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水泥電桿力學實驗設備的研究

日期：2024-05-31 11:08:34 發(fā)布人：mhw 瀏覽量：31

錐形混凝土電桿質(zhì)量管控中，力學性能是質(zhì)量抽檢的一項重要內(nèi)容，也是評價錐形混凝土電桿質(zhì)量的一項重要指標，但其檢測方法和設備多年來發(fā)展緩慢，現(xiàn)有檢測設備和檢測方案需用人工多，自動化程度低，測試用時長，且安全性不足。我們通過對現(xiàn)有錐形混凝土電桿力學性能檢測方法和裝備存在的問題進行分析，結合混凝土電桿檢測工作對設備的各項要求，設計了一套可實現(xiàn)一人一鍵式完成檢測工作的全自動力學性能檢測設備，現(xiàn)將該設備介紹如下，供參考。
一、全自動力學性能檢測設備的基本要求
(1)載荷施加能力。?載荷施加設備應實現(xiàn)機械化，降低工作人員的勞動強度。?檢測單位應能根據(jù)本單位常檢電桿的規(guī)格來選擇適宜型號的載荷施加設備，以梢徑190mm長15m的K型桿為例，其開裂檢驗彎矩為49kNm，承載力檢驗彎矩為98kNm，考慮到載荷施加設備應有40%的余量，載荷施加設備提供能力要相當于137.2kNm。?水泥電桿表面為混凝土，在受到不平穩(wěn)載荷引起的振動時更易發(fā)生開裂，對檢驗裂紋寬度的準確性會產(chǎn)生較大的影響，因此加載過程應平穩(wěn)無頓挫。
(2)撓度測量設備精度。電桿受力后的撓度大小對衡量電桿剛度有重要意義，相關標準對不同種類、不同規(guī)格的電桿撓度值有不同的要求，但測量精度應達到±1mm。
(3)裂紋測寬儀精度。混凝土電桿表面產(chǎn)生裂紋不僅直接影響電桿的承載力，而且降低了混凝土對鋼筋的保護作用，因此，力學性能檢測中的一項內(nèi)容便是檢測電桿表面的開裂性能。標準要求電桿卸去載荷后殘余裂紋的寬度不應大于0.05mm，因此裂紋寬度檢測設備的檢測精度應達到±0.01mm。
(4)安全性。檢測中作業(yè)人員需要近距離接觸承受巨大載荷的混凝土電桿，存在一定安全隱患，宜采用設備代替人工以更好的保證檢測人員安全。
(5)檢測效率。目前的檢測工作需要多人協(xié)同操作才能完成檢測工作，新設備須有效提高檢測效率，節(jié)約人力物力。
二、全自動力學性能檢測設備的設計
全自動力學性能檢測設備由四個模塊組成，如圖1所示，分別為集成控制系統(tǒng)、載荷施加模塊、撓度測量模塊、裂紋寬度測量模塊。
(1)集成控制系統(tǒng)。集成控制系統(tǒng)是整套設備的 “大腦”，所有規(guī)格電桿的尺寸參數(shù)、試驗數(shù)據(jù)、合格標準等都被預先存入集成控制系統(tǒng)，工作人員僅需在系統(tǒng)中選擇被檢電桿的規(guī)格，并點擊“開始加載”按鈕啟動檢測程序，整個檢測過程便可以按照預設程序開展，待整套檢測程序完成后系統(tǒng)界面給出檢測結論以及關鍵參數(shù)的具體數(shù)值，以便工作人員填寫記錄和進行相關分析。

圖1 全自動力學性能檢測設備模塊組成示意圖

(2)載荷施加模塊。該模塊是整套系統(tǒng)的“手臂”，由集成控制系統(tǒng)控制，按照預設程序在不同時段對電桿進行加載、保載。代替了原有檢測工作中人工加載的工作方式。

載荷施加模塊由基座和力矩電動機組成，集成控制系統(tǒng)發(fā)布“開始加載”命令后，載荷施加模塊便對電桿施加穩(wěn)定載荷，載荷值接近程序預設數(shù)值時電動機減速，并最終在達到預設數(shù)值時停止動作，等待接收下一次命令。施加載荷的過程精準、平穩(wěn)、安全、高效。

