CN103047202A - 综合实验平台的液压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种综合实验平台的液压系统，包括油箱、主供油路、总压力油路、总泄油路、总回油路以及液压控制回路，所述油箱依次经过主供油路、总压力油路后与液压控制回路的供油口连接，而液压控制回路的回油口经总回油路汇总后通过回油滤油器与油箱连接、液压控制回路的泄油口经总泄油路汇总后与油箱连接；所述液压控制回路包括移动工作台升降液压回路、Z向液压缸控制回路、X向液压缸控制回路以及Y向液压缸控制回路；所述主供油路配置有辅助保压油路，因此，本发明能够使得实验平台自动实现移动工作台升降以及X/Y/Z三个方向加载，满足实验平台不同的功能动作需求。另外，该液压系统具有长期保压功能，且安装空间紧凑，能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种综合实验平台的液压系统，主要应用于隧道、矿山、地下工程等综合实验平台的动力供给，属于液压传动技术领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展,城市建设规模不断扩大，城市发展与土地资源短缺的矛盾越来越突出，近年来,我国越来越重视城市地下空间的利用，并在政策上给予大力支持。而能够研究在开挖效应下，影响不同支护结构稳定性的综合试验研究平台是地下工程关键技术研究的重要技术平台。在这种需求下，隧道、矿山及地下工程综合实验平台应运而生。为了达到该实验平台的功能与动作要求，要求开发一种用于该实验平台的液压系统，与电控部分配合，以实现实验平台的自动控制。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种综合实验平台的液压系统，以为隧道、矿山及地下工程等综合实验平台提供动力，与电控部分配合后，能够实现实验平台的运动控制，完成相应功能的机械动作。该液压系统能够使得实验平台自动实现移动工作台升降以及X/Y/Z三个方向加载，满足实验平台不同的功能动作需求。另外，该液压系统具有长期保压功能，且安装空间紧凑，能耗低。
为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种综合实验平台的液压系统，包括油箱、主供油路、总压力油路、总泄油路、总回油路以及液压控制回路，所述油箱依次经过主供油路、总压力油路后与液压控制回路的供油口连接，而液压控制回路的回油口经总回油路汇总后通过回油滤油器与油箱连接、液压控制回路的泄油口经总泄油路汇总后与油箱连接；所述液压控制回路包括用于控制实验平台的加载箱作升降运动的移动工作台升降液压回路、用于控制实验平台的加载箱上顶面作Z向加载的Z向液压缸控制回路、用于控制实验平台的加载箱作X方向水平加载的X向液压缸控制回路以及用于控制实验平台的加载箱作Y向水平加载的Y向液压缸控制回路；所述主供油路配置有辅助保压油路，该主供油路包括顺序连接在油箱出油口与总压力油路之间的油泵电机组和大流量单向阀，而辅助保压油路则包括顺序连接在油箱出油口与总压力油路之间的定量柱塞泵和小流量单向阀；且大流量单向阀以及小流量单向阀的出油口均与压力表开关a连接，该压力表开关a与分别显示油泵电机组、定量柱塞泵出口压力的压力表连接，同时大流量单向阀以及小流量单向阀的出油口通过电磁溢流阀与回油滤油器连接。
所述移动工作台升降液压回路包括顺序连接的叠加式减压阀a、二位三通电磁球阀以及升降液压缸，且叠加式减压阀a的T口与总泄油路连接，而二位三通电磁球阀的T口通过节流阀与总回油路连接。
所述Z向液压缸控制回路包括三位四通电磁换向阀a以及Z向竖直加载液压缸，该三位四通电磁换向阀a的P口与总压力油路连接、B口与Z向竖直加载液压缸的进油口连接、A口则与液控单向阀连接、T口与总回油路连接，所述液控单向阀a的B口和X口分别与相应Z向竖直加载液压缸的无杆腔油口和有杆腔油口连接；所述Z向竖直加载液压缸的无杆腔油口分别安装有用于反馈该Z向竖直加载液压缸预设油压电信号的压力继电器a、用于测定其无杆腔压力的压力表开关b，且Z向竖直加载液压缸配置有控制活塞杆行程的行程开关a，三位四通电磁换向阀a的A口安装有用于测定该路油压的压力传感器a。
