一种支撑轴力数控液压装置及变频控制方法与流程

本发明涉及基坑开挖时对基坑围护结构进行支护的一种数控液压技术领域，特别涉及一种支撑轴力数控液压装置及其变频控制方法。

背景技术：

目前较多的支撑轴力伺服系统，其液压部分均采用电磁比例溢流阀对支撑轴力进行调节，并仅通过机械锁来做为系统可靠性的保证。工作原理是液压泵不断输出油液，多余油液通过比例溢流阀重回油箱。比例溢流阀是一种对油品质量要求很高的精密液压阀门，但在施工过程中需要经常进行钢支撑伺服端头的更换，泥浆杂质易于混入液压系统，造成比例溢流阀的损坏率较高。同时电磁比例溢流阀必须带电作业，系统断电后也会造成钢支撑失压。

为了解决上述问题，大多数轴力伺服系统通过增加机械锁来避免比例溢流阀失效而导致轴力突然下降的风险。然而，机械锁在使用过程中存在一定的问题：在基坑围护结构水平作用力增大的情况下，千斤顶活塞杆回缩，机械锁锁紧，此时，围护结构的压力由液压系统工作压力与机械锁支撑力共同承担，而系统监测到的压力仅仅是液压压力，机械锁承担的力无法测得，所以无法得到围护结构的真实压力，难以准确指导伺服系统的支撑工作。并且，当围护结构水平作用力增大到到一定值时，其将受钢支撑冲切而破坏。因此，有必要采用新的支护体系，以提高系统的可靠性。

目前支撑轴力伺服系统的数控泵站大都是由一个电控柜和一个泵站柜共同组合进行工作的，并且一个组合通常可以控制4根钢支撑，如此一来，在施工现场上就出现较多的组合控制柜，控制每4根钢支撑就要在基坑边上放置两台控制柜，占用了施工场地很大的空间，并且装置本身过于繁琐笨重，也给移动和运输带来不便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种支撑轴力数控液压装置及其变频控制方法，主要解决支撑轴力伺服系统采用溢流阀易损坏从而导致系统失效的技术问题。

本发明的思路是不再使用电磁比例溢流阀，而是通过变频器控制电机的转速直接调整液压泵输出的油液流量，从而降低了系统失效的概率；本发明使用液控单向阀来保证液压系统的安全。

本发明提出的支撑轴力伺服系统的数控泵站，是将传统电控柜与泵站柜两个控制柜合二为一，并且每一个数控泵站可以控制8根钢支撑，大大提高了施工场地的空间利用。

为了解决上述技术问题，本发明是采用这样的技术方案来实现的：一种支撑轴力数控液压控制装置，包括机柜，机柜底部设有油箱，其特征是油箱上设有油缸接口，油缸接口经管路接液压柱塞泵，在该管路上安装有过滤器，液压柱塞泵连接三相异步电机，三相异步电机上装有变频器，变频器驱动三相异步电机拖动液压柱塞泵，液压柱塞泵依照电机转速的不同输出不同流量的液压油。液压柱塞泵装有直动插入式溢流阀，液压柱塞泵输出的额定压力是通过直动插入式溢流阀的调节决定的。液压柱塞泵通过管路连接二位四通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀、叠加式液控单向阀及双作用千斤顶，并形成回路，液压柱塞泵出口液压源经过二位四通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀、叠加式液控单向阀到双作用千斤顶，双作用千斤顶排出的液压油经三位四通电磁换向阀、二位四通电磁换向阀，回到油箱。为保障系统的可靠精确运行，在液压柱塞泵的出口端设置高精度系统压力传感器，监测液压柱塞泵出口压力。双作用千斤顶下腔设有高精度端口工作压力传感器和压力表，实时监测双作用千斤顶压力的大小。所述的三位四通电磁换向阀、叠加式液控单向阀与双作用千斤顶回路构成一个加载与卸载油路。其中加载、卸载功能的实现取决于阀门的工作机能位置。二位四通换向阀引出若干个加载与卸载油路。

机柜顶部设有无线天线，油箱侧面设有液位计，邮箱底部设有排油螺塞，机柜正面顶部设有若干所述压力表；压力表的下侧为若干所述手动加载及卸载按钮；手动加载及卸载按钮下方左侧是电源组件；手动加载及卸载按钮下方右侧是PLC组件；PLC组件的下方是变频器；机柜背面顶部设有电源接口及位移线航插接口；其下方是若干三相异步电机、三位四通电磁换向阀、叠加式液控单向阀；上述阀门组成的阀组下方是若干油缸接口。

使用时，过滤器对油箱中的油液进行过滤；三相异步电机通过变频器来调节转速，对液压柱塞泵的输出流量进行精准的控制；直动插入式溢流阀对油压进行最大压力限制保护；系统压力传感器用以测得泵站出口端的油压；二位四通电磁换向阀用以控制液压油进口端油路的闭合；三位四通电磁换向阀可以切换油液的流向，实现加载与卸载两个功能；三位四通电磁换向阀结合叠加式液控单向阀，共同控制系统的稳定加载与卸载；端口工作压力传感器用以测得油液出口处的工作压力，压力表显示所述端口工作压力传感器测得的压力；双作用千斤顶连接至油压系统后可对基坑围护结构进行精确轴力的施加。一个泵站系统可控制8条油路，各油路通道之间加载卸载互不影响，可实现8个千斤顶的独立控制。

一种支撑轴力变频控制方法，其特征是：系统加载时，变频器控制所述三相异步电机的转速来调节液压柱塞泵以给出系统设定的压力，二位四通电磁换向阀与三位四通电磁换向阀的PA及BT油路均接通，油液经叠加式液控单向阀给出工作压力，对双作用千斤顶进行压力施加。系统卸载时，二位四通电磁换向阀的PA及BT油路接通，三位四通电磁换向阀的PB及AT油路接通，一部分油压用以打开叠加式液控单向阀，一部分油压用以将双作用千斤顶推回。

