一种可单根张拉放张的轨枕预应力筋自动张拉放张方法

摘要

本发明涉及带有预应力的护套或钢筋的轨枕技术领域，公开了一种可单根张拉放张的轨枕预应力筋自动张拉放张方法，采用包括伺服平台带动机头自动与张拉杆对齐、两端同步操作使作用力可抵消且设备位置更充足、调整张拉杆位置使力的传递准确以及设备不会相互干涉、各张拉/放张设备独立运作在内的一系列手段，实现了对各根预应力筋自动独立进行张拉放张，确保张拉的力精准以及放张不会相互干扰，可精确地将每根预应力筋都张拉到所想要的程度。

说明书

技术领域

本发明涉及带有预应力的护套或钢筋的轨枕技术领域，特别是涉及一种可单根张拉放张的轨枕预应力筋自动张拉放张方法。

背景技术

轨枕是用来承载铁轨的长条形构件，现有的轨枕以混凝土轨枕为主。

火车在行进过程中，两根铁轨会在火车的带动下间距发生微小的波动，从而对轨枕形成拉伸或压缩。混凝土的轨枕能够很好地抵抗压缩而不被压坏，但由于混凝土的抗拉强度很差，即使轨枕内有钢筋，也很容易被拉裂。因此现有的混凝土轨枕，其纵向的钢筋需要为预应力筋，也就是在浇筑混凝土前将纵向的钢筋拉长一定程度，混凝土凝固后再放张，预应力筋存在一个回弹的趋势，抵抗轨枕受到的拉伸力。

由于轨枕用量大且规格固定，适合大规模工业化生产，因而目前轨枕预应力筋的张拉及放张已初步实现了机械自动化。但现有预应力混凝土轨枕的预应力筋自动张拉方式基于2×N模具，也即浇筑仓中轨枕首尾相连的两根轨枕共用一套预应力筋。这种模具中预应力筋的张拉方式为一端墩头固定，另一端通过预应力钢筋限位板、预应力筋梳筋板以及张拉盒约束的方式，将轨枕内所有的预应力筋集中到一起，进行整体张拉。受拉预应力钢筋长度为单根轨枕长度×2。

这种张拉方式的弊端有两点，其一在于很难将张拉的时候的拉力均匀分布到每一根预应力筋上，其二在于很难确保同一根预应力筋位于不同轨枕中的分段的预应力大小一致（因为钢筋并不完全均匀）。

发明内容

本发明提供一种可单根张拉放张的轨枕预应力筋自动张拉放张方法。

解决的技术问题是：目前的预应力筋张拉过程中，很难将张拉的时候的拉力均匀分布到每一根预应力筋上，且很难确保同一根预应力筋位于不同轨枕中的分段的预应力大小一致，无法精确地将每根预应力筋都张拉到所想要的程度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可单根张拉的轨枕预应力筋自动张拉方法，采用带有自动夹具和螺母旋拧机构的张拉机头来张拉待浇筑的轨枕的预应力筋，轨枕模具中各浇筑仓并列设置，且每个浇筑仓中只浇筑一根轨枕；所述预应力筋位于轨枕模具外的两端分别设置有用于固定预应力筋的固定端张拉杆、以及用于被张拉机头的自动夹具夹持并完成张拉的张拉端张拉杆，所述张拉端张拉杆带有用于锁定预应力筋长度的锁紧螺母；

采用伺服平台带动两个分别位于轨枕模具的浇筑仓两端的张拉机头来完成张拉工作，所述伺服平台带有三个相互垂直的平动自由度；

所述张拉机头中设置有多个前进后退以及夹紧放开均相互独立的自动夹具、以及多个可独立操作各固定端张拉杆的锁紧螺母的螺母旋拧机构；每个浇筑仓两端均设置有张拉端张拉杆，且每个浇筑仓两端分别对应一个张拉机头，浇筑仓端部的各张拉端张拉杆与和浇筑仓端部对应的张拉机头中的自动夹具一一对应且对齐；

