一種支撐軸力數控液壓裝置及變頻控制方法與流程

2023-05-21 20:04:16 2

本發明涉及基坑開挖時對基坑圍護結構進行支護的一種數控液壓技術領域，特別涉及一種支撐軸力數控液壓裝置及其變頻控制方法。

背景技術：

目前較多的支撐軸力伺服系統，其液壓部分均採用電磁比例溢流閥對支撐軸力進行調節，並僅通過機械鎖來做為系統可靠性的保證。工作原理是液壓泵不斷輸出油液，多餘油液通過比例溢流閥重回油箱。比例溢流閥是一種對油品質量要求很高的精密液壓閥門，但在施工過程中需要經常進行鋼支撐伺服端頭的更換，泥漿雜質易於混入液壓系統，造成比例溢流閥的損壞率較高。同時電磁比例溢流閥必須帶電作業，系統斷電後也會造成鋼支撐失壓。

為了解決上述問題，大多數軸力伺服系統通過增加機械鎖來避免比例溢流閥失效而導致軸力突然下降的風險。然而，機械鎖在使用過程中存在一定的問題：在基坑圍護結構水平作用力增大的情況下，千斤頂活塞杆回縮，機械鎖鎖緊，此時，圍護結構的壓力由液壓系統工作壓力與機械鎖支撐力共同承擔，而系統監測到的壓力僅僅是液壓壓力，機械鎖承擔的力無法測得，所以無法得到圍護結構的真實壓力，難以準確指導伺服系統的支撐工作。並且，當圍護結構水平作用力增大到到一定值時，其將受鋼支撐衝切而破壞。因此，有必要採用新的支護體系，以提高系統的可靠性。

目前支撐軸力伺服系統的數控泵站大都是由一個電控櫃和一個泵站櫃共同組合進行工作的，並且一個組合通常可以控制4根鋼支撐，如此一來，在施工現場上就出現較多的組合控制櫃，控制每4根鋼支撐就要在基坑邊上放置兩臺控制櫃，佔用了施工場地很大的空間，並且裝置本身過於繁瑣笨重，也給移動和運輸帶來不便。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種支撐軸力數控液壓裝置及其變頻控制方法，主要解決支撐軸力伺服系統採用溢流閥易損壞從而導致系統失效的技術問題。

本發明的思路是不再使用電磁比例溢流閥，而是通過變頻器控制電機的轉速直接調整液壓泵輸出的油液流量，從而降低了系統失效的概率；本發明使用液控單向閥來保證液壓系統的安全。

本發明提出的支撐軸力伺服系統的數控泵站，是將傳統電控櫃與泵站櫃兩個控制櫃合二為一，並且每一個數控泵站可以控制8根鋼支撐，大大提高了施工場地的空間利用。

為了解決上述技術問題，本發明是採用這樣的技術方案來實現的：一種支撐軸力數控液壓控制裝置，包括機櫃，機櫃底部設有油箱，其特徵是油箱上設有油缸接口，油缸接口經管路接液壓柱塞泵，在該管路上安裝有過濾器，液壓柱塞泵連接三相異步電機，三相異步電機上裝有變頻器，變頻器驅動三相異步電機拖動液壓柱塞泵，液壓柱塞泵依照電機轉速的不同輸出不同流量的液壓油。液壓柱塞泵裝有直動插入式溢流閥，液壓柱塞泵輸出的額定壓力是通過直動插入式溢流閥的調節決定的。液壓柱塞泵通過管路連接二位四通電磁換向閥、三位四通電磁換向閥、疊加式液控單向閥及雙作用千斤頂，並形成迴路，液壓柱塞泵出口液壓源經過二位四通電磁換向閥、三位四通電磁換向閥、疊加式液控單向閥到雙作用千斤頂，雙作用千斤頂排出的液壓油經三位四通電磁換向閥、二位四通電磁換向閥，回到油箱。為保障系統的可靠精確運行，在液壓柱塞泵的出口端設置高精度系統壓力傳感器，監測液壓柱塞泵出口壓力。雙作用千斤頂下腔設有高精度埠工作壓力傳感器和壓力表，實時監測雙作用千斤頂壓力的大小。所述的三位四通電磁換向閥、疊加式液控單向閥與雙作用千斤頂迴路構成一個加載與卸載油路。其中加載、卸載功能的實現取決於閥門的工作機能位置。二位四通換向閥引出若干個加載與卸載油路。

