包红龙
中交一公局桥隧工程有限公司 410000
摘要 随着工业机械化和信息化的发展，桥梁施工设备的精准化，智能化和自动化是未来桥梁施工的一大发展趋势，传统的支点挂篮主要依靠液压油泵和千斤顶配合，单点式操作，行走速度缓慢，挂篮上升下降操控性同步较差，操作困难，误差较大，智能化和自动化的程度较差，本文通过研究挂篮系统的自动化和智能化及创新点，提出挂篮施工发展的新方向。
关键词：挂篮施工；自动化；智能化
1.绪论
随着信息化和工业4.0时代的到来，桥梁施工设备必然会迈向自动化，智能化，精准化的新时代。在传统混凝土斜拉桥的施工中，目前采用的液压泵和千斤顶单点式挂篮施工，自动化程度较低，精度不高，提升挂篮施工的自动化和智能化不仅可以节省人力物力，安全性操控性和工作效率也会大幅度提升。本文研究了斜拉索套筒连接式转换装置和挂篮自动行走装置，研究挂篮施工的智能化和自动化的新方向。
2.挂篮自动化与智能化概况
斜拉式自动化和智能化挂篮技术是将液压，程控技术，通讯技术和机械融合于一身的综合挂篮控制技术，目的是提高传统斜拉式挂篮的自动化和智能化程度，提高挂篮系统的工作效率自动化挂篮系统由三大重要组成部分组成：液压泵站，控制系统，执行机构。液压泵站的作用是为整个挂篮系统提供动力，由油泵，电机等构成。控制系统主要有传感器，线束电缆，控制台，电源系统，通讯模块组成，是整个系统电源和信号控制的功能模块。执行机构主要由油泵，电机和集成模块组成，负责整个系统的动作执行。
3.挂篮自动化研究
3.1 挂篮自动化行走研究
目前传统的挂篮行走方式是采用穿心千斤顶或者牵引挂腿行走在已浇筑段的钢板上，千斤顶本身具有行程短间歇式作业的特点，行走比较缓慢，同步性差。步履式行走装置，如下图，通过液压油缸的不断重复伸缩顶推步履式前进，整个过程的控制都是在计算机上完成，这个操控只需要3个人配合，误差可以精确到5mm以内，不但提高了速率，更提高了作业精度。
3.2 挂篮升降机研究
传统的挂篮施工升降是在已浇筑的桥梁底面往复的行走和上升下放挂蓝锚固定，挂篮在上升和下降过程中，容易出现各组千斤顶上升和下放的速度不一致，千斤顶下放和提升的锚杆速度不一致，挂篮下放和后端提升机构速度不同步的情况，有很大的安全隐患存在。目前自动化升降装置可以通过传感器和控制台实现，上升和下降的速度同步，该系统主要结构是将每个挂腿上安装2个液压油缸，在挂篮的纵梁上安装1个提升的油缸，通过控制台调节控制两个挂腿和顶升油缸的回油速度，实现自动化升降。其优点是可以实现多个油缸同步控制，减少施工中的速度异步性，消除安全隐患。传感器可以将油缸和挂腿的速度传递给计算机，计算机通过运算和处理，当挂篮腿下降速度与顶升油缸的速度不一致时，计算机会自动调节使其二者的速度，将快的降速，慢的提速，最后二者的速度趋于一致，而整个调节的过程3秒内就可以完成，效率非常高。整个系统并不是单一控制，而是各个升降装置的协同控制，最大程度上实现了精准性和一致性。
3.3 挂篮液泵站研究
液压泵站的位置是在挂篮系统的主纵梁和次纵梁之间，可以承载的重量可以达到5吨左右，其工作压强在30MPa左右，驱动电机的工作电压为380V，转速能达到1000转每分钟，平均的无障碍工作时间可以达到4000小时以上，挂篮的液压系统主要包含安全继电器，无极调速器，压力补偿器，通过压力补偿调速器与比例阀相配合，协调工作和调节，实现与负载之间的无级变速，平衡阀和液压锁保障了系统的安全性压力补偿器可以缓解负载对调速的影响。
4.挂篮控制系统
4.1挂篮控制系统组成
挂篮的控制系统是整个挂篮施工系统的大脑，负责分发和下达各种控制指令，将挂篮施工的各项传感器的参数通过显示屏精确显示，整个系统，包括信号的采集，数据的传递和信号处理及视频监控，操作者通过观察各种参数的变化对挂篮系统进行实时监控，对异常情况作出判断和处理，实现升降系统及行走系统的精准同步。挂篮控制系统采用的是主从控制，由主控台，分控系统和传感器构成，主控台由一套计算机系统和控制软件组成，电脑可以通过显示屏显示传感器传回的实时数据，软件可以通过数据自动判断系统的运行状态，通过人为设定阈值实现系统的自动调节，无论是行走速度还是上升下降速度和高度。分控系统则是PLC与主控系统的信号传递，发送油泵和电机及液压阀的控制信号，可以将主控系统的信号翻译成电机等执行元件可执行的语言，同时将各个传感器的信号和环境数据采集，既可以独立控制，又可以反馈到主控系统协同控制。传感器是控制系统的基础元件，是整套控制系统的数据采集基础，类似人的五官将环境数据和各种信息传递给大脑处理。挂篮施工系统所用到的传感器主要有位移传感器和压力传感器，精度可以达到0.5%FS。
4.2 挂篮自动化工艺及智能化操作
挂篮施工自动化工艺可以分为如下几个步骤：首先需要等到主混凝土施工完成后脱模，达到一定的强度后，将拱架的油缸下放，高度为1.8米左右，注意要降至横梁板以下。等到拱架下放到位后，开始拆除挂篮的锚杆，这时起到支撑作用的是挂腿，挂腿支撑油缸，然后将挂篮整个下放1.2米，下放的同时注意顶升油缸要保持与挂腿油缸的下放量保持同步，这时既要关注挂腿的下放速度，又要关注顶升油缸的提升速度，通过位移传感器和压力传感器以及主控系统监测挂篮的受力和位移速度，保证同步性，减小风险。挂篮下放到位后，后顶升油缸回缩，后滚轮受力，通过控制行走油缸推动挂篮步履式前进。挂篮智能控制系统包括如下步骤启动主控系统，选择手动还是自动模式，登陆系统，调节各项数据的阈值，设置运行速度，比例阀值的设置，然后进行液压泵的启动和建压操作。
结论
本文通过介绍了目前采用的先进的前支点自动化和智能化挂篮技术，该技术可以适用于任何断面的混凝土主要桥梁，相比传统的千斤顶单点式下方行走和锚固，该技术可以极大的提升效率，原来15小时完成的工作任务，通过自动化和智能化操作系统可以减少为6小时左右，另外随着自动化程度的提高，原来10人的工作量可以缩减为4人，而且精度也有很大的提高，目前准格尔黄河大桥等已经将挂篮自动化，智能化应用其中，不仅将施工标准化，降低了风险，而且节约人力物力。自动化，智能化挂篮系统在桥梁施工中发挥着越来越重要的作用，势必会成为未来挂篮施工新的发展趋势，拥有十分广阔的应用前景。
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