基于拉绳位移计的桥梁平转角速度智能控制系统及方法与流程

1.本发明涉及桥梁平转施工智能控制技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于拉绳位移计的桥梁平转角速度智能控制系统及方法。


背景技术：

2.在桥梁平转施工中，转体角速度是实现平稳、高效转体的关键控制参数，直接关乎转体结构的稳定性和安全性，如果不加以控制，结构应力易超限，转速过大可能会导致转动体失稳倾覆，酿成工程事故。传统的人工监测手段大多采用全站仪或水准仪，在转体某阶段开始前、结束后的稳定状态进行观测，通过测点的变化值来推算该阶段的转速角速度，这种测试手段存在数据不连续、测量时间长等问题，无法对正在转体的操作给与准确地指导，且测试人员专业水平也会影响数据的真实性，测试精度不足、误差较大。而对于gps等新型无线传感器，在测试过程中，数据传输易受电磁场(转体时，常有无人机等设备进行拍摄)、振动冲击、信号覆盖有效区域等影响，且所测数据需要在极坐标变换或使用反三角函数进行大量的数据或图像处理，耗时费力，此外，传感器的经济成本偏高。在转体现场，测试数据需要及时、准确、高效地传输，针对上述问题，一种简便高效、经济实用、智能化测量角速度的桥梁平转智能控制系统成为迫切需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于拉绳位移计的桥梁平转角速度智能控制系统，能及时、准确、高效地传输桥梁转体数据。
4.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于拉绳位移计的桥梁平转角速度智能控制系统，包括：
5.下转盘，其顶面具有球铰容纳槽；
6.带球铰的上转盘，所述上转盘的球铰可转动的设置于球铰容纳槽中，所述上转盘上缠绕有牵引索；
7.拉绳位移计，其固定于下转盘上，所述拉绳位移计的拉绳有序缠绕在上转盘上，所述拉绳的自由端固定于上转盘上，所述拉绳位移计与拉绳的位置为同一水平线；
8.拉绳位移计监测模块，其与拉绳位移计连接，用于采集拉绳位移计测得的上转盘转动位移l，并转换为转体角速度ω
i
、转体角加速度α
i
；
9.张拉千斤顶，其安装在上转盘上，用于张拉缠绕在上转盘的牵引索，从而带动转体桥梁发生转体；
10.张拉千斤顶控制系统，其与张拉千斤顶连接；
11.中央控制集成系统，其与所述拉绳位移计监测模块、张拉千斤顶控制系统相连接，接收转体角速度ω
i
、转体角加速度α
i
、牵引索张拉力数据，并根据转体角速度ω
i
、角加速度α
i
，控制所述张拉千斤顶控制系统。
12.优选的是，所述下转盘的底部具有下转盘基座；拉绳位移计通过固定支架固定于
下转盘基座上；张拉千斤顶通过千斤顶基座安装在的下转盘基座上。
13.优选的是，所述智能控制系统还包括：
14.数据采集与传输模块，其与拉绳位移计监测模块、张拉千斤顶控制系统连接，用于向所述拉绳位移计监测模块、张拉千斤顶控制系统发出采集数据指令。
15.优选的是，所述中央控制集成系统包括：
16.数据接收模块，其与所述数据采集与传输模块连接；
17.数据分析及控制模块，其与数据接收模块以及张拉千斤顶控制系统连接，对转体角速度ω
i
、转体角加速度α
i
、牵引索张拉力数据分析，根据分析结果，对张拉千斤顶控制系统下发控制指令；
18.显示模块，其与数据分析及控制模块连接，用于桥梁当前转体姿态的展示。
19.优选的是，所述下转盘顶面的中心设置有轴杆，所述上转盘的中心设置有穿孔，所述上转盘穿设于轴杆上，所述穿孔孔径大于所述轴杆直径。
20.优选的是，所述张拉千斤顶为两组，分别位于上转盘的左右两侧；所述牵引索为两股，两股牵引索缠绕在上转盘上，两组张拉千斤顶设置为使两股牵引索的张拉方向平行且相反。
21.优选的是，下转盘基座和上转盘之间设置有保护千斤顶。
22.本发明还提供了一种应用智能控制系统控制桥梁平转的方法，包括以下步骤：
23.步骤一、通过拉绳位移计以及拉绳位移计监测模块获得位移
‑
时间曲线l
‑
t，并得到转体角速度ω
i
以及转体角加速度α
