CN209356218U - 深隧整环试验装置 - Google Patents

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陶镛光
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沈浩
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Abstract

本实用新型提供一种深隧整环试验装置,包括用于向砌衬管片环施加径向载荷的外侧径向加载反力机构和内侧径向加载反力机构,还包括执行机构、检测单元、接收检测单元传送的数据信息的控制单元;检测单元用于检测执行机构中系统压力信息,以及外侧油缸和内侧油缸的无杆腔压力信息;控制单元根据加载载荷信息、无杆腔压力信息以及系统压力信息采用PID闭环控制方式设计出对外侧油缸和内侧油缸的控制指令;执行机构控制连接各外侧油缸和内侧油缸,接收控制单元传送的控制指令信息,并通过带放大器的比例溢流阀控制外侧油缸和内侧油缸加载载荷。其优点是:精度高、可有效抑制PID控制器微调。

Description

深隧整环试验装置
技术领域
本实用新型涉及隧道砌衬管片环的实验设施,尤其涉及一种深隧整环试验装置。
背景技术
地铁隧道建成运营后,随着运营时间的不断累积,由于地铁衬砌先天的质量缺陷,很容易导致衬砌开裂、脱落、混凝土碳化、渗漏水等病害的发生。其中地铁隧道衬砌结构开裂是最为常见的病害情况,也是隧道内渗漏、翻浆冒泥、掉块等各种病害的直接诱因。
隧道衬砌裂缝的形成原因繁多且非常复杂,因此探究隧道衬砌开裂的成因、发展以及整体破坏情况,常用的试验方法是现场原位试验或室内模型实验。前者更具真实性及可靠性,但实验受地形地质等外界影响影响因素较大,实验可控性差,实验难度远大于后者。后者模型试验难度小,可操作性强,受外界影响较小,适用范围广,在探究隧道病害机理的实验中,也是应用最多的手段。
现有的用于隧道模型试验的加载试验台,大体分为两种,一种是将作用力施加在隧道周围的土体上,这种加载试验台考虑到了隧道结构与围岩的相互作用,但是由于考虑模型的边界效应,隧道模型的大小受到明显的限制,该种试验台只能完成小比例尺的加载试验,不易于观察隧道衬砌病害的形成以及发展,结构受力也相对的不够明确;另外一种是采用直接加载的方式,模拟隧道围岩土体的受力情况,将作用力直接施加在隧道模型上,不受隧道边界效应的约束,可完成大比例尺的加载试验,适用范围更加广泛,而且有利于观察隧道衬砌的病害在加载过程中,从材料的微观损伤到结构宏观的局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进的破坏失稳过程。
如申请号为201810386841.9的中国专利公开了一种隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法,其结构为:包括内部穿设隧道模型的反力框架基础,放置并移动隧道模型的轮轨装置,模拟荷载的加载系统,以及量测系统;反力框架基础包括底板、设置在底板上的门形框架和设置在门形框架内的弧面反力框架;轮轨装置包括底板上方的轨道、可沿轨道相对滑动的平移车和设置在平移车上的模型底座,所述模型底座底部通过基座弹簧与平移车连接;加载系统包括设置在弧面反力框架内侧的加载装置,顶撑在隧道模型顶部外侧壁上的弧面加载板,连接加载装置和弧面加载板的加载弹簧;量测系统包括压力传感器和位移计,所述压力传感器设置在弧面加载板上和模型底座上,位移计设置在隧道模型的内侧壁上。所述加载装置包括千斤顶和为千斤顶输出压力的液压泵组,千斤顶为2组,与门形框架的位置相对应设置,每组千斤顶的数量为7个,沿隧道模型的周向、均匀间隔布置在隧道模型的侧壁和顶壁外侧。
