CN110792647A - 一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，属于液压机械设备技术领域。本发明包括变频调速直驱式机泵组，所述的变频调速直驱式机泵组由变频调速器、变频电机和超高压径向柱塞泵组成，超高压径向柱塞泵的输入端连接有油箱，所述的超高压径向柱塞泵的输出端通过高压油管连接有脉宽控制阀组，脉宽控制阀组的输出端安装有平衡均载阀组，平衡均载阀组的输出端通过油路管道连接有液压支撑千斤顶。本发明能够对基坑支护进行的轴向支撑力进行自动加压、恒压、卸压的无级调节，无线数据传输装置将PLC控制器实时监控系统采集的轴向支撑力实时通过无线网络传输给操作用户，满足用户对轴向支撑力的实时掌控。

Description

一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统
技术领域
本发明涉及液压机械设备技术领域，更具体地说，涉及一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统。
背景技术
基坑支护液压支撑控制系统是近几年来出现的一种新型技术应用，以往常用的支撑一般采用内支撑方式，常用的支撑是钢管支撑或装配式型钢支撑。接头一般采用活络头，用千斤顶预加轴力并插钢楔。随着基坑的放置，支撑轴力出现明显的衰减，进而造成了明显的有支撑变形。这种变形随放置的时间增长而增大，个别情况有支撑变形可以达到开挖结束后变形的两倍。尽管施工现场采用了复加轴力的措施，但由于开挖后二次复加轴力施工有很多困难，不能从本质上解决该问题。在使用过程中还是存在诸多不足和安全隐患之处：(1)、支撑液压系统稳定性：现有的支撑系统的液压泵站系统利用电磁阀的通断和比例溢流阀来调节千斤顶的推力来控制刚支撑的轴力，这样的调节方式，钢支撑的轴力的控制会有很大的波动，使得控制精度不精确，另外在使用时通过比例溢流阀溢流来调节轴力，使得液压泵站上的油泵长时间处于带载溢流工作，液压系统的功耗损失很大，油温很快升高，在此状态下整个控制系统无法长时间保证可靠稳定运行，因此此支撑液压系统只能采用压力监测在一定轴力范围内进行定期人工来做补压调节控制；(2)、保压装置：现有的支撑液压系统的千斤顶保压装置采用常规的液控单向阀，在钢支撑卸载(或减压)的瞬间，由于上述阀的结构特征，导致泄压过快，这样会对被支撑的基坑支护体系产生瞬间的内力突变；(3)、安全保障措施：现有的支撑液压系统的安全保障措施主要采用机械式螺杆，并通过人工去锁紧或松开。如果钢支撑轴力发生变化，系统自动复加轴力后，为了安全保障有效，机械螺杆还是需要人工去进行锁紧，这样在施工现场，可操作性和实时性极低。另外当护体内力变大需要精确卸压时，此机械螺杆必须先增加内力，然后通过人工松开机械螺母后再进行卸压。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，本发明能够对基坑支护进行的轴向支撑力进行自动加压、恒压、卸压的无级调节，无线数据传输装置将PLC控制器实时监控系统采集的轴向支撑力实时通过无线网络传输给操作用户，满足用户对轴向支撑力的实时掌控。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，包括变频调速直驱式机泵组和钢支撑，所述的变频调速直驱式机泵组由变频调速器、变频电机和超高压径向柱塞泵组成，所述的变频电机的输入端设置有变频调速器，变频电机的输出轴与超高压径向柱塞泵连接，超高压径向柱塞泵的输入端连接有油箱，所述的超高压径向柱塞泵的输出端通过高压油管连接有脉宽控制阀组，脉宽控制阀组的输出端安装有平衡均载阀组，平衡均载阀组的输出端通过油路管道连接有液压支撑千斤顶；
