用於隧道加載試驗平臺的液壓系統的製作方法
2023-06-10 05:23:46
用於隧道加載試驗平臺的液壓系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於隧道加載試驗平臺的液壓系統，包括液壓站，執行機構和控制系統，液壓站，包括恆壓變量泵、電機、顯示元件和輔助裝置；執行機構，是包括液壓缸、推板和推桿三部分組成的拼接加載裝置，三部分相互之間採用螺紋連接；整個拼接加載裝置由控制系統控制；控制系統，由中心控制元件和輔助控制元件組成，輔助控制元件是底層電磁閥，直接控制液壓缸的加載和卸載；中心控制元件為電液伺服閥元件和減壓-換向電磁閥元件並行控制；在低壓加載時，採用電液伺服閥元件，實現液壓油從供油油路至底層電磁閥的輸送；在高壓加載時，採用減壓-換向電磁閥元件控制，液壓油是從供油油路經減壓閥穩壓後，經上層電磁換向閥再進入底層電磁閥。
【專利說明】用於隧道加載試驗平臺的液壓系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於地下工程模擬試驗技術，特別涉及一套基於隧道加載試驗平臺液壓系統的設計，用於實現試驗平臺的液壓加載卸載功能的實現。
【背景技術】
[0002]隧道結構與圍巖相互作用的室內模擬試驗裝置，國內外已研究較為成熟，每種試驗裝置也有其相應的液壓系統，而該類試驗裝置的液壓系統，設備小型且不涉及加載策略上的設計，常為依靠電液伺服閥作為關鍵元件來實現油壓加載和卸載，系統簡單，控制實現的手段單一。但是隨著室內模擬試驗裝置在設計上的提高和規模的擴大，需要能夠實現分層加載的試驗平臺逐漸提上開始投入研發，以往應用與模擬加載試驗設計的液壓系統已經不滿足試驗的要求，需要作出相應的調整和改進。
【發明內容】
[0003]鑑於現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一套基於隧道模擬加載試驗平臺液壓系統，旨在完成隧道加載試驗平臺中均需進行的相關試驗。
[0004]為實現上述發明目的，本發明提供的技術方案是:一種用於隧道模擬加載試驗平臺液壓系統，包括液壓站，執行機構，控制系統，
[0005]其中，
[0006]液壓站，包括恆壓變量泵、電機、顯示元件和輔助裝置。變量泵與電機實現系統的供油功能，系統中恆壓變量泵的最高工作壓力25Mpa，工作壓力為20Mpa，最大流量是80L/min，排量是63Ml/r。採用的電動機額定功率為37KW，轉速為1440r/min。顯示元件為包括數字壓力表，油濾堵塞報警器、油溫報警器等，實現液壓信號到電信號的轉換，便於配合電控系統實現控制。輔助裝置包括冷卻箱、油箱、油濾、安全閥、連接軟管和硬管等。
[0007]執行機構，是一個由液壓缸10、推板8和推桿9三部分組成拼接加載裝置，三部分相互之間採用螺紋連接。加載機構依靠液壓缸與頂蓋板之間的法蘭連接固定在試驗平臺三個加載面。本平臺中，兩側壁以及上頂板分別布置的加載機構有6行7列，每側有42液壓缸，三個面共計126個液壓缸。整個加載機構由電控系統控制，可在不同的控制方式下，實現組合加載。
[0008]控制系統,是一能夠接受電信號對液壓系統實現組合式動作加載和卸載的系統。該系統由中心控制元件和輔助控制元件組成。輔助控制元件是底層電磁閥，直接控制液壓缸的加載和卸載，中心控制元件為電液伺服閥元件和減壓-換向電磁閥元件並行控制。在低壓加載時，採用電液伺服閥元件，實現液壓油從供油油路至底層電磁閥的輸送；在高壓加載時，採用減壓-換向電磁閥元件控制，液壓油是從供油油路經減壓閥穩壓後，經上層電磁換向閥再進入底層電磁閥。
[0009]本發明的有益效果是:實現了大型隧道模擬加載試驗平臺液壓系統的布置，具體而目:[0010]1.填補了國內大型隧道模擬加載實驗平臺液壓系統的設計的空白，為隧道模擬加載試驗提出可靠的實施辦法。
[0011]2.設計了分層加載的硬體實現，簡化控制方式，合理分布底層電磁閥，系統地減少了液壓缸的控制元件。
[0012]3.執行機構採用組合件間接加載方式，解決了固定和密封的問題，在傳遞加載壓力的的同時，保證液壓缸可靠安全使用。
