CN109555758A - 钢支撑轴力伺服系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种钢支撑轴力伺服系统及控制方法，轴力支撑装置包括支撑筒、液压千斤顶、液压泵站及PLC控制中心，液压千斤顶的油缸固定于支撑筒，活塞的顶伸端连接球面装置和测量活塞位移量的位移传感器，活塞上安装有用于测量活塞轴向受力的测力传感器；液压泵站的供油端安装有用于测量供油压力的液压传感器；PLC控制中心接收液压传感器、测力传感器、位移传感器的信号，将接收的液压传感器、测力传感器信号互相校对采集钢支撑受力，通过位移传感器采集千斤顶伸长量数据，根据主控台设置的目标力进行自动控制。其优点是液压泵站与钢支撑连接为一体，自动测取支撑力并自动进行控制，控制及准确，压力均匀稳定，无需人工进行观察调整，省时省力，效率高。

Description

钢支撑轴力伺服系统及控制方法

技术领域

本发明涉及对轴向力进行支撑技术领域，特别涉及一种钢支撑轴力伺服系统及控制方法。

背景技术

在传统的基坑支撑作业中，通常采用千斤顶安装在基坑内，液压泵站安装在基坑外的分体结构，每个千斤顶均需通过液压油管将基坑内的千斤顶与基坑外的液压泵站连接为液压系统，因此，所连接的油管很长，直接影响施工现场的作业；此外，每个支撑只通过压力表对支撑力进行观察，钢支撑的压力变化无法及时测取，造成控制不及时，压力不稳定，压力不均匀，需人工24小进进行观察调整，费时费力，效率低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种每根钢支撑自己独自使用一个液压泵站，液压泵站与钢支撑连接为一体，自动测取支撑力并自动进行控制，通过人机界面通过互联网将数据上传到云端服务器，业主、监理、施工单位可以在任何有网络的地方用手机、平板、电脑查看钢支撑运行情况的钢支撑轴力伺服系统及控制方法。

本发明的解决方案是这样的：

一种钢支撑轴力伺服系统，包括轴力支撑装置及伺服系统，所述轴力支撑装置包括支撑筒、液压千斤顶、液压泵站及PLC控制中心，所述液压千斤顶的油缸固定于支撑筒，液压千斤顶的活塞的顶伸端连接球面装置和测量活塞位移量的位移传感器，使得支撑筒外端面与球面装置的外端面形成轴力支撑结构，活塞上安装有用于测量活塞轴向受力的测力传感器；所述液压泵站的供油端安装有用于测量供油压力的液压传感器；所述PLC控制中心接收液压传感器、测力传感器、位移传感器的信号，将接收的液压传感器、测力传感器信号互相校对采集钢支撑受力，通过位移传感器采集千斤顶伸长量数据，根据主控台设置的目标力进行自动控制。

更具体的技术方案还包括：所述的活塞为带内孔的结构，所述测力传感器安装于活塞内壁的位置。

进一步的：所述支撑筒的内端面与所述千斤顶的内端面固定连接。

进一步的：所述液压泵站在千斤顶顶伸端油路的单向阀的进油端连接第二数字阀，形成第二路泄压回路；单向阀的出油端连接第一数字阀，形成第一路泄压回路；所述液压传感器接到单向阀的出油端。