上述这种加载装置的液压系统控制精度较差,设定压力与实际压力差值较大,当对整个环形管片加载时,如整个管片环合力不为零时,整个环会移动。在试验中要进行不同等级、不同方向的力加载,合力必须为零。要求每组油缸的压力精确控制压力误差极小。而上述加载装置很难满足高精度的测试需求。
对现有技术存在的缺陷,提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术结构上的缺点,提出一种深隧整环试验装置,该深隧整环试验装置设置纵向加载反力机构、外侧径向加载反力机构和内侧径向加载反力机构,采用系统压力以及油缸无杆腔压力作为反馈,并通过PID闭环控制蓄能器和比例溢流阀控制油缸加载载荷,其精度较高。
为了达到上述目的,本实用新型实施例提出的一种深隧整环试验装置,通过以下技术方案实现的:
一种深隧整环试验装置,用于对安装在可移动支座上的砌衬管片环进行加载实验,所述深隧整环试验装置包括用于向所述砌衬管片环施加径向载荷的外侧径向加载反力机构和内侧径向加载反力机构;所述外侧径向加载反力机构围设在砌衬管片环外周,并对应所述砌衬管片环外周面的各测点分别设置外侧油缸;所述内侧径向加载反力机构设于所述砌衬管片环内,并设置有与所述外侧油缸一一对应配置的内侧油缸;其特征在于:所述深隧整环试验装置还包括执行机构、检测单元、接收所述检测单元传送的数据信息的控制单元;所述检测单元用于检测所述执行机构中系统压力信息,以及所述外侧油缸和内侧油缸的无杆腔压力信息;所述控制单元设定有与各外侧油缸和内侧油缸对应的加载载荷信息,所述加载载荷信息基于实验设计要求,以及所述外侧油缸和内侧油缸所对应管片在理论埋设深度下应承受围岩压力和砌衬管片环自重而设定;所述控制单元根据所述加载载荷信息、无杆腔压力信息以及系统压力信息采用PID闭环控制设计出对外侧油缸和内侧油缸的控制指令;所述执行机构控制连接各外侧油缸和内侧油缸,接收所述控制单元传送的控制指令信息,并通过带放大器的比例溢流阀控制所述外侧油缸和内侧油缸加载相应的载荷。
基于所述外侧油缸和内侧油缸所对应管片在理论埋设深度应承受围岩压力和砌衬管片环自重,所述外侧油缸和内侧油缸均被分为数个载荷组;在所述控制单元控制执行机构进行加载的任意时刻:任意一组载荷组内的油缸加载载荷相同,各载荷组中油缸的加载载荷随对应管片理论埋设深度递增而递增。
所述执行机构包括外侧子执行机构和内侧子执行机构;所述外侧子执行机构包括油箱、与所述外侧径向加载反力机构的各载荷组一一对应设置的顶升液压装置;每组顶升液压装置中均包括有由电机驱动的泵、带放大器的比例溢流阀、蓄能器和电磁换向阀;所述泵的进油口连接到所述油箱,所述泵的出油口通过单向阀连接第一压力传感器、所述比例溢流阀的第一油口和电磁换向阀的第一油口;所述比例溢流阀的第二油口连接所述蓄能器;所述电磁换向阀的第二油口连接分流模块,通过分流后连接第二压力传感器,并连接到外侧径向加载反力机构中的一组载荷组的各个外侧油缸的无杆腔;该组载荷组的外侧油缸有杆腔连接回对应的分流模块,通过合流后连接所述电磁换向阀的第三油口;所述电磁换向阀的第四油口通过回油管路连接回所述油箱;所述内侧子执行机构与所述外侧子执行机构的结构相同,其每组顶升液压装置的电磁换向阀通过分流模块分流后与第三压力传感器,并连接到内侧径向加载反力机构的一组载荷组的各个内侧油缸无杆腔;该组内侧径向加载反力机构载荷组的内侧油缸的有杆腔通过对应分流模块合流连接所述电磁换向阀的第三油口。
所述比例溢流阀的第二油口和所述蓄能器之间还设有单向节流阀。
所述控制单元至少包括和接收检测单元所传送得模拟信号并将之转换成数字信号的A/D转换模块,所述A/D转换模块与PID控制器的输入端相连接,所述PID控制器的输出端连接有D/A转换模块,所述D/A转换模块与所述外侧子执行机构和内侧子执行机构的电机、比例溢流阀的输入端相连接;所述PID闭环控制为:若所述PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息未形成稳定值,则采用对系统压力进行闭环控制,由系统压力信息作为反馈;若所述PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值,则采用油缸无杆腔的压力闭环控制,由油缸无杆腔压力信息作为反馈;并根据上述反馈数据输出所述比例溢流阀的调定压力进行控制。