所述X向液压缸控制回路、Y向液压缸控制回路均包括三层结构相同的水平液压缸控制回路，每一层水平液压缸控制回路均包括三位四通电磁换向阀b以及水平加载液压缸，该三位四通电磁换向阀b的P口通过叠加式减压阀b与总压力油路连接、A口与液控单向阀b的A口连接、B口与水平加载液压缸的有杆腔油口连接、T口与总回油路连接，所述叠加式减压阀b的T口与总泄油路连接，液控单向阀b的B口和X口分别与相应水平加载液压缸的无杆腔油口和有杆腔油口连接；所述水平加载液压缸的无杆腔油口分别安装有用于反馈该水平加载液压缸预设油压电信号的压力继电器b、用于测定其无杆腔压力的压力表开关c，且水平加载液压缸配置有控制活塞杆行程的行程开关b，三位四通电磁换向阀b的A口安装有用于测定该路油压的压力传感器b。
所述Z向液压缸控制回路、X向液压缸控制回路以及Y向液压缸控制回路中所采用的压力表开关b、c均为六点压力表开关，其中：Z向液压缸控制回路中，包括四个并行设置的竖直加载液压缸，总压力油路、移动工作台升降油路、Z向液压缸控制回路的四个并行设置的竖直加载液压缸共用第一个六点压力表开关；X向液压缸控制回路的三层水平液压缸控制回路中，每层水平液压缸控制回路均包含4个并行设置的水平加载液压缸，共组成12个水平加载液压缸，该12个水平加载液压缸等分成两组后对称布置，处于同一安装面的6个水平加载液压缸共用第二个六点压力表开关，而处于另一对称安装面的6个水平加载液压缸共用第三个六点压力表开关；Y向液压缸控制回路的三层水平液压缸控制回路中，每层水平液压缸控制回路均包含4个并行设置的水平加载液压缸，共组成12个水平加载液压缸，该12个水平加载液压缸等分成两组后对称布置，处于同一安装面的6个水平加载液压缸共用第四个六点压力表开关，而处于另一对称安装面的6个水平加载液压缸共用第五个六点压力表开关。
所述二位三通电磁球阀为C型，而三位四通电磁换向阀a、b为J型。
根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：
1、本发明通过一个总压力油路分别对移动工作台升降液压回路、Z向液压缸控制回路、Y向液压缸控制回路、X向液压缸控制回路提供压力油，从而实现实验平台的不同功能动作需求；
2、本发明采用由泵电机组、大流量单向阀构成的主供油路作为总压力油路的主要压力油供给，可以有效地节省该液压系统的安装空间；同时该主供油路还配置由定量柱塞泵、小流量单向阀构成的辅助保压油路，则在三相异步电动机带动定量柱塞泵运转时，能够长期为系统提供液压油，使加载力维持恒定，从而确保试验参数的准确，即系统处于长期保压状态；另外，大流量单向阀和小流量单向阀在流量大小控制上无控制要求，大流量单向阀与主油泵连接，通流量大，小流量单向阀与补油泵连接，通流量小，其作用是防止油液回流损伤油泵；
3、本发明所述的液压控制回路中，采用叠加式的减压阀以及与其配合安装的板式三位四通电磁换向阀、二位三通电磁球阀，进一步地节省了液压系统的安装空间；同时该液压控制回路中，采用了液控单向阀，由于液控单向阀无泄油口，因此，无需其他外加作用，即可实现液控单向阀的锁止功能，使得系统处于临时保压状态，因此，本发明具有不同等级的保压功能；
4、本申请中，Z向液压缸控制回路为什么并行设置四个竖直加载液压缸，目的是加载箱的上顶面在加载时均匀受力；X/Y向液压缸控制回路具有三层水平液压缸控制回路的缘由是实现分层加载，模拟地下空间不同层次的内部应力状态；再有，本申请采用六点压力表开关进行压力测量，原因在于一个六点压力表开关可以测六个点的压力，而传统压力表只可测量一个点的压力，该系统需测量的点数多，用六点压力表开关可以大大减少压力表数量，节约成本，装配容易；
