铁路桥梁预应力自动张拉系统（91页）

1、第一部分铁路桥梁预应力自动张拉系统2016/07/01铁路工程信息化系统培训讲义目 录 TABLE OF CONTENTS1.0 概况2.0 设备系统3.0 管理平台4.0 现场应用5.0 技术标准6.0 经济性7.0 可操作性8.0 展望1.0 概况1.1 背景1.2 现状1.3 研究1.4 推广1.1 背景4铁路工程建设信息化2016 推广应用 2015 试点实施 2014年 基础研究 2013年 全面启动1.2 现状5 预应力施工重要性安全性和耐久性的关键工序直接关系到线路运营的安全。预应力施工影响因素预应力损失张拉设备摩阻张拉控制精度操作人员熟练度预应力张拉精度失控锚固端出现裂纹出现横

2、向裂缝纵向扭曲起拱预应力筋拉断结构失效、破坏，生命财产损失。1.2 现状公路自动化张拉设备 模拟手动控制泵站出油口安装液压传感器。测点距离油泵近，传感器冲击大。无法解决千斤顶摩阻变化的影响，需要频繁进行标定。 无法点对点标定在超高压力时无法定值保压，校正采用过程读数记录，甚至采用原始的用油表读数，引用误差大，校正误差大。 单点测控一旦传感器故障，系统失控。威胁质量、人身安全。 液压系统性能低无法实现超高压，无法连续均匀加压。1.2 现状7公路自动化张拉设备 稳定性及可靠性差持续高压50MPa，作业环境恶劣，常发生卡阀或内泄现象，造成张拉失控，无法卸荷回顶等现象。 无油温度测控油温超过60时稀释

3、严重，油路严重内泄，摩阻差别大，无法输出高压。低温时，粘稠度变大，千斤顶摩阻增大，张拉力偏差大。 功能单一，控制精度低仅能完成基本操作，张拉力控制精度达不到规范要求。 缺乏实施安全辅助功能过程中，缺乏安全保护措施，事故隐患大。 1.2 现状人工换算张拉力人工操控油泵人工测量伸长值人工记录数据铁路预应力混凝土桥梁传统后张法1.2 现状1.3 研究存在诸多弊端，缺乏有效的质量控制手段。立项总公司于2014年设立科研课题，拟解决预应力传统后张法施工的弊端，整体提升我国铁路桥梁的预制水平和管理水平。课题名称：铁路桥梁预应力自动张拉系统应用技术研究关注2014年7月，在铁科院国家轨道试验中心，总公司卢春

4、房副总经理对自动张拉技术进行了现场调研；高度重视项目的研究进展。2.0 设备系统2.1 构架2.2 组成2.3 功能特点2.4 操作2.1 构架122.1 构架2.1 构架2.2 组成2.2 组成2.2 组成 动力系统（1）液压泵站 高性能径向柱塞泵，工作油压可高达70 MP。液压泵站的组成适用温度范围-10 +45 电源电压380V2.2 组成 动力系统（2）液压控制阀组 采用独特设计的超高压截止阀模式：控制精度高持荷稳压耐久稳定2.2 组成 动力系统（3）千斤顶350t专用千斤顶，安装有压力传感器、液压传感器和位移测量传感器，配备高压油管。穿心孔径 170 mm张拉行程 200 mm2.2

5、 组成 传感系统2.2 组成 传感系统测力方式液压换算液压管路安装液压传感器，根据千斤顶参数换算成张拉力。受油温、摩阻影响，测试精度低。直接测力千斤顶端安装压力传感器直接测量外荷载。消除设备内部因素影响，受力明确、测试精准。2.2 组成 传感系统（1）测力传感器轮辐式传感器直接测力，力值不受千斤顶摩阻、温度影响 低高度，不增加下料长度。 测量剪应力原理，不受径向力影响。 抗偏载能力强，对作用力位置的变化不敏感。 刚性大，弹性变形小，工作状态稳定。2.2 组成23 传感系统位移测量方式光电位移传感器光学原理，反射受因素影响，光源易受干扰，测试准确性差。电阻式位移传感器千斤顶活塞与缸体之间易旋转，

