一种重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统及控制方法与流程

本发明涉及钢结构桥梁施工，具体涉及一种重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统及控制方法。

背景技术：

1、重型钢箱梁进行整体吊装时，对桥墩一侧施加有弯曲力矩，从而造成桥墩的弯曲；为解决此问题，在桥墩另一侧设置地锚索，通过地锚索施加拉力来平衡桥墩一侧的弯曲力矩是较好的方法，但如何控制在重型钢箱梁整体吊装过程中，桥墩一侧弯曲力矩与地锚索侧施加拉力的动态平衡，目前尚无资料揭示；

2、另外，重型钢箱梁在整体吊装过程中，各吊点之间存在刚度耦合，而且重型钢箱梁同步提升过程中，各吊点之间提升位移并非严格同步，因此会导致各吊点的载荷重新分布，即引起各提升索拉力的变化；由于重型钢箱梁具有较高的刚度，各吊点之间较小的提升位移不同步就会导致各提升索拉力的巨大变化，当提升索拉力变化（增大）超过限定值时，容易发生安全事故，为保证施工安全，通常情况下重型钢箱梁在整体吊装过程中，均采用提升索载荷均衡控制策略；即提升过程中采用提升索拉力反馈控制，选取某个提升索液压提升器作为主动缸，将其余提升索液压提升器作为从动缸，从动缸内液压油的压力通过反馈控制跟随主动缸内液压油压力，从而保证提升过程中各提升索载荷始终在设定范围内维持均衡；

3、在本专利申请的重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统中，设置了对位系统，通过对位系统对重型钢箱梁施加偏载力来实现自动对位；偏载力的施加是通过液压弹性锚索吊箱驱动提升索绕铰接点偏转来实现，而提升索偏转过程中与重型钢箱梁铰接点在垂直方向和水平方向均会发生位移，垂直方向位移会引起重型钢箱梁的姿态发生变化，同时导致部分提升索拉力迅速增加，并使各提升索之间拉力重新分布，完全打破了原有各提升索之间的载荷均衡，且极易导致部分提升索拉力超过限定值，采用提升索拉力反馈控制的方法，无法很好地对重型钢箱梁自动对位过程中的姿态及提升索拉力同时进行控制，因此如何解决重型钢箱梁自动对位过程中的姿态及提升索拉力的控制，也是一个新的技术难题。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的不足，本发明提供了一种重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统及控制方法，用以解决重型钢箱梁液压同步提升过程中桥墩承受过大弯曲力矩的问题，及自动对位过程中重型钢箱梁姿态及提升索拉力控制的技术难题。

2、为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统，包括同步提升液压系统、锚定液压系统、对位系统、主控计算机，同步提升液压系统、锚定液压系统、对位系统与主控计算机无线通信连接；重型钢箱梁在同步提升过程中，由主控计算机对同步提升液压系统、锚定液压系统、对位系统进行统一协调控制；

3、其中，同步提升液压系统由主控计算机控制，通过提升索对重型钢箱梁进行整体原位同步提升；重型钢箱梁在同步提升过程中，各种工作参数及控制指令通过主控计算机输入；

4、其中，锚定液压系统在同步提升液压系统工作过程中，由主控计算机控制，通过地锚索对桥墩同步施加拉力，使桥墩两侧受力平衡，避免桥墩承受过大弯曲力矩；

5、其中，对位系统由主控计算机控制，通过液压弹性锚索吊箱对重型钢箱梁施加偏载力，驱动重型钢箱梁水平移动或旋转，实现自动对位；同时同步提升液压系统由主控计算机控制，通过提升索实现重型钢箱梁自动对位过程的姿态维持。

