CN109882465A - 一种隧道管片支护比例同步液压控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道管片支护比例同步液压控制系统及其控制方法，包括液压泵，液压泵的输入端连接有油箱、输出端依次连接有液压控制阀组和支护液压缸，液压泵的输出端并联有至少两组支护单元，每组支护单元包括至少一个支护液压缸，液压控制阀组包括相连的电磁换向阀、电磁球阀，电磁换向阀、电磁球阀均与控制单元相连，电磁球阀与支护液压缸的无杆腔相连，电磁换向阀与支护液压缸的有杆腔相连，有杆腔与电磁换向阀之间设置有流量阀，电磁换向阀的回油端连接有回油管路，支护液压缸与电磁球阀之间连接有与回油管路相连的回流支管，回流支管上设置有安全阀。本发明具有单控模式和联动模式，能够适应不同的隧道管片支护需求。
Description
技术领域
本发明涉隧道管片支护液压控制技术领域，特别是指一种隧道管片支护比例同步液压控制系统及其控制方法。
背景技术
目前地下空间开发逐步发展为空间化、网络化。为实现地下空间网络互通及既有空间之间的衔接，诸如地铁、公路隧道联络通道、综合管廊出线井、深隧排水通道等各类联络通道的需求量不断提升。国内在机械化联络通道工法施工时，在设备始发及设备出洞时需要对原有的主隧道进行可靠支护，但是现有支护装置相配套的液压系统不仅容易发生偏载，而且隧道内的工况复杂多变，现有支护装置控制复杂、稳定性差，不能快速应对不同的支护工况，无法稳定可靠支护。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种隧道管片支护比例同步液压控制系统及其控制方法，解决了现有隧道液压支护系统控制复杂、稳定性差，无法快速实现稳定可靠支护的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种隧道管片支护比例同步液压控制系统，包括电机带动的液压泵，液压泵的输入端连接有油箱、输出端通过液压管路依次连接有液压控制阀组和支护液压缸，液压控制阀组控制支护液压缸的伸缩动作。所述液压泵的输出端并联有至少两组支护单元，每组支护单元包括至少一个支护液压缸，支护液压缸与液压泵之间均设置有液压控制阀组，各个液压控制阀组独立控制各个支护液压缸伸缩。液压控制阀组包括电磁换向阀，电磁换向阀的第一输出端连接有电磁球阀，电磁换向阀、电磁球阀均与控制单元相连，电磁球阀的输出端与支护液压缸的无杆腔相连，控制单元控制电磁换向阀和电磁球阀动作，进而控制支护液压缸的伸缩。电磁换向阀的第二输出端与支护液压缸的有杆腔相连，有杆腔与电磁换向阀之间设置有流量阀，流量阀可以保证各个支护液压缸的回油速率相同，保证各个支护液压缸动作的同步性。电磁换向阀的回油端连接有回油管路，支护液压缸与电磁球阀之间连接有与回油管路相连的回流支管，回流支管上设置有安全阀。安全阀是启闭件，未受外力作用下处于常闭状态，当油管内的液压油压力升高超过规定值时，通过向系统外排放液压油来防止管道内的压力超过规定数值。
进一步地，支护液压缸设置有压力传感器和位移传感器，压力传感器和位移传感器均与所述控制单元相连。压力传感器可实时监测支撑紧固的压力大小，并将压力大小传输至控制单元，控制单元可根据压力值的大小实时调整电磁换向阀和电磁球阀的动作，使支撑紧固的压力处于目标状态。位移传感器可实时监测支护液压缸的伸缩长度，控制单元结合压力传感器的数据和位移传感器的数据，能够更加精确地调整支撑液压缸的伸缩动作。
进一步地，所述无杆腔与电磁球阀之间设置有防爆阀，防爆阀连接在无杆腔后方且与流量阀组成整体阀块，防止油路爆破后支护液压缸的压力卸荷，防止支护液压缸支撑的支撑件下落。
进一步地，所述回油端与回油管路之间设置有阻止液压油回流的第一单向阀，第一单向阀可以防止回油管路中的液压油回流，避免引起无杆腔的压力波动。
进一步地，所述液压泵与电磁换向阀之间设置有三通比例减压阀，三通比例减压阀与回油管路相连，三通比例减压阀具有节流耗能达到降压的功能，控制单元通过控制三通比例减压阀的设定压力，能调节高压管道内的高压液压油的压力，使高压系统压力均匀降低，防止压力突降对地层产生扰动。三通比例减压阀与液压泵之间设置有安全阀组，安全阀组与回流支管上安全阀共同作用，进一步保证了动作过程的稳定性。
进一步地，所述三通比例减压阀与液压泵之间设置有防止回流的第二单向阀，第二单向阀与第一单向阀共同作用，进一步降低了液压管路中的压力波动。
进一步地，所述油箱与液压泵之间设置有吸油滤芯，液压泵与第二单向阀之间设置有过滤器。过滤器和吸油滤芯共同起到液压油过滤作用，两级过滤充分保证了液压油的清洁度。
