橋梁工程建設(shè)中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

龔天良

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000）

機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，其主要特征可以總結(jié)為：機(jī)電一體化技術(shù)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，在應(yīng)用過程中會涉及到機(jī)械技術(shù)、自動控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等的綜合應(yīng)用，通過合理配置各個功能單元，實(shí)現(xiàn)特定功能的價值，保證工業(yè)生產(chǎn)可以不斷向著“機(jī)電一體化”的方向發(fā)展。

1 工程概述

本文涉及工程為平塘特大橋，該工程位于貴州省平塘縣，橫跨槽渡河峽谷，橋梁涉及寬度為30.2m，全長為2135m，設(shè)計(jì)時速80km/h。該項(xiàng)目的主要結(jié)構(gòu)形式為三塔雙索面組合梁斜拉橋，主塔高度達(dá)332m。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的特點(diǎn)

1）建模優(yōu)勢。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)具備了較為全面的建模優(yōu)化理論，經(jīng)過相應(yīng)的計(jì)算和優(yōu)化，使得整個機(jī)械工程可以一直處于高效、低耗的工作狀態(tài)。

2）邏輯性相對較強(qiáng)。該技術(shù)的應(yīng)用涉及多方面技術(shù)，使多個技術(shù)以最合理的方式組合在一起，直接達(dá)到了“揚(yáng)長避短”的效果，實(shí)現(xiàn)了利益最大化的目標(biāo)。在實(shí)際使用的過程中，操作人員可以直接調(diào)動該技術(shù)中的某一項(xiàng)子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)功能的控制和管理。

3）應(yīng)用范圍更加廣泛。因?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)是涉及到多方面的交叉性技術(shù)，兼具各種技術(shù)的優(yōu)勢，使得該技術(shù)不僅可以應(yīng)用到機(jī)械工程方面，還可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域。

4）應(yīng)用過程較為便捷。從用戶角度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，機(jī)電一體化技術(shù)具有簡便、清晰的特點(diǎn)，另外該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的智能化控制，可以及時地發(fā)現(xiàn)、檢測和修復(fù)設(shè)備故障，提高設(shè)備維修質(zhì)量和效率[1]。不僅如此，相關(guān)參數(shù)的可視化控制極大程度地提高了工作過程中的可靠性和準(zhǔn)確性。機(jī)電一體化主要包含的技術(shù)內(nèi)容有機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)及自動控制技術(shù)。

3 橋梁工程建設(shè)中機(jī)電一體化的實(shí)際應(yīng)用

3.1 機(jī)械設(shè)備機(jī)電一體化

1）起重機(jī)械。在建筑工程實(shí)際施工過程中，可通過電力矩限制器控制其吊起重量。在應(yīng)用中，如果吊臂的合成矩超出了相應(yīng)的定額值，那么設(shè)備就會出現(xiàn)報警提示，如果超出定額值較大，其報警提示會變得更強(qiáng)烈，最終自動停止運(yùn)作，讓其施工安全性得到提高。

2）土方機(jī)械。例如，輪式液壓挖掘機(jī)就是應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)，從而更好地實(shí)現(xiàn)了全自動控制液壓系統(tǒng)及支力裝置的目的。但此設(shè)備也存在一定的弊端，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題及故障時，必須由專門的技術(shù)人員完成相應(yīng)的維修及檢修工作。

3）頂推機(jī)械。一般在進(jìn)行頂推施工時都需要較多的人力及千斤頂才能完成，而電控液壓系統(tǒng)就是合理應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，控制頂推油缸[2]。這樣既能合理控制頂推進(jìn)程，同時還能讓其頂推精準(zhǔn)度得到保證。

4）混凝土機(jī)械。在對混凝土進(jìn)行攪拌時，應(yīng)用機(jī)電一體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對混凝土攪拌進(jìn)程的控制。例如：測力傳感器、監(jiān)視儀表及指示燈控制等。