所述张拉方法包括以下步骤：

步骤1a：在轨枕模具中安装预应力筋、固定端张拉杆和张拉端张拉杆；

步骤2a：用伺服平台将两个张拉机头移动到同一个浇筑仓两端，使自动夹具夹住对应的张拉端张拉杆；

步骤3a：浇筑仓两端同步开始预应力筋的张拉，各预应力筋的张拉相互独立，在预应力筋的预应力达到要求后，用螺母旋拧机构带动锁紧螺母来锁定预应力筋的长度，完成预应力筋的张拉；

步骤4a：待张拉机头所在的浇筑仓中各预应力筋均完成张拉后，重复步骤1a-3a，完成下一个浇筑仓中预应力筋的张拉，直到轨枕模具中所有预应力筋完成张拉。

进一步，所述浇筑仓两端的张拉端张拉杆安装位置记作着力点，浇筑仓同一端的着力点多于两个时，各着力点的连线可围合成多边形；浇筑仓同一端的着力点为一个时着力点本身、浇筑仓同一端的着力点为两个时着力点的连线的中点、以及浇筑仓同一端的着力点多于两个时各着力点的连线围合成的多边形的形心记作合力点，同一浇筑仓两端的合力点位于同一根平行于浇筑仓长度方向的直线上。

进一步，每个浇筑仓一端设置四个张拉端张拉杆、且另一端设置两个张拉端张拉杆；浇筑仓设置四个张拉端张拉杆的一端中的着力点的连线围合成等腰梯形，浇筑仓另一端的着力点等高设置、且沿浇筑仓长度方向在所述等腰梯形上的投影位于所述等腰梯形内。

进一步，所述伺服平台包括地轨、滑动设置在地轨上的门式台、以及垂直于地轨锚固在门式台上的机头滑轨，两个所述张拉机头通过机头滑轨滑动设置在门式台上。

进一步，所述地轨为两根相互平行的轨道，所述轨枕模具设置在两根地轨之间、且浇筑仓垂直于地轨设置；所述门式台包括用于承载附属设备的设备平台、以及用于支撑设备平台的平台支腿，所述设备平台通过竖直设置的平台支腿架设在两根地轨上；所述机头滑轨通过竖直设置的升降油缸悬挂在设备平台下方、且垂直于地轨设置；所述螺母旋拧机构、以及张拉机头中的自动夹具分别与伺服平台的自动控制装置电连接。

进一步，所述张拉机头上设置有用于检测预应力筋的张拉力的拉力传感器，所述伺服平台上设置有用于检测张拉机头位置的位置传感器，所述拉力传感器与位置传感器分别与自动控制装置电连接。

进一步，所述轨枕模具在位于每个浇筑仓两端的部位分别开设有远离浇筑仓向外延伸的销孔，所述张拉机头朝向轨枕模具的一面上设置有与销孔相匹配的定位销，所述定位销为尖端朝外的锥形圆柱销。

进一步，所述张拉机头在工作时可拆卸地锚固在待张拉的预应力筋所在的浇筑仓端部。

一种可单根放张的轨枕预应力筋自动放张方法，采用带有张拉杆拆卸机构的放张机头完成放张；用于对采用上述的一种可单根张拉的轨枕预应力筋自动张拉方法张拉过的预应力筋进行放张，并采用上述的伺服平台带动两个分别位于轨枕模具的浇筑仓两端的放张机头来完成放张工作；