(3)撓度測量模塊。本模塊是整套系統(tǒng)的“耳朵”，撓度測量模塊與集成控制系統(tǒng)通過無線通信連接，實時監(jiān)測電桿在受力后桿稍撓度的變化值，并將結果實時傳輸?shù)郊煽刂葡到y(tǒng)處，由集成控制系統(tǒng)判斷其結果是否合格。

電桿受力后桿梢會發(fā)生撓曲變形，撓度測量模塊布置在桿梢部位，利用紅外測距的原理對桿梢的撓曲量進行測量。在集成控制系統(tǒng)中“開始加載”按鈕被點擊后便投入工作，并實時將測量結果反饋至集成控制系統(tǒng)，集成控制系統(tǒng)對測量結果進行監(jiān)督，當集成控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)撓度值大于系統(tǒng)預設值(標準規(guī)定的最大限值)時系統(tǒng)便聲光報警，提示檢測結果超標。試驗完成后，集成控制系統(tǒng)中顯示被檢電桿的最大撓度值。

(4)裂紋寬度測量模塊。這是整套系統(tǒng)的“眼睛”，負責在電桿保持載荷期間檢測錐形混凝土電桿受張力側是否產(chǎn)生裂紋以及裂紋的寬度，實時將檢測結果傳輸?shù)郊煽刂葡到y(tǒng)，由集成控制系統(tǒng)判斷其結果是否合格。該模塊代替了原來工作人員手持顯微鏡在受力的電桿上進行檢測的工作方式。

裂紋寬度測量模塊主要由鋪設在電桿旁的軌道、小車、控制器、裂紋識別系統(tǒng)、混凝土裂紋測量儀五部分組成。受集成控制系統(tǒng)無線控制，裂紋寬度測量時機為載荷保持“靜停”期間，因此，每次系統(tǒng)發(fā)出“停止加載”命令的同時發(fā)布“裂紋檢測小車啟動”命令，小車收到命令后，攜帶裂紋識別系統(tǒng)和混凝土裂紋測量儀沿軌道勻速運動，當裂紋識別系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)疑似裂紋后便“告知”控制器，控制器收到信息后命令行走器停止運動，由混凝土裂紋測量儀對疑似裂紋寬度進行測量，并將測量結果和疑似裂紋圖片實時發(fā)送至集成控制系統(tǒng)，同時“告知”集成控制系統(tǒng)完成裂紋測寬，集成控制系統(tǒng)接收到信息后發(fā)布“裂紋檢測小車啟動”命令，當行走器行走距離達到一半桿長后沿軌道返回，返程中裂紋識別系統(tǒng)不工作，回到出發(fā)位置后，控制器向集成控制系統(tǒng)反饋“完成檢測”的信號，集成控制系統(tǒng)收到信號后再次向載荷施加模塊發(fā)布“施加載荷”命令，所有流程反復循環(huán)，最終完成檢測工作。試驗完成后，集成控制系統(tǒng)中顯示被檢電桿的裂紋寬度最大值。

三、全自動力學性能檢測設備的優(yōu)點

整個檢測過程中工作人員僅需在集成控制系統(tǒng)中選擇被檢電桿的規(guī)格，并點擊“開始加載”按鈕，整套設備便會按照預設程序逐步進行檢測工作，檢測過程中工作人員無需操作，僅需在整個檢測過程結束后記錄檢測結果即可，可實現(xiàn)一人一鍵式檢測。

各模塊之間的信息傳輸關系如圖2所示。整套設備具備以下特點。

(1)檢測自動化。工作人員僅需在工作臺處操作儀器即可一鍵式完成所有檢測工作。

(2)檢測機械化。由機器代替工作人員完成檢測，大大降低工作人員的安全風險和勞動強度。

(3)檢測結果數(shù)據(jù)化。直接由系統(tǒng)報出檢測結果，減小人為測量的誤差。

(4)檢測程序化。上一項工作完成后下一項工作自動開始，工作安排緊湊，可節(jié)約工作時間。