施加预应力液压千斤顶装置校准应注意的几个问题

施加预应力液压千斤顶装置校准应注意的几个问题Some Issues Noticed on Calibrating Devives of Hydraulic J ack f or Stressing

傅昌林

(中铁二局股份有限公司科技部,四川成都610032)

摘　要:施加预应力液压千斤顶装置是预应力施工中施加预应力的设备,其力值准确与否,直接影响产品质量和安全生产;因此,对其进行准确校准意义重大。本人结合21年的工作经验,对液压千斤顶装置校准中应注意的几个问题加以分析说明,希望对同行有所帮助。

关键词:基本建设;计量;校准;液压千斤顶

1　液压千斤顶配套压力表和电动油泵对校准的影响液压千斤顶装置由液压千斤顶、电动油泵、压力表、高压油管组成,所以称其为装置。其中,压力表和电动油泵的对测量结果影响最大,配置时应特别注意。现在,对压力表配置提出明确要求的有:铁路标准TB10203-2002《铁路桥涵施工规范》,要求是110级防震压力表;《公路桥涵施工技术规范》要求是116级一般压力表。对一只经检定合格的压力表,其允许最大引用误差是一定的,但相对误差因不同的示值而有所不同。对110级压力表,引用误差为±110%,相对误差见表1。

表1　110级压力表各种误差数据表

示值/MPa绝对误差/MPa引用误差/%相对误差/% 5±016±110±12

10±016±110±610

15±016±110±410

20±016±110±310

25±016±110±214

30±016±110±210

35±016±110±117

40±016±110±115

45±016±110±113

50±016±110±112

55±016±110±111

60±016±110±110

对116级压力表,引用误差为±116%,相对误差见表2。

表2　116级压力表各种误差数据表

示值/MPa绝对误差/MPa引用误差/%相对误差/% 5±0196±116±1912

10±0196±116±916

15±0196±116±614

20±0196±116±418

25±0196±116±318

30±0196±116±312

35±0196±116±217

40±0196±116±214

45±0196±116±211

50±0196±116±119

55±0196±116±117

60±0196±116±116

从上面2个表格中“相对误差”一栏中,可以清楚看

到:合格的压力表,在小量程测量段,误差是很大的。对110级压力表,在≤15MPa测量段,误差均≥510%;对116级压力表,在≤20MPa测量段,误差均≥510%。如果我们施工中不以校准系数k(也叫校正系数)作为千斤顶是否合格的依据,而是根据校准证书的数据对点使用千斤顶校准的实际值,相对误差大小无关紧要;但对铁路施工,要求计算k值,且要求k≤1105,(k=理论计算值/实际测量值)。也就是说,实际值不得小于理论值的5%,更不得大于理论值。如果单纯从理论的角度来讲,在其他影响量的误差都忽略不计的情况下,是容易满足这个要求的,因为:理论值F=S・P,实际值F′=S・P-f,式中:S—千斤顶活塞面积;P—油压力;f—千斤顶油缸与活塞表面的摩擦力。

从上面的公式可以得出:实际值小于理论值看似天经地义的事;但我们一旦考虑了压力表的相对误差后,情况就变了。压力表的误差有“+”有“-”,在误差为“+”的情况下,再考虑摩擦力的影响,二者有累加的作用,千斤顶理论值肯定应该大于实际值,且完全存在在校准系数k>1105的情况;误差为“—”的情况下,由压力表相对误差而引起的千斤顶力值偏移Δ1与摩擦力f相互有削弱的趋势,具体情况有三种:①当Δ1>f时,表现出来的情况是:千斤顶实际值>理论值,校准系数k<1;②当Δ

1

1;③当Δ1=f时,表现出来的情况是:千斤顶实际值=理论值,校准系数k=1。从上面的分析,我们已经看到:在实际的校准中,千斤顶实际值>理论值,校准系数<1;千斤顶实际值<理论值,且校准系数k >1105,这两种情况的出现是可能的,这也说明了《铁路桥涵施工规范》硬性要求110≤k≤1105是不科学的,《公路桥涵施工技术规范》就没有提及k;只要千斤顶、压力表、电动油泵是配套校准的,根据校准方程使用就可以了,何况部分千斤顶由于名牌丢失后根本无法获得张拉活塞面积等参数,无法计算k值。国家计量检定规程

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JJ G621-2005《液压千斤顶》也没有k值这个指标,而是以示值重复性、内插误差、负载效率指标对千斤顶校准结果进行评定。