6、拉杆变形损坏。拉线式位移传感器测量精度高、结构紧凑、防震。2.2 组成 传感系统（2）位移传感器拉线(杆)式传感器，滑动导轨导向支撑，千斤顶与位移触点采用滑动接触，解决了张拉时千斤顶活塞旋转对位移影响的问题。2.2 组成 传感系统（3）液压传感器变阻式液压传感器测量油压量程： 0-60Mpa精度： 0.3%FS环境条件： -2585 2.2 组成26 传感器系统（4）温度传感器测量液压油温、环境温度测量介质： 与不锈钢兼容的各种液体、气体或固体表面 测温范围： （-80300） 2.2 组成 控制系统由中央管理模块、控制模块、电源模块、信号采集模块、驱动模块、执行模块等组成。 2.2 组成 控

7、制系统智能张拉控制、数据表报、数据存储及查看、数据传输及加密、注册认证、帮助模块 2.2 组成 控制系统主控系统和辅控系统（箱梁一主三辅，T梁一主一辅）。主、辅控制系统通过总线型数据线串联实现信号的同步通讯。 2.2 组成 控制系统 PLC可编程控制器及采集工业电脑电控系统2.2 组成 数据管理系统由无线传输模块、工业控制机、梁场服务器及数据管理软件构成。实现数据的存储和传输。 2.2 组成 辅助系统为保证施工质量、施工安全、设备安全研制的辅助系统。主要包括：张拉力复核、智能油温控制、回顶安全防护、在线故障诊断 冷却器加热装置张拉力复核2.2 组成 技术指标 序 号项 目参 数1目标值控制精度

8、0.5%2输出荷载准确度1.0%3工作环境温度-10454最大工作油压70MPa5测力传感器量程0280t6位移传感器量程0200mm7数据采集频率5Hz8无线通讯网络3G /4G /WIFI9数据存储形式数据库2.3 功能特点 操作功能 参数设置：输入编号、型号等基本信息、张拉力目标值及伸长量、持荷时间等设计信息。一键式启动，自动完成全过程。 自动平衡同步张拉：钢束两端伸长量保持一致，同步张拉，以张拉力为最终控制目标。 持荷稳压：持荷阶段自动补压，控制张拉力偏差在目标值上下1%内。 图表分析：直观显示张拉力值，位移值曲线。 结果自动生成：自动计算张拉结果，并打印完整的张拉结果记录表。2.3

9、功能特点 辅助功能 断电恢复功能：突发断电，自动保存当前数据，重新接电后可由断点处继续完成自动张拉过程。 智能油液温控：具备自动温控系统，以保证液压系统工作效能。 回顶保护功能：自动监测千斤顶回油压力，防止回油压力过高造成爆顶。无线传输功能 数据无线传输至梁场服务器，可远程传输至铁路工程管理平台。2.3 功能特点 安全防护功能 故障诊断：实时监测全过程各部件工作状态，并实时诊断。 报警功能：设备异常、数据超限时自动停止作业并进行报警功能。 伸长值动态预警：实时计算钢绞线实际值与理论值进行比对。防止因数据输入错误、测力或位移传感器失准、钢绞线滑丝断丝而继续作业的危险。 张拉力复核：测力传感器与液

10、压传感器之间相互比对，防止因传感器失效导致的事故。2.4 应用操作37 施工准备标定1）测力装置2）位移测量装置无线信号1）工作区域WIFI2）4G网络2.4 应用操作38 施工准备检查 1）混凝土实际强度，已达到设计强度、弹模和龄期要求。2）检查梁体缺陷，修补。3）设备已配套校验合格，在规定期限内。油管连接紧密。安全警示牌、警戒围栏。4）清除锚垫板上灰浆。5）检查锚具、夹片是否配套。2.4 应用操作 施工准备安装 1）设备移动至钢束的两端，摆放、接通电源。 2）连接各个张拉台车通讯线。3）查看A1主机，试运行，确保正常。2.4 应用操作 施工准备安装 1）安装工作锚具、夹片，工作锚垫板在止口

11、内。安装限位板，检查限位板规格及夹片与钢绞线直径的匹配情况。 2）安装过渡套及千斤顶。3）安装工具锚，使管道、锚具、千斤顶三者同心，避免工具锚与工作锚间钢绞线交叉错位。工具外露长度基本一致。2.4 应用操作 开机启动开机启动进入自动化张拉设备操作界面，根据要求操作相应的按钮。2.4 应用操作 信息设置【桥梁设置】，设置钢束编号，添加或修改梁型和项目信息，或直接导入对应的EXCEL文件 ， “保存” 。2.4 应用操作 参数设置【设置】，输入权限密码进入参数设置界面，可对传感器的标定和参数的设置， “保存” “关闭”回到主界面。基本参数设置高级参数设置2.4 应用操作 张拉作业【张拉作业】点击“