3.2 擴(kuò)底樁施工機(jī)電一體化

1）擴(kuò)底樁施工裝置。在開展樁基礎(chǔ)施工的過程中，通常會涉及到擴(kuò)底的工作，可以應(yīng)用回轉(zhuǎn)斗孔機(jī)適當(dāng)?shù)財U(kuò)大樁的尖端，增大樁的尖端的支撐面積，進(jìn)一步保證施工效率和質(zhì)量。在擴(kuò)底樁的過程中，大部分操作是在地下泥漿土中進(jìn)行的，在過去，這類工作大多只是簡單的根據(jù)工作人員的直覺進(jìn)行操作，使得操作難度較大，工作質(zhì)量也得不到保證，而利用相應(yīng)的擴(kuò)底樁施工管理裝置，可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后處理結(jié)果會以報告的形式提供給操作者，操作者會繼續(xù)根據(jù)報告內(nèi)容進(jìn)行接下來的操作。

2）系統(tǒng)的概述。應(yīng)用擴(kuò)底樁施工管理裝置進(jìn)行擴(kuò)底的過程中，計(jì)算機(jī)會將傳感器所傳遞過來的數(shù)據(jù)顯示在控制器的顯示器上，然后深度傳感器會檢測鉆孔的深度，回旋式編碼器會檢測鋼絲繩導(dǎo)向滑輪的轉(zhuǎn)速，裝置中伸縮管的升降就是由導(dǎo)向滑輪完成的，回旋式編碼器會直接向測得的脈沖數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄⑹┕す芾硌b置當(dāng)中。施工管理裝置所檢測到的數(shù)據(jù)乘以脈沖過程中鋼絲繩的實(shí)際位移就得到了實(shí)際的鉆孔深度，系統(tǒng)也會將計(jì)算得出的鉆孔深度輸出在顯示器上。擴(kuò)底傳感器會檢測擴(kuò)底斗的打開和閉合的狀態(tài)，然后將狀態(tài)的結(jié)果轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的信號，直接輸送到計(jì)數(shù)器上，系統(tǒng)會將這些數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的模擬裝置直接模擬擴(kuò)底孔的形狀和直徑，在顯示器中直接顯示相應(yīng)的圖像。

3）引入系統(tǒng)的效果。首先，提升了擴(kuò)底樁的質(zhì)量，因?yàn)橥ㄟ^系統(tǒng)所顯示的擴(kuò)底回轉(zhuǎn)斗的深度和擴(kuò)底，就可以正確地判斷擴(kuò)底的實(shí)際形狀，保證其形狀可以滿足具體的擴(kuò)底要求，進(jìn)一步提高樁基的穩(wěn)定性和可靠性；其次，通過圖像就可以精準(zhǔn)地掌握鉆孔中斗的位置、擴(kuò)大翼的開閉狀態(tài)以及鉆孔土沙的抓取量，通過系統(tǒng)的提示可以避免某些事物操作所導(dǎo)致的安全事故，極大程度地保證了操作人員的施工安全；最后，所有的數(shù)據(jù)會收集保存在IC卡上，數(shù)據(jù)具有較高的可靠性，使得業(yè)務(wù)處理的過程更加合理。

3.3 攪拌樁施工機(jī)電一體化

1）攪拌樁的等速控制裝置。地基施工方法有很多，所有的施工方法基本都是將混勻機(jī)構(gòu)安裝在攪拌鉆桿上，通過地基的深挖，然后向深槽注入砼土，將砼土和土壤均勻攪拌，進(jìn)而形成相應(yīng)的硅結(jié)構(gòu)。在開展施工的過程中，必須保證灌注泥漿的密實(shí)性。如果不能穩(wěn)定地控制混勻機(jī)構(gòu)的升降速度，那么硅結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也就得不到保障，不利于整個樁體質(zhì)量的提高。在對混勻機(jī)構(gòu)的升降速度自動控制到任何速度時，實(shí)現(xiàn)對每一鉆孔深度下的鉆孔深度、鉆孔扭矩、鉆孔反力、升降速度等參數(shù)的及時反饋，保證了施工管理的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