i
；
24.步骤二、启动阶段，若θ
i
变化，则桥梁克服静摩擦力产生转动，即进入加速转体阶段；θ
i
为桥梁结构转体已转转角；
25.步骤三、加速转体阶段，所述中央控制集成系统中设定有角加速度容许值[ω]、角速度容许值[α]，若角加速度α
i
＜[α]，角速度ω
i
＜[ω]，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶控制设备发出继续加速或保持加速指令，否则减速；
[0026]
步骤四、匀速转体阶段，即将达到匀速阶段时，若角速度ω
i
→
[ω]，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶控制系统发出保持当前牵引索张拉力持续工作指令；ω
i
→
[ω]是指ω
i
达到角加速度容许值80％～90％；
[0027]
步骤五、当转体角度达到中央控制集成系统设定的目标转体角度值的80％～90％时进入减速阶段，在减速阶段，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶控制系统发出减速指令至角速度ω
i
→
0；
[0028]
步骤六、在点动阶段，所述中央控制集成系统中设定有剩余转体角度点动值θ'，当θ
→
θ'时，θ
→
θ'是指θ达到剩余转体角度点动值θ'的80％～90％，转体进入点动阶段，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶控制系统发出点动时长控制指令，张拉千斤顶控制系统通过点动控制按钮控制张拉千斤顶张拉牵引索，直至转体至目标值，转体完成；θ为当前剩余转体角度。
[0029]
优选的是，所述步骤四中，在匀速阶段，或因其他因素影响，桥梁转体速度会在某一确定值上下波动，而非一定值，若角速度ω
i
≥[ω]，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶控制系统发出减小牵引索张拉力指令，缓慢减速，直至ω
i
→
[ω]。
[0030]
本发明至少包括以下有益效果：
[0031]
1、桥梁平转角速度智能控制系统使用的拉绳位移计，带有精确刻度的拉绳安装在上转盘上，拉绳位移计安装在固定的下转盘基座上，有效避免了转体悬臂梁端因转体抖动放大效应及转动滞后效应的影响，提高了测试精度，避免了人工测量误差，同时规避了高空传感器安装调试作业，操作方便，安全可靠、经济低廉。
[0032]
2、基于拉绳位移计的桥梁平转角速度智能控制系统，通过拉绳位移计所测数据自动转化为转体角度、转体角速度、转体角加速度，实时掌握转体状态，工作原理简单，理论基础可靠，几乎不受桥梁震动变形的影响，适于桥梁的施工监控，且施工技术危险小。
[0033]
3、基于拉绳位移计的桥梁平转角速度智能控制系统根据转体角速度、转体角加速度确定转体阶段，根据角速度及角加速度控制原则，分阶段智能化调控加速转体、匀速转体及减速转体阶段的张拉千斤顶的张拉力，提高了桥梁转体的信息化、智能化水平，有助于控制转体的安全、平顺和高效。
[0034]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0035]
图1是本发明桥梁转体结构示意图；
[0036]
图2是本发明上转盘平面转动示意图；
[0037]
图3是本发明空间转动示意图；
[0038]
图4是桥梁平转角速度智能控制系统结构框架图。
[0039]
附图标记说明：1转体桥梁、2上转盘、3下转盘、4下转盘基座、5张拉千斤顶、6千斤顶基座、7固定支架、8拉绳位移计、9牵引索、10保护千斤顶、11拉绳、12球铰、13轴杆。
具体实施方式
[0040]
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0041]
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0042]
如图1～4所示，本发明提供一种基于拉绳位移计的桥梁平转角速度智能控制系统，包括：