6、进一步的，主控计算机中设置有提升索位移模糊控制器、提升索拉力告警器、地锚索拉力pid控制器、姿态位移转换器；

7、其中，提升索位移模糊控制器用于重型钢箱梁整体原位同步提升时，提升索位移的反馈控制；

8、其中，提升索拉力告警器用于重型钢箱梁整体原位同步提升时，提升索拉力超过预设阈值时的报警；

9、其中，地锚索拉力pid控制器用于重型钢箱梁整体原位同步提升时，锚索拉力的同步反馈控制；

10、其中，姿态位移转换器用于重型钢箱梁对位时，对位系统姿态反馈信号的转换，将钢箱梁姿态反馈信号转换为提升索位移控制输入信号。

11、进一步的，同步提升液压系统包括提升索控制装置、提升索液压源、提升索液压提升器；提升索控制装置与提升索液压源电性连接，与主控计算机无线通信连接；提升索液压源与提升索液压提升器通过液压管路连接；提升索控制装置将接收到的主控计算机发出的提升索位移控制信号转换为提升索液压源的控制信号，提升索液压源执行提升索控制装置的控制信号，将液压油输送至提升索液压提升器，提升索液压提升器驱动提升索向上运动，完成重型钢箱梁的同步提升，或维持重型钢箱梁自动对位时的姿态；提升索控制装置与提升索液压源集成在一起，构成提升索远控液压泵站。

12、进一步的，锚定液压系统包括地锚索控制装置、地锚索液压源、地锚索液压提升器；地锚索控制装置与地锚索液压源电性连接，与主控计算机无线通信连接；地锚索液压源与地锚索液压提升器通过液压管路连接；地锚索控制装置将接收到的主控计算机发出的地锚索拉力控制信号转换为地锚索液压源的控制信号，地锚索液压源执行地锚索控制装置的控制信号，将液压油输送至地锚索液压提升器，地锚索液压提升器驱动地锚索产生拉力，使重型钢箱梁在同步提升过程中，地锚索对桥墩同步施加拉力，保证桥墩两侧受力平衡；地锚索控制装置、地锚索液压源集成在一起，构成地锚索远控液压泵站。

13、进一步的，对位系统包括锚索吊箱控制装置、锚索吊箱液压源、液压弹性锚索吊箱、电子水平仪；锚索吊箱控制装置与锚索吊箱液压源电性连接，与主控计算机无线通信连接；锚索吊箱液压源与液压弹性锚索吊箱通过液压管路连接；电子水平仪为二维电子水平仪，用以检测重型钢箱梁在水平x、y两个方向的倾角变化，电子水平仪固定设置在重型钢箱梁上部中间，与主控计算机无线通信连接，或与锚索吊箱控制装置通信连接；在重型钢箱梁自动对位过程中，对位控制指令直接通过主控计算机输入，经无线通信传输至锚索吊箱控制装置，锚索吊箱控制装置将接收到的控制指令转换为锚索吊箱液压源的控制信号，锚索吊箱液压源执行锚索吊箱控制装置的控制信号，将液压油输送至液压弹性锚索吊箱，液压弹性锚索吊箱驱动提升索绕铰接点偏转，对重型钢箱梁施加偏载力，驱动重型钢箱梁水平移动或旋转，实现自动对位；同时二维电子水平仪检测重型钢箱梁自动对位过程中水平方向倾角姿态反馈信号，经无线通信传输至主控计算机，主控计算机将其转换为提升索位移控制信号传送至提升索控制装置，提升索控制装置将接收到主控计算机发出的提升索位移控制信号，转换为提升索液压源的控制信号，提升索液压源执行提升索控制装置的控制信号，将液压油输送至提升索液压提升器，提升索液压提升器驱动提升索下降，维持重型钢箱梁自动对位时的姿态；锚索吊箱控制装置、锚索吊箱液压源集成在一起，构成锚索吊箱远控液压泵站。

