桥梁工程建设中机电一体化技术的应用

龚天良

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550000）

机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，其主要特征可以总结为：机电一体化技术从系统的观点出发，在应用过程中会涉及到机械技术、自动控制技术、光学技术等的综合应用，通过合理配置各个功能单元，实现特定功能的价值，保证工业生产可以不断向着“机电一体化”的方向发展。

1 工程概述

本文涉及工程为平塘特大桥，该工程位于贵州省平塘县，横跨槽渡河峡谷，桥梁涉及宽度为30.2m，全长为2135m，设计时速80km/h。该项目的主要结构形式为三塔双索面组合梁斜拉桥，主塔高度达332m。

2 机电一体化技术的特点

1）建模优势。随着机电一体化技术的不断发展，该技术已经具备了较为全面的建模优化理论，经过相应的计算和优化，使得整个机械工程可以一直处于高效、低耗的工作状态。

2）逻辑性相对较强。该技术的应用涉及多方面技术，使多个技术以最合理的方式组合在一起，直接达到了“扬长避短”的效果，实现了利益最大化的目标。在实际使用的过程中，操作人员可以直接调动该技术中的某一项子技术，实现功能的控制和管理。

3）应用范围更加广泛。因为机电一体化技术是涉及到多方面的交叉性技术，兼具各种技术的优势，使得该技术不仅可以应用到机械工程方面，还可以应用到其他领域。

4）应用过程较为便捷。从用户角度进行分析发现，机电一体化技术具有简便、清晰的特点，另外该技术可以实现机械设备的智能化控制，可以及时地发现、检测和修复设备故障，提高设备维修质量和效率[1]。不仅如此，相关参数的可视化控制极大程度地提高了工作过程中的可靠性和准确性。机电一体化主要包含的技术内容有机械技术、计算机与信息处理技术、伺服驱动技术、传感器技术、接口技术及自动控制技术。

3 桥梁工程建设中机电一体化的实际应用

3.1 机械设备机电一体化

1）起重机械。在建筑工程实际施工过程中，可通过电力矩限制器控制其吊起重量。在应用中，如果吊臂的合成矩超出了相应的定额值，那么设备就会出现报警提示，如果超出定额值较大，其报警提示会变得更强烈，最终自动停止运作，让其施工安全性得到提高。

2）土方机械。例如，轮式液压挖掘机就是应用了机电一体化技术，从而更好地实现了全自动控制液压系统及支力装置的目的。但此设备也存在一定的弊端，当设备出现问题及故障时，必须由专门的技术人员完成相应的维修及检修工作。

3）顶推机械。一般在进行顶推施工时都需要较多的人力及千斤顶才能完成，而电控液压系统就是合理应用机电一体化技术，控制顶推油缸[2]。这样既能合理控制顶推进程，同时还能让其顶推精准度得到保证。

4）混凝土机械。在对混凝土进行搅拌时，应用机电一体技术，实现对混凝土搅拌进程的控制。例如：测力传感器、监视仪表及指示灯控制等。

3.2 扩底桩施工机电一体化

1）扩底桩施工装置。在开展桩基础施工的过程中，通常会涉及到扩底的工作，可以应用回转斗孔机适当地扩大桩的尖端，增大桩的尖端的支撑面积，进一步保证施工效率和质量。在扩底桩的过程中，大部分操作是在地下泥浆土中进行的，在过去，这类工作大多只是简单的根据工作人员的直觉进行操作，使得操作难度较大，工作质量也得不到保证，而利用相应的扩底桩施工管理装置，可以应用计算机对图像进行相应的处理，然后处理结果会以报告的形式提供给操作者，操作者会继续根据报告内容进行接下来的操作。

2）系统的概述。应用扩底桩施工管理装置进行扩底的过程中，计算机会将传感器所传递过来的数据显示在控制器的显示器上，然后深度传感器会检测钻孔的深度，回旋式编码器会检测钢丝绳导向滑轮的转速，装置中伸缩管的升降就是由导向滑轮完成的，回旋式编码器会直接向测得的脉冲数据传输到将施工管理装置当中。施工管理装置所检测到的数据乘以脉冲过程中钢丝绳的实际位移就得到了实际的钻孔深度，系统也会将计算得出的钻孔深度输出在显示器上。扩底传感器会检测扩底斗的打开和闭合的状态，然后将状态的结果转换成为相应的信号，直接输送到计数器上，系统会将这些数据输入到计算机系统中，计算机系统的模拟装置直接模拟扩底孔的形状和直径，在显示器中直接显示相应的图像。

