液壓千斤頂并聯使用的方法與條件

李俊濤

[合伯檢測技術(上海)有限公司,上海 201613]

在工程領域中,依據JJG 621—2012 《液壓千斤頂》對液壓千斤頂(以下簡稱千斤頂)進行檢定或校準,千斤頂主要用于樁基工程和結構工程的力值施加與控制。然而,在工程施工實際應用中,限于自有千斤頂等測量設備的規格數量有限或出于經濟效益方面的考慮,施工單位經常將數臺(兩臺及以上)小規格的千斤頂以并聯的方式組合在一起,形成一個較大的負載力,以完成工程施工中較大力值的施加與控制。

JJG 621—2012檢定規程并沒有涉及千斤頂并聯檢定的問題,而為了確保工程施工質量,在千斤頂的使用過程中,工程施工單位往往需要將千斤頂并聯使用,以解決工程施工中的實際測控問題。因此,筆者對千斤頂并聯使用的方法進行分析研究,以期為基層工程施工單位千斤頂的并聯使用條件與可靠的并聯組合方法提供數據支持。

1 試驗方法

1.1 千斤頂的并聯

當工程施工中需要測控的力值超出施工單位現有能力時,除了添置、調配適用的大規格千斤頂外,將冗余的千斤頂并聯[1]使用也是一種實用有效的方法,但千斤頂的并聯使用必須滿足以下條件:并聯使用的每臺千斤頂必須經過計量檢定,符合相應千斤頂的準確度等級;檢定或校準時采用同一型號、規格及等級的壓力表;證書中除了不少于5點的檢定或校準結果外,還應該附有相應的回歸方程;千斤頂活塞有效行程應選擇大于千斤頂并聯頂升距離;千斤頂并聯使用的壓力表和油泵是經檢定或校準千斤頂中的一個;并聯千斤頂承載的底座和壓蓋應有足夠強度和剛度,壓蓋受力點應有球頭副,有條件進行并聯力值驗證時,該球頭副可移去,僅使用驗證用標準測力儀的壓頭即可。三并聯千斤頂工作方式如圖1所示。

圖1 三并聯千斤頂工作方式示意

1.2 并聯原則

依據理論力學原理,千斤頂并聯屬于空間平行力系。

(1) 當選擇型號和規格均相同的千斤頂并聯時,千斤頂應整齊對稱排列,各千斤頂試驗力形成的幾何中心就是并聯力值的作用中心[2]。

相同規格千斤頂并聯方式如圖2所示。圖2a)是兩臺相同型號、相同規格千斤頂的并聯投影示意圖,并聯后試驗力的作用點在兩臺千斤頂幾何中心連線的中點位置。圖2b)是3臺相同型號、相同規格千斤頂的并聯投影示意圖,并聯后試驗力的作用點在3臺千斤頂幾何中心連線區域的中心位置。同理,圖2c)和圖2d)分別為4臺和5臺相同型號、相同規格千斤頂的并聯投影示意圖,并聯后試驗力的作用點分別在4臺和5臺千斤頂幾何中心連線區域的中心位置。

圖2 相同規格千斤頂并聯方式示意

(2) 當型號、規格均不同的千斤頂并聯或型號、規格均相同的千斤頂非對稱并聯時,應根據靜力學的力值合并法則進行兩兩合并,最后得到的合力即千斤頂并聯力值的作用中心。該方法雖然簡易通用,但不能忽視千斤頂的位置,應給予固定的先決條件[3],三并聯千斤頂工作方式如圖3所示。

圖3 三并聯千斤頂工作方式示意

(3) 提供千斤頂檢定或校準的檢定裝置也必須具有相應的準確度要求和操作控制要求[4]。

圖3列舉了3臺規格不同、位置不對稱且固定的并聯千斤頂,其中01、02、03分別為千斤頂編號,對應負載力分別為F1、F2和F3,對應各千斤頂施力中心點符號分別為A1、A2和A3。首先,01號和02號千斤頂的合力R1=F1+F2,作用點C1在01號和02號千斤頂的中心連線上,具體位置按式(1)確定。