5、本发明所述液压系统选用了常开式的电磁溢流阀，电磁铁得电后起溢流阀作用，失电后起卸荷作用，可以避免系统温升过高，从而达到节能目的；
6、本发明具有电检测系统和物理检测系统，便于相互参照比对，以及构成自动控制系统，进一步确保了实验在可控环境下进行。
附图说明
图1是本发明的液压原理图。
图2是本发明的移动工作台升降液压回路原理图。
图3是本发明的上顶面（Z向）液压缸控制回路原理图。
图4是本发明的水平（X/Y向）液压缸控制回路原理图。
其中：1为油泵电机组；2为大流量单向阀；3为电磁溢流阀；4为小流量单向阀；5为三相异步电动机；6为节流阀；7为叠加式减压阀；8为三位四通电磁换向阀；9为二位三通电磁球阀；10为液控单向阀；11为压力继电器；12.1~12.5为六点压力表开关；13为水平加载液压缸；14为竖直加载液压缸；15为升降液压缸；16为双筒回油滤油器；17为液位液温计；18为空气滤清器；19为放油螺塞；20为油箱；21为压力表开关；22为压力表；23为压力传感器；24为行程开关；25为定量柱塞泵。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
参照图1，本发明所述综合实验平台的液压系统，包括油泵电机组1、大流量单向阀2、电磁溢流阀3、小流量单向阀4、三相异步电动机5、节流阀6、叠加式减压阀7、三位四通电磁换向阀8、二位三通电磁球阀9、液控单向阀10、压力继电器11、六点压力表开关12.1~12.5、水平加载液压缸13、竖直加载液压缸14、升降液压缸15、双筒回油滤油器16、液位液温计17、空气滤清器18、放油螺塞19、油箱20、压力表开关21、压力表22、压力传感器23、行程开关24、定量柱塞泵25。油泵电机组1的油泵进口和泄油口接油箱20，出口连接大流量单向阀2的A口，三相异步电动机5驱动定量柱塞泵25，定量柱塞泵25的进口和泄油口接油箱20，出口接小流量单向阀4的A口，大流量单向阀2和小流量单向阀4的B口接总压力油路以及电磁溢流阀3的A口和压力表开关21，电磁溢流阀3的B口经双筒回油滤油器16接回油箱20。总压力油路给8个分液压回路供油。总泄油路接回油箱20，总回油路经双筒回油滤油器16接回油箱20，油箱20上安装有液位液温计17、空气滤清器18和放油螺塞19。
压力表22接在压力表开关21上测量并显示两个油泵的出口压力。7个压力传感器23接于各三位四通电磁换向阀8的A口测量压力，并给出模拟电信号。压力继电器11接于各竖直加载液压缸14和各个水平加载液压缸13的无杆腔油口，在达到设定压力后发出电信号。六点压力表开关12.1测量总压力油路、移动工作台升降油路、上顶面四个竖直加载液压缸14的无杆腔压力。六点压力表开关12.2测量X方向第一、二、三层处在同一安装面上的6个水平加载液压缸13的无杆腔压力。六点压力表开关12.3测量X方向第一、二、三层处在另一对称安装面上的6个水平加载液压缸13的无杆腔压力。六点压力表开关12.4测量Y方向第一、二、三层处在同一安装面上的6个水平加载液压缸13的无杆腔压力。六点压力表开关12.5测量Y方向第一、二、三层处在另一对称安装面上的6个水平加载液压缸13的无杆腔压力。4个竖直加载液压缸14和24个水平加载液压缸13安装有行程开关，活塞杆到达指定位置后给出电信号，用以控制活塞杆的运动。
参照图2，移动工作台升降回路部分，减压阀7的P口接总压力油路，A口接二位三通电磁球阀9的P口，T口接总泄油路，二位三通电磁球阀9的A口接四个升降液压缸15的油口，T口经节流阀6接总回油路。
参照图3，上顶面液压缸控制回路部分，三位四通电磁换向阀8的P口接总压力油路，A口分支为四路，分别接液控单向阀10的A口，其B口分支为四路分别接竖直加载液压缸14的有杆腔油口，其T口接总回油管，各液控单向阀10的B口和X口分别接相应竖直加载液压缸14的无杆腔油口和有杆腔油口。