①應(yīng)用回轉(zhuǎn)碼器檢測混勻機(jī)構(gòu)吊繩的導(dǎo)向滑輪轉(zhuǎn)速，然后計(jì)算出繩速，混勻機(jī)構(gòu)的升降速度等于繩速除以實(shí)際鋼絲繩的值。另外，電氣指令在電磁比例減壓閥的轉(zhuǎn)換作用下可以轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的液壓指令，更有效地控制可變的液壓泵的轉(zhuǎn)速。通常來說，以實(shí)現(xiàn)繩速檢測為基礎(chǔ)，應(yīng)用反饋控制就可以將繩速控制在指定的范圍內(nèi)，保證繩速不會受到其他外界因素的影響。將混勻機(jī)構(gòu)的尖端放置到鉆孔施工最開始的位置，同時恢復(fù)混勻機(jī)構(gòu)最原始的位置，經(jīng)過計(jì)算可得出相應(yīng)的鉆孔深度，鉆孔深度等于導(dǎo)向滑輪的繩的位移數(shù)值除以鋼絲繩的倍率。

②貼孔扭矩。如果混勻機(jī)構(gòu)的動力源為電驅(qū)動機(jī)，那么需要檢測混勻機(jī)構(gòu)的電流，如果混勻機(jī)構(gòu)的動力源為液壓驅(qū)動，那么需要將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過壓力轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為具體的電信號，繼續(xù)進(jìn)行操作和計(jì)算。

③測力傳感器可以檢測實(shí)際的單根鋼絲繩的拉力，將這些檢測出來的單根鋼絲繩的拉力值乘以鋼絲繩的倍率，可以得出具體的吊重[3]。在開展施工的過程中，施工管理裝置的儀表盤會將這些數(shù)據(jù)以LCD的形式展現(xiàn)出來，同時儀表盤上會設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)控制按鈕，可以將相應(yīng)的數(shù)據(jù)保存在具體的裝置上，如果有需要，還可以將這些數(shù)據(jù)直接打印出來，更好地控制樁質(zhì)量。

2）系統(tǒng)引入的效果。①提高均勻攪拌混合質(zhì)量。切削的土壤和泥漿經(jīng)過均勻的攪拌，形成相應(yīng)的硅結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫鶆驍嚢璧倪^程具有較強(qiáng)的可行性，另外，混合攪拌所得到的硅結(jié)構(gòu)也具有較高的強(qiáng)度，可以間接起到支撐地基的效果。在系統(tǒng)工作的過程中，混勻機(jī)構(gòu)可以自動完成等速的上升和下降，不管是上升的過程還是下降的過程，地基所發(fā)生的變化都不會對混勻結(jié)構(gòu)造成影響，使得鉆桿的升降速度也到了較好的保證。②業(yè)務(wù)的合理化處理。系統(tǒng)工作過程中所有的數(shù)據(jù)都會收集并保存到IC卡上面，和傳統(tǒng)的人工處理數(shù)據(jù)的方式相比，數(shù)據(jù)具有較高的可靠性，計(jì)算結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，另外，可以節(jié)省更多的勞動時間，極大程度地提升了工作質(zhì)量和效率。

4 結(jié)語

在開展橋梁施工的過程中，經(jīng)常會涉及到攪拌樁施工工藝和擴(kuò)底樁施工工藝，在過去，大多應(yīng)用人工處理模式開展這些工作，工作的可靠性得不到保證。隨著科技的發(fā)展，機(jī)電一體化的施工管理裝置系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)在擴(kuò)底樁施工及攪拌樁施工的應(yīng)用，不僅可以極大程度地提升施工質(zhì)量，還可以節(jié)省施工時間和成本，對于保證整個項(xiàng)目的施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的意義。