电动油泵对测量结果的影响主要表现为:性能稳定、工作正常的电动油泵,其震动小、油压脉冲小,压力表指针转动平稳,便于读数,提供校准、张拉力值的准确性。而年久失修,性能较差的油泵,其震动厉害、油压脉冲大,压力表指针颤动严重,不利于读数,校准、张拉力值的准确性受到影响,有时根本无法读数。

另外,需要注意的是,如果校准时使用的油泵和张拉时的油泵规格不一致,将引起较大示值偏差。我们在进行“预应力张拉公司用液压千斤顶校准方法研究”科研项目时,使用Z B4-500和Z B10/320-4/800B两种油泵,在千斤顶和压力表不变的情况下进行对比试验,校准数据差值在(2～3)%。在此,提醒同行注意:最好在千斤顶校准时严格千斤顶、压力表、电动油泵三配套原则,以避免产生大的误差。

2　校准用标准器对测量结果的影响

在国家计量检定规程JJ G621-2005《液压千斤顶》发布实施前,建筑施工行业都是按照桥梁施工规范的要求选择力标准器,主要为压力试验机、应变式测量仪,准确度级别一般不低于110级。在JJ G621-2005标准实施后,按照其要求,标准器应为应变式测力仪,准确度级别不得低于015级,这对提高千斤顶校准数据的准确性很有好处。从计量学的角度看,符合6原则,应变式测力

仪的极限偏差σ≤T

6

(T—千斤顶的极限偏差)

3　校准用辅助装置———反力架的要求及其对测量结果的影响

反力架的质量对千斤顶校准数据有一定影响,为消除其引起的误差,在反力架制作时应特别注意:①反力架的强度:应能承受千斤顶的额定载荷,并留有20%的安全系数,防止发生破坏。②反力架的刚度:在额定载荷下不发生明显的弹性变形,避免反力架弹性变形而损失少量力值。③上下承压板的强度:在额定载荷下不发生塑性变形,避免应变式测力仪上下承压垫的损坏和受力情况局部改变。④上下承压板的平行度:应符合要求,平行度一般<1mm。避免产生水平分力,使测力仪上反映的力值偏小。

4　电动油泵操作人员对测量结果的影响

从测量过程控制的角度讲,电动油泵操作人员也是重要的影响因素,其业务素质和经验将对千斤顶校准数据产生不可忽视的作用。以YCW150B(1500kN)千斤顶为例,其张拉活塞面积s=29800mm2,压力表分度值d =1MPa,如果操作人员读数误差为011d,产生的力值偏差Δ=011d×s=011×1×29800÷1000=2198kN,以压力表第一个点5MPa计算相对误差δ=

Δ

F

×100%= 2198

5×29800÷1000

=2%,对Y DCL600Q-150(6000kN)的千斤顶,其张拉活塞面积s=120340mm2,则产生力值偏差Δ=011d×s=011×1×120340÷1000=12kN,以压力表第一个点5MPa计算相对误差δ=

Δ

F

×100%= 12

5×120340÷1000

=2%,影响是明显的。因此,提高操作者读数的准确性很有必要。

5　校准时加力方式的影响

在实际工作中,由于对桥梁施工规范的获取和理解原因,产生了两种加力方式:一种是电动油泵主动加力,张拉活塞向外伸出,活塞受力见图1(a);另一种是标准测力机加力,张拉活塞被往里压,向内回缩,活塞受力见下图1(b)。这两种状态下,千斤顶的张拉活塞受力有所不同

,摩擦力f的方向正好相反。

图1

对第一种情况,是施工规范要求的,千斤顶校准状态与实际工作状态一致,张拉活塞受的外载F′=p×s-f,对第二种情况,是部符合施工规范要求的,千斤顶校准状态与实际工作状态不一致,张拉活塞受的外载F′= p×s+f,我们校准所得到的实际力值F′即是不同的,对第二种情况,F′偏大。

6　综合分析及结论

综上所述,千斤顶校准过程中影响实际力值的主要因素有:压力表、力标准器、电动油泵、油泵操作者、加力方式。它们是千斤顶校准过程中重要的影响量,它们通过校准数据综合反映出来。必须对各个因素加以严格控制,最大限度减小控制不严对校准结果产生的附加影响,保证桥梁、公路预应力施工的质量和安全。

作者简介:傅昌林,男,工程师。工作单位:中铁二局股份有限公司科技部。通讯地址:610032成都市通锦路7号。

收稿时间:2008-12-19

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《计量与测试技术》2009年第36卷第5期