[0043]
下转盘3，其顶面具有球铰12容纳槽；
[0044]
带球铰12的上转盘2，所述上转盘2的球铰12可转动的设置于球铰12容纳槽中，所述上转盘2上缠绕有牵引索9；球铰12的结构如图1所示，为向下凸起的圆弧面，球铰12容纳槽的形状与球铰12相契合。上转盘2和下转盘3的侧面形成的形状均为圆柱形。
[0045]
拉绳位移计8，其固定于下转盘3上，所述拉绳位移计8的拉绳11有序缠绕在上转盘2上，所述拉绳11的自由端固定于上转盘2上，所述拉绳位移计8与拉绳11的位置为同一水平线，所述拉绳11带有精确刻度；
[0046]
拉绳位移计监测模块，其与拉绳位移计8连接，用于采集拉绳位移计8测得的上转
盘2转动位移l，并转换为转体角速度ω
i
、转体角加速度α
i
，在另一种实施例中，拉绳位移计监测模块还可转换为转体角度。
[0047]
张拉千斤顶5，其安装在上转盘2上，用于张拉缠绕在上转盘2的牵引索9，从而带动转体桥梁1发生转体，为转体动力设备；
[0048]
张拉千斤顶5控制系统，其与张拉千斤顶5连接；
[0049]
中央控制集成系统，其与所述拉绳位移计监测模块、张拉千斤顶5控制系统相连接，接收转体角速度ω
i
、转体角加速度α
i
、牵引索9张拉力数据，并根据转体角速度ω
i
、角加速度α
i
，控制所述张拉千斤顶5控制系统。
[0050]
在本实施方式中，基于拉绳位移计8的桥梁平转角速度智能控制系统，拉绳位移计8通过安装在下转盘基座4上，带有精确刻度的拉绳11有序缠绕在上转盘2上，由于桥梁转体角度，拉绳11缠绕一周即可，拉绳11的自由端固定在上转盘2上，避免了测点位置选择在主梁悬臂梁端，从而规避了因转体抖动放大效应及悬臂梁端“滞后转动”效应造成的误差。通过所测转盘外边缘切线速度与角速度的关系，进而可得到转体过程中任意时刻的角速度与角加速度，基于角速度控制原则及角加速度控制原则，及时通过控制系统调整张拉千斤顶5的预张力，从而确保转体平顺、高效。通过实时监测转体角度θ，掌握当前转体状态。基于拉绳位移计8的桥梁平转角速度智能控制系统，从而简化转体过程工序，达到信息化、智能化，既保证了根本的控制精度，同时也节约了人力成本。
[0051]
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述下转盘3的底部具有下转盘基座4；拉绳位移计8通过固定支架7固定于下转盘基座4上；张拉千斤顶5通过千斤顶基座6安装在的下转盘基座4上。
[0052]
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述智能控制系统还包括：
[0053]
数据采集与传输模块，其与拉绳位移计监测模块、张拉千斤顶5控制系统连接，用于向所述拉绳位移计监测模块、张拉千斤顶5控制系统发出采集数据指令。
[0054]
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述中央控制集成系统包括：
[0055]
数据接收模块，其与所述数据采集与传输模块连接；
[0056]
数据分析及控制模块，其与数据接收模块以及张拉千斤顶5控制系统连接，对转体角速度ω
i
、转体角加速度α
i
、牵引索9张拉力数据分析，根据分析结果，对张拉千斤顶5控制系统下发控制指令；
[0057]
显示模块，其与数据分析及控制模块连接，用于桥梁当前转体姿态的展示，具体包括展示转体角速度ω
i
、转体角加速度α
i
、牵引索9张拉力等，实现展示测试数据、转体施工界面。
[0058]
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述下转盘3顶面的中心设置有轴杆13，所述上转盘2的中心设置有穿孔，所述上转盘2穿设于轴杆13上，所述穿孔孔径大于所述轴杆13直径。
[0059]
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述张拉千斤顶5为两组，分别位于上转盘2的左右两侧；所述牵引索9为两股，两股牵引索9缠绕在上转盘2上，牵引索9的固定端与上转盘2通过锚固件固定，两组张拉千斤顶5设置为使两股牵引索9
