本發(fā)明涉及基坑開挖時對基坑圍護結(jié)構(gòu)進行支護的一種數(shù)控液壓技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種支撐軸力數(shù)控液壓裝置及其變頻控制方法。

背景技術(shù)：

目前較多的支撐軸力伺服系統(tǒng)，其液壓部分均采用電磁比例溢流閥對支撐軸力進行調(diào)節(jié)，并僅通過機械鎖來做為系統(tǒng)可靠性的保證。工作原理是液壓泵不斷輸出油液，多余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(zhì)量要求很高的精密液壓閥門，但在施工過程中需要經(jīng)常進行鋼支撐伺服端頭的更換，泥漿雜質(zhì)易于混入液壓系統(tǒng)，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(yè)，系統(tǒng)斷電后也會造成鋼支撐失壓。

為了解決上述問題，大多數(shù)軸力伺服系統(tǒng)通過增加機械鎖來避免比例溢流閥失效而導(dǎo)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(jié)構(gòu)水平作用力增大的情況下，千斤頂活塞桿回縮，機械鎖鎖緊，此時，圍護結(jié)構(gòu)的壓力由液壓系統(tǒng)工作壓力與機械鎖支撐力共同承擔，而系統(tǒng)監(jiān)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(jié)構(gòu)的真實壓力，難以準確指導(dǎo)伺服系統(tǒng)的支撐工作。并且，當圍護結(jié)構(gòu)水平作用力增大到到一定值時，其將受鋼支撐沖切而破壞。因此，有必要采用新的支護體系，以提高系統(tǒng)的可靠性。

目前支撐軸力伺服系統(tǒng)的數(shù)控泵站大都是由一個電控柜和一個泵站柜共同組合進行工作的，并且一個組合通?？梢钥刂?根鋼支撐，如此一來，在施工現(xiàn)場上就出現(xiàn)較多的組合控制柜，控制每4根鋼支撐就要在基坑邊上放置兩臺控制柜，占用了施工場地很大的空間，并且裝置本身過于繁瑣笨重，也給移動和運輸帶來不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種支撐軸力數(shù)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(tǒng)采用溢流閥易損壞從而導(dǎo)致系統(tǒng)失效的技術(shù)問題。

本發(fā)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(zhuǎn)速直接調(diào)整液壓泵輸出的油液流量，從而降低了系統(tǒng)失效的概率；本發(fā)明使用液控單向閥來保證液壓系統(tǒng)的安全。

本發(fā)明提出的支撐軸力伺服系統(tǒng)的數(shù)控泵站，是將傳統(tǒng)電控柜與泵站柜兩個控制柜合二為一，并且每一個數(shù)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(shù)問題，本發(fā)明是采用這樣的技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種支撐軸力數(shù)控液壓控制裝置，包括機柜，機柜底部設(shè)有油箱，其特征是油箱上設(shè)有油缸接口，油缸接口經(jīng)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(qū)動三相異步電機拖動液壓柱塞泵，液壓柱塞泵依照電機轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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，并形成回路，液壓柱塞泵出口液壓源經(jīng)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(jīng)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(tǒng)的可靠精確運行，在液壓柱塞泵的出口端設(shè)置高精度系統(tǒng)壓力傳感器，監(jiān)測液壓柱塞泵出口壓力。雙作用千斤頂下腔設(shè)有高精度端口工作壓力傳感器和壓力表，實時監(jiān)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回路構(gòu)成一個加載與卸載油路。其中加載、卸載功能的實現(xiàn)取決于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。

機柜頂部設(shè)有無線天線，油箱側(cè)面設(shè)有液位計，郵箱底部設(shè)有排油螺塞，機柜正面頂部設(shè)有若干所述壓力表；壓力表的下側(cè)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(cè)是電源組件；手動加載及卸載按鈕下方右側(cè)是PLC組件；PLC組件的下方是變頻器；機柜背面頂部設(shè)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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)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(tǒng)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(xiàn)加載與卸載兩個功能；三位四通電磁換向閥結(jié)合疊加式液控單向閥，共同控制系統(tǒng)的穩(wěn)定加載與卸載；端口工作壓力傳感器用以測得油液出口處的工作壓力，壓力表顯示所述端口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(tǒng)后可對基坑圍護結(jié)構(gòu)進行精確軸力的施加。一個泵站系統(tǒng)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(xiàn)8個千斤頂?shù)莫毩⒖刂啤?/p>