所述张拉机头中设置有多个夹紧放开以及旋转均相互独立的张拉杆拆卸机构，

每个浇筑仓两端分别对应一个放张机头，浇筑仓端部的各张拉端张拉杆以及固定端张拉杆与和浇筑仓端部对应的放张机头中的自动夹具一一对应且对齐；

所述放张方法包括以下步骤：

步骤1b：用伺服平台将两个放张机头移动到同一个浇筑仓两端，使张拉杆拆卸机构夹住所有张拉端张拉杆以及固定端张拉杆；

步骤2b：旋转拆下所有的张拉端张拉杆以及固定端张拉杆以完成放张，同一根预应力筋两端的张拉端张拉杆以及固定端张拉杆同步开始拆卸，且不同预应力筋的放张相互独立；

步骤3b：待放张机头所在的浇筑仓中各预应力筋均完成放张后，重复步骤1b-2b，完成下一个浇筑仓中预应力筋的放张，直到轨枕模具中所有预应力筋完成放张。

进一步，所述张拉杆拆卸机构与伺服平台的自动控制装置电连接。

本发明一种可单根张拉放张的轨枕预应力筋自动张拉放张方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，采用包括伺服平台带动机头自动与张拉杆对齐、两端同步操作使作用力可抵消且设备位置更充足、调整张拉杆位置使力的传递准确以及设备不会相互干涉、各张拉/放张设备独立运作在内的一系列手段，实现了对各根预应力筋自动独立进行张拉放张，确保张拉的力精准以及放张不会相互干扰，可精确地将每根预应力筋都张拉到所想要的程度，并使预应力筋放张时从两端向内均匀收缩。

附图说明

图1是本发明一种可单根张拉放张的轨枕预应力筋自动张拉放张方法在张拉时的结构示意图；

图2是本发明一种可单根张拉放张的轨枕预应力筋自动张拉放张方法在放张时的结构示意图；

图3是图2中A部位的局部放大图；

其中，1-地轨，21-设备平台，22-平台支腿，23-升降油缸，3-机头滑轨，41-张拉机头，42-放张机头，5-轨枕模具，61-张拉端张拉杆，62-固定端张拉杆。

具体实施方式

如图1所示，一种可单根张拉的轨枕预应力筋自动张拉方法，采用带有自动夹具和螺母旋拧机构的张拉机头41来张拉N×1式的轨枕模具5中待浇筑的轨枕的预应力筋，N×1式的轨枕模具5中各浇筑仓并列设置、首尾对齐、且每个浇筑仓中只浇筑一根轨枕；预应力筋位于轨枕模具5外的两端分别设置有用于固定预应力筋的固定端张拉杆62、以及用于被张拉机头41的自动夹具夹持并完成张拉的张拉端张拉杆61，张拉端张拉杆61带有用于锁定预应力筋长度的锁紧螺母；

这里的N×1模具，其浇筑仓的排布类似于大通铺，带有多个并排且互相连通的浇筑仓，一次就可以完成多个浇筑仓的混凝土浇筑，效率很高。本实施例中，模具带有10个并排的浇筑仓，各浇筑仓排布在同一平面上。当然，本发明也可以用于那种带有多层浇筑仓的N×1模具，或者是并排摆放的单腔模具。但注意一个浇筑仓只能浇筑一根轨枕，不能浇筑两根或者更多的轨枕，不要有首尾相连的几根轨枕共用一套预应力筋的情况，否则的话同一根预应力筋不能确保每个分段都被精确地张拉到想要的程度。

这里模具的浇筑仓最好长度相同，以方便各浇筑仓端部外侧首尾对齐，方便伺服平台将张拉机头41/放张机头42正确送到浇筑仓端部。如果浇筑仓长短不一，可以在短的浇筑仓端部外设置垫板、垫块等延长部件，然后将张拉端张拉杆61及固定端张拉杆62设置在这些延长部件外，以实现浇筑仓端部外侧首尾对齐，确保轨枕模具5同一边的各张拉端张拉杆61及固定端张拉杆62的根部是共面的。

采用伺服平台带动两个分别位于轨枕模具5的浇筑仓两端的张拉机头41来完成张拉工作，或带动放张机头42完成放张工作。伺服平台带有三个相互垂直的平动自由度。三个自由度缺一不可，一个自由度用于使张拉机头41或放张机头42移动到待处理的浇筑仓端部，一个自由度使张拉机头41或放张机头42与预应力筋的端部对齐，一个自由度使张拉机头41或放张机头42向预应力筋的端部移动来夹持预应力筋。

