CN111173806A - 多执行元件液压爬模实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开多执行元件液压爬模实验平台，采用双液压缸对顶，实验平台分为两组，每组由两个液压缸执行器组成。一组用于模拟爬模机负载，一组用于模拟爬模机同步顶升驱动装置。本发明通过构建液压爬模实验平台，模拟爬模机同步顶升是的实际工况，采用变频电机驱动技术，实现变频电机直驱系统半闭环控制、位置反馈、压力监控的功能。采用分布式控制策略，提高液压爬模机的同步精度，延长爬模机行程，提高爬模效率，减少油液泄漏。本发明将液压同步技术与现代控制技术结合，提高同步控制精度，具有极高的研究价值，可用于进行同步顶升、推移等试验。

Description

多执行元件液压爬模实验平台

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及多执行元件液压爬模实验平台。

背景技术

大型构件液压爬模同步提升技术是国内近年发展起来的一种新的建筑施工技术。它采用柔性钢绞线承重、液压提升器集群、计算机控制、液压同步提升新原理 ,结合现代化施工工艺 ,实现超大型构件的大跨度、超高空整体提升。它已经在我国的重大工程建设如上海东方明珠广播电视塔钢天线桅杆和北京西客站主站房钢桁架整体提升等工程中得到了成功的应用。同济大学乌建中教授建立的液压同步升降试验台是实现海上风机整体安装同步升降、海上风机导管架基础水下调平等功能的多液压缸集群同步举升、推移试验系统，能够实现分流集流开环、位移反馈或角度反馈闭环等多种同步控制模式，用以考察各种控制策略、控制算法下的同步性能，对科学研究及教学培养都具有极大的意义。在高层建筑中，液压爬模通常存在爬模不同步，行程短，效率低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供多执行元件液压爬模实验平台。

本发明采用的技术方案是：

多执行元件液压爬模实验平台，实验平台为双液压缸对顶平台，实验平台分为两组执行组合，一组用于模拟爬模机负载，一组用于模拟爬模机同步顶升驱动装置，每组包括两个液压缸作为执行器；爬模机同步顶升驱动装置采用变频电机直驱技术。

爬模机负载模拟装置包括油箱、电动机和定量泵,定量泵进油口连接油箱，出油口连接负载三位四通换向阀的进油口P；电动机带动定量泵给系统供给油液；溢流阀与定量泵并联，溢流阀进油口通过管路连接于定量泵和负载三位四通换向阀之间，起稳压溢流的作用；负载三位四通换向阀的A油口通过管道分流分别连接两个负载液压缸的无杆端；

顶升驱动装置具有与两个负载液压缸对应的左右两个液压回路，两个液压回路的结构相同,两个液压回路的两顶升液压缸的位移相同，从而达到同步；每个液压回路具体结构为：顶升液压缸的有杆端与爬模机负载模拟装置中的一个负载液压缸的有杆端对顶；顶升液压缸无杆腔与第二液控单向阀出油口相连；第二液控单向阀与顶升三位四通换向阀 A孔相连；顶升液压缸的有杆腔与顶升三位四通换向阀的B口相连；第二液控单向阀的液控口连接于顶升液压缸与顶升三位四通换向阀连接线之间；顶升三位四通换向阀的进油口P与顶升定量泵的出油口相连；变频电机通过联轴器与顶升定量泵的驱动轴连接，驱动顶升定量泵自油箱吸油，通过顶升定量泵给系统供油；第二可调溢流阀与顶升定量泵并联，第二可调溢流阀进油口连接于顶升定量泵与顶升三位四通换向阀之间，第二可调溢流阀出油口与油箱连接，起溢流稳压的功能。

进一步地，在定量泵、溢流阀、负载三位四通换向阀连接交叉口接有进油压力表，用于监测系统进油油压。

进一步地，负载三位四通换向阀与每个负载液压缸无杆端之间均设有一个液控单向阀，防止油液从液压无杆端回流至负载三位四通换向阀；液控单向阀进油口连接负载三位四通换向阀A口，出油口分别连接对应负载液压缸的无杆端；液控单向阀的控制腔与对应负载液压缸的无杆腔的合并管路相连，用于无杆腔回油。

进一步地，两个负载液压缸的有杆端通过管道相连并同时与负载三位四通换向阀的油口B相连。

进一步地，每个液控单向阀的出油口各连接一可调溢流阀的进油口；每个可调溢流阀的出油口均连接油箱，即每个可调溢流阀分别与对应两个负载液压缸并联，用于控制两个负载液压缸无杆腔的压力，及起溢流保压的作用。

