CN113565819B - 一种基于高速开关阀的撑靴压力控制*** - Google Patents

一种基于高速开关阀的撑靴压力控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***，包括双作用单出杆液压缸组，所述双作用单出杆液压缸组的第二腔室分别与高速开关阀一B口和高速开关阀二B口连接，所述高速开关阀二A口与高速开关阀三的B口连接，所述双作用单出杆液压缸组与位移传感器连接。其优点在于，本***基于三个由PWM信号控制的高速开关阀，通过调整PWM信号的占空比实现对高速开关阀阀口流量的控制，相比于传统撑靴压力控制***具有成本低、高速开关阀对油液清洁度不敏感、反应速度快、控制精度高、可检测内泄漏等优势。

Description

一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***
技术领域
本发明涉及一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***，在实现撑靴功能的前提下，具备撑靴压力在线调整与内泄漏在线检测等功能。
背景技术
撑靴压力控制***在隧道施工中应用广泛，撑靴压力控制***需要具备一定的压力在线调节能力和内泄漏在线检测的能力，传统的撑靴压力控制***难以满足上述要求，授权公告号CN104373398B的中国发明专利中提到一种推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压***，其采用了一般液压***不具有的高压小流量油源和低压大流量油源并联控制，并且其采用减压阀控制撑靴油缸的方法无法实现撑靴油缸撑紧时压力的可靠精确控制与智能检测。
发明内容
针对上述问题，本项目设计一套具备撑靴压力在线调整与内泄漏在线检测的撑靴压力控制***。本***基于三个由PWM信号控制的高速开关阀，通过调整PWM信号的占空比实现对高速开关阀阀口流量的控制，相比于传统撑靴压力控制***具有成本低、高速开关阀对油液清洁度不敏感、反应速度快、控制精度高、可检测内泄漏等优势。其技术方案为，一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***，包括双作用单出杆液压缸组，所述双作用单出杆液压缸组的第二腔室分别与高速开关阀一B口和高速开关阀二B口连接，所述高速开关阀二A口与高速开关阀三的B口连接，所述双作用单出杆液压缸组与位移传感器连接。
进一步的，所述高速开关阀一B口、高速开关阀二B口和双作用单出杆液压缸组均与压力传感器一连接。
进一步的，所述高速开关阀二A口、高速开关阀三B口分别与压力传感器二连接，所述压力传感器二与蓄能器连接。
进一步的，包括***液压回路，所述液压回路包括高速开关阀三、高速开关阀二、高速开关阀一；所述高速开关阀三的A口与油箱相连，B口分别与压力传感器二、蓄能器、高速开关阀二的A口相连；高速开关阀二的B口分别与压力传感器一的A口、高速开关阀一的B口、双作用单出杆液压缸组的B口相连；高速开关阀一的A口与油箱相连；双作用单出杆液压缸组的A口与油箱相连。
进一步的，撑靴液压***的增压过程为：
当压力传感器一的压力信号低于预设压力时，压力传感器一将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器，压力控制器根据压力传感器一的压力信号通过控制线路f将PWM控制信号传递至高速开关阀二，控制高速开关阀二的阀芯实现其左位与右位的高速切换，通过调整PWM控制信号的占空比，实现对高速开关阀二阀口流量的控制，当高速开关阀二的A口与B口处于导通状态时，蓄能器内的高压油经其A口流出，蓄能器A口流出的液压油流入压力传感器二,液压油经高速开关阀二后分别流入压力传感器一，双作用单出杆液压缸组的第二腔室，液压油由双作用单出杆液压缸组的第一腔室直接流回油箱，通过高速开关阀二的阀芯的高速切换，双作用单出杆液压缸组的第二腔室的液压油的压力逐渐升高，当液压油的压力达到压力传感器一的预设压力时，压力传感器一通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器，压力控制器通过控制线路f将其PWM控制信号传递至高速开关阀二，将PWM控制信号的占空比调整至零，控制高速开关阀二转换至右位，实现撑靴液压***的增压。
进一步的，撑靴液压***的泄压过程为：
