預應力智能張拉電液伺服設備及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于橋梁、道路等工程施工中所采用的預應力張拉設備技術領域，具體講是一種預應力智能張拉電液伺服設備及其控制方法。
【背景技術】
[0002]預應力混凝土結構是現代結構工程設計與施工的重要組成部分，其相比較于普通鋼筋混凝土結構，具有以下主要優點:(I)節約工程材料，減輕結構的自重；(2)能改善和提高結構或構件的受力性能，延緩構件的開裂，減小變形；(3)能提高結構或構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。因此預應力混凝土結構具有廣闊的市場應用前景。
[0003]在預應力施工中，預應力筋的張拉是關鍵環節，其中張拉精度是決定預應力結構安全與正常運營的首要條件。現有技術的智能張拉設備實時采集千斤頂的壓力和位移，并將這些數據反饋至數據處理單元而自動計算伸長量，及時校核伸長量誤差是否在規定范圍內。但由于該實施對稱張拉時調節各千斤頂之間的壓力和位移同步性較為復雜，即采用電機調節兩個千斤頂的壓力和位移，因此調節起來非常復雜，進而導致張拉設備的結構復雜，同時也使得該設備的精度及力值和位移的同步性也較低。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，提供一種結構簡單且加載持荷精度高、力值和位移同步性好的預應力智能張拉電液伺服設備及其控制方法。
[0005]本發明的技術方案是，提供一種預應力智能張拉電液伺服設備，包括一計算機和多臺張拉裝置；每臺張拉裝置均包括:
[0006]供回油裝置，用于給張拉裝置提供和回收液壓油；
[0007]雙向數字閥組件，用以實現張拉裝置的加載、持荷、卸載以及換向；該雙向數字閥組件與供回油裝置連通；
[0008]千斤頂，為張拉裝置的動力執行元件；該千斤頂與供回油裝置、雙向數字閥組件連通；
[0009]控制板，用于接收雙向數字閥組件的信號并控制雙向數字閥組件的動作；該控制板與千斤頂、雙向數字閥組件、供回油裝置電連接；
[0010]每臺張拉設備的控制板均與計算機連接，用以控制張拉試驗過程及結果分析處理。
[0011]所述的雙向數字閥組件包括三位四通換向閥、減速箱、步進電機和減壓閥；所述的減速箱上設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電機的輸出軸連接；所述三位四通換向閥的閥體還與減速箱的本體連接；所述的減速箱內還設有一用于測定閥芯位置的光電式傳感器；所述的閥體上還設有供油進出的閥口 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；所述的步進電機、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、設在箱體內且相互嚙合的第一齒輪和第二齒輪；所述第一齒輪的軸向寬度大于第二齒輪的軸向寬度。
[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、千斤頂的一油口連通；所述的閥口 b與溢流閥、千斤頂的另一油口連通；所述的溢流閥、減壓閥還與油箱連通。
[0014]所述的千斤頂內設有一能夠測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]所述的控制板和計算機內均設有一無線收發模塊，所述的兩個無線收發模塊信號連接。
[0016]一種預應力智能張拉電液伺服設備的控制方法，包括以下步驟:
[0017](I)、開始張拉，各臺張拉裝置按各自預設的閥口位置進行開環加載；
[0018](2)、當各臺張拉裝置的加載力均達到入口力后切換進入閉環加載，各臺張拉裝置對力速率和實際力速率進行閉環PID計算并實時調節雙向數字閥的閥芯位置；
[0019](3)、計算機實時檢測各端的位移值，若發現位移偏差超過預設值則會將雙向數字閥暫停加載，等待兩端位移量相同后再重新進入閉環加載；
[0020](4)、當各端力都達到持荷目標值后進入力持荷階段并啟動持荷計時，持荷階段保持一端力閉環控制，另一端開環暫停；
[0021](5)、返回步驟⑵且無需再次檢測隔斷的加載力是否達到入口，通過循環執行步驟(2)、(3)、(4)而完成預設各加載段和持荷段后，多個雙向數字閥進行恒速卸載。
[0022]所述的步驟(3)與步驟(4)之間還包括以下步驟:計算機通過檢測多個雙向數字閥的光電式傳感器而實時檢測雙向數字閥的閥芯中位，在張拉過程加載和持荷階段對多個雙向數字閥進行調節。