进一步的：所述液压泵站为相互独立的双泵头结构，其中第二泵头为千斤顶回程作业供油，第一泵头的千斤顶的顶推作业供油。

进一步的：在活塞前端连接防护罩，所述防护罩为桶形，跟随活塞一起运动，将液压千斤顶及支撑筒罩在防护罩内腔。

进一步的：所述活塞伸出油缸一端开有螺纹，采用螺纹连接结构连接锁紧螺母，在锁紧螺母的侧面与油缸端头相顶时锁紧活塞。

一种钢支撑轴力伺服系统的控制方法，包括步骤：

（1）、测取液压油压力步骤：通过液压传感器测取液压油压力，由PLC控制中心根据测出的液压油压力计算出提供给钢支撑的支撑力F1；

（2）、测取实际支撑力步骤：通过测力传感器测取千斤顶的实际支撑力F2；

（3）、测取活塞位移步骤：通过位移传感器测取活塞的位移；

（4）、钢支撑受力校对控制步骤：如果活塞的位移超出设定值，则PLC控制中心发出报警信号，提示活塞位移超标；在活塞位于设定值范围内时，当实际支撑力F2超过设定支撑力时，PLC控制中心控制对油缸进行泄压，同时对活塞的位移进行检测，如果位移传感器测取活塞的位移超过设定值，PLC控制中心发出报警信号进行报警；当实际支撑力F2小于设定支撑力时，PLC控制中心控制第一泵头对油缸进行补油以增加钢支撑的受力，直到测力传感器测取千斤顶的实际支撑力F2补偿后回到设定的支撑力；

（5）、多重检测步骤：所述步骤（4）中，在PLC控制中心控制对油缸进行泄压完成或者PLC控制中心控制第一泵头对油缸进行补油完成后，返回所述步骤（3），重新通过位移传感器测取活塞的位移。

将上述技术方案中的PLC控制中心与系统的主控台进行人机界面通讯，即可实现采用有线、无线、互联网等任何有网络的地方用手机、夹板电脑、电脑等终端查看或者控制支撑运行情况。

本发明的优点是每根钢支撑自己独自使用一个液压泵站，液压泵站与钢支撑连接为一体，减小油管的长度，提高轴力测量的精度；自动测取支撑力并自动进行控制，过位移传感器测量钢支撑长度的变化，通过液压传感器与测力计双重测量加载轴力的大小；通过人机界面通过互联网将数据上传到云端服务器，业主、监理、施工单位可以在任何有网络的地方用手机、平板、电脑查看钢支撑运行情况，控制及准确，压力稳定，压力均匀，无需人工进行观察调整，省时省力，效率高；液压千斤顶采用双油路，且结构简单，钢支撑轴力施加性能可靠同时生产制作简便；配置锁紧螺母，防止钢支撑失效；液压千斤顶处于防护罩内、液压泵站处于支撑筒内，相关精密的零部件都被有效保护起来，提高设备的安全性、可靠性及耐用性。

附图说明

图1是本发明伺服系统的结构原理示意图。

图2是本发明伺服系统的液压原理示意图。

图3是本发明控制方法的控制流程图。

图4是本发明与主控台进行通讯的示意图。

附图部件明细为：球面装置1、锁紧螺母2、位移传感器3、油缸4、活塞5、密封堵头6、液压传感器7、密封连接板8、防护罩9、支撑筒10、液压泵站11、测力传感器12、第一安全阀13、换向阀14、第二泵头15、第一泵头16、第二安全阀17、第二数字阀18、第一数字阀19、压力表20、单向阀21。

具体实施方式

本发明的伺服系统由主控台与若干个钢支撑轴力伺服装置组成，钢支撑轴力伺服装置又主要由液压泵站与千斤顶组成，钢支撑轴力伺服装置位于基坑内部，主控台位于基坑外部，主控台通过无线信号可以跟若干个钢支撑轴力伺服装置进行通讯，如图4所示。

钢支撑轴力伺服装置内装有独立的控制系统，以PLC为控制核心，通过液压传感器与测力传感器互相较对采集钢支撑受力，通过位移传感器采集千斤顶伸长量数据，根据主控台设置的目标力进行自动控制。当钢支撑受力小于设置下限时，PLC控制油泵启动补偿钢支撑力，当钢支撑受力大于设置上限时，PLC控制第一数字阀19打开，钢支撑以10kN/s速度缓慢泄力。系统在补偿力或泄力同时判断千斤顶位移是否在设置范围内，当超过设置值时系统及时作出报警提示。