[0013]4.中採用了兩種中心控制元件，尤其是在高壓條件下採用的減壓-換向閥的設計，解決了高壓下大量液壓缸同時加載油壓不穩，發生破壞性振動的問題，實現了裝置的合理設計與應用，也實現了在高壓和低壓下的裝置的穩定加載。
[0014]因此，本發明主要解決了大型隧道模擬加載試驗平臺的液壓系統設計的問題，克服了過多液壓缸在高壓條件下由同一油源加載的油壓不穩複雜條件，設計研發出了一套大型隧道模擬加載試驗平臺的液壓系統，旨在完成對平臺液壓分層加載和整體加載的設計需要，也對對於更好地開展不同開挖步序時圍巖的彈塑性變形情況和襯砌結構力學分析，隧道有無注漿時襯砌背後水壓、注漿圈外滲透壓的大小及分布規律以及滲透參數影響效果等研究具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定，其中:
[0016]圖1為本發明的右側壁執行加載裝置結構示意圖；
[0017]圖2為本發明的左側壁執行加載裝置結構示意圖；
[0018]圖3為本發明的頂面執行加載裝置結構示意圖；
[0019]圖4為本發明的左、右側壁液壓缸的控制示意圖；
[0020]圖5為本發明的頂面液壓缸的控制示意圖；
[0021]圖6為本發明的頂面液壓缸的另一種控制示意圖；
[0022]圖7為本發明的執行機構示意圖；
[0023]
[0024]圖8為本發明的液壓站結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明進一步闡述。
[0026]本發明的一種用於隧道模擬加載試驗平臺液壓系統，包括液壓站，執行機構，控制系統，
[0027]如圖8所示出的,液壓站,包括恆壓變量泵11、電機12、顯示元件13和輔助裝置。變量泵與電機實現系統的供油功能，系統中恆壓變量泵的最高工作壓力25Mpa，工作壓力為20Mpa，最大流量是80L/min，排量是63Ml/r。採用的電動機額定功率為37KW，轉速為1440r/min0顯示元件為包括數字壓力表，油濾堵塞報警器、油溫報警器等，實現液壓信號到電信號的轉換，便於配合電控系統實現控制。輔助裝置包括冷卻箱、油箱、油濾、安全閥、連接軟管和硬管等。
[0028]執行機構，是一個由液壓缸10、推板8和推桿9三部分組成拼接加載裝置，三部分相互之間採用螺紋連接。加載機構依靠液壓缸與頂蓋板之間的法蘭連接固定在試驗平臺三個加載面。
[0029]液壓站，包括恆壓變量泵11、電機12、顯示元件13和輔助裝置。變量泵與電機實現系統的供油功能，系統中恆壓變量泵的最高工作壓力25Mpa，工作壓力為20Mpa，最大流量是80L/min，排量是63Ml/r。採用的電動機額定功率為37KW，轉速為1440r/min。顯示元件為包括數字壓力表，油濾堵塞報警器、油溫報警器等，實現液壓信號到電信號的轉換，便於配合電控系統實現控制。輔助裝置包括冷卻箱、油箱、油濾、安全閥、連接軟管和硬管等。
[0030]由於液壓缸數量較多，現統一進行編號。右側壁用RX-X表不，第一個數字為所在行，第二個數字表示所在列，並且規定離前壁面最近的一列為第列，這樣R2-1表示的液壓缸如圖所不。同樣，可以表不出左側壁的L2-1液壓缸。對於頂面,離前壁面最近的一行為第一行，離左壁面最近的一列為第一列，則U2-4如圖1、2、3所不。
[0031]如圖4所示，兩個側壁所有液壓缸的控制方式，採用分陣列方式來運行。由一個控制閥5控制相對的4個底層電磁閥供油壓力或者流量，每個底層電磁閥控制3個或4個液壓缸的動作，如此可實現液壓缸組合加載。
[0032](I)若要實現只有L2-1?L2-3與對側的R2-1?R2-3同時加載(每側3個缸，共計6個缸)，實現方法為電磁閥2的#1開啟和#2關閉，開啟供油截止閥3和回油截止閥4，控制閥5在電磁控制下，向右移，供油的油路到達電磁閥2的#1，從而實現逐步加載。若要實現只有L2-1?L2-3與對側的R2-1?R2-3同時卸載，實現方法為電磁閥2的#1關閉和#2開啟，開啟供油截止閥3和回油截止閥4，控制閥5在電磁控制下，向左移，供油的油路到達電磁閥2的#2，從而實現逐步卸載。