所述的液压支撑千斤顶的一侧安装在钢支撑的端部，液压支撑千斤顶的另一侧连接深基坑护体，液压支撑千斤顶的活塞杆上设置有机械自锁螺母，所述的平衡均载阀组与液压支撑千斤顶之间的油路管道里安装有压力传感器，液压支撑千斤顶的表面连接有极限位置传感器，所述的油箱外侧安装有电器控制箱，电器控制箱内部分别安装有PLC控制器实时监控系统和无线数据传输装置，PLC控制器实时监控系统的输出端与无线数据传输装置的输入端电连接。
进一步地，所述的变频调速直驱式机泵组、脉宽控制阀组、平衡均载阀组和压力传感器均安装在油箱上。
进一步地，所述的变频电机由变频调速器驱动并带动超高压径向柱塞泵工作，对输出的油量和压力进行无级调节，实现连续的流量变化和压力变化，超高压径向柱塞泵为阀配流柱塞泵，输出效率大于0.98。
进一步地，所述的脉宽控制阀组是由n个高速电磁阀组成，根据系统设置选择的n组油路，自动循环扫描，来对支撑力进行自动开关补偿，PLC控制器实时监控系统预设的n支撑力值P1与安装在平衡均载阀组上的压力传感器检测的支撑力值P2比较，计算出的误差值△P，当△P大于等于预设的误差绝对值P3时，脉宽控制阀组自动打开，当△P小于预设的误差绝对值P3时，脉宽控制阀组自动关闭，支撑力值P2自动保压。
进一步地，所述的平衡均载阀组实现实时支撑力的自动保压功能，变频调速直驱式机泵组7输出的液压油通过油管，进入液压支撑千斤顶内部达到所需预设的n支撑力值P1时，平衡均载阀组能把液压油锁定在液压支撑千斤顶内，压力保持在液压支撑千斤顶中，长时间保持恒定的轴向支撑力。
进一步地，所述的平衡均载阀组实现支撑力的自动卸压调节功能，当支撑力由于土压受外力或环境影响超过预设的n支撑力值P1时，变频调速直驱式机泵组通过脉宽控制阀组向平衡均载阀组的先导控制口供油，平衡均载阀组按比例将实时支撑力卸载到预设的n支撑力值P1范围内，实现支撑力的自动卸压调节功能。
进一步地，所述的压力传感器实时监测液压支撑千斤顶的实时轴向支撑力，压力传感器将检测的实时轴向支撑力传输到PLC控制器实时监控系统中，压力传感器、PLC控制器实时监控系统与变频调速直驱式机泵组和脉宽控制阀组组成压力闭环控制，PLC控制器实时监控系统外接数字滤波器，压力传感器通过数字滤波器将压力脉动和干扰消除。
进一步地，所述的PLC控制器实时监控系统中设置传感器数字采集器和运算放大器以及积分运算器，实时将支撑压力传感器的数据采集到运算中心，与预设的支撑力进行运算，通过放大器和积分运算器处理后输出给变频调速器，从而控制变频调速直驱式机泵组向液压支撑千斤顶供油，运算放大器同时也产生PWM脉宽控制电路，从而控制脉宽控制阀组工作。
进一步地，所述的无线数据传输装置将PLC控制器实时监控系统采集的轴向支撑力实时通过无线WIFI-4G网络传输给操作用户。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明通过压力传感器与PLC控制器实时监控系统预设的n支撑力，进行闭环控制来调节变频电机转速无级调速，变频电机驱动超高压径向柱塞泵，可对输出的油量和压力进行无级调节，满足变频电机在低转数下驱动超高压径向柱塞泵也能达到高效精确的油量，变频调速直驱式机泵组在工作时根据支撑压力的压力变化进行低转数微量调节，不需要全过程满流量工作，这样就不会产生不必要的能量损耗，系统内的液压油就不会产生过高的温度。
(2)本发明能够对基坑支护进行的轴向支撑力进行自动加压、恒压、卸压的无级调节，无线数据传输装置将PLC控制器实时监控系统采集的轴向支撑力实时通过无线网络传输给操作用户，满足用户对轴向支撑力的实时掌控。
附图说明
图1是本发明的原理结构图；
图2是本发明的局部放大图；
图3是本发明的单油路原理结构图；