12、启动” ，弹出张拉钢束确定界面，确定后自动进入张拉 。2.4 应用操作 结果查询【张拉报表】进入张拉报表界面，可查看结果数据及过程曲线。2.4 应用操作 数据导出/导入施工现场预、初和终张拉可能由两套设备完成，为了形成完整的报表数据，设计了数据导出导入功能【U盘读写】，选择数据，【导出数据】，可导出导入张拉数据及报表。2.4 应用操作 结果上传报表可导出到excel或直接打印。 “上传” 可上传至铁路工程管理平台。2.4 应用操作 质量要求张拉力按照管道摩阻、锚口加喇叭口磨阻实测调整锚外控制张拉力。控制张拉力偏差小于1%。伸长量 不同步率（两端伸长量相差）小于5%。时间张拉速度及各阶段持荷时间

13、满足要求。加载控制张拉阶段：0-95%伸长值控制， 95%-100%张拉力控制。持荷阶段：静停持荷，1%范围内。锚固阶段：自动缓慢卸荷锚固。2.4 应用操作 注意事项初始应力阶段初始应力值时，持荷，同时松开千斤顶吊绳。记录工具夹片外露量。持荷阶段持荷完毕测量并记录工具夹片外露量。回顶阶段卸除千斤顶，测量并记录工作锚夹片的外露量，并在距离夹片端头2-3cm处的钢绞线上标记，持续观察24h，判断滑丝断丝情况。3.0 管理平台3.1 简介3.2 组成3.3 功能3.4 APP3.1 简介51 铁路工程管理平台是以铁路工程设计、建设、运营全生命周期管理为目标，涉及综合管理、过程控制、现场管理等方面的综

14、合性应用平台。自动张拉管理平台为基于铁路工程管理平台下的子模块。3.1 简介3.2 组成3.3 功能数据集成管理、统计分析、可视化展示及质量信息推送。55特点大容量存储空间快速高效的处理能力数据集成管理、信息传递共享施工进度和施工质量的动态跟踪上、下级信息反馈便捷的移动办公软件。3.3 功能3.4 APP3.4 APP5758功 能一键式全过程自动张拉两端平衡张拉，精确调控张拉力张拉力与伸长值的实时监测判断人机交互、参数预设、智能分析结果自动生成、图表分析、远程传输荷载复核、油压监控、油温监控、故障诊断特 点技术先进、安全可靠具备配套的实施标准数据集成管理、传递共享进度和质量的动态跟踪可明显节

15、约人力成本降低关键部件标定频次信息化管理，降低管理成本 功能特点4.0 现场应用594.1 试点4.2 结果60在郑徐客专、石济客专、京沈客运专线铁路预制梁场开展了现场试用试验，对自动张拉系统的功能性和现场适用性进行了充分验证。4.1 试点 4.1 试点2014年11月-京沈黑山、龙城梁场2014年11月-郑徐顺河、中牟、开封梁场2015年06月-石济衡水梁场。试验工点及试验梁统计4.1 试点 4.1 试点张拉力偏差、两端不平衡力、伸长值不同步率、伸长值偏差以及钢绞线回缩量分析。（1）张拉力偏差为锚外张拉力与设计值的偏差。实测张拉力偏差在0.1%0.6%范围内，张拉力偏差0.2%的样本比例占9

16、9.4%。4.2 结果（2）两端不平衡力锚固时，两端张拉力的差值即两端不平衡力。实测两端不平衡力均小于20kN，最大值为6kN。4.2 结果（3）伸长值不同步率两端不同步率为预应力筋两端伸长值的差值。实测两端不同步率5%的样本比例占94.0%。4.2 结果（4）伸长值偏差为两端伸长值与设计值的差值。实测伸长值偏差6%的样本比例占97.8%。4.2 结果（5）钢绞线回缩量实测，钢绞线回缩量在210mm范围内，回缩量6mm、7mm、8mm的样本比例分别为49.9%、75.0%、93.6%。4.2 结果 石济衡水梁场郑徐顺河梁场4.2 结果“实现真正意义上的“两侧同步” 张拉施工”“伸长值自动测量，