機櫃頂部設有無線天線，油箱側面設有液位計，郵箱底部設有排油螺塞，機櫃正面頂部設有若干所述壓力表；壓力表的下側為若干所述手動加載及卸載按鈕；手動加載及卸載按鈕下方左側是電源組件；手動加載及卸載按鈕下方右側是PLC組件；PLC組件的下方是變頻器；機櫃背面頂部設有電源接口及位移線航插接口；其下方是若干三相異步電機、三位四通電磁換向閥、疊加式液控單向閥；上述閥門組成的閥組下方是若干油缸接口。

使用時，過濾器對油箱中的油液進行過濾；三相異步電機通過變頻器來調節轉速，對液壓柱塞泵的輸出流量進行精準的控制；直動插入式溢流閥對油壓進行最大壓力限制保護；系統壓力傳感器用以測得泵站出口端的油壓；二位四通電磁換向閥用以控制液壓油進口端油路的閉合；三位四通電磁換向閥可以切換油液的流向，實現加載與卸載兩個功能；三位四通電磁換向閥結合疊加式液控單向閥，共同控制系統的穩定加載與卸載；埠工作壓力傳感器用以測得油液出口處的工作壓力，壓力表顯示所述埠工作壓力傳感器測得的壓力；雙作用千斤頂連接至油壓系統後可對基坑圍護結構進行精確軸力的施加。一個泵站系統可控制8條油路，各油路通道之間加載卸載互不影響，可實現8個千斤頂的獨立控制。

一種支撐軸力變頻控制方法，其特徵是：系統加載時，變頻器控制所述三相異步電機的轉速來調節液壓柱塞泵以給出系統設定的壓力，二位四通電磁換向閥與三位四通電磁換向閥的PA及BT油路均接通，油液經疊加式液控單向閥給出工作壓力，對雙作用千斤頂進行壓力施加。系統卸載時，二位四通電磁換向閥的PA及BT油路接通，三位四通電磁換向閥的PB及AT油路接通，一部分油壓用以打開疊加式液控單向閥，一部分油壓用以將雙作用千斤頂推回。

當電控系統失效或者系統斷電時，液控單向閥不受影響照常工作，三位四通電磁換向閥處於中位截止狀態，可以實現保壓的功效。

本發明實現的有益效果：本發明提出一種基於數控液壓技術的支撐軸力伺服系統，通過控制變頻電機的轉速直接調整液壓泵輸出的油液流量，不再使用電磁比例溢流閥，降低了系統成本，而且不存在多餘油液重回油箱的情況，降低了系統損壞的風險。本發明使用液控單向閥來提高液壓系統可靠性，使得可靠性有所增強。本發明將電控櫃與泵站櫃兩個控制櫃合二為一，並且每一個數控泵站可以控制8根鋼支撐，提高了施工場地的空間利用。

附圖說明

圖1為本發明支撐軸力伺服系統的液壓工作原理圖。

圖2為本發明支撐軸力伺服系統的單油路液壓工作原理。

圖3為本發明裝置結構示意主視圖。

圖4為本發明裝置結構示意後視圖。

圖中：1、油箱；2、過濾器；3、變頻器；4、三相異步電機；5、液壓柱塞泵；6、直動插入式溢流閥；7、系統壓力傳感器；8、二位四通電磁換向閥；9、三位四通電磁換向閥；10、疊加式液控單向閥；11、埠工作壓力傳感器；12、壓力表；13、雙作用千斤頂；14、無線天線； 15、手動加載及卸載按鈕；16、電源組件；17、PLC組件；18、位移線航插接口；19、電源接口；20、油缸接口；21、液位計；22、排油螺塞。

