在工程领域中,依据JJG 621—2012 《液压千斤顶》对液压千斤顶(以下简称千斤顶)进行检定或校准,千斤顶主要用于桩基工程和结构工程的力值施加与控制。然而,在工程施工实际应用中,限于自有千斤顶等测量设备的规格数量有限或出于经济效益方面的考虑,施工单位经常将数台(两台及以上)小规格的千斤顶以并联的方式组合在一起,形成一个较大的负载力,以完成工程施工中较大力值的施加与控制。
JJG 621—2012检定规程并没有涉及千斤顶并联检定的问题,而为了确保工程施工质量,在千斤顶的使用过程中,工程施工单位往往需要将千斤顶并联使用,以解决工程施工中的实际测控问题。因此,笔者对千斤顶并联使用的方法进行分析研究,以期为基层工程施工单位千斤顶的并联使用条件与可靠的并联组合方法提供数据支持。
1. 试验方法1.1 千斤顶的并联当工程施工中需要测控的力值超出施工单位现有能力时,除了添置、调配适用的大规格千斤顶外,将冗余的千斤顶并联[1]使用也是一种实用有效的方法,但千斤顶的并联使用必须满足以下条件：并联使用的每台千斤顶必须经过计量检定,符合相应千斤顶的准确度等级；检定或校准时采用同一型号、规格及等级的压力表；证书中除了不少于5点的检定或校准结果外,还应该附有相应的回归方程；千斤顶活塞有效行程应选择大于千斤顶并联顶升距离；千斤顶并联使用的压力表和油泵是经检定或校准千斤顶中的一个；并联千斤顶承载的底座和压盖应有足够强度和刚度,压盖受力点应有球头副,有条件进行并联力值验证时,该球头副可移去,仅使用验证用标准测力仪的压头即可。三并联千斤顶工作方式如图1所示。
图 1 三并联千斤顶工作方式示意
1.2 并联原则依据理论力学原理,千斤顶并联属于空间平行力系。
(1) 当选择型号和规格均相同的千斤顶并联时,千斤顶应整齐对称排列,各千斤顶试验力形成的几何中心就是并联力值的作用中心[2] 。
相同规格千斤顶并联方式如图2所示。图2a)是两台相同型号、相同规格千斤顶的并联投影示意图,并联后试验力的作用点在两台千斤顶几何中心连线的中点位置。图2b)是3台相同型号、相同规格千斤顶的并联投影示意图,并联后试验力的作用点在3台千斤顶几何中心连线区域的中心位置。同理,图2c)和图2d)分别为4台和5台相同型号、相同规格千斤顶的并联投影示意图,并联后试验力的作用点分别在4台和5台千斤顶几何中心连线区域的中心位置。
图 2 相同规格千斤顶并联方式示意
(2) 当型号、规格均不同的千斤顶并联或型号、规格均相同的千斤顶非对称并联时,应根据静力学的力值合并法则进行两两合并,最后得到的合力即千斤顶并联力值的作用中心。该方法虽然简易通用,但不能忽视千斤顶的位置,应给予固定的先决条件[3],三并联千斤顶工作方式如图3所示。
图 3 三并联千斤顶工作方式示意
(3) 提供千斤顶检定或校准的检定装置也必须具有相应的准确度要求和操作控制要求[4]。
图3列举了3台规格不同、位置不对称且固定的并联千斤顶,其中01、02、03分别为千斤顶编号,对应负载力分别为F1、F2和F3,对应各千斤顶施力中心点符号分别为A1、A2和A3。首先,01号和02号千斤顶的合力R1＝F1＋F2,作用点C1在01号和02号千斤顶的中心连线上,具体位置按式(1)确定。
(1)
式中：
、
分别为点A1至点C1及点C1至点A2的线段长度,下同。
将合力R1作用点C1与03号千斤顶中心A3连线,按式(2)确定合力R的具体位置。
(2)
最终合力为
(3)
多台不同规格、不同位置的千斤顶并联后的负载中心与合力分析计算方法依此类推。
1.3 检定结果的回归方程在千斤顶测量范围内,依据 JJG 621—2012规程检测的压强与力是一组离散的数值对。当工程施工中需要对力进行测量或控制时,如果按照千斤顶证书提供的检定点数据操作,其试验力的测量与控制结果应该是能够满足千斤顶相应等级要求的；而如果为了使千斤顶能在给定力范围内连续使用,根据千斤顶送检单位的需要,计量检定单位应建立千斤顶回归方程。回归方程一般为依据最小二乘法确立的一次或二次曲线。常见的一次回归方程如式(4)所示。
(4)
式中：y为千斤顶压强；a、b分别为回归系数；x为千斤顶试验力。
2. 试验设备与试验结果2.1 试验设备3台液压千斤顶的技术参数为：01号千斤顶型号为HJD100D－200－65A,编号为J－507－301；02号千斤顶型号为HJD100D－200－65A,编号为J－507－302；03号千斤顶型号为HJD100D－200－65A,编号为J－507－303。
精密耐震压力表的技术参数为：等级0.4级；规格100 MPa；分度值0.5 MPa；编号16－12－223。
标准测力仪的技术参数为：等级0.1级；型号CG－3－2MN；编号G 20012。