当压力传感器一的压力信号高于预设压力时，压力传感器一将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器，压力控制器根据压力传感器一的压力信号通过控制线路e将PWM控制信号传递至高速开关阀一，控制高速开关阀一的阀芯实现其左位与右位的高速切换，通过调整PWM控制信号的占空比，实现对高速开关阀一阀口流量的控制，当高速开关阀一的A口与B口处于导通状态时，双作用单出杆缸组的第二腔室的液压油分别流入压力传感器一和高速开关阀一，液压油经高速开关阀一后由其A口直接流回油箱，通过高速开关阀一的阀芯的高速切换，双作用单出杆液压缸组的第二腔室的液压油的压力逐渐降低，当液压油的压力达到压力传感器一的预设压力时，压力传感器一通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器，压力控制器通过控制线路e将其PWM控制信号传递至高速开关阀一，将PWM控制信号的占空比控制调整至零，控制高速开关阀一转换至右位，实现撑靴液压***的泄压。
进一步的，蓄能器的压力保持过程为：
当压力传感器二的压力低于预设压力时，压力传感器二通过控制线路c将其压力信号传递至压力控制器，压力控制器通过控制线路g将PWM控制信号传递至高速开关阀三，通过调整PWM控制信号的占空比，控制高速开关阀三的阀芯实现其左位与右位的高速切换，当高速开关阀三的A口与B口处于导通状态时，液压油源内的液压油经高速开关阀三流入压力传感器二；经蓄能器的A口流入蓄能器为蓄能器增压，当压力传感器二的压力达到预设压力时，压力控制器通过控制线路g将其PWM控制信号传递至高速开关阀三，通过将PWM控制信号的占空比调整至零，控制高速开关阀三处于右位，实现蓄能器的压力保持。
进一步的，撑靴液压***内泄漏的在线检测过程为：
压力传感器一将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器，位移传感器一和位移传感器二将双作用单出杆液压缸组的位移信号分别经控制线路a和控制线路b传递至压力控制器，当双作用单出杆液压缸组发生内泄漏后，其第二腔室内的液压油的压力降低，压力控制器根据压力传感器一的压力信号通过控制线路f将PWM控制信号传递至高速开关阀二，控制高速开关阀二的阀芯左位与右位的高速切换，当高速开关阀二的A口与B口处于导通状态时，蓄能器内的高压油经其A口流出，分别流入压力传感器二和高速开关阀二，液压油经高速开关阀二后由其B口流出，高速开关阀二的B口流出的液压油流入压力传感器一和双作用单出杆液压缸组的第二腔室，双作用单出杆液压缸组的第一腔室的液压油直接流回油箱；通过高速开关阀二的阀芯的左位与右位的高速切换，双作用单出杆液压缸组的第二腔室的液压油的压力逐渐升高，当液压油的压力回复至内泄漏前时，压力传感器一通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器，压力控制器通过控制线路f将其PWM控制信号传递至高速开关阀二，通过将PWM控制信号的占空比调整为零，控制高速开关阀二转换至右位，根据位移传感器一与位移传感器二的位移信号，压力传感器一与压力传感器二的压力信号以及高速开关阀二的控制信号计算出高速开关阀的阀口流量，进而计算出双作用单出杆液压缸的内泄漏量。
有益效果
本项目设计一套具备撑靴压力在线调整与内泄漏在线检测的撑靴压力控制***。本***基于三个由PWM信号控制的高速开关阀，通过调整PWM信号的占空比实现对高速开关阀阀口流量的控制，相比于传统撑靴压力控制***具有成本低，高速开关阀对油液清洁度不敏感、反应速度快、控制精度高、可检测内泄漏等优势。
附图说明
图1为本申请结构示意图；
其中，1-第一双作用单出杆液压缸、2-第二双作用单出杆液压缸、3-位移传感器一、4-位移传感器二、5-压力传感器一、6-高速开关阀一、7-高速开关阀二、8-蓄能器、9-压力传感器二、10-高速开关阀三、11-液压油源、12-油箱、13-压力控制器、控制线路a、控制线路b、控制线路c、控制线路d、控制线路e、控制线路f、控制线路g。
具体实施方式
以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。
本发明包括第一双作用单出杆液压缸1、第二双作用单出杆液压缸2、位移传感器一3、位移传感器二4、压力传感器一5、高速开关阀一6、高速开关阀二7、蓄能器8、压力传感器二9、高速开关阀三10、液压油源11、油箱12、压力控制器13、控制线路a、控制线路b、控制线路c、控制线路d、控制线路e、控制线路f、控制线路g。
双作用单出杆液压缸组包括第一双作用单出杆液压缸1和第二双作用单出杆液压缸2。