具體實施方式

為使本發明的目的及工作原理表達更為清楚，下面結合圖1、2、3、4對本發明進行具體實施方式的詳細論述。

一種支撐軸力數控液壓控制裝置，包括機櫃，機櫃底部設有油箱1，油箱上設有油缸接口22，油缸接口22經管路接液壓柱塞泵5，在該管路上安裝有過濾器2，液壓柱塞泵5連接三相異步電機4，三相異步電機4上裝有變頻器3，變頻器3驅動三相異步電機4拖動液壓柱塞泵5，液壓柱塞泵5依照電機轉速的不同輸出不同流量的液壓油。液壓柱塞泵5裝有直動插入式溢流閥6，液壓柱塞泵5輸出的額定壓力是通過直動插入式溢流閥6的調節決定的。液壓柱塞泵5通過管路連接二位四通電磁換向閥8、三位四通電磁換向閥9、疊加式液控單向閥10及雙作用千斤頂13，並形成迴路，液壓柱塞泵5出口液壓源經過二位四通電磁換向閥8、三位四通電磁換向閥9、疊加式液控單向閥10到雙作用千斤頂13，雙作用千斤頂13排出的液壓油經三位四通電磁換向閥9、二位四通電磁換向閥8，回到油箱1。為保障系統的可靠精確運行，在液壓柱塞泵5的出口端設置高精度系統壓力傳感器7，監測液壓柱塞泵5出口壓力。雙作用千斤頂13下腔設有高精度埠工作壓力傳感器11和壓力表12，實時監測雙作用千斤頂13壓力的大小。所述的三位四通電磁換向閥9、疊加式液控單向閥10與雙作用千斤頂13迴路構成一個加載與卸載油路。其中加載、卸載功能的實現取決於閥門的工作機能位置。二位四通換向閥8引出若干個加載與卸載油路。

機櫃頂部設有無線天線14，油箱側面設有液位計21，郵箱底部設有排油螺塞22，機櫃正面頂部設有若干所述壓力表12；壓力表12的下側為若干所述手動加載及卸載按鈕15；手動加載及卸載按鈕15下方左側是電源組件16；手動加載及卸載按鈕15下方右側是PLC組件17（廠家為西門子，型號為S7-200）；PLC組件17的下方是變頻器3；機櫃背面頂部設有電源接口19及位移線航插接口18；其下方是若干三相異步電機4、三位四通電磁換向閥9、疊加式液控單向閥10；上述閥門組成的閥組下方是若干油缸接口20。

當系統需要進行加載時，按下數控泵站上的所述手動加載按鈕15，所述液壓柱塞泵5開始工作，作用於所述油箱1，使其中的油液通過所述過濾器2的過濾後輸出，所述變頻器3控制所述三相異步電機4的轉速來調節所述液壓柱塞泵5以給出系統要求達到的工作壓力，所述系統壓力傳感器7測量泵站出口端的油壓，所述二位四通電磁換向閥8與所述三位四通電磁換向閥9的PA及BT油路均接通，油液經所述疊加式液控單向閥10給出工作壓力，保證在加載時單向進油，所述埠工作壓力傳感器11測得出口處油液的工作壓力，並經過所述壓力表12顯示測量結果，所述雙作用千斤頂13連接到液壓系統後可實現對基坑圍護結構的精確加載。

當系統需要進行卸載時，按下數控泵站上的所述手動卸載按鈕15，所述二位四通電磁換向閥8的PA及BT油路接通，所述三位四通電磁換向閥9的PB及AT油路接通，一部分油壓用以打開所述疊加式液控單向閥10，實現卸載時油路的返回，一部分油壓用於將所述雙作用千斤頂13推回，完成油壓的反向施加，即卸載。

系統分時分步對各油路進行加載與卸載，在某一加載與卸載油路進行加載或卸載時，其餘油路均應關閉各自所述三位四通電磁換向閥9，維持其當前油壓，以保證各油路之間相互獨立，互不影響。

如果電控系統失效或者系統斷電時，所述疊加式液控單向閥10不受影響照常工作，所述三位四通電磁換向閥9處於中位截止狀態，可以實現保壓的功效。

本發明提高了現有支撐軸力伺服系統的可靠性及安全性。