一种隧道管片支护比例同步液压控制系统及其控制方法的控制方法，包括空载伸出过程、撑紧调压过程、泄压过程、回收过程，所述撑紧调试过程为闭环控制，控制单元预设三通比例减压阀的控制压力，控制单元控制支护液压缸逐渐伸出，同时压力传感器和位移传感器将无杆腔的压力和油缸伸缩行程实时传输至控制单元，控制单元通过控制电磁换向阀、电磁球阀和三通比例减压阀实时调整支护液压缸的撑紧压力，当压力传感器监测到的压力达到设定值时，控制单元控制电磁球阀断电进行保压。
所述空载伸出过程为开环控制，控制单元控制与各个支护液压缸相连的三通比例减压阀设定空载伸出压力、控制电磁换向阀转向右位、控制电磁球阀得电，则液压油依次通过液压泵、三通比例减压阀、电磁换向阀和电磁球阀进入无杆腔，各个支护液压缸伸出，有杆腔的液压油依次通过流量阀、电磁换向阀和第一单向阀流入回油管路，流量阀保证各个支护液压缸同速伸出，防止在四根油缸在运行过程中速度不一致产生发卡现象。所述泄压过程为控制单元逐渐减小三通比例减压阀的设定压力值，无杆腔的液压油依次通过防爆阀、电磁球阀、电磁换向阀、三通比例减压阀流入回油管路。
所述空载伸出过程、撑紧调压过程、泄压过程、回收过程均包括单控模式和联动模式，单控模式时控制单元单独控制与一个支护液压缸相连的液压控制阀组动作，使单个支护液压缸单独伸缩调节；联动模式时控制单元控制与各个支护液压缸相连的液压控制阀组动作，使各个支护液压缸同步伸缩调节。
本发明不仅控制简单、运行稳定可靠，而且具有单控模式和联动模式，能够适应不同的隧道管片支护需求，同时具有实时监测、过载保护、压力无级调节等功能，既避免了压力波动，又可实时调节支撑液压缸的支撑压力值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的液压控制原理图；
图2为本发明使用状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统，如图1和图2所示，包括电机1带动的液压泵5，液压泵5的输入端连接有油箱2、输出端通过液压管路依次连接有液压控制阀组和支护液压缸19，液压控制阀组控制支护液压缸19的伸缩动作，支护液压缸19可带动撑靴20对隧道内的管片21进行支护。所述液压泵5的输出端并联有四组支护单元，每组支护单元包括一个支护液压缸19，支护液压缸19与液压泵5之间均设置有液压控制阀组，各个液压控制阀组独立控制各个支护液压缸19伸缩。
所述液压控制阀组包括电磁换向阀13，电磁换向阀13的第一输出端连接有电磁球阀14，电磁换向阀13、电磁球阀14均与控制单元相连。电磁球阀14的输出端与支护液压缸19的无杆腔相连，控制单元控制电磁换向阀13、电磁球阀14动作，进而控制支护液压缸19的伸缩。电磁换向阀13的第二输出端与支护液压缸19的有杆腔相连，有杆腔与电磁换向阀13之间设置有流量阀17，流量阀17可以保证各个支护液压缸的回油速率相同，进而保证各个支护液压缸19动作的同步性。
电磁换向阀13的回油端连接有回油管路22，支护液压缸19与电磁球阀14之间连接有与回油管路22相连的回流支管23，回流支管23上设置有安全阀15。安全阀15是启闭件，未受外力作用下处于常闭状态，当油管内的液压油压力升高超过规定值时，通过向系统外排放液压油来防止管道内的压力超过规定数值。
进一步地，支护液压缸19设置有压力传感器18和位移传感器，压力传感器18和位移传感器均与所述控制单元相连。压力传感器18可实时监测支撑紧固的压力大小，并将压力大小传输至控制单元，控制单元可根据压力值的大小实时调整三通比例减压阀11的比例控制信号、电磁换向阀13和电磁球阀14的动作，使支撑紧固的压力处于目标状态。位移传感器可实时监测支护液压缸19的伸缩长度，控制单元结合压力传感器18的数据和位移传感器的数据，能够更加精确地调整支撑液压缸的伸缩动作。
实施例2，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统，所述无杆腔与电磁球阀14之间设置有防爆阀16，防爆阀16连接在无杆腔后方且与流量阀17组成整体阀块24。防爆阀16防止油路爆破后支护液压缸19的压力卸荷，防止支护液压缸19支撑的支撑件下落。
本实施例的其他结构与实施例1相同。
实施例3，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统，所述回油端与回油管路22之间设置有阻止液压油回流的第一单向阀12，第一单向阀12可以防止回油管路中的液压油回流，避免引起无杆腔的压力波动。
本实施例的其他结构与实施例1或2相同。
