CN103775399A - 用于隧道加载试验平台的液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于隧道加载试验平台的液压系统，包括液压站，执行机构和控制系统，液压站，包括恒压变量泵、电机、显示元件和辅助装置；执行机构，是包括液压缸、推板和推杆三部分组成的拼接加载装置，三部分相互之间采用螺纹连接；整个拼接加载装置由控制系统控制；控制系统，由中心控制元件和辅助控制元件组成，辅助控制元件是底层电磁阀，直接控制液压缸的加载和卸载；中心控制元件为电液伺服阀元件和减压-换向电磁阀元件并行控制；在低压加载时，采用电液伺服阀元件，实现液压油从供油油路至底层电磁阀的输送；在高压加载时，采用减压-换向电磁阀元件控制，液压油是从供油油路经减压阀稳压后，经上层电磁换向阀再进入底层电磁阀。

Description

用于隧道加载试验平台的液压系统

技术领域

本发明属于地下工程模拟试验技术，特别涉及一套基于隧道加载试验平台液压系统的设计，用于实现试验平台的液压加载卸载功能的实现。 

背景技术

隧道结构与围岩相互作用的室内模拟试验装置，国内外已研究较为成熟，每种试验装置也有其相应的液压系统，而该类试验装置的液压系统，设备小型且不涉及加载策略上的设计，常为依靠电液伺服阀作为关键元件来实现油压加载和卸载，系统简单，控制实现的手段单一。但是随着室内模拟试验装置在设计上的提高和规模的扩大，需要能够实现分层加载的试验平台逐渐提上开始投入研发，以往应用与模拟加载试验设计的液压系统已经不满足试验的要求，需要作出相应的调整和改进。 

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一套基于隧道模拟加载试验平台液压系统，旨在完成隧道加载试验平台中均需进行的相关试验。 

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：一种用于隧道模拟加载试验平台液压系统，包括液压站，执行机构，控制系统， 

其中， 

液压站，包括恒压变量泵、电机、显示元件和辅助装置。变量泵与电机实现系统的供油功能，系统中恒压变量泵的最高工作压力25Mpa，工作压力为20Mpa，最大流量是80L/min，排量是63Ml/r。采用的电动机额定功率为37KW，转速为1440r/min。显示元件为包括数字压力表，油滤堵塞报警器、油温报警器等，实现液压信号到电信号的转换，便于配合电控系统实现控制。辅助装置包括冷却箱、油箱、油滤、安全阀、连接软管和硬管等。 

执行机构，是一个由液压缸10、推板8和推杆9三部分组成拼接加载装置，三部分相互之间采用螺纹连接。加载机构依靠液压缸与顶盖板之间的法兰连接固定在试验平台三个加载面。本平台中，两侧壁以及上顶板分别布置的加载机构有6行7列，每侧有42液压缸，三个面共计126个液压缸。整个加载机构由电控系统控制，可在不同的控制方式下，实现组合加载。 

控制系统，是一能够接受电信号对液压系统实现组合式动作加载和卸载的系统。该系统由中心控制元件和辅助控制元件组成。辅助控制元件是底层电磁阀，直接控制液压缸的加载和卸载，中心控制元件为电液伺服阀元件和减压-换向电磁阀元件并行控制。在低压加载时，采用电液伺服阀元件，实现液压油从供油油路至底层电磁阀的输送；在高压加载时，采用减压-换向电磁阀元件控制，液压油是从供油油路经减压阀稳压后，经上层电磁换向阀再进入底层电磁阀。 

本发明的有益效果是：实现了大型隧道模拟加载试验平台液压系统的布置，具体而言： 

1.填补了国内大型隧道模拟加载实验平台液压系统的设计的空白，为隧道模拟加载试验提出可靠的实施办法。 

2.设计了分层加载的硬件实现，简化控制方式，合理分布底层电磁阀，系统地减少了液压缸的控制元件。 

3.执行机构采用组合件间接加载方式，解决了固定和密封的问题，在传递加载压力的的同时，保证液压缸可靠安全使用。 

4.中采用了两种中心控制元件，尤其是在高压条件下采用的减压-换向阀的设计，解决了高压下大量液压缸同时加载油压不稳，发生破坏性振动的问题，实现了装置的合理设计与应用，也实现了在高压和低压下的装置的稳定加载。 