进一步地，每个液控单向阀与对应的可调溢流阀之间连接一个单向阀压力表，用于监测对应线路的液控单向阀出油口压力。

进一步地，每个负载液压缸的无杆端均连接一第一压力传感器，第一压力传感器监测对应负载液压缸无杆端的油液压力；液控单向阀的控制腔的连接有第三压力传感器，第三压力传感器用于监控两个负载液压缸有杆腔总压力。

进一步地，在顶升定量泵出油口出设置第二压力表，用于监测系统压力，适时调节第二可调溢流阀，保证系统处于合适的压力；顶升液压缸无杆腔与第二液控单向阀出油口连接管道上设有第四压力传感器，用于监控顶升液压缸无杆腔油压，并将油压信号传输给控制器；顶升液压缸有杆腔与顶升三位四通换向阀的B口之间连接管路亦设置一个第五压力传感器，用于监控顶升液压缸有杆腔压力，并将油压信号传递给控制器；顶升液压缸有杆端设置位移传感器，实时监控顶升液压缸的位移，并将反馈信号传递给控制器；控制器获取各传感器的反馈信号及总控制器发出的信号控制变频器，从而控制变频电机的转速，进而控制顶升定量泵的出油流量。

本发明采用以上技术方案，通过构建液压爬模实验平台，模拟爬模机同步顶升是的实际工况，采用变频电机驱动技术，分布式控制策略，提高液压爬模机的同步精度，延长爬模机行程，提高爬模效率，减少油液泄漏。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明多执行元件液压爬模实验平台的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

如图1所示，本发明公开了多执行元件液压爬模实验平台，实验平台采用双液压缸对顶，实验平台分为两组，每组由两个液压缸执行器组成。一组用于模拟爬模机负载，一组用于模拟爬模机同步顶升驱动装置。

特别说明：本发明多执行元件液压爬模实验平台采用两个油箱，分别为爬模机负载模拟装置油箱标号(1、2、7、15、16)采用一个油箱，为了图示表述方便，故采用不同的标号；爬模机同步顶升驱动模拟装置两顶升液压缸的跨距较小，采用一个油箱即可满足要求，因此油箱标号（36、37、44、45、46、47）表示一个油箱。

爬模机负载模拟装置包括一油箱(1、2、7、15、16) 、电机3、定量泵4、溢流阀5、电磁负载三位四通换向阀8、液控单向阀（9、10）、可调溢流阀（13、14）、负载液压缸（17、18）、压力表、压力传感器（6、11、12；19、20、21）。电动机3带动定量泵4给系统供给油液；定量泵4进油口连接油箱1，出油口连接负载三位四通换向阀8的进油口P；溢流阀5进油口通过管路连接于定量泵4和负载三位四通换向阀8之间，与定量泵4并联，起稳压溢流的作用；同时，在定量泵4、溢流阀5、负载三位四通换向阀8连接交叉口接有进油压力表6，用于监测系统进油油压；负载三位四通换向阀8的A油口通过管道分流，分别连接两个负载液压缸（17、18）的无杆端，在负载三位四通换向阀8与负载液压缸（17、18）无杆端之间，各增加一个液控单向阀（9、10），防止油液从负载液压缸（17、18）无杆端回流至负载三位四通换向阀8；液控单向阀（9、10）的进油口连接负载三位四通换向阀8的A口，出油口分别连接负载液压缸（17、18）的无杆端，液控单向阀（9、10）的出油口还分别连接可调溢流阀13、14的进油口；可调溢流阀（13、14）的出油口分别连接回油箱（15、16），并且，可调溢流阀13、14分别与负载液压缸（17、18）并联，用于控制负载液压缸（17、18）无杆腔的压力，及起溢流保压的作用；液控单向阀（9、10）与可调溢流阀（13、14）之间分别连接一个单向阀压力表（11、12），分别用于监测液控单向阀（9、10）出油口压力；负载液压缸（17、18）的无杆端分别连接第一压力传感器（19、20），分别用于监测两液负载压缸无杆端油液压力；负载液压缸（17、18）的有杆端通过管道相连，并同时与负载三位四通换向阀8的油口B相连；液控单向阀（9、10）的控制腔与负载液压缸（17、18）无杆腔的合并管路相连，用于无杆腔回油，并且连接有第三压力传感器21，用于监控负载液压缸（17、18）有杆腔总压力。