將合力R1作用點C1與03號千斤頂中心A3連線,按式(2)確定合力R的具體位置。

最終合力為

多臺不同規格、不同位置的千斤頂并聯后的負載中心與合力分析計算方法依此類推。

1.3 檢定結果的回歸方程

在千斤頂測量范圍內,依據 JJG 621—2012規程檢測的壓強與力是一組離散的數值對。當工程施工中需要對力進行測量或控制時,如果按照千斤頂證書提供的檢定點數據操作,其試驗力的測量與控制結果應該是能夠滿足千斤頂相應等級要求的;而如果為了使千斤頂能在給定力范圍內連續使用,根據千斤頂送檢單位的需要,計量檢定單位應建立千斤頂回歸方程。回歸方程一般為依據最小二乘法確立的一次或二次曲線。常見的一次回歸方程如式(4)所示。

式中:y為千斤頂壓強;a、b分別為回歸系數;x為千斤 頂試驗力。

2 試驗設備與試驗結果

2.1 試驗設備

3臺液壓千斤頂的技術參數為:01號千斤頂型號為HJD100D-200-65A,編號為J-507-301;02號千斤頂型號為HJD100D-200-65A,編號為J-507-302;03號千斤頂型號為HJD100D-200-65A,編號為J-507-303。

精密耐震壓力表的技術參數為:等級0.4級;規格100 MPa;分度值0.5 MPa;編號16-12-223。

標準測力儀的技術參數為:等級0.1級;型號CG-3-2MN;編號G 20012。

2.2 回歸方程的合并

用3臺千斤頂分別進行校準,校準結果及回歸方程如表1所示。由表1可知:01號千斤頂的回歸方程為y=0.38+0.064 8x(相關系數為0.999 977);02號千斤頂的回歸方程為y=0.24+0.065 1x(相關系數為0.999 978);03 號千斤頂的回歸方程為y=0.38+0.064 7x(相關系數為0.999 999)。

表1 各千斤頂校準數據與結果

通過3臺千斤頂的回歸方程可以得到各對應校準點的回歸值,表2為千斤頂回歸值與校準值之間的誤差,其中校準值為表1中各千斤頂3次校準結果的算術平均值,回歸值為表1中各千斤頂回歸方程在校準點的計算值。

表2 千斤頂回歸值與校準值之間的誤差

以表1中02號和03號千斤頂校準結果的算術平均值建立二并聯回歸方程,以表1中01號、02號和03號千斤頂校準結果的算術平均值建立三并聯回歸方程。千斤頂并聯回歸值與并聯校準值之間的誤差如表3所示。

表3 千斤頂并聯回歸值與并聯校準值之間的誤差

3 結果與討論

(1) 表1數據顯示3臺千斤頂單獨校準時,重復性最大值為1.5%;表2數據顯示回歸值與校準值之間誤差的最大值為1.5%,但能滿足A 級千斤頂2%的要求。

(2) 考慮油缸與活塞間密封圈摩擦力的影響,發現千斤頂校準結果的重復性與誤差在小力值時受到的影響較大,且其中有示值相對分辨力的作用。表3中千斤頂并聯回歸值與并聯校準值之間的誤差明顯優于單獨使用千斤頂時產生的回歸值與校準值之間的誤差。

(3) 通過對試驗數據的分析,可以確定千斤頂回歸方程的回歸值與校準值之間產生的誤差只要控制在符合規程要求等級的技術指標內,其并聯負載力必定會被控制在千斤頂準確度等級的技術指標內,且使用效果會較千斤頂單獨使用效果更佳,因多臺千斤頂并聯相當于一個液壓緩沖器,不僅降低了壓強的波動性,還明顯減弱了摩擦力對并聯負載力的影響。

(4) 需要注意在實際應用過程中,必須保證并聯千斤頂受力框架的強度和剛度滿足JJG 621—2012中第7.1.2節的要求。