因此，本发明主要解决了大型隧道模拟加载试验平台的液压系统设计的问题，克服了过多液压缸在高压条件下由同一油源加载的油压不稳复杂条件，设计研发出了一套大型隧道模拟加载试验平台的液压系统，旨在完成对平台液压分层加载和整体加载的设计需要，也对对于更好地开展不同开挖步序时围岩的弹塑性变形情况和衬砌结构力学分析，隧道有无注浆时衬砌背后水压、注浆圈外渗透压的大小及分布规律以及渗透参数影响效果等研究具有重要意义。 

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中： 

图1为本发明的右侧壁执行加载装置结构示意图； 

图2为本发明的左侧壁执行加载装置结构示意图； 

图3为本发明的顶面执行加载装置结构示意图； 

图4为本发明的左、右侧壁液压缸的控制示意图； 

图5为本发明的顶面液压缸的控制示意图； 

图6为本发明的顶面液压缸的另一种控制示意图； 

图7为本发明的执行机构示意图； 

图8为本发明的液压站结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步阐述。 

本发明的一种用于隧道模拟加载试验平台液压系统，包括液压站，执行机构，控制系统， 

如图8所示出的，液压站，包括恒压变量泵11、电机12、显示元件13和辅助装置。变量泵与电机实现系统的供油功能，系统中恒压变量泵的最高工作压力25Mpa，工作压力为20Mpa，最大流量是80L/min，排量是63Ml/r。采用的电动机额定功率为37KW，转速为1440r/min。显示元件为包括数字压力表，油滤堵塞报警器、油温报警器等，实现液压信号到电信号的转换，便于配合电控系统实现控制。辅助装置包括冷却箱、油箱、油滤、安全阀、连接软管和硬管等。 

执行机构，是一个由液压缸10、推板8和推杆9三部分组成拼接加载装置，三部分相互之间采用螺纹连接。加载机构依靠液压缸与顶盖板之间的法兰连接固定在试验平台三个加载面。 

液压站，包括恒压变量泵11、电机12、显示元件13和辅助装置。变量泵与电机实现系统的供油功能，系统中恒压变量泵的最高工作压力25Mpa，工作压力为20Mpa，最大流量是80L/min，排量是63Ml/r。采用的电动机额定功率为37KW，转速为1440r/min。显示元件为包括数字压力表，油滤堵塞报警器、油温报警器等，实现液压信号到电信号的转换，便于配合电控系统实现控制。辅助装置包括冷却箱、油箱、油滤、安全阀、连接软管和硬管等。 

由于液压缸数量较多，现统一进行编号。右侧壁用RX-X表示，第一个数字为所在行，第二个数字表示所在列，并且规定离前壁面最近的一列为第列，这样R2-1表示的液压缸如图所示。同样，可以表示出左侧壁的L2-1液压缸。对于顶面，离前壁面最近的一行为第一行，离左壁面最近的一列为第一列，则U2-4如图1、2、3所示。 

如图4所示，两个侧壁所有液压缸的控制方式，采用分阵列方式来运行。由一个控制阀5控制相对的4个底层电磁阀供油压力或者流量，每个底层电磁阀控制3个或4个液压缸的动作，如此可实现液压缸组合加载。 

（1）若要实现只有L2-1～L2-3与对侧的R2-1～R2-3同时加载（每侧3个缸，共计6个缸），实现方法为电磁阀2的#1开启和#2关闭，开启供油截止阀3和回油截止阀4，控制阀5在电磁控制下，向右移，供油的油路到达电磁阀2的#1，从而实现逐步加载。若要实现只有L2-1～L2-3与对侧的R2-1～R2-3同时卸载，实现方法为电磁阀2的#1关闭和#2开启，开启供油截止阀3和回油截止阀4，控制阀5在电磁控制下，向左移，供油的油路到达电磁阀2的#2，从而实现逐步卸载。 