爬模机同步顶升驱动装置采用变频电机直驱技术，如图1所示，顶升驱动装置两边的液压结构相同，要求两顶升液压缸（24、25）位移相同，从而达到同步。爬模机同步顶升驱动装置的组成有：顶升液压缸（24、25）；第二液控单向阀（30、31）；顶升三位四通电磁换向阀（32、33）；压力表34、35；变频电机（36、37）；顶升定量泵（38、39）；第二可调溢流阀（40、41）；油箱（44、45、46、47）；位移传感器（22、23）；压力传感器26、27、28、29；变频器（42、43）；控制器（48、49）组成。由于爬模机同步顶升驱动装置两边液压结构相同，因此以左边为例介绍该装置结构。顶升液压缸24有杆端与负载液压缸18有杆端对顶；顶升液压缸24无杆腔与第二液控单向阀30出油口相连；第二液控单向阀30与顶升三位四通换向阀32 A孔相连；顶升液压缸24的有杆腔与顶升三位四通换向阀32的B口相连；第二液控单向阀30的液控口连接于顶升液压缸24与顶升三位四通换向阀32连接线之间；顶升三位四通换向阀32的进油口P与顶升定量泵38的出油口相连；变频电机36通过联轴器与顶升定量泵38的驱动轴连接，驱动顶升定量泵38自油箱44吸油，通过顶升定量泵38给系统供油；第二可调溢流阀40进油口连接于顶升定量泵38与顶升三位四通换向阀之间，出油口与油箱45连接，第二可调溢流阀40与顶升定量泵38并联，起溢流稳压的功能；在顶升定量泵38出油口出设置第二压力表34，用于监测系统压力，适时调节第二可调溢流阀40，保证系统处于合适的压力；顶升液压缸24无杆腔与第二液控单向阀30出油口连接管道上设有第四压力传感器26，用于监控顶升液压缸24无杆腔油压，并将油压信号传输给控制器48；顶升液压缸24有杆腔与顶升三位四通换向阀的B口之间连接管路亦设置一个第五压力传感器28，用于监控顶升液压缸24有杆腔压力，并将油压信号传递给控制器48；顶升液压缸24有杆端设置位移传感器22，实时监控顶升液压缸24的位移，并将反馈信号传递给控制器48；控制器48通过接手各传感器的反馈信号及总控制器50发出的信号控制变频器36，从而控制变频电机36的转速，进而控制顶升定量泵38的出油流量。

该爬模机同步顶升驱动装置右边的回路与左边回路相同，这里就不做具体介绍了。

爬模机实验平台工作原理：

本发明，爬模机实验平台分为爬模机负载模拟装置和模爬模机同步顶升驱动模拟装置。爬模机负载模拟装置用于模拟爬模机得负载，采用溢流阀调压以调节系统总压力，及各液压缸的压力，溢流阀5用于调整爬模机负载模拟装置液压系统的总压力，并且溢流阀5的压力大于支路可调溢流阀（13、14）的压力，当启动电机3带动定量泵4给系统供油，负载三位四通换向阀8处于左位时，可以通过调节可调溢流阀（13、14）的压力大小，从而控制负载液压缸（17、18）向外顶出的负载，从而模拟爬模机的负载（可调溢流阀13、14的大小设定应符合实际工况，可模拟偏载，且始终小于溢流阀5的额定压力）。

模爬模机同步顶升驱动模拟装置采用变频电机直驱技术，总控制器50同时给左右两个控制器（48、49）相同的指令，两控制器（48、49）分别给两变频器（42、43）两相同的信号，驱动两变频电机以相同转速运动，带动顶升定量泵（38、39）从油箱中汲取油液，通过顶升三位四通换向阀（32、33）（假设都处于左位）路经第二液控单向阀（30、31）给顶升液压缸（24、25）无杆腔供油，两液压缸活塞顶出，通过分别安装在顶升液压缸（24、25）有杆端的位移传感器检测到的位移信息，分别反馈给控制器（48、49），转换为电信号后同时传递给总控制器，通过偏差处理后，在分别给控制器（48、49）给出指令，仅为控制变频电机（36、37）的转速，调节两顶升液压缸（24、25）的伸出速度，使两液压缸实现同步运动。

模拟实验前，使负载模拟装置的两个负载液压缸（17、18）完全伸出，通过联轴器与顶升模拟装置的两液压缸相连，调节溢流阀（13、14）的压力，开启电机3，使负载三位四通换向阀8处于中位，负载液压缸（18、17）预紧，调节溢流阀（13、14）处于溢流保压状态。接通顶升模拟装置电源，总控制器输出指令，两变频电机等转速输出，两负载三位四通换向阀处于左位为两顶升液压缸（24、25）无杆腔供油，两液压缸执行器伸出，两位移传感器（22、23）分别测得两顶升液压缸（24、25）位移，将反馈信号传递给分别控制器（48、49），转换为电信号后传递给总控制器50,计算出偏差，根据偏差，分别给两个控制器(48、49)两个不同的控制指令，分别通过变频器(42、43)控制电机转速，改变顶升定量泵(38、39)的流量，从而控制顶升液压缸(24、25)的伸出速度，使两缸的位移趋于同步，达到同步控制的要求。当顶升装置的顶升液压缸(24、25)完全伸出时，使顶升三位四通换向阀、32处于中位，而负载模拟装置的负载三位四通换向阀处于左位，负载液压缸(18、17)伸出，四个液压缸执行器恢复到实验前的位置。实验完成。