一種支撐軸力變頻控制方法，其特征是：系統(tǒng)加載時，變頻器控制所述三相異步電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)液壓柱塞泵以給出系統(tǒng)設(shè)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(jīng)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(tǒng)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(tǒng)失效或者系統(tǒng)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于中位截止狀態(tài)，可以實現(xiàn)保壓的功效。

本發(fā)明實現(xiàn)的有益效果：本發(fā)明提出一種基于數(shù)控液壓技術(shù)的支撐軸力伺服系統(tǒng)，通過控制變頻電機的轉(zhuǎn)速直接調(diào)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(tǒng)成本，而且不存在多余油液重回油箱的情況，降低了系統(tǒng)損壞的風險。本發(fā)明使用液控單向閥來提高液壓系統(tǒng)可靠性，使得可靠性有所增強。本發(fā)明將電控柜與泵站柜兩個控制柜合二為一，并且每一個數(shù)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(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的液壓工作原理圖。

圖2為本發(fā)明支撐軸力伺服系統(tǒng)的單油路液壓工作原理。

圖3為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意主視圖。

圖4為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意后視圖。

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(tǒng)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、端口工作壓力傳感器；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(fā)明的目的及工作原理表達更為清楚，下面結(jié)合圖1、2、3、4對本發(fā)明進行具體實施方式的詳細論述。

一種支撐軸力數(shù)控液壓控制裝置，包括機柜，機柜底部設(shè)有油箱1，油箱上設(shè)有油缸接口22，油缸接口22經(jīng)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(qū)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(zhuǎn)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(diào)節(jié)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，并形成回路，液壓柱塞泵5出口液壓源經(jīng)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(jīng)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(tǒng)的可靠精確運行，在液壓柱塞泵5的出口端設(shè)置高精度系統(tǒng)壓力傳感器7，監(jiān)測液壓柱塞泵5出口壓力。雙作用千斤頂13下腔設(shè)有高精度端口工作壓力傳感器11和壓力表12，實時監(jiān)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回路構(gòu)成一個加載與卸載油路。其中加載、卸載功能的實現(xiàn)取決于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。

機柜頂部設(shè)有無線天線14，油箱側(cè)面設(shè)有液位計21，郵箱底部設(shè)有排油螺塞22，機柜正面頂部設(shè)有若干所述壓力表12；壓力表12的下側(cè)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(cè)是電源組件16；手動加載及卸載按鈕15下方右側(cè)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；機柜背面頂部設(shè)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(tǒng)需要進行加載時，按下數(shù)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，作用于所述油箱1，使其中的油液通過所述過濾器2的過濾后輸出，所述變頻器3控制所述三相異步電機4的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)所述液壓柱塞泵5以給出系統(tǒng)要求達到的工作壓力，所述系統(tǒng)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(jīng)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，所述端口工作壓力傳感器11測得出口處油液的工作壓力，并經(jīng)過所述壓力表12顯示測量結(jié)果，所述雙作用千斤頂13連接到液壓系統(tǒng)后可實現(xiàn)對基坑圍護結(jié)構(gòu)的精確加載。

當系統(tǒng)需要進行卸載時，按下數(shù)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(xiàn)卸載時油路的返回，一部分油壓用于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(tǒng)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，其余油路均應(yīng)關(guān)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(tǒng)失效或者系統(tǒng)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處于中位截止狀態(tài)，可以實現(xiàn)保壓的功效。

本發(fā)明提高了現(xiàn)有支撐軸力伺服系統(tǒng)的可靠性及安全性。