本发明伺服系统的结构如图1所示，包括轴力支撑装置及伺服系统，所述轴力支撑装置包括支撑筒10、液压千斤顶、液压泵站11及PLC控制中心，所述液压千斤顶的油缸4固定于支撑筒10，液压千斤顶的活塞5的顶伸端连接球面装置1和测量活塞位移量的位移传感器3，使得支撑筒10外端面与球面装置1的外端面形成轴力支撑结构，活塞5上安装有用于测量活塞5轴向受力的测力传感器12；所述液压泵站11的供油端安装有用于测量供油压力的液压传感器7；所述PLC控制中心接收液压传感器7、测力传感器12、位移传感器3的信号，将接收的液压传感器7、测力传感器12信号互相校对采集钢支撑受力，通过位移传感器采集千斤顶伸长量数据，根据主控台设置的目标力进行自动控制。

液压千斤顶的底座固定于支撑筒10的内端面，油缸4的前端连接锁紧螺母2，活塞5从锁紧螺母2中的孔穿过向前伸出。活塞5为带内孔的结构，所述测力传感器12安装于活塞5内壁的位置。在活塞的端头固定连接球面装置1，在固定球面装置1时，同时固定防护罩9，防护罩9为桶形，桶底固定于活塞5，跟随活塞5运动，桶身形成防护罩，将液压千斤顶及支撑筒罩在防护罩9内腔。

活塞5伸出油缸3一端开有螺纹，采用螺纹连接结构连接锁紧螺母2，在锁紧螺母2的侧面与油缸3端头相顶时锁紧活塞5，万一液压千斤顶失效，由于锁紧螺母2支撑于油缸，因此，可以将活塞锁定在受力支撑的状态，确保钢支撑不会失效。

支撑筒10内固定液压泵站11，使得本发明支撑筒10外端面与球面装置1的外端面形成独立的轴力支撑结构，在支撑筒10的外端面焊接连接螺栓支座，以便对本发明进行固定。

本发明的伺服系统的液压泵站结构如图2所示，所述液压泵站为相互独立的双泵头结构，其中第二泵头15为千斤顶回程作业供油，第一泵头16的千斤顶的顶伸作业供油，形成双油路控制液压千斤顶的工作，结构简单，钢支撑轴力施加性能可靠同时生产制作简便。所述液压泵站在千斤顶顶伸端油路的单向阀21的进油端连接第二数字阀18，形成第二路泄压回路；单向阀21的出油端连接第一数字阀19，形成第一路泄压回路；所述液压传感器7接到单向阀21的出油端；第二数字阀18的作用是排除正式工作前回路中的空气，利于单向阀的正常工作，俗称“排空”。

本发明控制方法的控制流程图如图3所示，控制方法为：

1、测取液压油压力步骤：通过液压传感器7测取液压油压力，由PLC控制中心根据测出的液压油压力计算出提供给钢支撑的支撑力F1；

2、测取实际支撑力步骤：通过测力测力传感器14测取千斤顶的实际支撑力F2；

3、测取活塞位移步骤：通过位移传感器3测取活塞的位移；

4、钢支撑受力校对控制步骤：如果活塞的位移超出设定值，则PLC控制中心发出报警信号，提示活塞位移超标；在活塞位于设定值范围内时，当实际支撑力F2超过设定支撑力上限时，PLC控制中心控制第一数字阀19打开，对油缸以10kN/s速度缓慢泄力进行泄压，降低钢支撑力，同时对活塞的位移进行检测，如果位移传感器3测取活塞的位移超过设定值，PLC控制中心发出报警信号进行报警；当实际支撑力F2小于设定支撑力下限时，PLC控制中心控制第一泵头16对油缸进行补油以增加钢支撑的受力，直到测力测力传感器12测取千斤顶的实际支撑力F2补偿后回到设定的支撑力；

5、多重检测步骤：所述步骤4中，在PLC控制中心控制对油缸进行泄压完成或者PLC控制中心控制第一泵头16对油缸进行补油完成后，返回所述步骤3，重新通过位移传感器3测取活塞的位移。

本发明如果用于超高压液压系统，只需将第一数字阀19、第二数字阀18更换成耐高压的由步进控制器控制的超高压数字阀即可实现泵站及液压千斤顶的小型化设计。

Claims (8)