所述控制单元还包括超调补偿控制器,所述超调补偿控制器内预设有超调阈值,其连接所述D/A转换模块、检测单元和PID控制器,并根据所述无杆腔压力信息和PID控制器计算的内部目标值判断系统超调量是否高于超调阈值,若是,则切断所述PID控制器和D/A转换模块之间数据连接,并向D/A转换模块输入抑制超调修正信息,直至系统超调量低于超调阈值,恢复所述PID控制器和D/A转换模块之间数据连接。
所述深隧整环试验装置还包括纵向加载反力机构;所述纵向加载反力机构包括支撑于地面且设于所述砌衬管片环上方的上侧框架,所述上侧框架对应所述砌衬管片环上端面各测点分别设置上侧油缸,用于向所述砌衬管片环施加沿其纵向的载荷;所述控制单元采用PID闭环控制设计出对上侧油缸的控制指令;所述执行机构控制连接各上侧油缸,接收所述控制单元传送的控制指令信息,并通过带放大器的比例溢流阀控制所述上侧油缸加载载荷。
所述外侧油缸和内侧油缸均被分为9个载荷组。
所述外侧径向加载反力机构设有轴向加载千斤顶反力梁,所述外侧油缸固定于该轴向加载千斤顶反力梁上;所述砌衬管片环内布置有支撑于所述管片内侧面的支撑钢板,所述轴向加载千斤顶反力梁和支撑钢板之间通过连接拉杆连接;所述外侧油缸的顶升端与所述管片外侧面之间还设有垫梁。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
1、采用系统压力以及油缸无杆腔压力作为反馈,并通过PID闭环控制蓄能器和比例溢流阀控制油缸加载载荷,实现全自动控制。在整个实验中,油缸从原始状态开始伸出,油缸没有接触到管片,油缸无杆腔压力未形成稳定值,对系统的压力闭环控制,由油泵系统压力作为反馈。这样油缸接触管片时压力误差较小。当油缸接触管片时,油缸无杆腔压力形成稳定值,对油缸无杆腔的压力闭环控制,由油缸无杆腔压力作为反馈,精度误差小于0.1Kg/cm2
2、按照实验要求规范,在试验中从一个压力等级上升到另一个压力等级时,如果遇到蓄能器充压点时PID常数会出现不匹配,可能造成压力微小超调,这时超调补偿控制器自动给出抑制超调修正信息,直至PID控制器的超调量低于超调阈值,恢复PID控制器和D/A转换模块之间数据连接。
3、鉴于蓄能器吸收压力后易反复振荡,因此在蓄能器的接入管段上增加单向节流阀,使得蓄能器吸收压力冲击时液压油可顺利进入蓄能器,而当蓄能器内液压油回流时则会受到节流阻尼的控制,消除振荡。
附图说明
通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述,本实用新型上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1为本实用新型实施例深隧整环试验外侧径向加载反力机构和内侧径向加载反力机构结构图;
图2为本实用新型实施例深隧整环试验装置液压原理图I;
图3为本实用新型实施例深隧整环试验装置液压原理图II;
图4为本实用新型实施例深隧整环试验装置原理图;
图5为本实用新型实施例深隧整环试验液压油缸及管片外弧面测点布置图;
图6为图1的A-A断面示意图;
图7为图1的B-B断面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明,以便于同行业技术人员的理解:
参见图1-7所示,本实用新型提供一种深隧整环试验装置,用于对安装在可移动支座1上的砌衬管片环2进行加载实验.该深隧整环试验装置主要包括:
外侧径向加载反力机构3
外侧径向加载反力机构3包括围设在砌衬管片环2外周的外侧框架31,外侧框架31对应砌衬管片环2外周面的各测点分别设置外侧油缸32,用于向砌衬管片环2施加径向载荷.