参照图4，水平X/Y方向第一层、第二层、第三层液压回路的结构相同，以X方向第二层液压回路为例，减压阀7的P口接总压力油路，A口接三位四通电磁换向阀8的P口，T口接总泄油路，三位四通电磁换向阀8的P口接减压阀7的A口，其A口分支为四路，分别接液控单向阀10的A口，其B口分支为四路分别接水平加载液压缸13的有杆腔油口，其T口接总回油管，各液控单向阀10的B口和X口分别接相应水平加载液压缸13的无杆腔油口和有杆腔油口。
本发明的工作原理为：
油泵电机组1作为主油泵给系统供油。电磁溢流阀3为常开式，电磁铁得电后起溢流阀作用，失电后起卸荷作用，可以避免系统温升过高，从而达到节能目的。升降液压缸15为柱塞缸，二位三通电磁球阀9为C型，其电磁铁得电后，升降液压缸15柱塞上升，电磁铁失电后，柱塞下降。可以调节减压阀7的压力设定值，从而使升降液压缸15在合适的压力下工作，升降实验平台的移动工作台部分。三位四通电磁换向阀8为J型，其左位和右位分别实现竖直加载液压缸14或者水平加载液压缸13的工退和工进。可以调节减压阀7的压力设定值，从而使水平加载液压缸13在合适的压力下工作，对试件进行水平方向加压。液控单向阀10无泄油口，当液压缸无杆腔压力达到压力继电器11的设定值，压力继电器11发出电信号，通过控制系统使三位四通电磁换向阀8处于中位，竖直加载液压缸14或者水平加载液压缸13停止运动，液控单向阀10可实现临时保压功能。当所有压力继电器11都动作，则液压系统进入保压阶段，油泵电机组1停机，定量柱塞泵25作为补油泵开始运转，给系统长期保压。保压过程结束后，竖直加载液压缸14和水平加载液压缸13工退，行程开关24设置在零位，液压缸活塞杆接触行程开关24后，由行程开关24发出电信号，通过控制系统使三位四通电磁换向阀8进入中位，使加载液压缸14和水平加载液压缸13回到零位。
在权利要求书以及说明书中发明内容部分，为区别同一类部件在该液压系统中安装位置的不同，本申请在该类部件的结尾处标注不同字母以示区别；其中：
压力表开关a：安装在大流量单向阀以及小流量单向阀的出油口（B口）；压力表开关b：用于测定Z向竖直加载液压缸的无杆腔压力；压力表开关c：用于测定水平加载液压缸的无杆腔压力；
叠加式减压阀a：安装于移动工作台升降液压回路中，其T口与总泄油路，P口与总压力油路连接，A口则与二位三通电磁球阀的P口连接；叠加式减压阀b：安装在水平液压缸控制回路中，共六个，每一个叠加式减压阀b的T口与总泄油路，P口与总压力油路连接，A口则与三位四通电磁换向阀b的P口连接；
三位四通电磁换向阀a：安装于Z向液压缸控制回路中，该三位四通电磁换向阀a的P口接总压力油路，A口分支为四路，分别接液控单向阀a的A口，其B口分支为四路分别接竖直加载液压缸的有杆腔油口，其T口接总回油管；三位四通电磁换向阀b：安装在水平液压缸控制回路中，共六个，每一个三位四通电磁换向阀b的P口接叠加式减压阀b的A口，A口分支为四路，分别接液控单向阀b的A口， B口分支为四路分别接各并行设置水平加载液压缸的有杆腔油口，T口接总回油管；
液控单向阀a：安装于Z向液压缸控制回路中；液控单向阀b：安装在水平液压缸控制回路中；
压力继电器a：安装于Z向液压缸控制回路中；压力继电器b：安装在水平液压缸控制回路中；
压力表开关b：安装于Z向液压缸控制回路中；压力表开关c：安装在水平液压缸控制回路中；
行程开关a：安装于Z向液压缸控制回路中；行程开关b：安装在水平液压缸控制回路中；
压力传感器a：安装于Z向液压缸控制回路中；压力传感器b：安装在水平液压缸控制回路中。
Claims (6)