1.一种钢支撑轴力伺服系统，包括轴力支撑装置及伺服系统，其特征在于：所述轴力支撑装置包括支撑筒（10）、液压千斤顶、液压泵站（11）及PLC控制中心，所述液压千斤顶的油缸（4）固定于支撑筒（10），液压千斤顶的活塞（5）的顶伸端连接球面装置（1）和测量活塞位移量的位移传感器（3），使得支撑筒（10）外端面与球面装置（1）的外端面形成轴力支撑结构，活塞（5）上安装有用于测量活塞（5）轴向受力的测力传感器（12）；所述液压泵站（11）的供油端安装有用于测量供油压力的液压传感器（7）；所述PLC控制中心接收液压传感器（7）、测力传感器（12）、位移传感器（3）的信号，将接收的液压传感器（7）、测力传感器（12）信号互相校对采集钢支撑受力，通过位移传感器采集千斤顶伸长量数据，根据主控台设置的目标力进行自动控制。

2.根据权利要求1所述的钢支撑轴力伺服系统，其特征在于：所述的活塞（5）为带内孔的结构，所述测力传感器（12）安装于活塞（5）内壁的位置。

3.根据权利要求1所述的钢支撑轴力伺服系统，其特征在于：所述支撑筒（10）的内端面与所述千斤顶的内端面固定连接。

4.根据权利要求1所述的钢支撑轴力伺服系统，其特征在于：所述液压泵站在千斤顶顶伸端油路的单向阀（21）的进油端连接第二数字阀（19），形成第二路泄压回路；单向阀（21）的出油端连接第一数字阀（18），形成第一路泄压回路；所述液压传感器（7）接到单向阀（21）的出油端。

5.根据权利要求4所述的钢支撑轴力伺服系统，其特征在于：所述液压泵站为相互独立的双泵头结构，其中第二泵头（15）为千斤顶回程作业供油，第一泵头（16）的千斤顶的顶伸作业供油。

6.根据权利要求1所述的钢支撑轴力伺服系统，其特征在于：在活塞前端连接防护罩（11），所述防护罩（11）为桶形，跟随活塞一起运动，将液压千斤顶及支撑筒罩在防护罩（11）内腔。

7.根据权利要求1所述的钢支撑轴力伺服系统，其特征在于：所述活塞（5）伸出油缸（3）一端开有螺纹，采用螺纹连接结构连接锁紧螺母（2），在锁紧螺母（2）的侧面与油缸（3）端头相顶时锁紧活塞（5）。

8.一种对权利要求1所述钢支撑轴力伺服系统的控制方法，其特征在于：包括步骤：

（1）、测取液压油压力步骤：通过液压传感器（7）测取液压油压力，由PLC控制中心根据测出的液压油压力计算出提供给钢支撑的支撑力F1；

（2）、测取实际支撑力步骤：通过测力传感器（14）测取千斤顶的实际支撑力F2；

（3）、测取活塞位移步骤：通过位移传感器（3）测取活塞的位移；

（4）、钢支撑受力校对控制步骤：如果活塞的位移超出设定值，则PLC控制中心发出报警信号，提示活塞位移超标；在活塞位于设定值范围内时，当实际支撑力F2超过设定支撑力时，PLC控制中心控制对油缸进行泄压，同时对活塞的位移进行检测，如果位移传感器（3）测取活塞的位移超过设定值，PLC控制中心发出报警信号进行报警；当实际支撑力F2小于设定支撑力时，PLC控制中心控制第一泵头（16）对油缸进行补油以增加钢支撑的受力，直到测力传感器（14）测取千斤顶的实际支撑力F2补偿后回到设定的支撑力；

（5）、多重检测步骤：所述步骤（4）中，在PLC控制中心控制对油缸进行泄压完成或者PLC控制中心控制第一泵头（16）对油缸进行补油完成后，返回所述步骤（3），重新通过位移传感器（3）测取活塞的位移。