参见图6-7所示,外侧框架31上设有轴向加载千斤顶反力梁33,外侧油缸32固定于该轴向加载千斤顶反力梁33上;砌衬管片环2内布置有支撑于管片22内侧面的支撑钢板34。轴向加载千斤顶反力梁33和支撑钢板34之间通过连接拉杆35连接。另外,外侧油缸32的顶升端与管片21外侧面之间还设有垫梁36。
砌衬管片环2外周面测点以及外侧油缸32的分布式图可参见图5所示,砌衬管片环2外周面测点主要有接头张角(张开量)测点、环缝径向错动测点、混凝土应变测点、衬砌管片环径向位移测点。而外侧油缸32则一一对应于各测点,供96个。
为了模拟结构自重对其整个受力过程的影响,以及充分模拟衬砌结构在实际土体中的受力状态;基于外侧油缸32所对应管片22在不同地质环境下的理论埋设深度应承受围岩压力和砌衬管片环2自重,外侧油缸32被分为9个载荷组,标记为P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9。其中:
载荷组P1和P9各由4个外侧油缸32组成。
载荷组P3、P5、P7各由8个外侧油缸32组成。
载荷组P2、P4、P6、P8各由16个外侧油缸32组成。
内侧径向加载反力机构4
内侧径向加载反力机构4包括设于砌衬管片环2内的内侧框架41,内侧框架41上设置若干内侧油缸42。内侧框架41同样通过支撑钢板、轴向加载千斤顶反力梁和连接拉杆实现与砌衬管片环2的相对连接,鉴于其结构与外侧径向加载反力机构3相似,故在此省略具体结构描述和附图说。
鉴于砌衬管片环2外周面测点和内周面测点一一对应,内侧油缸42数量和布设位置同样和外侧油缸32一一对应,在此省略内侧油缸42测点布置图。
同样模拟结构自重对其整个受力过程的影响,以及充分模拟衬砌结构在实际土体中的受力状态;基于内侧油缸42所对应管片22在不同地质环境下的理论埋设深度应承受围岩压力和砌衬管片环2自重,内侧油缸42同样被分为9个载荷组,标记为F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9。其中:
载荷组F1和F9各由4个外侧油缸32组成。
载荷组F3、F5、F7各由8个外侧油缸32组成。
载荷组F2、F4、F6、F8各由16个外侧油缸32组成。
纵向加载反力机构
纵向加载反力机构5包括支撑于地面且设于砌衬管片环2上方的上侧框架51,上侧框架51对应砌衬管片环上端面各测点分别设置上侧油缸52,用于向砌衬管片环施加沿其纵向的载荷,上侧油缸52数量共24个。
执行机构
执行机构6包括外侧子执行机构61、内侧子执行机构和纵向子执行机构61。
其中:
参见图2所示,外侧子执行机构62包括油箱621、与外侧径向加载反力机构3的各载荷组一一对应的9组顶升液压装置。每组顶升液压装置中均包括油箱621、电磁换向阀622、泵623、比例溢流阀625和蓄能器624。
泵623可采用叶片泵,并采用11kw的交流电机来驱动。泵623的进油口连接到油箱621,其出油口通过单向阀626连接到比例溢流阀625的第一油口、电磁换向阀622的第一油口和第一压力传感器627。第一压力传感器627用于检测系统压力。
比例溢流阀625上设置有放大器,用于实现改变进入系统的液压油的压力。比例溢流阀625的第二油口连接蓄能器624。鉴于蓄能器624吸收压力后易反复振荡,因此在蓄能器624的接入管段上增加单向节流阀,即设于比例溢流阀625的第二油口和蓄能器524之间。使得蓄能器624吸收压力冲击时液压油可顺利进入蓄能器624,而当蓄能器内液压油回流时则会受到节流阻尼的控制,消除振荡。
电磁换向阀622的第二油口连接分流模块628,通过分流后与第二压力传感器629连接,并连接到外侧径向加载反力机构3中的一组载荷组的各个外侧油缸32无杆腔。第二压力传感器628用于检测外侧油缸32无杆腔的压力。