实施例4，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统，所述液压泵5与电磁换向阀13之间设置有三通比例减压阀11，三通比例减压阀11还与回油管路22相连，三通比例减压阀11具有节约耗能无极调压的功能，控制单元通过控制三通比例减压阀11的设定压力，能调节高压管道内的高压液压油的压力，使高压系统压力均匀升降，防止压力突降对地层产生扰动。三通比例减压阀11与液压泵5之间设置有安全阀组6，安全阀组6与回流管路22上安全阀15共同作用，进一步保证了动作过程的稳定性。
本实施例的其他结构与实施例1或2或3相同。
实施例5，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统，所述三通比例减压阀11与液压泵5之间设置有防止回流的第二单向阀10，第二单向阀10与第一单向阀12共同作用，进一步降低了液压管路中的压力波动。
本实施例的其他结构与实施例4相同。
实施例6，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统，所述油箱2与液压泵5之间设置有吸油滤芯3和蝶阀4，液压泵5与第二单向阀10之间设置有过滤器9，过滤器9与安全阀组6之间设置有球阀8。过滤器9和吸油滤芯3共同起到液压油过滤作用，两级过滤充分保证了液压油的清洁度。
本实施例的其他结构与实施例5相同。
实施例7，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统的控制方法，包括空载伸出过程、撑紧调压过程、泄压过程、回收过程，所述撑紧调试过程为闭环控制，控制单元预设三通比例减压阀11的控制压力，控制单元控制支护液压缸19逐渐伸出，同时压力传感器18将无杆腔的压力实时传输至控制单元，控制单元通过控制电磁换向阀13、电磁球阀14和三通比例减压阀11实时调整支护液压缸19的撑紧压力，当压力传感器18监测到的压力达到设定值时，控制单元控制电磁球阀断电进行保压。
本实施例的结构与实施例6相同。
实施例8，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统的控制方法，所述空载伸出过程为开环控制，控制单元控制与各个支护液压缸19相连的三通比例减压阀11设定空载伸出压力、控制电磁换向阀13转向右位、控制电磁球阀14得电，则液压油依次通过液压泵5、三通比例减压阀11、电磁换向阀13和电磁球阀14进入无杆腔，各个支护液压缸19伸出，有杆腔的液压油依次通过流量阀17、电磁换向阀13和第一单向阀12流入回油管路。流量阀17保证各个支护液压缸19同速伸出，防止在四根油缸在运行过程中速度不一致产生发卡现象。
所述泄压过程为控制单元逐渐减小三通比例减压阀11的设定压力值，无杆腔的液压油依次通过防爆阀16、电磁球阀14、电磁换向阀13、三通比例减压阀11流入回油管路22。所述回收过程为控制电磁换向阀13转向左位，电磁球阀14得电，则液压油依次通过液压泵5、三通比例减压阀11、电磁换向阀13、流量阀17进入有杆腔，无杆腔的液压油通过防爆阀16、电磁换向阀13、单向阀12流入回油管路22。
本实施例的结构与实施例6相同，本实施例的其他实施方法与实施例7相同。
实施例9，一种隧道管片支护比例同步液压控制系统的控制方法，所述空载伸出过程、撑紧调压过程、泄压过程、回收过程均包括单控模式和联动模式，单控模式时，控制单元单独控制与一个支护液压缸19相连的液压控制阀组动作，使单个支护液压缸19单独伸缩调节；联动模式时，控制单元控制与各个支护液压缸19相连的液压控制阀组动作，使各个支护液压缸19同步伸缩调节。
本实施例的结构与实施例6相同，本实施例的其他实施方法与实施例7或8相同。
本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道管片支护比例同步液压控制系统，包括电机（1）带动的液压泵（5），液压泵（5）的输入端连接有油箱（2）、输出端通过液压管路依次连接有液压控制阀组和支护液压缸（19），其特征在于：所述液压泵（5）的输出端并联有至少两组支护单元，每组支护单元包括至少一个支护液压缸（19），支护液压缸（19）与液压泵（5）之间均设置有液压控制阀组，液压控制阀组包括电磁换向阀（13），电磁换向阀（13）的第一输出端连接有电磁球阀（14），电磁换向阀（13）、电磁球阀（14）均与控制单元相连，电磁球阀（14）的输出端与支护液压缸（19）的无杆腔相连，电磁换向阀（13）的第二输出端与支护液压缸（19）的有杆腔相连，有杆腔与电磁换向阀（13）之间设置有流量阀（17），电磁换向阀（13）的回油端连接有回油管路（22），支护液压缸（19）与电磁球阀（14）之间连接有与回油管路（22）相连的回流支管（23），回流支管（23）上设置有安全阀（15）。