14、进一步的，液压弹性锚索吊箱中设置有阻尼液压缸、吊箱，阻尼液压缸铰接连接在吊箱侧边，阻尼液压缸、吊箱均与重型钢箱梁铰接连接；阻尼液压缸包括缸套、阻尼柱塞组件，阻尼柱塞组件活动设置在缸套中；当缸套注入高压液压油时，驱动阻尼柱塞组件移动；阻尼柱塞组件包括柱塞缸、阻尼活塞杆、柱塞缸端盖，阻尼活塞杆上设有活塞；柱塞缸端盖固定设置在柱塞缸端部，阻尼活塞杆活动设置在柱塞缸的活塞腔中，活塞将柱塞缸的活塞腔分隔为上阻尼腔、下阻尼腔；下阻尼腔中并联设置有压簧、拉簧，压簧、拉簧均设有预应力（拉簧设有拉应力，压簧设有压应力），压簧、拉簧的预应力处于平衡状态；阻尼活塞杆在压簧、拉簧平衡状态预应力作用下处于原始平衡位置，即阻尼活塞杆原始平衡位置相对柱塞缸在轴线方向的位置是固定的；液压弹性锚索吊箱与重型钢箱梁连接时，吊箱与垂直方向预设有15°-20°的倾斜角度，重型钢箱梁吊离支撑胎架后，提升索与重型钢箱梁呈垂直状态，吊箱与垂直方向仍维持有约5°-7°的倾斜角度，此时压簧、拉簧处于新的平衡位置，压簧、拉簧通过阻尼活塞杆对吊箱施加有推力；重型钢箱梁同步提升过程中，各吊点之间提升位移产生不同步时，各提升索之间的拉力会重新分配，导致各提升索拉力发生变化；提升索拉力的变化会使吊箱与垂直方向维持的5°-7°倾斜角度发生变化，自动补偿各提升索拉力变化量，从而使提升索与重型钢箱梁之间呈现较低的连接刚度，即各吊点之间耦合刚度较小；当各吊点之间耦合刚度较小时，对提升位移不同步的容忍度较高，只要同步偏差控制在一定范围内，就可保证在同步提升、或自动对位过程中，各提升索载荷维持在设定范围内，因此允许采用提升索位移反馈控制方式进行重型钢箱梁的同步提升；而采用提升索位移反馈控制后，则可将重型钢箱梁自动对位过程中的姿态倾角信号转换为提升索位移信号，从而通过对提升索的位移控制实现钢箱梁自动对位过程中的姿态控制，解决了重型钢箱梁自动对位过程中姿态控制的技术难题。

15、进一步的，主控计算机还通信连接有手持移动操作终端；重型钢箱梁在同步提升过程中，施工人员可随身携带手持移动操作终端靠近作业现场作业，根据作业现场状况输入各种工作参数及控制指令，然后通过无线通信传输至主控计算机中，因此极大增加了重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统操作的灵活性。

16、一种重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统的控制方法：重型钢箱梁进行整体原位同步提升时，同步提升液压系统采用提升索位移反馈主从同步控制；锚定液压系统采用地锚索拉力反馈跟随控制，输入信号来自于提升索拉力反馈信号；对位系统采用提升索位移反馈控制，输入信号来自于二维电子水平仪，二维电子水平仪的输出值经主控计算机的姿态位移转换器转换为位移信号后，作为提升索位移模糊控制器的输入信号。

17、进一步的，对位系统进行重型钢箱梁水平移动控制时，位于重型钢箱梁同侧的液压弹性锚索吊箱同步动作；对位系统进行重型钢箱梁水平旋转控制时，位于重型钢箱梁对角的液压弹性锚索吊箱依序多轮次顺序动作。

18、由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开的一种重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统及控制方法，在现有重型钢箱梁自平衡锚定液压同步提升系统中，在现有同步提升液压系统的基础上，增加了锚定液压系统、对位系统；锚定液压系统在同步提升液压系统工作过程中，通过地锚索对桥墩同步施加拉力，使桥墩两侧受力平衡，达到解决桥墩承受过大弯曲力矩的技术效果；对位系统中，通过液压弹性锚索吊箱，改变提升索与重型钢箱梁之间的连接刚度，使提升索与重型钢箱梁之间呈现弹性连接方式，降低各吊点之间耦合刚度；同时将重型钢箱梁的同步提升反馈控制，由现有的提升索拉力反馈控制改变为提升索位移反馈主从控制，重型钢箱梁自动对位过程中的姿态控制由姿态倾角信号转换为位移信号后，反馈控制提升索位移，从而解决了重型钢箱梁自动对位过程中姿态控制的技术难题。