图4是本发明的图3中监控系统电路原理图；
图5是本发明的图3中数字滤波器电路原理图。
图中：1、变频调速器；2、变频电机；3、超高压径向柱塞泵；4、极限位置传感器；5、油箱；6、PLC控制器实时监控系统；7、变频调速直驱式机泵组；8、机械自锁螺母；9、脉宽控制阀组；10、平衡均载阀组；11、压力传感器；12、液压支撑千斤顶；13、钢支撑；14、数字滤波器；15、无线数据传输装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
从图1-5可以看出，本实施例的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，包括变频调速直驱式机泵组7和钢支撑13，变频调速直驱式机泵组7为节能供油机泵组，变频调速直驱式机泵组7由变频调速器1、变频电机2和超高压径向柱塞泵3组成，变频电机2的输入端设置有变频调速器1，变频电机2的输出轴与超高压径向柱塞泵3连接，超高压径向柱塞泵3的输入端连接有油箱5，超高压径向柱塞泵3的输出端通过高压油管连接有脉宽控制阀组9，脉宽控制阀组9的输出端安装有平衡均载阀组10，平衡均载阀组10的输出端通过油路管道连接有液压支撑千斤顶12，变频调速直驱式机泵组7、脉宽控制阀组9、平衡均载阀组10和压力传感器11均安装在油箱5上。
液压支撑千斤顶12的一侧安装在钢支撑13的端部，液压支撑千斤顶12的另一侧连接深基坑护体，液压支撑千斤顶12的活塞杆上设置有机械自锁螺母8，机械自锁螺母8配合本液压系统使用，一旦发生突发性长时间断电等意外情况，立即通过人工将机械自锁螺母8锁紧，可以确保轴向支撑系统的安全保障，平衡均载阀组10与液压支撑千斤顶12之间的油路管道里安装有压力传感器11，液压支撑千斤顶12的表面连接有极限位置传感器4，极限位移传感器4实时检测液压支撑千斤顶12的支撑工作行程，保证液压支撑千斤顶12有效的工作，当液压支撑千斤顶12的行程超过有效的行程范围内时，向PLC控制器实时监控系统6传输信号，PLC控制器实时监控系统6向操作用户发出报警信号，起到安全工作的预警报告。
油箱5外侧安装有电器控制箱，电器控制箱内部分别安装有PLC控制器实时监控系统6和无线数据传输装置15，PLC控制器实时监控系统6的输出端与无线数据传输装置15的输入端电连接。
变频电机2由变频调速器1驱动并带动超高压径向柱塞泵3工作，对输出的油量和压力进行无级调节，实现连续的流量变化和压力变化，超高压径向柱塞泵3为阀配流柱塞泵，输出效率大于0.98。
变频调速直驱式机泵组7通过压力传感器11与PLC控制器实时监控系统6预设的n支撑力，进行闭环控制来调节变频电机2转速无级调速，变频电机2驱动超高压径向柱塞泵3，可对输出的油量和压力进行无级调节，满足变频电机2在低转数下驱动超高压径向柱塞泵3也能达到高效精确的油量，变频调速直驱式机泵组7在工作时根据支撑压力的压力变化进行低转数微量调节，不需要全过程满流量工作，这样就不会产生不必要的能量损耗，系统内的液压油就不会产生过高的温度。
脉宽控制阀组9是由n个高速电磁阀组成，根据系统设置选择的n组油路，自动循环扫描，来对支撑力进行自动开关补偿，PLC控制器实时监控系统6预设的n支撑力值P1与安装在平衡均载阀组10上的压力传感器11检测的支撑力值P2比较，计算出的误差值△P，当△P大于等于预设的误差绝对值P3时，脉宽控制阀组9自动打开，当△P小于预设的误差绝对值P3时，脉宽控制阀组9自动关闭，支撑力值P2自动保压。
平衡均载阀组10实现实时支撑力的自动保压功能，变频调速直驱式机泵组7输出的液压油通过油管，进入液压支撑千斤顶12内部达到所需预设的n支撑力值P1时，平衡均载阀组10能把液压油锁定在液压支撑千斤顶12内，压力保持在液压支撑千斤顶12中，长时间保持恒定的轴向支撑力。