的张拉方向平行且相反。
[0060]
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：下转盘基座4和上转盘2之间设置有保护千斤顶10，用于防止上转盘2倾斜。
[0061]
如图1～4所示，一种应用智能控制系统控制桥梁平转的方法，包括以下步骤：
[0062]
步骤一、通过拉绳位移计8以及拉绳位移计监测模块获得位移
‑
时间曲线l
‑
t，并得到转体角速度ω
i
以及转体角加速度α
i
；
[0063]
其中，拉绳位移计8获得位移
‑
时间曲线l
‑
t，任意时段t
i
＝t
i
‑
t
i
‑1，对应的位移l
i
＝l
i
‑
l
i
‑1，转盘外边缘线速度v
i
，根据线速度v
i
与角速度w
i
及转盘半径r的关系，可以得到角速度w
i
:
[0064][0065]
由角速度w
i
与角加速度α
i
的关系，可以得到：
[0066][0067]
步骤二、启动阶段，若θ
i
变化，则桥梁克服静摩擦力产生转动，即进入加速转体阶段；θ
i
为桥梁结构转体已转转角；
[0068]
步骤三、加速转体阶段，所述中央控制集成系统中设定有角加速度容许值[ω]、角速度容许值[α]，若角加速度α
i
＜[α]，角速度ω
i
＜[ω]，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶5控制设备发出继续增加角加速度或保持角加速度指令，否则减小角加速度；
[0069]
步骤四、匀速转体阶段，即将达到匀速阶段时，若角速度ω
i
→
[ω]，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶5控制系统发出保持当前牵引索9张拉力持续工作指令；ω
i
→
[ω]是指ω
i
达到角加速度容许值80％～90％。匀速转体阶段是整个转体阶段的主要阶段，占用时间最长。
[0070]
所述步骤四中，在匀速阶段，或因其他因素影响，桥梁转体速度会在某一确定值上下波动，而非一定值，若角速度ω
i
≥[ω]，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶5控制系统发出减小牵引索9张拉力指令，缓慢减速，直至ω
i
→
[ω]。
[0071]
步骤五、在减速阶段，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶5控制系统发出减速指令至角速度ω
i
→
0；当转体角度达到中央控制集成系统设定的目标转体角度值的80％～90％时进入减速阶段，在本实施例中转体角度达到目标转体角度的85％进入减速阶段。在本实施例中角速度ω
i
→
0是指ω
i
达到0.0001
‑
0.0005rad/min时，停止减速，进入点动阶段。
[0072]
步骤六、在点动阶段，所述中央控制集成系统中设定有剩余转体角度点动值θ'，当θ
→
θ'时，θ
→
θ'是指θ达到剩余转体角度点动值θ'的80％～90％，转体进入点动阶段，根据试转体测试数据，所述中央控制集成系统向张拉千斤顶5控制系统发出点动时长控制指令，张拉千斤顶5控制系统通过点动控制按钮控制张拉千斤顶5张拉牵引索9，直至转体至目标值，转体完成；θ为当前剩余转体角度。当转体接近目标值时，就是即将转体到位了，进入最后的一个阶段：点动阶段，通过张拉千斤顶5控制系统的点动控制按钮，一点一点地转体到位，主要是便于调整，以达到最终目标值。
[0073]
当前剩余转体角度θ，初始转体角度θ0，已转转角θ
i
，则θ＝θ0‑
θ
i
，其中θ
i
为：
[0074][0075]
根据转体角度，确定当前桥梁处于加速转体、匀速转体、减速转体及点动阶段，若当前剩余转体角度θ＝0
°
时，则转体达到目标值，转体完成。
[0076]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。