智能张拉压浆系统
1.组成及功能
1.1系统组成
预应力自动张拉系统包括机械动力系统、传感器
测量系统、智能张拉控制系统、数据管理系统及辅助系统5 部分，具体组成如图1 所示。
图1自动张拉系统组成
预应力自动张拉系统采用穿心轮辐式压
力传感器测量张拉力，拉线式位移传感器测量伸长值，配置高性能电磁阀的液压系统作为动力加载。
该系统
应用工业可编程控制器( PLC) 自动采集数据并辅助于
计算机进行过程控制和数据管理。
此外，该系统还具
有油温控制、油压保护、智能诊断及报警等功能。
张拉系统的主机柜、副机柜分设于梁体两端，机柜之间以总线型数据线连接并通讯，通过计算机预设张拉工艺参数，实现全过程智能预应力张拉。
其结构如图2 所示。
1.2系统功能
预应力自动张拉系统可实现桥梁预应力施工的张
拉、静停、锚固全过程自动化; 对预应力施工过程进行全程监测控制，精准控制张拉力和预应力筋的伸长值;对施工结果进行信息化管理，数据自动储存且不可更改，确保施工数据真实有效，保证预施应力准确和结构安全，提高施工管理水平和劳动效率。
预应力自动张
拉系统的主要功能包括: ①梁体两端自动平衡、同步张拉，精确调控张拉力值; ②张拉力与伸长值的实时监测调控，严格执行双控标准; ③施工数据的自动采集、实时记录、图表分析，历史数据查看与追溯; ④通过无线
传输系统及互联网技术，远程传输施工数据; ⑤与铁路
工程管理平台进行数据传输和指令控制; ⑥通过标准
试验机，对张拉系统进行智能标定; ⑦智能化人机交互
功能，便于参数设置、数据分析; ⑧辅助控制系统确保
设备安全和施工安全。
图2 自动张拉系统结构
2.系统研发
2. 1 机械动力系统
机械动力液压系统主要包括液压泵站和千斤顶两
部分。
液压站是独立的液压装置，通过驱动装置控制
供油的方向、压力和流量; 千斤顶为液压驱动的动力作
用装置。
液压系统核心部件包括高压截止阀、电磁阀
和径向柱塞泵。
液压系统的工作压力＞35 MPa，采用
超高压截止阀的模式解决液压系统的可靠性和耐久性
问题。
已有研究及应用情况表明，超高压截止阀液压
系统具有控制精度高、持荷稳压性能好、耐久、稳定等优点。
其关键技术特点如下:
1) 截止式换向阀性能较稳定，不受液压系统中常
见的微小杂质影响，满足张拉过程的加载、稳压、持荷、回顶等操作要求。
截止阀的压力储备较大，零位时，静态过载压力可达最大工作压力的2 倍。
截止阀的油路通、断连续过渡，保证了压力输出的稳定性。
2) 径向柱塞泵比轴向柱塞泵耐冲击，寿命长，控
制精度高，控制压力高，最大压应力为70 MPa。
2. 2 传感器测量系统
传感器测量系统的核心部件主要包括力传感器、
位移传感器，辅助部件包括液压传感器、温度传感器。
力传感器直接测量张拉力的大小，位移传感器测量预
应力筋的伸长量。
辅助测量系统的液压传感器作为张
拉力的校核，温度传感器用来测量液压油温和环境温度。
各传感器均通过PLC 控制的智能模块相对独立
地工作，工业电脑对各个传感器的数据进行综合分析，实现张拉系统的过程控制和安全辅助功能。
1) 力传感器
通过比选、室内试验、现场应用测试，力传感器采
用新研制的穿心轮辐式传感器，其安装在千斤顶顶部
直接测量力值大小。
穿心轮辐式传感器主要由轮毂、轮箍、轮辐、应变
片、胶封、传感器信号接头等组成。
测力方式上，通过测量轮毂和轮箍间受到的纯剪切力并经换算得到外力
大小。
该测力方式不受径向力影响，对一定范围内位
置变化的作用力不敏感，抗偏载能力强，测试准确。
其具有结构合理、测试精准、重复性好、性能稳定、过载保护等优点。
性能参数如表1 所示。
轮辐式测力传感器
的结构特点为: ①具有低高度外形结构，基本不增加钢
绞线的下料长度，整体刚度大，弹性变形小。
②穿心孔径较大，适用于不同根数的预应力筋穿束。
2) 位移传感器
位移传感器采用拉线式传感器，安装在千斤顶外
侧直接测量钢绞线伸长量。
其具有测量精度高、测量
行程长、结构紧凑、适应高温高压环境等特点。
位移传感器主要由拉绳、拉绳缠绕器、信号控制
器、复位装置等组成。
拉线位移传感器在位移发生时
拉绳伸长或缩短，螺纹状的轮毂带动精密旋转感应器
旋转，输出与拉绳移动距离成比例的电信号，以此计算位移的大小、方向及速度。
位移传感器可将机械运动
转换成可以计量、记录或传送的电信号。
预应力张拉时，由于千斤顶的活塞会有一定的转动，在测量位移时通过研制专门的配套工装可以消除该转动对位移测量
精度的影响。
2.3控制系统
智能控制系统包括主控系统和辅控系统，主辅系
统通过总线型串联实现智能控制和协同工作。
控制系
统中的硬件由工业电脑、可编程逻辑控制器( PLC) 、外
围低压控制开关元件、变压器、开关电源、A/D 转换模块、测力仪表等组成，工作关系如图3 所示。
图3 控制系统工作关系示意
VB 和C + + 两种编程语言编写的多功能张拉控制程
序。
智能控制系统具有功能完善、适应性强、稳定可
靠、人机交互、动态智能判断等特点。
以简支箱梁为例，预应力张拉施工需要4 个泵站和千斤顶，由1 套主控系统和3 套辅控系统组成，如图
4 所示。
图4 简支箱梁智能控制系统示意
2.4 数据管理系统
1) 过程控制
张拉过程中由PLC 控制的采集模块对张拉力、伸
长值等参数进行自动采集，基于桥梁技术条件编写的
分析软件对张拉过程数据进行智能计算分析，对A1，
A2，B1，B2 端分别生成张拉力与时间、伸长值与时间、张拉力与伸长值关系曲线以控制张拉过程，如图5 所示。
张拉过程张拉力、时间、伸长量关系曲线
2) 数据存储
张拉施工数据存储在数据库中。
数据库具有便捷
的数据查询和筛选功能，考虑到铁路工程管理平台对
施工数据信息的高效管理需求，选用SQL Server 数据
库。
该数据库性能可靠具有可扩充性，适用于大型联
机事务处理、数据仓库等方面。
3) 数据传输
通过数据无线传输模式实现张拉数据从施工现场
到工程建设管理平台的实时远程传输。
张拉过程或结
果数据通过设备的数据无线发射模块和施工现场的互
联网无线数据交换机将数据上传至Internet 公网。
工
程建设管理平台通过公网接收数据，实现施工数据的
传输和访问。
3. 现场试验。