2.2 回归方程的合并用3台千斤顶分别进行校准,校准结果及回归方程如表1所示。由表1可知：01号千斤顶的回归方程为y＝0.38＋0.064 8x (相关系数为0.999 977)；02号千斤顶的回归方程为y＝0.24＋0.065 1x(相关系数为0.999 978)；03号千斤顶的回归方程为y＝0.38＋0.064 7x(相关系数为0.999 999)。
Table 1. 各千斤顶校准数据与结果
项目
校准结果/MPa
重复性/%
千斤顶编号
校准点/kN
第1次
第2次
第3次
平均值
01
200
13.2
13.1
13.3
13.2
1.5
400
26.4
26.5
26.6
26.5
0.8
600
39.4
39.3
39.2
39.3
0.5
800
52.3
52.3
52.1
52.2
0.4
1 000
65.3
65.3
65.1
65.2
0.3
02
200
13.1
13.2
13.1
13.1
0.8
400
26.4
26.5
26.6
26.5
0.8
600
39.4
39.3
39.3
39.3
0.3
800
52.3
52.3
52.2
52.3
0.2
1 000
65.3
65.3
65.2
65.3
0.2
03
200
13.3
13.2
13.3
13.3
0.8
400
26.4
26.3
26.3
26.3
0.4
600
39.2
39.3
39.2
39.2
0.3
800
52.2
52.1
52.1
52.1
0.2
1 000
65.1
65.2
65.1
65.1
0.2
通过3台千斤顶的回归方程可以得到各对应校准点的回归值,表2为千斤顶回归值与校准值之间的误差,其中校准值为表1中各千斤顶3次校准结果的算术平均值,回归值为表1中各千斤顶回归方程在校准点的计算值。
Table 2. 千斤顶回归值与校准值之间的误差
试验力/kN
01号千斤顶
02号千斤顶
03号千斤顶
回归值/MPa
校准值/MPa
误差/%
回归值/MPa
校准值/MPa
误差/%
回归值/MPa
校准值/MPa
误差/%
200
13.3
13.2
0.8
13.3
13.1
1.5
13.3
13.3
0.0
400
26.3
26.5
－0.8
26.3
26.5
－0.8
26.3
26.3
0.0
600
39.3
39.3
0.0
39.3
39.3
0.0
39.2
39.2
0.0
800
52.2
52.2
0.0
52.3
52.3
0.0
52.1
52.1
0.0
1 000
65.2
65.2
0.0
65.3
65.3
0.0
65.1
65.1
0.0
以表1中02号和03号千斤顶校准结果的算术平均值建立二并联回归方程,以表1中01号、02号和03号千斤顶校准结果的算术平均值建立三并联回归方程。千斤顶并联回归值与并联校准值之间的误差如表3所示。
Table 3. 千斤顶并联回归值与并联校准值之间的误差
单顶试验力/kN
二并联
三并联
试验力/kN
回归值/MPa
校准值/MPa
误差/%
试验力/kN
回归值/MPa
校准值/MPa
误差/%
200
400
13.3
13.2
0.8
600
13.3
13.2
0.8
400
800
26.3
26.4
－0.4
1 200
26.3
26.4
－0.4
600
1 200
39.2
39.2
0.0
1 800
39.3
39.3
0.0
800
1 600
52.2
52.2
0.0
2 400
52.2
52.2
0.0
1 000
2 000
65.2
65.2
0.0
3 000
65.2
65.2
0.0
3. 结果与讨论(1) 表1数据显示3台千斤顶单独校准时,重复性最大值为1.5%；表2数据显示回归值与校准值之间误差的最大值为1.5%,但能满足A级千斤顶2%的要求。
(2) 考虑油缸与活塞间密封圈摩擦力的影响,发现千斤顶校准结果的重复性与误差在小力值时受到的影响较大,且其中有示值相对分辨力的作用。表3中千斤顶并联回归值与并联校准值之间的误差明显优于单独使用千斤顶时产生的回归值与校准值之间的误差。
(3) 通过对试验数据的分析,可以确定千斤顶回归方程的回归值与校准值之间产生的误差只要控制在符合规程要求等级的技术指标内,其并联负载力必定会被控制在千斤顶准确度等级的技术指标内,且使用效果会较千斤顶单独使用效果更佳,因多台千斤顶并联相当于一个液压缓冲器,不仅降低了压强的波动性,还明显减弱了摩擦力对并联负载力的影响。
(4) 需要注意在实际应用过程中,必须保证并联千斤顶受力框架的强度和刚度满足JJG 621—2012中第7.1.2节的要求。
文章来源——材料与测试网