***液压回路：高速开关阀三10的A口(10A)与油箱11相连；高速开关阀三10的B口(10B)分别与压力传感器二9的A口(9A)，蓄能器8的A口(8A)，高速开关阀二7的A口(7A)相连；高速开关阀二7的B口(7B)分别与压力传感器一5的A口(5A)，高速开关阀一6的B口(6B)，第一双作用单出杆液压缸1的B口(1B)，第二双作用单出杆液压缸2的B口(2B)相连；高速开关阀一6的A口(6A)与油箱12相连；第一双作用单出杆液压缸1的A口(1A)与油箱12相连；第二双作用单出杆液压缸2的A口(2A)与油箱12。
***控制回路：压力控制器13别通过线路a与位移传感器一3相连；通过线路b与位移传感器二4相连；通过控制线路c与压力传感器二9相连；通过控制线路d与压力传感器一5相连；通过控制线路e与高速开关阀一6相连；通过控制线路f与高速开关阀二7相连；通过控制线路g与高速开关阀三10相连。位移传感器一3测量第一单出杆液压缸1的液压杆的位移，位移传感器二4测量第二单出杆液压缸2液压杆的位移。
高速开关阀一6、高速开关阀二7与高速开关阀三10位于左位时，其A口与B口处于连通状态；位于右位时，其A口与B口处于断开状态。
撑靴液压***的增压：当压力传感器一5的压力信号低于预设压力时，压力传感器一5将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器13，压力控制器13根据压力传感器一5的压力信号通过控制线路f将PWM控制信号传递至高速开关阀二7，控制高速开关阀二7的阀芯实现其左位与右位的高速切换，通过调整PWM控制信号的占空比，实现对高速开关阀二7阀口流量的控制，当高速开关阀二7的A口(7A)与B口(7B)处于导通状态时，蓄能器8内的高压油经其A口(8A)流出，蓄能器8的A口(8A)流出的液压油分别经压力传感器二9的A口(9A)流入压力传感器9,经高速开关阀二7的A口(7A)流入高速开关阀7，液压油经高速开关阀二7后由其B口(7B)流出，高速开关阀二7的B口(7B)流出的液压油分别经压力传感器一5的A口(5A)流入压力传感器5，经第一双作用单出杆液压缸1的B口(1B)流入其第二腔室，经第二双作用单出杆液压缸2的B口(2B)流入其第二腔室，第一双作用单出杆液压缸1的第一腔室的液压油经其A口(1A)直接流回油箱12，第二双作用单出杆液压缸2的第一腔室的液压油经其A口(2A)直接流回油箱12，通过高速开关阀二7的阀芯的高速切换，第一双作用单出杆液压缸1的第二腔室与第二双作用单出杆液压缸2的第二腔室内的液压油的压力逐渐升高，当液压油的压力达到压力传感器一5的预设压力时，压力传感器一5通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器13，压力控制器13通过控制线路f将其PWM控制信号传递至高速开关阀二7，将PWM控制信号的占空比调整至零，控制高速开关阀二7转换至右位，完成撑靴液压***的增压。
撑靴液压***的泄压：当压力传感器一5的压力信号高于预设压力时，压力传感器一5将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器13，压力控制器13根据压力传感器一5的压力信号通过控制线路e将PWM控制信号传递至高速开关阀一6，控制高速开关阀一6的阀芯实现其左位与右位的高速切换，通过调整PWM控制信号的占空比，实现对高速开关阀一6阀口流量的控制，当高速开关阀一6的A口(6A)与B口(6B)处于导通状态时，第一双作用单出杆缸1的第二腔室的液压油经其B口(1B)流出，第二双作用单出杆缸2的第二腔室内的液压油经其B口(2B)流出，第一双作用单出杆缸1的B口(1B)与第二双作用单出杆缸2的B口(2B)流出的液压油分别经压力传感器一5的A口(5A)流入压力传感器5，经高速开关阀一6的B口(6B)流入高速开关阀一6，液压油经高速开关阀一6后由其A口流出，高速开关阀一6的A口(6A)流出的液压油直接流回油箱12，通过高速开关阀一6的阀芯的高速切换，第一双作用单出杆液压缸1的第二腔室与第二双作用单出杆液压缸2的第二腔室内的液压油的压力逐渐降低，当液压油的压力达到压力传感器一5的预设压力时，压力传感器一5通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器13，压力控制器13通过控制线路e将其PWM控制信号传递至高速开关阀一6，将PWM控制信号的占空比调整至零，控制高速开关阀一6转换至右位，完成撑靴液压***的泄压。