张拉机头41中设置有多个前进后退以及夹紧放开均相互独立的自动夹具、以及多个可独立操作各固定端张拉杆62的锁紧螺母的螺母旋拧机构；每个浇筑仓两端均设置有张拉端张拉杆61，且每个浇筑仓两端分别对应一个张拉机头41，浇筑仓端部的各张拉端张拉杆61与和浇筑仓端部对应的张拉机头41中的自动夹具一一对应且对齐。

以市面上常见的型号而言，这里的自动夹具以及螺母旋拧机构的体积大概相当于一个矿泉水瓶，相邻两个预应力筋之间的间距对于自动夹具以及螺母旋拧机构而言过小了，放在一个张拉机头41上根本摆不下，此外，放在一个张拉机头41上，由于设备平台21是滑动设置在地轨1上而非固定在地基上，在张拉时有可能把设备平台21拉倒。因此本发明中采用两个相对设置的张拉机头41，不仅可以将自动夹具以及螺母旋拧机构分散开来，而且张拉时两边作用力能够抵消很大一部分，有利于提高整个设备的稳定性。

张拉方法包括以下步骤：

步骤1a：在轨枕模具5中安装预应力筋、固定端张拉杆62和张拉端张拉杆61；预应力筋沿轨枕模具5的浇筑仓端部的钢筋孔伸出，这里为了确保张拉时自动夹具能够刚好与张拉端张拉杆61对正，可在安装预应力筋之前，在自动夹具中夹一根销钉、细钢筋或别的长杆状部件，移动张拉机头41，看是否各个长杆状部件刚好能够插入到与夹具对应的张拉端张拉杆61所在位置的钢筋孔中；

步骤2a：用伺服平台将两个张拉机头41移动到同一个浇筑仓两端，使自动夹具夹住对应的张拉端张拉杆61；

步骤3a：浇筑仓两端同步开始预应力筋的张拉，各预应力筋的张拉相互独立，在预应力筋的预应力达到要求后，用螺母旋拧机构带动锁紧螺母来锁定预应力筋的长度，完成预应力筋的张拉；也就是说这里的各个预应力筋虽然是同时开始张拉的，但其受的拉力相互独立，且停止张拉的时间可以不同，每根预应力筋都拉到需要的程度才锁定；

步骤4a：待张拉机头41所在的浇筑仓中各预应力筋均完成张拉后，重复步骤1a-3a，完成下一个浇筑仓中预应力筋的张拉，直到轨枕模具5中所有预应力筋完成张拉。

浇筑仓两端的张拉端张拉杆61安装位置记作着力点，浇筑仓同一端的着力点多于两个时，各着力点的连线可围合成多边形；浇筑仓同一端的着力点为一个时着力点本身、浇筑仓同一端的着力点为两个时着力点的连线的中点、以及浇筑仓同一端的着力点多于两个时各着力点的连线围合成的多边形的形心记作合力点，同一浇筑仓两端的合力点位于同一根平行于浇筑仓长度方向的直线上。这样是为了确保两边张拉时的拉力方向正好相反，避免形成力矩而导致设备倾覆。

每个浇筑仓一端设置四个张拉端张拉杆61、且另一端设置两个张拉端张拉杆61；浇筑仓设置四个张拉端张拉杆61的一端中的着力点的连线围合成上底在上的等腰梯形，浇筑仓另一端的着力点等高设置、且沿浇筑仓长度方向在等腰梯形上的投影位于等腰梯形内。这种张拉端张拉杆61对应着预应力筋特定的排布方式，本实施例中轨枕的钢筋属于是钢筋笼中的纵筋，其位置有自己的要求。张拉端张拉杆61这么排布，不仅确保了自动夹具以及螺母旋拧机构能够在张拉机头41上顺利摆下，而且确保了轨枕的钢筋笼能够顺利绑扎。