平衡均载阀组10实现支撑力的自动卸压调节功能，当支撑力由于土压受外力或环境影响超过预设的n支撑力值P1时，变频调速直驱式机泵组7通过脉宽控制阀组9向平衡均载阀组10的先导控制口供油，平衡均载阀组10按比例将实时支撑力卸载到预设的n支撑力值P1范围内，实现支撑力的自动卸压调节功能。
压力传感器11实时监测液压支撑千斤顶12的实时轴向支撑力，压力传感器11将检测的实时轴向支撑力传输到PLC控制器实时监控系统6中，压力传感器11、PLC控制器实时监控系统6与变频调速直驱式机泵组7和脉宽控制阀组9组成压力闭环控制，PLC控制器实时监控系统6外接数字滤波器14，压力传感器11通过数字滤波器14将压力脉动和干扰消除，提高压力监测的稳定性和准确性。
PLC控制器实时监控系统6中设置传感器数字采集器和运算放大器以及积分运算器，实时将支撑压力传感器11的数据采集到运算中心，与预设的支撑力进行运算，通过放大器和积分运算器处理后输出给变频调速器1，从而控制变频调速直驱式机泵组7向液压支撑千斤顶12供油，运算放大器同时也产生PWM脉宽控制电路，从而控制脉宽控制阀组9工作。
无线数据传输装置15将PLC控制器实时监控系统6采集的轴向支撑力实时通过无线WIFI-4G网络传输给操作用户，满足用户对轴向支撑力的实时掌控，同时也可以在无线数据传输装置15内设定支撑力超差报警信号，发送到预设的用户的手机号里。
本发明通过压力传感器11与PLC控制器实时监控系统6预设的n支撑力，进行闭环控制来调节变频电机2转速无级调速，变频电机2驱动超高压径向柱塞泵3，可对输出的油量和压力进行无级调节，满足变频电机2在低转数下驱动超高压径向柱塞泵3也能达到高效精确的油量，变频调速直驱式机泵组7在工作时根据支撑压力的压力变化进行低转数微量调节，不需要全过程满流量工作，这样就不会产生不必要的能量损耗，系统内的液压油就不会产生过高的温度。
本发明能够对基坑支护进行的轴向支撑力进行自动加压、恒压、卸压的无级调节，无线数据传输装置15将PLC控制器实时监控系统6采集的轴向支撑力实时通过无线WIFI-4G网络传输给操作用户，满足用户对轴向支撑力的实时掌控。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，包括变频调速直驱式机泵组(7)和钢支撑(13)，其特征在于：所述的变频调速直驱式机泵组(7)由变频调速器(1)、变频电机(2)和超高压径向柱塞泵(3)组成，所述的变频电机(2)的输入端设置有变频调速器(1)，变频电机(2)的输出轴与超高压径向柱塞泵(3)连接，超高压径向柱塞泵(3)的输入端连接有油箱(5)，所述的超高压径向柱塞泵(3)的输出端通过高压油管连接有脉宽控制阀组(9)，脉宽控制阀组(9)的输出端安装有平衡均载阀组(10)，平衡均载阀组(10)的输出端通过油路管道连接有液压支撑千斤顶(12)；
所述的液压支撑千斤顶(12)的一侧安装在钢支撑(13)的端部，液压支撑千斤顶(12)的另一侧连接深基坑护体，液压支撑千斤顶(12)的活塞杆上设置有机械自锁螺母(8)，所述的平衡均载阀组(10)与液压支撑千斤顶(12)之间的油路管道里安装有压力传感器(11)，液压支撑千斤顶(12)的表面连接有极限位置传感器(4)，所述的油箱(5)外侧安装有电器控制箱，电器控制箱内部分别安装有PLC控制器实时监控系统(6)和无线数据传输装置(15)，PLC控制器实时监控系统(6)的输出端与无线数据传输装置(15)的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，其特征在于：所述的变频调速直驱式机泵组(7)、脉宽控制阀组(9)、平衡均载阀组(10)和压力传感器(11)均安装在油箱(5)上。