外侧径向加载反力机构3的每组载荷组的外侧油缸32的有杆腔连接分流模块628,通过合流后由分流模块628连接电磁换向阀622的第三油口。电磁换向阀622的第四油口通过冷却器和过滤器以及回油管路连接回油箱621。
在本实施例中,对应不同的载荷组,分流模块628采用不同的结构。载荷组P1、P9的分流模块628用一个第一分流块完成分流。载荷组P3、P5、P7的分流模块628结构为第二分流块并联2块第一分流块,并分左右布置。载荷组P2、P4、P6、P8分别用第二分流块再接4块第一分流块。第一分流块是2个进油口8个出油口;第二分流块是2个进油口8个出油口。
内侧子执行机构与外侧子执行机构的结构相同,其每组顶升液压装置的电磁换向阀通过分流模块分流后与第三压力传感器,并连接内侧径向加载反力机构的一组载荷组的各个内侧油缸无杆腔,第三压力传感器用于检测内侧油缸42无杆腔的压力。该载荷组的内侧油缸的有杆腔通过对应分流模块合流连接电磁换向阀的第三油口。在此省略内侧子执行机构的液压原理图。
见图3所示,纵向子执行机构61的结构与外侧子执行机构62结构大致相同,外侧子执行机构61包括油箱611、电磁换向阀612、泵613、比例溢流阀615和蓄能器614。
泵613可采用叶片泵,并采用11kw的交流电机来驱动。泵613的进油口连接到油箱611,其出油口通过单向阀616连接到比例溢流阀615的第一油口、电磁换向阀612的第一油口和第一压力传感器617。第一压力传感器617用于检测系统压力。比例溢流阀615上设置有放大器,用于实现改变进入系统的液压油的压力。比例溢流阀615的第二油口连接蓄能器614。鉴于蓄能器614吸收压力后易反复振荡,因此在蓄能器614的接入管段上增加单向节流阀,即设于比例溢流阀615的第二油口和蓄能器524之间。使得蓄能器614吸收压力冲击时液压油可顺利进入蓄能器614,而当蓄能器内液压油回流时则会受到节流阻尼的控制,消除振荡。
电磁换向阀612的第二油口连接分流模块618,分流模块618是2个进油口48个出油口。通过分流后与第四压力传感器618连接,并连接到24个上侧油缸52的无杆腔。第二压力传感器618用于检测上侧油缸52无杆腔的压力。
24个上侧油缸52的有杆腔连接分流模块618,通过合流后由分流模块618连接电磁换向阀612的第三油口。电磁换向阀612的第四油口通过冷却器和过滤器以及回油管路连接回油箱611。
上述的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器构成本装置的检测单元。
控制单元
控制单元接收检测单元传送的数据信息。控制单元设定有实验加载载荷方案,该加载方案基于实验设计要求,以及外侧油缸和内侧油缸所对应管片在理论埋设深度下应承受围岩压力和砌衬管片环自重而设定。
控制单元根据加载载荷信息、无杆腔压力信息以及系统压力信息采用PID闭环控制方式设计出对外侧油缸和内侧油缸的控制指令。执行机构6控制连接各外侧油缸和内侧油缸,接收控制单元传送的控制指令信息,并通过带放大器的比例溢流阀控制外侧油缸和内侧油缸加载载荷。
参见图4所示,控制单元至少包括接收检测单元传送的信号信息将模拟信号转换成数字信号的A/D转换模块和PID控制器,A/D转换模块与PID控制器的输入端相连接,PID控制器的输出端连接有D/A转换模块,D/A转换模块与外侧子执行机构和内侧子执行机构的电机、比例溢流阀的输入端相连接。