蓄能器的压力保持：当压力传感器二9的压力低于预设压力时，压力传感器二9通过控制线路c将其压力信号传递至压力控制器13，压力控制器13通过控制线路g将PWM控制信号传递至高速开关阀三10，通过调整PWM控制信号的占空比，控制高速开关阀三10的阀芯实现其左位与右位的高速切换，实现对高速开关阀三10流量的控制，当高速开关阀三10的A口(10A)与B口(10B)处于导通状态时，液压油源11内的液压油经高速开关阀三10的A口(10A)流入高速开关阀三10，液压油经高速开关阀三10后由其B口(10B)流出，高速开关阀三10的B口(10B)流出的液压油分别经压力传感器二9的A口(9A)流入压力传感器9，经蓄能器8的A口(8A)流入蓄能器8为蓄能器8增压，当压力传感器二9的压力达到预设压力时，压力控制器通过控制线路g将其PWM控制信号传递至高速开关阀三10，通过将PWM控制信号的占空比调整至零，控制高速开关阀三10处于右位，完成蓄能器8的压力保持。
撑靴液压***内泄漏的在线检测：压力传感器一5将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器13，压力传感器二9将其压力信号经控制线路c传递至压力控制器13，位移传感器一3将第一双作用单出杆液压缸1的位移信号经控制线路a传递至压力控制器13，第二位移传感器4将第二双作用单出杆液压缸2的位移信号经控制线路b传递至压力控制器13，当第一双作用单出杆液压缸1与第二双作用单出杆液压缸2发生内泄漏后，第一双作用单出杆液压缸1的第二腔室与第而双作用单出杆液压缸2第二腔室内的液压油的压力降低，压力控制器13根据压力传感器一5的压力信号通过控制线路f将PWM控制信号传递至高速开关阀二7，控制高速开关阀二7的阀芯左位与右位的高速切换，实现对高速开关阀二7流量的控制，当高速开关阀二7的A口(7A)与B口(7B)处于导通状态时，蓄能器8内的高压油经其A口(8A)流出，蓄能器8的A口(8A)流出的液压油分别经压力传感器二9的A口(9A)流入压力传感器9,经高速开关阀二7的A口(7A)流入高速开关阀二7，液压油经高速开关阀二7后由其B口(7B)流出，高速开关阀二7的B口(7B)流出的液压油分别经压力传感器一5的A口(5A)流入压力传感器5，经第一双作用单出杆液压缸1的B口(1B)流入其第二腔室，经第二双作用单出杆液压缸2的B口(2B)流入其第二腔室，第一双作用单出杆液压缸1的第一腔室的液压油经其A口(1A)直接流回油箱12，第二双作用单出杆液压缸2的第一腔室的液压油经其A口(2A)直接流回油箱12，通过高速开关阀二7的阀芯的左位与右位的高速切换，第一双作用单出杆液压缸1的第二腔室与第二双作用单出杆液压缸2的第二腔室内的液压油的压力逐渐升高，当液压油的压力回复至内泄漏前时，压力传感器一5通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器13，压力控制器13通过控制线路f将其PWM控制信号传递至高速开关阀二7，通过将PWM控制信号的占空比调整为零，控制高速开关阀二7转换至右位，根据位移传感器一3、位移传感器二4的位移信号、压力传感器一5的压力信号、压力传感器二9的压力信号以及高速开关阀二的控制信号计算出高速开关阀的阀口流量，进而计算出双作用单出杆液压缸的内泄漏量。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***，其特征在于，包括双作用单出杆液压缸组、***液压回路和压力控制器，所述双作用单出杆液压缸组的第二腔室分别与高速开关阀一B口和高速开关阀二B口连接，所述高速开关阀二A口与高速开关阀三的B口连接，所述双作用单出杆液压缸组与位移传感器连接；
所述高速开关阀一B口、高速开关阀二B口和双作用单出杆液压缸组均与压力传感器一连接；
所述高速开关阀二A口、高速开关阀三B口分别与压力传感器二连接，所述压力传感器二与蓄能器连接；
所述液压回路包括高速开关阀三、高速开关阀二、高速开关阀一；所述高速开关阀三的A口与油箱相连，B口分别与压力传感器二、蓄能器、高速开关阀二的A口相连；高速开关阀二的B口分别与压力传感器一的A口、高速开关阀一的B口、双作用单出杆液压缸组的B口相连；高速开关阀一的A口与油箱相连；双作用单出杆液压缸组的A口与油箱相连；
压力控制器采集压力传感器一的压力信号，通过调整PWM控制信号的占空比，对高速开关阀二或高速开关阀一的阀口流量进行控制，当高速开关阀二的A口与B口处于导通状态时，蓄能器内的高压油流入双作用单出杆液压缸组的第二腔室，实现撑靴液压***的增压；当高速开关阀一的A口与B口处于导通状态时，双作用单出杆缸组的第二腔室的液压油经高速开关阀一后由其A口直接流回油箱，实现撑靴液压***的泄压。