3）引入系统的效果。首先，提升了扩底桩的质量，因为通过系统所显示的扩底回转斗的深度和扩底，就可以正确地判断扩底的实际形状，保证其形状可以满足具体的扩底要求，进一步提高桩基的稳定性和可靠性；其次，通过图像就可以精准地掌握钻孔中斗的位置、扩大翼的开闭状态以及钻孔土沙的抓取量，通过系统的提示可以避免某些事物操作所导致的安全事故，极大程度地保证了操作人员的施工安全；最后，所有的数据会收集保存在IC卡上，数据具有较高的可靠性，使得业务处理的过程更加合理。

3.3 搅拌桩施工机电一体化

1）搅拌桩的等速控制装置。地基施工方法有很多，所有的施工方法基本都是将混匀机构安装在搅拌钻杆上，通过地基的深挖，然后向深槽注入砼土，将砼土和土壤均匀搅拌，进而形成相应的硅结构。在开展施工的过程中，必须保证灌注泥浆的密实性。如果不能稳定地控制混匀机构的升降速度，那么硅结构的稳定性也就得不到保障，不利于整个桩体质量的提高。在对混匀机构的升降速度自动控制到任何速度时，实现对每一钻孔深度下的钻孔深度、钻孔扭矩、钻孔反力、升降速度等参数的及时反馈，保证了施工管理的标准化程度。

①应用回转码器检测混匀机构吊绳的导向滑轮转速，然后计算出绳速，混匀机构的升降速度等于绳速除以实际钢丝绳的值。另外，电气指令在电磁比例减压阀的转换作用下可以转变为相应的液压指令，更有效地控制可变的液压泵的转速。通常来说，以实现绳速检测为基础，应用反馈控制就可以将绳速控制在指定的范围内，保证绳速不会受到其他外界因素的影响。将混匀机构的尖端放置到钻孔施工最开始的位置，同时恢复混匀机构最原始的位置，经过计算可得出相应的钻孔深度，钻孔深度等于导向滑轮的绳的位移数值除以钢丝绳的倍率。

②贴孔扭矩。如果混匀机构的动力源为电驱动机，那么需要检测混匀机构的电流，如果混匀机构的动力源为液压驱动，那么需要将相应的数据通过压力转换器转换为具体的电信号，继续进行操作和计算。

③测力传感器可以检测实际的单根钢丝绳的拉力，将这些检测出来的单根钢丝绳的拉力值乘以钢丝绳的倍率，可以得出具体的吊重[3]。在开展施工的过程中，施工管理装置的仪表盘会将这些数据以LCD的形式展现出来，同时仪表盘上会设置相应的系统控制按钮，可以将相应的数据保存在具体的装置上，如果有需要，还可以将这些数据直接打印出来，更好地控制桩质量。

2）系统引入的效果。①提高均匀搅拌混合质量。切削的土壤和泥浆经过均匀的搅拌，形成相应的硅结构，因为均匀搅拌的过程具有较强的可行性，另外，混合搅拌所得到的硅结构也具有较高的强度，可以间接起到支撑地基的效果。在系统工作的过程中，混匀机构可以自动完成等速的上升和下降，不管是上升的过程还是下降的过程，地基所发生的变化都不会对混匀结构造成影响，使得钻杆的升降速度也到了较好的保证。②业务的合理化处理。系统工作过程中所有的数据都会收集并保存到IC卡上面，和传统的人工处理数据的方式相比，数据具有较高的可靠性，计算结果具有较高的准确性，另外，可以节省更多的劳动时间，极大程度地提升了工作质量和效率。

4 结语

在开展桥梁施工的过程中，经常会涉及到搅拌桩施工工艺和扩底桩施工工艺，在过去，大多应用人工处理模式开展这些工作，工作的可靠性得不到保证。随着科技的发展，机电一体化的施工管理装置系统应运而生，该技术在扩底桩施工及搅拌桩施工的应用，不仅可以极大程度地提升施工质量，还可以节省施工时间和成本，对于保证整个项目的施工质量和经济效益具有非常重要的意义。