錐形混凝土電桿質(zhì)量管控中，力學(xué)性能是質(zhì)量抽檢的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是評價(jià)錐形混凝土電桿質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，但其檢測方法和設(shè)備多年來發(fā)展緩慢，現(xiàn)有檢測設(shè)備和檢測方案需用人工多，自動(dòng)化程度低，測試用時(shí)長，且安全性不足。我們通過對現(xiàn)有錐形混凝土電桿力學(xué)性能檢測方法和裝備存在的問題進(jìn)行分析，結(jié)合混凝土電桿檢測工作對設(shè)備的各項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)了一套可實(shí)現(xiàn)一人一鍵式完成檢測工作的全自動(dòng)力學(xué)性能檢測設(shè)備，現(xiàn)將該設(shè)備介紹如下，供參考。

一、全自動(dòng)力學(xué)性能檢測設(shè)備的基本要求

(1)載荷施加能力。➀載荷施加設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。➁檢測單位應(yīng)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(shè)備，以梢徑190mm長15m的K型桿為例，其開裂檢驗(yàn)彎矩為49kNm，承載力檢驗(yàn)彎矩為98kNm，考慮到載荷施加設(shè)備應(yīng)有40%的余量，載荷施加設(shè)備提供能力要相當(dāng)于137.2kNm。➂水泥電桿表面為混凝土，在受到不平穩(wěn)載荷引起的振動(dòng)時(shí)更易發(fā)生開裂，對檢驗(yàn)裂紋寬度的準(zhǔn)確性會(huì)產(chǎn)生較大的影響，因此加載過程應(yīng)平穩(wěn)無頓挫。

(2)撓度測量設(shè)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)達(dá)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(hù)作用，因此，力學(xué)性能檢測中的一項(xiàng)內(nèi)容便是檢測電桿表面的開裂性能。標(biāo)準(zhǔn)要求電桿卸去載荷后殘余裂紋的寬度不應(yīng)大于0.05mm，因此裂紋寬度檢測設(shè)備的檢測精度應(yīng)達(dá)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(shè)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(shè)備須有效提高檢測效率，節(jié)約人力物力。

二、全自動(dòng)力學(xué)性能檢測設(shè)備的設(shè)計(jì)

全自動(dòng)力學(xué)性能檢測設(shè)備由四個(gè)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(shè)備的 “大腦”，所有規(guī)格電桿的尺寸參數(shù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、合格標(biāo)準(zhǔn)等都被預(yù)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(diǎn)擊“開始加載”按鈕啟動(dòng)檢測程序，整個(gè)檢測過程便可以按照預(yù)設(shè)程序開展，待整套檢測程序完成后系統(tǒng)界面給出檢測結(jié)論以及關(guān)鍵參數(shù)的具體數(shù)值，以便工作人員填寫記錄和進(jìn)行相關(guān)分析。

圖1 全自動(dòng)力學(xué)性能檢測設(shè)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(yù)設(shè)程序在不同時(shí)段對電桿進(jìn)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(dòng)機(jī)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(yù)設(shè)數(shù)值時(shí)電動(dòng)機(jī)減速，并最終在達(dá)到預(yù)設(shè)數(shù)值時(shí)停止動(dòng)作，等待接收下一次命令。施加載荷的過程精準(zhǔn)、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(shí)時(shí)監(jiān)測電桿在受力后桿稍撓度的變化值，并將結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸?shù)郊�成控制系統(tǒng)處，由集成控制系統(tǒng)判斷其結(jié)果是否合格。

電桿受力后桿梢會(huì)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(jìn)行測量。在集成控制系統(tǒng)中“開始加載”按鈕被點(diǎn) 擊后便投入工作，并實(shí)時(shí)將測量結(jié)果反饋至集成控制系統(tǒng)，集成控制系統(tǒng)對測量結(jié)果進(jìn)行監(jiān)督，當(dāng)集成控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)撓度值大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)值(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大限值)時(shí)系統(tǒng)便聲光報(bào)警，提示檢測結(jié)果超標(biāo)。試驗(yàn)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(fù)責(zé)在電桿保持載荷期間檢測錐形混凝土電桿受張力側(cè)是否產(chǎn)生裂紋以及裂紋的寬度，實(shí)時(shí)將檢測結(jié)果傳輸?shù)郊�成控制系統(tǒng)，由集成控制系統(tǒng)判斷其結(jié)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(jìn)行檢測的工作方式。

裂紋寬度測量模塊主要由鋪設(shè)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(shí)機(jī)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(shí)發(fā)布“裂紋檢測小車啟動(dòng)”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(yùn)動(dòng)，當(dāng)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(yùn)動(dòng)，由混凝土裂紋測量儀對疑似裂紋寬度進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果和疑似裂紋圖片實(shí)時(shí)發(fā)送至集成控制系統(tǒng)，同時(shí)“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(dòng)”命令，當(dāng)行走器行走距離達(dá)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(fù)循環(huán)，最終完成檢測工作。試驗(yàn)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(dòng)力學(xué)性能檢測設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)

整個(gè)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(diǎn)擊“開始加載”按鈕，整套設(shè)備便會(huì)按照預(yù)設(shè)程序逐步進(jìn)行檢測工作，檢測過程中工作人員無需操作，僅需在整個(gè)檢測過程結(jié)束后記錄檢測結(jié)果即可，可實(shí)現(xiàn)一人一鍵式檢測。

各模塊之間的信息傳輸關(guān)系如圖2所示。整套設(shè)備具備以下特點(diǎn)。

(1)檢測自動(dòng)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(jī)械化。由機(jī)器代替工作人員完成檢測，大大降低工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度。

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

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

圖2 各模塊信息傳輸關(guān)系圖

四、結(jié)束語

該全自動(dòng)力學(xué)性能檢測裝備利用機(jī)器代替人工開展檢測作業(yè)，具有檢測機(jī)械化、自動(dòng)化等特點(diǎn)。解決了原有檢測方案和設(shè)備存在的不足。使用該設(shè)備可大大提高工作人員的安全系數(shù)和檢測精度，降低工作強(qiáng)度，提高工作效率，相比原有設(shè)備具備顯著的優(yōu)勢。