這就要求在劃分控制區域時保證中墩的姿態,即將中墩和邊墩從縱向一分為二,來劃分區域邊讀采取人工監測,起到人工校核的作用,并通知總控人員及時調整液壓系統,根據初步的受力分析,可以確定千斤頂的分布,是否可以滿足該頂升點荷載壓力.在確定千斤頂的分布滿足頂升要求后,通過稱重來確定各頂升點的實際荷載,從而確定各千斤頂的設定荷載值。

      根據對設計施工圖紙初步受力分析,確定荷載的大致分布,按荷載的分布計算各千斤頂的理論負載油壓設定千斤頂的初始油壓,采用逐級加載的方式進行稱重。初始值按50%和在加壓,按10%的荷載逐級加壓,根據各頂升點產生的實際位移量,來確定出各頂升點的荷載是否分布均勻,從而有主控人員來確定對各千斤頂油壓的調節使各頂升點位移量相對平均,從而保證頂升過程的同步進行。當整個橋梁的頂升高度在5~10mm時,即整個橋梁處于懸浮狀態,就證明各頂升點處的荷載與該千斤頂的負載值相一致。在此基礎上是頂升1-2cm以確定是否可以以改廁定制進行頂升,該千斤頂的油壓值,就是我們最終的稱重結果。根據所測得的油壓值可以計算出橋梁的實際重量:G橋=Σσ*S/9.8;σ----千斤頂油壓值(mPa);S----千斤頂油缸的截面面積(mm2)。根據稱重結果設定好千斤頂的初始工作值后,即油壓傳感器測得的油壓值-2Mpa,開始由PLC系統進行自動控制,即控制壓力>2Mpa時系統進行頂升工作,控制壓力<2Mpa時進行落梁工作,當控制壓力=2Mpa時橋梁處于懸浮狀態。當然,PLC系統是根據光柵尺反映的位移量來調節組與組之間頂升速度,通過速度的調節來保證位移的一直,從而保證整個橋梁的同步頂升。僅僅由PLC系統自行控制是遠遠不夠的。因為在頂升過程中意想不到的事情有很多,這就要由主控人員根據實際情況來決定是否調整各千斤頂的油壓值,以便輔助PLC系統達到同步頂升。

      因為光柵尺反映的位移是點位移,并不能反映多點位移,所以還要有人工布設多點進行位移監測,并及時報告主控人員,以便主控人員可以更全面地掌握頂升的位移及姿態。當然權威的橋梁檢測部門,在頂升過程中對橋梁的應力、應變情況的全程檢測的監測數據,也是主控人員要掌握的數據信息之一。以便對頂升過程是否對橋梁結構產生影響,并合理評價結構受外力作用的影響,以便及時、主動地采取措施降低或消除不利因素的影響,確保結構的安全。

      應用圖片

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