PID闭环控制方式为:若PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息未形成稳定值,则采用对系统压力进行闭环控制,由系统压力信息作为反馈;若PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值,则采用油缸无杆腔的压力闭环控制,由油缸无杆腔压力信息作为反馈;并根据上述反馈数据输出比例溢流阀的调定压力进行控制。
另外,为了避免PID控制器超调,尤其是在试验中从一个压力等级上升到另一个压力等级时,会遇到蓄能器充压点时PID常数会出现不匹配,造成压力微小超调,控制单元还包括超调补偿控制器,超调补偿控制器内预设有超调阈值,其连接D/A转换模块、检测单元和PID控制器,并根据无杆腔压力信息和PID控制器计算的内部目标值判断PID控制器超调量是否高于超调阈值,若是,则切断PID控制器和D/A转换模块之间数据连接,并向D/A转换模块输入抑制超调修正信息,直至PID控制器的超调量低于超调阈值,恢复PID控制器和D/A转换模块之间数据连接。
深隧整环试验装置还包括与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
1、采用系统压力以及油缸无杆腔压力作为反馈,并通过PID闭环控制蓄能器和比例溢流阀控制油缸加载载荷,实现全自动控制。在整个实验中,油缸从原始状态开始伸出,油缸没有接触到管片,油缸无杆腔压力未形成稳定值,对系统的压力闭环控制,由油泵系统压力作为反馈。这样油缸接触管片时压力误差较小。当油缸接触管片时,油缸无杆腔压力形成稳定值,对油缸无杆腔的压力闭环控制,由油缸无杆腔压力作为反馈,精度误差小于0.1Kg/cm2
2、按照实验要求规范,在试验中从一个压力等级上升到另一个压力等级时,如果遇到蓄能器充压点时PID常数会出现不匹配,可能造成压力微小超调,这时超调补偿控制器自动给出抑制超调修正信息,直至PID控制器的超调量低于超调阈值,恢复PID控制器和D/A转换模块之间数据连接。
3、鉴于蓄能器吸收压力后易反复振荡,因此在蓄能器的接入管段上增加单向节流阀,使得蓄能器吸收压力冲击时液压油可顺利进入蓄能器,而当蓄能器内液压油回流时则会受到节流阻尼的控制,消除振荡。

Claims (9)

1.一种深隧整环试验装置,用于对安装在可移动支座上的砌衬管片环进行加载实验,所述深隧整环试验装置包括用于向所述砌衬管片环施加径向载荷的外侧径向加载反力机构和内侧径向加载反力机构;所述外侧径向加载反力机构围设在砌衬管片环外周,并对应所述砌衬管片环外周面的各测点分别设置外侧油缸;所述内侧径向加载反力机构设于所述砌衬管片环内,并设置有与所述外侧油缸一一对应配置的内侧油缸;其特征在于:所述深隧整环试验装置还包括执行机构、检测单元、接收所述检测单元传送的数据信息的控制单元;所述检测单元用于检测所述执行机构中系统压力信息,以及所述外侧油缸和内侧油缸的无杆腔压力信息;所述控制单元设定有与各外侧油缸和内侧油缸对应的加载载荷信息,所述加载载荷信息基于实验设计要求,以及所述外侧油缸和内侧油缸所对应管片在理论埋设深度下应承受围岩压力和砌衬管片环自重而设定;所述控制单元根据所述加载载荷信息、无杆腔压力信息以及系统压力信息采用PID闭环控制设计出对外侧油缸和内侧油缸的控制指令;所述执行机构控制连接各外侧油缸和内侧油缸,接收所述控制单元传送的控制指令信息,并通过带放大器的比例溢流阀控制所述外侧油缸和内侧油缸加载相应的载荷。
2.根据权利要求1所述的深隧整环试验装置,其特征在于:基于所述外侧油缸和内侧油缸所对应管片在理论埋设深度应承受围岩压力和砌衬管片环自重,所述外侧油缸和内侧油缸均被分为数个载荷组;在所述控制单元控制执行机构进行加载的任意时刻:任意一组载荷组内的油缸加载载荷相同,各载荷组中油缸的加载载荷随对应管片理论埋设深度递增而递增。