2.根据权利要求1所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统，其特征在于：支护液压缸（19）设置有压力传感器（18）和位移传感器，压力传感器（18）和位移传感器均与所述控制单元相连。
3.根据权利要求2所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统，其特征在于：所述无杆腔与电磁球阀（14）之间设置有防爆阀（16），防爆阀（16）连接在无杆腔的后方且与流量阀（17）组成整体阀块（24）。
4.根据权利要求1-3任一项所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统，其特征在于：所述回油端与回油管路（22）之间设置有阻止液压油回流的第一单向阀（12）。
5.根据权利要求4所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统，其特征在于：所述液压泵（5）与电磁换向阀（13）之间设置有三通比例减压阀（11），三通比例减压阀（11）与回油管路（22）相连，三通比例减压阀（11）与液压泵（5）之间设置有安全阀组（6）。
6.根据权利要求5所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统，其特征在于：所述三通比例减压阀（11）与液压泵（5）之间设置有防止回流的第二单向阀（10）。
7.根据权利要求6所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统，其特征在于：所述油箱（2）与液压泵（5）之间设置有吸油滤芯（3），液压泵（5）与第二单向阀（10）之间设置有过滤器（9）。
8.根据权利要求1-7任一项所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统的控制方法，包括空载伸出过程、撑紧调压过程、泄压过程、回收过程，其特征在于：所述撑紧调试过程为闭环控制，控制单元预设三通比例减压阀（11）的控制压力，控制单元控制支护液压缸（19）逐渐伸出，同时压力传感器（18）将无杆腔的压力实时传输至控制单元，控制单元通过控制电磁换向阀（13）、电磁球阀（14）和三通比例减压阀（11）实时调整支护液压缸（19）的撑紧压力，当压力传感器（18）监测到的压力达到设定值时，控制单元控制电磁球阀（14）断电进行保压。
9.根据权利要求8所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统的控制方法，其特征在于：所述空载伸出过程为开环控制，控制单元控制与各个支护液压缸（19）相连的三通比例减压阀（11）设定空载伸出压力、控制电磁换向阀（13）转向右位，控制电磁球阀（14）得电，则液压油依次通过液压泵（5）、三通比例减压阀（11）、电磁换向阀（13）和电磁球阀（14）进入无杆腔，各个支护液压缸（19）伸出，有杆腔的液压油依次通过流量阀（17）、电磁换向阀（13）和第一单向阀（12）流入回油管路，流量阀（17）保证各个支护液压缸（19）同速伸出；所述泄压过程为控制单元逐渐减小三通比例减压阀（11）的设定压力值，无杆腔的液压油依次通过防爆阀（16）、电磁球阀（14）、电磁换向阀（13）、三通比例减压阀（11）流入回油管路（22）,所述回收过程为控制电磁换向阀（13）转向左位，电磁球阀（14）得电，则液压油依次通过液压泵（5）、三通比例减压阀（11）、电磁换向阀（13）、流量阀（17）进入有杆腔，无杆腔的液压油通过防爆阀（16）、电磁换向阀（13）、第一单向阀（12）流入回油管路（22）。
10.根据权利要求9或10所述的隧道管片支护比例同步液压控制系统的控制方法，其特征在于：所述空载伸出过程、撑紧调压过程、泄压过程、回收过程均包括单控模式和联动模式，单控模式时控制单元单独控制与一个支护液压缸（19）相连的液压控制阀组动作，使单个支护液压缸（19）单独伸缩调节；联动模式时控制单元控制与各个支护液压缸（19）相连的液压控制阀组动作，使各个支护液压缸（19）同步伸缩调节。
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