伺服平台包括地轨1、滑动设置在地轨1上的门式台、以及垂直于地轨1锚固在门式台上的机头滑轨3，两个张拉机头41通过机头滑轨3滑动设置在门式台上。

地轨1为两根相互平行的轨道，轨枕模具5设置在两根地轨1之间、且浇筑仓垂直于地轨1设置；门式台包括用于承载附属设备的设备平台21、以及用于支撑设备平台21的平台支腿22，设备平台21通过竖直设置的平台支腿22架设在两根地轨1上；机头滑轨3通过竖直设置的升降油缸23悬挂在设备平台21下方、且垂直于地轨1设置；螺母旋拧机构、以及张拉机头41中的自动夹具分别与伺服平台的自动控制装置电连接。自动控制装置主要包括工业触摸屏、逻辑控制器、编码器、继电器与按钮等部分，并放在设备平台21上。当然也可选用单片机或PLC控制器。

张拉机头41上设置有用于检测预应力筋的张拉力的拉力传感器，每个自动夹具上设置一个拉力传感器，伺服平台上设置有用于检测张拉机头41位置的位置传感器，拉力传感器与位置传感器分别与自动控制装置电连接。

轨枕模具5在位于每个浇筑仓两端的部位分别开设有远离浇筑仓向外延伸的销孔，张拉机头41朝向轨枕模具5的一面上设置有与销孔相匹配的定位销，定位销为尖端朝外的锥形圆柱销。这里的定位销是为了确保各个自动夹具能够与对应的张拉端张拉杆61精确对齐，可降低沿地轨1方向以及竖直方向上的位置控制需求，即使有位置偏差，锥形圆柱销插入的同时便对偏差进行了一定的修正。

张拉机头41在工作时可拆卸地锚固在待张拉的预应力筋所在的浇筑仓端部。以确保张拉时稳定。这里如果伺服平台在张拉机头41的工作位置能够自锁，则可依靠伺服平台的自锁来完成锚固；或者也可以采用可自动控制的快拆连接件完成锚固，比如在张拉机头41上额外设置与自动控制装置电连接的液压夹具来夹住轨枕模具5完成锚固。

如图2-3所示，一种可单根放张的轨枕预应力筋自动放张方法，采用带有张拉杆拆卸机构的放张机头42完成放张；用于对采用上述的一种可单根张拉的轨枕预应力筋自动张拉方法张拉过的预应力筋进行放张，并采用上述的伺服平台带动两个分别位于轨枕模具5的浇筑仓两端的放张机头42来完成放张工作；

张拉机头41中设置有多个夹紧放开以及旋转均相互独立的张拉杆拆卸机构，

每个浇筑仓两端分别对应一个放张机头42，浇筑仓端部的各张拉端张拉杆61以及固定端张拉杆62与和浇筑仓端部对应的放张机头42中的自动夹具一一对应且对齐；

放张方法包括以下步骤：

步骤1b：用伺服平台将两个放张机头42移动到同一个浇筑仓两端，使张拉杆拆卸机构夹住所有张拉端张拉杆61以及固定端张拉杆62；张拉杆拆卸机构只需要夹住张拉杆进行旋转，其体积相当于一个套筒扳手，可以在一个放张机头42上设置与各预应力筋一一对应的张拉杆拆卸机构，这里之所以要在两端设置放张机头42，是因为这样能够确保预应力筋从两端向内收缩，放张更加均匀；

步骤2b：旋转拆下所有的张拉端张拉杆61以及固定端张拉杆62以完成放张，同一根预应力筋两端的张拉端张拉杆61以及固定端张拉杆62同步开始拆卸，以确保预应力筋从两端同步向内收缩；

且不同预应力筋的放张相互独立；这里的不同预应力筋的放张相互独立，彼此互不干扰；

步骤3b：待放张机头42所在的浇筑仓中各预应力筋均完成放张后，重复步骤1b-2b，完成下一个浇筑仓中预应力筋的放张，直到轨枕模具5中所有预应力筋完成放张。

张拉杆拆卸机构与伺服平台的自动控制装置电连接。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。