当电控系统失效或者系统断电时，液控单向阀不受影响照常工作，三位四通电磁换向阀处于中位截止状态，可以实现保压的功效。

本发明实现的有益效果：本发明提出一种基于数控液压技术的支撑轴力伺服系统，通过控制变频电机的转速直接调整液压泵输出的油液流量，不再使用电磁比例溢流阀，降低了系统成本，而且不存在多余油液重回油箱的情况，降低了系统损坏的风险。本发明使用液控单向阀来提高液压系统可靠性，使得可靠性有所增强。本发明将电控柜与泵站柜两个控制柜合二为一，并且每一个数控泵站可以控制8根钢支撑，提高了施工场地的空间利用。

附图说明

图1为本发明支撑轴力伺服系统的液压工作原理图。

图2为本发明支撑轴力伺服系统的单油路液压工作原理。

图3为本发明装置结构示意主视图。

图4为本发明装置结构示意后视图。

图中：1、油箱；2、过滤器；3、变频器；4、三相异步电机；5、液压柱塞泵；6、直动插入式溢流阀；7、系统压力传感器；8、二位四通电磁换向阀；9、三位四通电磁换向阀；10、叠加式液控单向阀；11、端口工作压力传感器；12、压力表；13、双作用千斤顶；14、无线天线； 15、手动加载及卸载按钮；16、电源组件；17、PLC组件；18、位移线航插接口；19、电源接口；20、油缸接口；21、液位计；22、排油螺塞。

具体实施方式

为使本发明的目的及工作原理表达更为清楚，下面结合图1、2、3、4对本发明进行具体实施方式的详细论述。

一种支撑轴力数控液压控制装置，包括机柜，机柜底部设有油箱1，油箱上设有油缸接口22，油缸接口22经管路接液压柱塞泵5，在该管路上安装有过滤器2，液压柱塞泵5连接三相异步电机4，三相异步电机4上装有变频器3，变频器3驱动三相异步电机4拖动液压柱塞泵5，液压柱塞泵5依照电机转速的不同输出不同流量的液压油。液压柱塞泵5装有直动插入式溢流阀6，液压柱塞泵5输出的额定压力是通过直动插入式溢流阀6的调节决定的。液压柱塞泵5通过管路连接二位四通电磁换向阀8、三位四通电磁换向阀9、叠加式液控单向阀10及双作用千斤顶13，并形成回路，液压柱塞泵5出口液压源经过二位四通电磁换向阀8、三位四通电磁换向阀9、叠加式液控单向阀10到双作用千斤顶13，双作用千斤顶13排出的液压油经三位四通电磁换向阀9、二位四通电磁换向阀8，回到油箱1。为保障系统的可靠精确运行，在液压柱塞泵5的出口端设置高精度系统压力传感器7，监测液压柱塞泵5出口压力。双作用千斤顶13下腔设有高精度端口工作压力传感器11和压力表12，实时监测双作用千斤顶13压力的大小。所述的三位四通电磁换向阀9、叠加式液控单向阀10与双作用千斤顶13回路构成一个加载与卸载油路。其中加载、卸载功能的实现取决于阀门的工作机能位置。二位四通换向阀8引出若干个加载与卸载油路。

机柜顶部设有无线天线14，油箱侧面设有液位计21，邮箱底部设有排油螺塞22，机柜正面顶部设有若干所述压力表12；压力表12的下侧为若干所述手动加载及卸载按钮15；手动加载及卸载按钮15下方左侧是电源组件16；手动加载及卸载按钮15下方右侧是PLC组件17（厂家为西门子，型号为S7-200）；PLC组件17的下方是变频器3；机柜背面顶部设有电源接口19及位移线航插接口18；其下方是若干三相异步电机4、三位四通电磁换向阀9、叠加式液控单向阀10；上述阀门组成的阀组下方是若干油缸接口20。

当系统需要进行加载时，按下数控泵站上的所述手动加载按钮15，所述液压柱塞泵5开始工作，作用于所述油箱1，使其中的油液通过所述过滤器2的过滤后输出，所述变频器3控制所述三相异步电机4的转速来调节所述液压柱塞泵5以给出系统要求达到的工作压力，所述系统压力传感器7测量泵站出口端的油压，所述二位四通电磁换向阀8与所述三位四通电磁换向阀9的PA及BT油路均接通，油液经所述叠加式液控单向阀10给出工作压力，保证在加载时单向进油，所述端口工作压力传感器11测得出口处油液的工作压力，并经过所述压力表12显示测量结果，所述双作用千斤顶13连接到液压系统后可实现对基坑围护结构的精确加载。

当系统需要进行卸载时，按下数控泵站上的所述手动卸载按钮15，所述二位四通电磁换向阀8的PA及BT油路接通，所述三位四通电磁换向阀9的PB及AT油路接通，一部分油压用以打开所述叠加式液控单向阀10，实现卸载时油路的返回，一部分油压用于将所述双作用千斤顶13推回，完成油压的反向施加，即卸载。

系统分时分步对各油路进行加载与卸载，在某一加载与卸载油路进行加载或卸载时，其余油路均应关闭各自所述三位四通电磁换向阀9，维持其当前油压，以保证各油路之间相互独立，互不影响。

如果电控系统失效或者系统断电时，所述叠加式液控单向阀10不受影响照常工作，所述三位四通电磁换向阀9处于中位截止状态，可以实现保压的功效。

本发明提高了现有支撑轴力伺服系统的可靠性及安全性。