3.根据权利要求2所述的深隧整环试验装置,其特征在于:所述执行机构包括外侧子执行机构和内侧子执行机构;所述外侧子执行机构包括油箱、与所述外侧径向加载反力机构的各载荷组一一对应设置的顶升液压装置;每组顶升液压装置中均包括有由电机驱动的泵、带放大器的比例溢流阀、蓄能器和电磁换向阀;所述泵的进油口连接到所述油箱,所述泵的出油口通过单向阀连接第一压力传感器、所述比例溢流阀的第一油口和电磁换向阀的第一油口;所述比例溢流阀的第二油口连接所述蓄能器;所述电磁换向阀的第二油口连接分流模块,通过分流后连接第二压力传感器,并连接到外侧径向加载反力机构中的一组载荷组的各个外侧油缸的无杆腔;该组载荷组的外侧油缸有杆腔连接回对应的分流模块,通过合流后连接所述电磁换向阀的第三油口;所述电磁换向阀的第四油口通过回油管路连接回所述油箱;所述内侧子执行机构与所述外侧子执行机构的结构相同,其每组顶升液压装置的电磁换向阀通过分流模块分流后与第三压力传感器,并连接到内侧径向加载反力机构的一组载荷组的各个内侧油缸无杆腔;该组内侧径向加载反力机构载荷组的内侧油缸的有杆腔通过对应分流模块合流连接所述电磁换向阀的第三油口。
4.根据权利要求3所述的深隧整环试验装置,其特征在于:所述比例溢流阀的第二油口和所述蓄能器之间还设有单向节流阀。
5.根据权利要求4所述的深隧整环试验装置,其特征在于:所述控制单元至少包括和接收检测单元所传送得模拟信号并将之转换成数字信号的A/D转换模块,所述A/D转换模块与PID控制器的输入端相连接,所述PID控制器的输出端连接有D/A转换模块,所述D/A转换模块与所述外侧子执行机构和内侧子执行机构的电机、比例溢流阀的输入端相连接;所述PID闭环控制为:若所述PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息未形成稳定值,则采用对系统压力进行闭环控制,由系统压力信息作为反馈;若所述PID控制器接收到的油缸无杆腔压力信息形成稳定值,则采用油缸无杆腔的压力闭环控制,由油缸无杆腔压力信息作为反馈;并根据反馈数据输出所述比例溢流阀的调定压力进行控制。
6.根据权利要求5所述的深隧整环试验装置,其特征在于:所述控制单元还包括超调补偿控制器,所述超调补偿控制器内预设有超调阈值,其连接所述D/A转换模块、检测单元和PID控制器,并根据所述无杆腔压力信息和PID控制器计算的内部目标值判断系统超调量是否高于超调阈值,若是,则切断所述PID控制器和D/A转换模块之间数据连接,并向D/A转换模块输入抑制超调修正信息,直至系统超调量低于超调阈值,恢复所述PID控制器和D/A转换模块之间数据连接。
7.根据权利要求6所述的深隧整环试验装置,其特征在于:所述深隧整环试验装置还包括纵向加载反力机构;所述纵向加载反力机构包括支撑于地面且设于所述砌衬管片环上方的上侧框架,所述上侧框架对应所述砌衬管片环上端面各测点分别设置上侧油缸,用于向所述砌衬管片环施加沿其纵向的载荷;所述控制单元采用PID闭环控制设计出对上侧油缸的控制指令;所述执行机构控制连接各上侧油缸,接收所述控制单元传送的控制指令信息,并通过带放大器的比例溢流阀控制所述上侧油缸加载载荷。
8.根据权利要求7所述的深隧整环试验装置,其特征在于:所述外侧油缸和内侧油缸均被分为9个载荷组。
9.根据权利要求8所述的深隧整环试验装置,其特征在于:所述外侧径向加载反力机构设有轴向加载千斤顶反力梁,所述外侧油缸固定于该轴向加载千斤顶反力梁上;所述砌衬管片环内布置有支撑于所述管片内侧面的支撑钢板,所述轴向加载千斤顶反力梁和支撑钢板之间通过连接拉杆连接;所述外侧油缸的顶升端与所述管片外侧面之间还设有垫梁。
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