（2）若要实现只有L2-4～L2-7与对侧的R2-4～R2-7同时加载（每侧4个缸，共计8个缸），实现方法为电磁阀2的#3开启和#4关闭，开启供油截止阀3和回油截止阀4，控制阀5在电磁控制下，向右移，供油的油路到达电磁阀3的#1，从而实现逐步加载。若要实现只有L2-4～L2-7与对侧的R2-4～R2-7同时卸载，实现方法为电磁阀2的#3关闭和#4开启，开启供油截止阀3和回油截止阀4，控制阀5在电磁控制下，向左移，供油的油路到达电磁阀3的#4，从而实现逐步卸载。 

（3）若要实现只有L2-1～L2-7与对侧的R2-1～R2-7同时加载（每侧7个缸，共计14个缸），实现方法为电磁阀2的#1和#3开启，#2和#4关闭，开启供油截止阀3和回油截止阀4，控制阀5在电磁控制下，向右移，供油的油路到达电磁阀3的#1和#3，从而实现逐步加载。若要实现只有L2-1～L2-7与对侧的R2-1～R2-7同时卸载，实现方法为电磁阀#1和#3关闭，#2和#4开启，开启供油截止阀3和回油截止阀4，控制阀5在电磁控制下，向左移，供油的油路到达电磁阀3的#2和#4，从而实现逐步卸载。 

如此实现了同一侧一列缸的3种加载方式，可以根据试件填充空间大小调整加载的方式。同理由于液压缸每侧六列，其余的相对的每两列液压缸都由一个控制阀5控制。 

此外顶面的液压缸的组合方式同两侧的一样，只是由于顶部加载没有对侧缸存在，改由一个控制阀5单独驱动，通过调节控制阀5和电磁阀5#～8#，实现3个或4个或7个液压缸加载卸载控制。 

通过这12个伺服阀控制组合，从而实现多种组合加载方式，实现功能上的实现。 

控制阀5由两种实现方法，第一种是伺服阀实现，实现油路的升压和换向（图5所示）。另一种是减压阀和换向阀组合使用的方法实现，这一种方法需要设计相应的液压阀块，且在大流量驱动环境 下优先选择此加载方式。如图6所示，在高压加载时，采用减压-换向电磁阀元件控制，通过调节减压阀7实现压力大小的控制调整，换向电磁阀6有二位可调，液压油是从供油油路经减压阀7稳压后，经上层电磁换向阀6再进入底层电磁阀。对应上述实施方式的左移右移，从而实现功能实现。 

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种用于隧道加载试验平台的液压系统，其特征在于：包括液压站，执行机构和控制系统，其中， 

所述液压站，包括恒压变量泵、电机、显示元件和辅助装置；变量泵与电机实现系统的供油功能， 

所述执行机构，是包括液压缸、推板和推杆三部分组成的拼接加载装置，三部分相互之间采用螺纹连接；拼接加载装置通过法兰连接固定在试验平台的两侧壁以及上顶板三个加载面上；两侧壁以及上顶板分别布置的拼接加载装置有6行7列，每侧有42液压缸，三个面共计126个液压缸；整个拼接加载装置由控制系统控制，在不同的控制方式下，实现组合加载； 

所述控制系统，是一能够接受电信号对液压系统实现组合式动作加载和卸载的系统；该系统由中心控制元件和辅助控制元件组成，辅助控制元件是底层电磁阀，直接控制液压缸的加载和卸载；中心控制元件为电液伺服阀元件和减压-换向电磁阀元件并行控制；在低压加载时，采用电液伺服阀元件，实现液压油从供油油路至底层电磁阀的输送；在高压加载时，采用减压-换向电磁阀元件控制，液压油是从供油油路经减压阀稳压后，经上层电磁换向阀再进入底层电磁阀。 

2.根据权利要求1所述的用于隧道加载试验平台的液压系统，其特征在于，所述的显示元件实现液压信号到电信号的转换，包括数字压力表、油滤堵塞报警器、油温报警器。 

3.根据权利要求1所述的用于隧道加载试验平台的液压系统，所述的辅助装置包括冷却箱、油箱、油滤、安全阀、连接软管和硬管。 

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