3.根据权利要求1所述的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，其特征在于：所述的变频电机(2)由变频调速器(1)驱动并带动超高压径向柱塞泵(3)工作，对输出的油量和压力进行无级调节，实现连续的流量变化和压力变化，超高压径向柱塞泵(3)为阀配流柱塞泵，输出效率大于0.98。
4.根据权利要求1所述的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，其特征在于：所述的脉宽控制阀组(9)是由n个高速电磁阀组成，根据系统设置选择的n组油路，自动循环扫描，来对支撑力进行自动开关补偿，PLC控制器实时监控系统(6)预设的n支撑力值P1与安装在平衡均载阀组(10)上的压力传感器(11)检测的支撑力值P2比较，计算出的误差值△P，当△P大于等于预设的误差绝对值P3时，脉宽控制阀组(9)自动打开，当△P小于预设的误差绝对值P3时，脉宽控制阀组(9)自动关闭，支撑力值P2自动保压。
5.根据权利要求4所述的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，其特征在于：所述的平衡均载阀组(10)实现实时支撑力的自动保压功能，变频调速直驱式机泵组(7)输出的液压油通过油管，进入液压支撑千斤顶(12)内部达到所需预设的n支撑力值P1时，平衡均载阀组(10)能把液压油锁定在液压支撑千斤顶(12)内，压力保持在液压支撑千斤顶(12)中，长时间保持恒定的轴向支撑力。
6.根据权利要求5所述的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，其特征在于：所述的平衡均载阀组(10)实现支撑力的自动卸压调节功能，当支撑力由于土压受外力或环境影响超过预设的n支撑力值P1时，变频调速直驱式机泵组(7)通过脉宽控制阀组(9)向平衡均载阀组(10)的先导控制口供油，平衡均载阀组(10)按比例将实时支撑力卸载到预设的n支撑力值P1范围内，实现支撑力的自动卸压调节功能。
7.根据权利要求1所述的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，其特征在于：所述的压力传感器(11)实时监测液压支撑千斤顶(12)的实时轴向支撑力，压力传感器(11)将检测的实时轴向支撑力传输到PLC控制器实时监控系统(6)中，压力传感器(11)、PLC控制器实时监控系统(6)与变频调速直驱式机泵组(7)和脉宽控制阀组(9)组成压力闭环控制，PLC控制器实时监控系统(6)外接数字滤波器(14)，压力传感器(11)通过数字滤波器(14)将压力脉动和干扰消除。
8.根据权利要求1所述的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，其特征在于：所述的PLC控制器实时监控系统(6)中设置传感器数字采集器和运算放大器以及积分运算器，实时将支撑压力传感器(11)的数据采集到运算中心，与预设的支撑力进行运算，通过放大器和积分运算器处理后输出给变频调速器(1)，从而控制变频调速直驱式机泵组(7)向液压支撑千斤顶(12)供油，运算放大器同时也产生PWM脉宽控制电路，从而控制脉宽控制阀组(9)工作。
9.根据权利要求1所述的一种用于基坑支护轴向支撑力自动智能控制液压系统，其特征在于：所述的无线数据传输装置(15)将PLC控制器实时监控系统(6)采集的轴向支撑力实时通过无线WIFI-4G网络传输给操作用户。
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