[0033](2)若要實現只有L2-4?L2-7與對側的R2-4?R2-7同時加載(每側4個缸，共計8個缸)，實現方法為電磁閥2的#3開啟和#4關閉，開啟供油截止閥3和回油截止閥4，控制閥5在電磁控制下，向右移，供油的油路到達電磁閥3的#1，從而實現逐步加載。若要實現只有L2-4?L2-7與對側的R2-4?R2-7同時卸載，實現方法為電磁閥2的#3關閉和#4開啟，開啟供油截止閥3和回油截止閥4，控制閥5在電磁控制下，向左移，供油的油路到達電磁閥3的#4，從而實現逐步卸載。
[0034](3)若要實現只有L2-1?L2-7與對側的R2-1?R2-7同時加載(每側7個缸，共計14個缸)，實現方法為電磁閥2的#1和#3開啟，#2和#4關閉，開啟供油截止閥3和回油截止閥4，控制閥5在電磁控制下，向右移，供油的油路到達電磁閥3的#1和#3,從而實現逐步加載。若要實現只有L2-1?L2-7與對側的R2-1?R2-7同時卸載，實現方法為電磁閥#1和#3關閉，#2和#4開啟，開啟供油截止閥3和回油截止閥4，控制閥5在電磁控制下，向左移，供油的油路到達電磁閥3的#2和#4，從而實現逐步卸載。
[0035]如此實現了同一側一列缸的3種加載方式，可以根據試件填充空間大小調整加載的方式。同理由於液壓缸每側六列，其餘的相對的每兩列液壓缸都由一個控制閥5控制。
[0036]此外頂面的液壓缸的組合方式同兩側的一樣，只是由於頂部加載沒有對側缸存在，改由一個控制閥5單獨驅動，通過調節控制閥5和電磁閥5#?8#，實現3個或4個或7個液壓缸加載卸載控制。
[0037]通過這12個伺服閥控制組合，從而實現多種組合加載方式，實現功能上的實現。
[0038]控制閥5由兩種實現方法，第一種是伺服閥實現，實現油路的升壓和換向(圖5所示)。另一種是減壓閥和換向閥組合使用的方法實現，這一種方法需要設計相應的液壓閥塊，且在大流量驅動環境下優先選擇此加載方式。如圖6所示，在高壓加載時，採用減壓-換向電磁閥元件控制，通過調節減壓閥7實現壓力大小的控制調整，換向電磁閥6有二位可調，液壓油是從供油油路經減壓閥7穩壓後，經上層電磁換向閥6再進入底層電磁閥。對應上述實施方式的左移右移，從而實現功能實現。
[0039]如上所述，對本發明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質上沒有脫離本發明的發明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於隧道加載試驗平臺的液壓系統，其特徵在於:包括液壓站，執行機構和控制系統，其中， 所述液壓站，包括恆壓變量泵、電機、顯示元件和輔助裝置；變量泵與電機實現系統的供油功能， 所述執行機構，是包括液壓缸、推板和推桿三部分組成的拼接加載裝置，三部分相互之間採用螺紋連接；拼接加載裝置通過法蘭連接固定在試驗平臺的兩側壁以及上頂板三個加載面上；兩側壁以及上頂板分別布置的拼接加載裝置有6行7列，每側有42液壓缸，三個面共計126個液壓缸；整個拼接加載裝置由控制系統控制，在不同的控制方式下，實現組合加載； 所述控制系統，是一能夠接受電信號對液壓系統實現組合式動作加載和卸載的系統；該系統由中心控制元件和輔助控制元件組成，輔助控制元件是底層電磁閥，直接控制液壓缸的加載和卸載；中心控制元件為電液伺服閥元件和減壓-換向電磁閥元件並行控制；在低壓加載時，採用電液伺服閥元件，實現液壓油從供油油路至底層電磁閥的輸送；在高壓加載時，採用減壓-換向電磁閥元件控制，液壓油是從供油油路經減壓閥穩壓後，經上層電磁換向閥再進入底層電磁閥。
2.根據權利要求1所述的用於隧道加載試驗平臺的液壓系統，其特徵在於，所述的顯示元件實現液壓信號到電信號的轉換，包括數字壓力表、油濾堵塞報警器、油溫報警器。
3.根據權利要求1所述的用於隧道加載試驗平臺的液壓系統，所述的輔助裝置包括冷卻箱、油箱、油濾、安全閥、連接軟管和硬管。
【文檔編號】F15B11/00GK103775399SQ201410035391
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】李長春, 延皓, 張金英, 高攀, 洪開榮, 母東傑, 鄒翀, 李文杰, 楊雪松, 李競, 黃靜, 陳策, 李磊, 劉沁 申請人:北京交通大學, 中鐵隧道集團有限公司