[0023]采用以上結構及方法后，本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0024]本發明預應力智能張拉電液伺服設備通過雙向數字閥組件即能夠使得該設備高壓加載持荷穩定，力值精度高，因此其結構非常簡單，控制精度也較高。并同時通過計算機控制，光電式傳感器和閉環保證張拉過程兩端力通道及位移通道具備精確的同步特性。應用在種預應力智能張拉電液伺服設備上的控制方法能閉環實時調節閥口位置，同時監控位移偏差，從而保證了力和位移的同步雙空，該控制方法穩定，且執行起來較為簡單。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明預應力智能張拉電液伺服設備的原理圖。
[0026]圖2是雙向數字閥的剖視圖。
[0027]圖3是應用本發明的一個實施例的張拉過程流程圖。
[0028]圖4是應用本發明的一個實施例的張拉力持荷閉環算法框圖。
[0029]圖5是應用本發明的一個實施例的張拉力加載閉環算法框圖。
[0030]圖中所示1、計算機，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、步進電機，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、無線收發模塊。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0032]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種預應力智能張拉電液伺服設備，包括一計算機I和多臺張拉裝置；每臺張拉裝置均包括:
[0033]供回油裝置，用于給張拉裝置提供和回收液壓油；
[0034]雙向數字閥組件，用以實現張拉裝置的加載、持荷、卸載以及換向；該雙向數字閥組件與供回油裝置連通；
[0035]千斤頂2，也就是液壓缸，為張拉裝置的動力執行元件；該千斤頂2與供回油裝置、雙向數字閥組件連通；
[0036]控制板3，用于接收雙向數字閥組件的信號并控制雙向數字閥組件的動作；該控制板3與千斤頂2、雙向數字閥組件、供回油裝置電連接；所述的控制板上設有主控制芯片電路、位移檢測電路、電壓處理電路、光電感應檢測電路、通信電路、油壓傳感器處理電路，上述電路均是本領域內常用的電路，其具體結構在此就不在詳述；所述的主控制芯片電路與位移檢測電路、電壓處理電路、光電感應檢測電路、通信電路、油壓傳感器處理電路均連接。
[0037]每臺張拉設備的控制板3均與計算機I連接，用以控制張拉試驗過程及結果分析處理。
[0038]所述的雙向數字閥組件包括三位四通換向閥4、減速箱5、步進電機6和減壓閥7 ；所述的減速箱5上設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的輸入軸與步進電機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內還設有一用于測定閥芯4.1位置的光電式傳感器8，光電式傳感器8的多個光電感應貼片分別放置在閥芯多個位置，當閥芯轉動遮住光電感應貼片會促發光電傳感器電平變化，從而感知到閥芯轉動到該位置。還可以通過光電式傳感器8測定第二齒輪11與光電式傳感器8之間的距離來感知到閥芯的位置。所述的閥體4.3上還設有供油進出的閥口 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；所述的步進電機6、光電式傳感器8均與控制板3電連接。通過閥芯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中的一個或多個。
[0039]所述的減速箱包括箱體9、設在箱體9內且相互嚙合的第一齒輪10和第二齒輪11;所述第一齒輪10的軸向寬度大于第二齒輪11的軸向寬度，在本實施例中，第一齒輪10和第二齒輪11在嚙合的同時又可以產生兩者的相對滑動，從而使得閥芯4.1的旋入旋出得以實現。
[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內設有一能夠測量千斤頂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有螺紋的輪轂上，此輪轂與一個精密旋轉感應器連接在一起，對應一圈輸出設定的脈沖，控制器對輸