17、测量精准度大大提高，解放了工人。操作人员远离了张拉锚头危险区域，确保了人身安全。”“自动张拉系统采用传感器与标准试验仪器之间的标定，提高张拉过程中张拉力控制的准确性。”“张拉数据的自动读取，避免了人为油表读数误差，提高了张拉力值数据的准确性。” 计算及生成结果表格，避免了人为计算可能出现的错误，数据准确性大大提高。”“直观的体现出了张拉过程中的各项数据变化情况。设备在出现异常情况下自动报警，技术人员根据提示及时调整设备参数。”“节省了施工单位的人工成本”5.0 技术标准5.1 铁科院标准5.2 总公司标准5.3 解读71 5.1 铁科院标准2016年4月28日 发布铁路混凝土桥梁预应力自动张拉

18、系统QCR-TKT-00+0003-2016。（1）范围（2）规范性引用文件（3）术语和定义（4）组成（5）型号（6）技术要求（7）试验方法（8）检验规则（9）标着、包装、运输和储存工管科信函2015343号：铁路预应力混凝土简支梁自动张拉系统数据接口暂行规定5.2 总公司标准2016年1月 申请了总公司企业标准。2016年12月 编制完成5.2 总公司标准铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统技术条件1范围本标准规定了铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统（以下简称自动张拉系统）的术语和定义、组成、型号、技术要求、使用和维护、检验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存。本标准适用于自动张拉系统的制造、使

19、用、检验与维护。5.3 解读铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统技术条件3术语和定义预应力自动张拉系统基于机械、计算机、自动控制及互联网等技术，能够进行预应力张拉自动化控制和张拉数据传输的混凝土桥梁预应力张拉施工设备。张拉力值精度自动张拉系统张拉力示值与标定系统标准力值偏差的百分比。张拉力值偏差自动张拉系统张拉力示值与预设目标值的偏差值。5.3 解读铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统技术条件5型号自动张拉系统的型号由代号、额定压力、设备系列代号、生产厂家代号组成。示例：TYZ / 60-I / XXXXX表示：某厂家（代号：XXXXX）生产的额定压力为60MPa的第一代预应力自动张拉系统。5.3 解

20、读铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统技术条件6技术要求6.1一般要求6.1.2自动张拉系统制造应具备合法的技术来源，并具有第三方检测机构出具的在有效期内的产品型式检验报告、配套软件评测报告。6.1.3数据接口应符合工管科信函2015343号规定。6.1.9自动生成的张拉结果记录表应符合附录A要求。5.3 解读铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统技术条件5.3 解读施工信息设备信息张拉结果人员备注桥梁信息铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统技术条件6技术要求6.2功能要求6.2.1预设张拉信息后，应自动完成预应力张拉、持荷、锚固全过程。6.2.2自动调控张拉力和伸长值，实现预应力筋两端平衡张拉。伸长值达到

21、计算值的95%前，以伸长值控制；伸长值达到计算值的95%后，自动转换成张拉力控制。6.2.3实时采集张拉力与伸长值，显示张拉力与时间、伸长值与时间、张拉力与伸长值的关系曲线，实现伸长值的动态判断。6.2.4数据可自动存储和远程传输上传至铁路工程管理平台。6.2.5自动生成并存储张拉记录表，且不可更改6.2.8张拉过程中，实测伸长值与理论值的偏差超过6%时，分三级报警：一级为8%时、二级为10%时、三级为12%时。5.3 解读铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统技术条件6技术要求6.3性能要求6.3.2自动张拉系统控制性能应符合张拉力值偏差1.0%。6.3.4数据采集、存储和传输性能应满足以下要求：

22、c）应兼容3G、4G、WI-FI等无线网络，数据无线传输上行速率384kbps；6.4其他要求6.4.1工作环境温度为-1045。6.4.2工作输入电压为（3807% ）V AC。5.3 解读铁路混凝土桥梁预应力自动张拉系统技术条件7使用和维护7.1.4压力传感器、位移传感器液压传感器符合以下条件之一者，应重新校准：a） 使用时间达到6个月时； b） 出现异常情况时；c） 检修或更换配件时。7.1.5压力传感器和位移传感器每月应自校核1次。7.1.6自动张拉系统应由现场技术人员负责操作。5.3 解读6.0 经济性6.1 人工6.2 材料6.3 功效6.2 管理6.0 经济性83自动张拉设备可减少4工人，节约预应力张拉施工人力成本50%。显著减少整套设备的标定频次，大幅减少校准工作，降低成本。一键式自动控制，不间断连续操控，提高作业效率，降低劳动强度。精确控制、动态调控，信息化管理，解决