1.一种综合实验平台的液压系统，包括油箱、主供油路、总压力油路、总泄油路、总回油路以及液压控制回路，所述油箱依次经过主供油路、总压力油路后与液压控制回路的供油口连接，而液压控制回路的回油口经总回油路汇总后通过回油滤油器与油箱连接、液压控制回路的泄油口经总泄油路汇总后与油箱连接；其特征在于：所述液压控制回路包括用于控制实验平台的加载箱作升降运动的移动工作台升降液压回路、用于控制实验平台的加载箱上顶面作Z向加载的Z向液压缸控制回路、用于控制实验平台的加载箱作X方向水平加载的X向液压缸控制回路以及用于控制实验平台的加载箱作Y向水平加载的Y向液压缸控制回路；所述主供油路配置有辅助保压油路，该主供油路包括顺序连接在油箱出油口与总压力油路之间的油泵电机组和大流量单向阀，而辅助保压油路则包括顺序连接在油箱出油口与总压力油路之间的定量柱塞泵和小流量单向阀；且大流量单向阀以及小流量单向阀的出油口均与压力表开关a连接，该压力表开关a与分别显示油泵电机组、定量柱塞泵出口压力的压力表连接，同时大流量单向阀以及小流量单向阀的出油口通过电磁溢流阀与回油滤油器连接。
2.根据权利要求1所述综合实验平台的液压系统，其特征在于：所述移动工作台升降液压回路包括顺序连接的叠加式减压阀a、二位三通电磁球阀以及升降液压缸，且叠加式减压阀a的T口与总泄油路连接，而二位三通电磁球阀的T口通过节流阀与总回油路连接。
3.根据权利要求2所述综合实验平台的液压系统，其特征在于：所述Z向液压缸控制回路包括三位四通电磁换向阀a以及Z向竖直加载液压缸，该三位四通电磁换向阀a的P口与总压力油路连接、B口与Z向竖直加载液压缸的进油口连接、A口则与液控单向阀连接、T口与总回油路连接，所述液控单向阀a的B口和X口分别与相应Z向竖直加载液压缸的无杆腔油口和有杆腔油口连接；所述Z向竖直加载液压缸的无杆腔油口分别安装有用于反馈该Z向竖直加载液压缸预设油压电信号的压力继电器a、用于测定其无杆腔压力的压力表开关b，且Z向竖直加载液压缸配置有控制活塞杆行程的行程开关a，三位四通电磁换向阀a的A口安装有用于测定该路油压的压力传感器a。
4.根据权利要求3所述综合实验平台的液压系统，其特征在于：所述X向液压缸控制回路、Y向液压缸控制回路均包括三层结构相同的水平液压缸控制回路，每一层水平液压缸控制回路均包括三位四通电磁换向阀b以及水平加载液压缸，该三位四通电磁换向阀b的P口通过叠加式减压阀b与总压力油路连接、A口与液控单向阀b的A口连接、B口与水平加载液压缸的有杆腔油口连接、T口与总回油路连接，所述叠加式减压阀b的T口与总泄油路连接，液控单向阀b的B口和X口分别与相应水平加载液压缸的无杆腔油口和有杆腔油口连接；所述水平加载液压缸的无杆腔油口分别安装有用于反馈该水平加载液压缸预设油压电信号的压力继电器b、用于测定其无杆腔压力的压力表开关c，且水平加载液压缸配置有控制活塞杆行程的行程开关b，三位四通电磁换向阀b的A口安装有用于测定该路油压的压力传感器b。
5.根据权利要求4所述综合实验平台的液压系统，其特征在于：所述Z向液压缸控制回路、X向液压缸控制回路以及Y向液压缸控制回路中所采用的压力表开关b、c均为六点压力表开关，其中：Z向液压缸控制回路中，包括四个并行设置的竖直加载液压缸，总压力油路、移动工作台升降油路、Z向液压缸控制回路的四个并行设置的竖直加载液压缸共用第一个六点压力表开关；X向液压缸控制回路的三层水平液压缸控制回路中，每层水平液压缸控制回路均包含4个并行设置的水平加载液压缸，共组成12个水平加载液压缸，该12个水平加载液压缸等分成两组后对称布置，处于同一安装面的6个水平加载液压缸共用第二个六点压力表开关，而处于另一对称安装面的6个水平加载液压缸共用第三个六点压力表开关；Y向液压缸控制回路的三层水平液压缸控制回路中，每层水平液压缸控制回路均包含4个并行设置的水平加载液压缸，共组成12个水平加载液压缸，该12个水平加载液压缸等分成两组后对称布置，处于同一安装面的6个水平加载液压缸共用第四个六点压力表开关，而处于另一对称安装面的6个水平加载液压缸共用第五个六点压力表开关。
6.根据权利要求5所述综合实验平台的液压系统，其特征在于：所述二位三通电磁球阀为C型，而三位四通电磁换向阀a、b为J型。
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