本发明采用以上技术方案，通过构建液压爬模实验平台，模拟爬模机同步顶升是的实际工况，采用变频电机驱动技术，分布式控制策略，提高液压爬模机的同步精度，延长爬模机行程，提高爬模效率，减少油液泄漏。

Claims (8)

1.多执行元件液压爬模实验平台，其特征在于：实验平台为双液压缸对顶平台，实验平台分为两组执行组合，一组用于模拟爬模机负载，一组用于模拟爬模机同步顶升驱动装置，每组包括两个液压缸作为执行器；

爬模机负载模拟装置包括油箱、电动机和定量泵,定量泵进油口连接油箱，出油口连接负载三位四通换向阀的进油口P；电动机带动定量泵给系统供给油液；溢流阀与定量泵并联，溢流阀进油口通过管路连接于定量泵和负载三位四通换向阀之间；负载三位四通换向阀的A油口通过管道分流分别连接两个负载液压缸的无杆端；

顶升驱动装置具有与两个负载液压缸对应的左右两个液压回路，两个液压回路的结构相同, 每个液压回路具体结构为：顶升液压缸的有杆端与爬模机负载模拟装置中的一个负载液压缸的有杆端对顶；顶升液压缸无杆腔与第二液控单向阀出油口相连；第二液控单向阀与顶升三位四通换向阀 A孔相连；顶升液压缸的有杆腔与顶升三位四通换向阀的B口相连；第二液控单向阀的液控口连接于顶升液压缸与顶升三位四通换向阀连接线之间；顶升三位四通换向阀的进油口P与顶升定量泵的出油口相连；变频电机通过联轴器与顶升定量泵的驱动轴连接，驱动顶升定量泵自油箱吸油，通过顶升定量泵给系统供油；第二可调溢流阀与顶升定量泵并联，第二可调溢流阀进油口连接于顶升定量泵与顶升三位四通换向阀之间，第二可调溢流阀出油口与油箱连接。

2.根据权利要求1所述的多执行元件液压爬模实验平台，其特征在于：在定量泵、溢流阀、负载三位四通换向阀连接交叉口接有进油压力表，用于监测系统进油油压。

3.根据权利要求1所述的多执行元件液压爬模实验平台，其特征在于：两个负载液压缸的有杆端通过管道相连并同时与负载三位四通换向阀的油口B相连。

4.根据权利要求1所述的多执行元件液压爬模实验平台，其特征在于：负载三位四通换向阀与每个负载液压缸无杆端之间均设有一个液控单向阀，防止油液从液压无杆端回流至负载三位四通换向阀；液控单向阀进油口连接负载三位四通换向阀A口，出油口分别连接对应负载液压缸的无杆端；液控单向阀的控制腔与对应负载液压缸的无杆腔的合并管路相连，用于无杆腔回油。

5.根据权利要求4所述的多执行元件液压爬模实验平台，其特征在于：每个液控单向阀的出油口各连接一可调溢流阀的进油口；每个可调溢流阀的出油口均连接油箱，即每个可调溢流阀分别与对应两个负载液压缸并联，用于控制两个负载液压缸无杆腔的压力，及起溢流保压的作用。

6.根据权利要求4所述的多执行元件液压爬模实验平台，其特征在于：每个液控单向阀与对应的可调溢流阀之间连接一个单向阀压力表，用于监测对应线路的液控单向阀出油口压力。

7.根据权利要求4所述的多执行元件液压爬模实验平台，其特征在于：每个负载液压缸的无杆端均连接一第一压力传感器，第一压力传感器监测对应负载液压缸无杆端的油液压力；液控单向阀的控制腔的连接有第三压力传感器，第三压力传感器用于监控两个负载液压缸有杆腔总压力。

8.根据权利要求1所述的多执行元件液压爬模实验平台，其特征在于：在顶升定量泵出油口出设置第二压力表，用于监测系统压力，适时调节第二可调溢流阀，保证系统处于合适的压力；顶升液压缸无杆腔与第二液控单向阀出油口连接管道上设有第四压力传感器，用于监控顶升液压缸无杆腔油压，并将油压信号传输给控制器；顶升液压缸有杆腔与顶升三位四通换向阀的B口之间连接管路亦设置一个第五压力传感器，用于监控顶升液压缸有杆腔压力，并将油压信号传递给控制器；顶升液压缸有杆端设置位移传感器，实时监控顶升液压缸的位移，并将反馈信号传递给控制器；控制器获取各传感器的反馈信号及总控制器发出的信号控制变频器，从而控制变频电机的转速，进而控制顶升定量泵的出油流量。

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