2.根据权利要求1所述的一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***，其特征在于，撑靴液压***的增压过程为：当压力传感器一的压力信号低于预设压力时，压力传感器一将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器，压力控制器根据压力传感器一的压力信号通过控制线路f将PWM控制信号传递至高速开关阀二，控制高速开关阀二的阀芯实现其左位与右位的高速切换，通过调整PWM控制信号的占空比，实现对高速开关阀二阀口流量的控制，当高速开关阀二的A口与B口处于导通状态时，蓄能器内的高压油经其A口流出，蓄能器A口流出的液压油流入压力传感器二,液压油经高速开关阀二后分别流入压力传感器一，双作用单出杆液压缸组的第二腔室，液压油由双作用单出杆液压缸组的第一腔室直接流回油箱，通过高速开关阀二的阀芯的高速切换，双作用单出杆液压缸组的第二腔室的液压油的压力逐渐升高，当液压油的压力达到压力传感器一的预设压力时，压力传感器一通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器，压力控制器通过控制线路f将其PWM控制信号传递至高速开关阀二，将PWM控制信号的占空比调整至零，控制高速开关阀二转换至右位，实现撑靴液压***的增压。
3.根据权利要求1所述的一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***，其特征在于，撑靴液压***的泄压过程为：当压力传感器一的压力信号高于预设压力时，压力传感器一将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器，压力控制器根据压力传感器一的压力信号通过控制线路e将PWM控制信号传递至高速开关阀一，控制高速开关阀一的阀芯实现其左位与右位的高速切换，通过调整PWM控制信号的占空比，实现对高速开关阀一阀口流量的控制，当高速开关阀一的A口与B口处于导通状态时，双作用单出杆缸组的第二腔室的液压油分别流入压力传感器一和高速开关阀一，液压油经高速开关阀一后由其A口直接流回油箱，通过高速开关阀一的阀芯的高速切换，双作用单出杆液压缸组的第二腔室的液压油的压力逐渐降低，当液压油的压力达到压力传感器一的预设压力时，压力传感器一通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器，压力控制器通过控制线路e将其PWM控制信号传递至高速开关阀一，将PWM控制信号的占空比控制调整至零，控制高速开关阀一转换至右位，实现撑靴液压***的泄压。
4.根据权利要求1所述的一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***，其特征在于，蓄能器的压力保持过程为：当压力传感器二的压力低于预设压力时，压力传感器二通过控制线路c将其压力信号传递至压力控制器，压力控制器通过控制线路g将PWM控制信号传递至高速开关阀三，通过调整PWM控制信号的占空比，控制高速开关阀三的阀芯实现其左位与右位的高速切换，当高速开关阀三的A口与B口处于导通状态时，液压油源内的液压油经高速开关阀三流入压力传感器二；经蓄能器的A口流入蓄能器为蓄能器增压，当压力传感器二的压力达到预设压力时，压力控制器通过控制线路g将其PWM控制信号传递至高速开关阀三，通过将PWM控制信号的占空比调整至零，控制高速开关阀三处于右位，实现蓄能器的压力保持。
5.根据权利要求1所述的一种基于高速开关阀的撑靴压力控制***，其特征在于，撑靴液压***内泄漏的在线检测过程为：压力传感器一将其压力信号经控制线路d传递至压力控制器，位移传感器一和位移传感器二将双作用单出杆液压缸组的位移信号分别经控制线路a和控制线路b传递至压力控制器，当双作用单出杆液压缸组发生内泄漏后，其第二腔室内的液压油的压力降低，压力控制器根据压力传感器一的压力信号通过控制线路f将PWM控制信号传递至高速开关阀二，控制高速开关阀二的阀芯左位与右位的高速切换，当高速开关阀二的A口与B口处于导通状态时，蓄能器内的高压油经其A口流出，分别流入压力传感器二和高速开关阀二，液压油经高速开关阀二后由其B口流出，高速开关阀二的B口流出的液压油流入压力传感器一和双作用单出杆液压缸组的第二腔室，双作用单出杆液压缸组的第一腔室的液压油直接流回油箱；通过高速开关阀二的阀芯的左位与右位的高速切换，双作用单出杆液压缸组的第二腔室的液压油的压力逐渐升高，当液压油的压力回复至内泄漏前时，压力传感器一通过控制线路d将其压力信号传递至压力控制器，压力控制器通过控制线路f将其PWM控制信号传递至高速开关阀二，通过将PWM控制信号的占空比调整为零，控制高速开关阀二转换至右位，根据位移传感器一与位移传感器二的位移信号，压力传感器一与压力传感器二的压力信号以及高速开关阀二的控制信号计算出高速开关阀的阀口流量，进而计算出双作用单出杆液压缸的内泄漏量。
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