钢筋预应力张拉机液压系统优化设计

钢筋预应力张拉机实物如图5-99所示。

1.工程上广泛使用的简易系统

如今，国内厂家生产的张拉机一般采用以下类似的简易液压系统，如图5-100所示。

图5-98 液压系统工作原理

1、22、27—过滤器 2、3—辅泵 4—主泵 5—主液压缸 6、18、24—压力表 7、11—液动换向阀 8、10、17—电磁换向阀 9、14、15、23、30—单向阀 12、20、25—溢流阀 13—分配液压缸 16—双向液压马达 19—压力继电器 21—冷却器 26—减压阀 28—油箱 29—压力继电器（注：阀8、10为阀7、11的先导阀）

图5-99 钢筋预应力张拉机实物

图5-100 张拉机的简易液压系统

工作过程：打开送油阀，由于自身循环，没有高压输出，千斤顶不工作。关闭送油阀，切断阀自身的循环回路，来油通过单向阀进入千斤顶工作油腔。若千斤顶带载，则液压泵输出压力随载荷增加而增加，当压力达到安全阀调定压力时，溢流阀阀口打开，多余油液溢流回油箱；在关闭送油阀往千斤顶送油的过程中，压力将随之由零逐渐增加。当达到所需压力时，应快速打开送油阀，此时由于单向阀关闭，切断了千斤顶工作缸和送油阀间的通路，使得工作缸保持压力不变，即所谓保压。保压完毕需要回油时，打开截止阀，千斤顶工作腔的油流回油箱。

由上述工作过程可见，该系统结构比较简单、成本低，但不能自动保压，而且节流调速易导致系统高温。

2.自动保压的张拉机液压系统

在制造混凝土构件时，大多时候需要长时间保压，此时若采用图5-100所示液压系统，则系统不能自动保压，而靠人工观察压力下降后，再起动电动机泵油的方式，不但劳动强度大，且保压精度低。因此，张拉机的液压系统应该具备自动保压功能。下面介绍两种自动保压方案：

（1）加装电接点压力表实现自动保压 在图5-100所示的系统中，在原压力表位置加装一个电接点压力表，按照张拉应力的要求，设置好触发压力的上、下限，当压力达到上限值时，发出电信号使电动机停机；当压力降到下限值时，发出的电信号又使电动机起动泵油，使压力升高，直到上限值为止。如此周而复始，系统实现自动保压。这种方案简单，容易控制，但是对于电动机存在带载起动的问题，起动电流很大，电动机温升过高，容易过热老化。

（2）以电磁换向阀的换向来实现保压 图5-101所示为采用电磁换向阀实现自动保压的张拉机液压系统，它的工作过程为，起动电动机后，液压泵泵出的油通过电磁换向阀回到油箱，电动机无负载运转几秒钟（可调节）后，电磁换向阀得电，液压油通过换向阀、单向阀后进入千斤顶，当张拉力达到电接点压力表设定的上限值时，电动机和电磁换向阀失电，系统进入保压阶段；当压力降到电接点压力表设定的下限值时，又重新起动电动机，同时电磁换向阀延时换向，这样就在所需保压的阶段内，实现了全自动保压。(www.xing528.com)

在图5-101所示的自动保压方案中，虽避免了电动机的带载起动，但由于超高压电磁阀的品种少且价格高，使其在产品的实际应用中仍不多见。

图5-101 自动保压的张拉机液压系统

3.高性能张拉机液压系统设计

在上面介绍的张拉机液压系统中，千斤顶所需要的超高压（一般大于50MPa）均由液压泵直接提供，由于超高压泵的容积效率低且全部为定量泵结构，故在实际应用中时存在发热量大且张拉效率低的缺点。另外，超高压液压泵及其相关的液压阀没有形成标准化产品，这不仅给用户的使用维修带来不便，同时也导致制造和使用成本较高。

为了解决直接使用超高压泵的诸多问题，可使用液压增压技术，即通过增压缸将普通液压泵输出的低、中压液压油增压为超高压后供给千斤顶。液压增压是一项成熟的技术，但普通增压回路属于一次性增压，它的压力受到一些条件的限制（如泄漏量大时须多次增压才能达到所需压力）。为此，可采用一种新的增压回路，并将其设计成新型张拉机的液压系统（见图5-102），其工作原理如下：

若YA1得电，则由液压泵输出的油液通过换向阀后进入增压器P口，此时P口流出的油液分成两路：一路经液控单向阀DV，另一路经单向阀KV1→增压缸C腔→单向阀KV2，分别到达高压侧，实现低压快进；当前进受阻而使负载加大时，该油路压力升高使液控单向阀DV和KV2关闭，液压油经单向阀KV1进入增压缸C腔，增压缸A腔油液通过双稳阀BV的下位流经增压缸B腔，从出油口R流回油箱，增压缸小活塞在液压泵供油压力的作用下连同大活塞一起向下移动，当小活塞下降到使增压缸C腔与油路①接通时，双稳阀BV在液压油作用下改变位置，液压泵来油经双稳阀BV的上位进入增压缸A腔，增压缸在期望的目标压力下输出增压液压油，其值由增压比决定。当活塞上移到油路①经增压缸B腔流回油箱时，双稳阀BV在油路②液压油作用下回到下位工作。此工作循环可以重复进行，直到期望的目标压力建立为止。而后增压缸停止运动，只在目标压力下降时继续工作，保持所需压力为恒定值。

张拉工作结束后，使YA2得电，此时R油口通液压油，P油口通油箱，油路③因通液压油使液控单向阀DV打开，增压后的高压油液经液控单向阀DV反流到油口P回油箱，使高压侧油路卸荷，增压缸复位，为下一次张拉做好准备。

新型张拉机的液压系统具有以下有点：

（1）张拉效率高 在张拉力很小或空行程阶段，液压泵直接向千斤顶供油，使其快速张拉。

（2）张拉力控制精度高 因为高压时通过增压器向千斤顶供油，此时油的流量小，不会引起大的压力冲击，从而使张拉力的变化控制在一个范围内。

（3）系统的寿命长，且配件选购方便 由于系统中的液压元件为通用型标准件，其长久的使用经历和大量的用户为其可靠性和经济性做出了最好的诠释。

系统中的增压器虽然不是标准件，但是其可靠的高压性能早已得到工程界的认可。由于增压器密封件采用非金属耐磨材料，使其具备高效率和低磨损的特点，从而可以保证增压器高效和长时间工作。

图5-102 新型张拉机液压系统