專利名稱：綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，主要應用于隧道、礦山、地下工程等綜 合實驗平臺的動力供給，屬于液壓傳動技術領域。
背景技術：
隨著我國經濟的快速發(fā)展，城市建設規(guī)模不斷擴大，城市發(fā)展與土地資源短缺的 矛盾越來越突出，近年來，我國越來越重視城市地下空間的利用，并在政策上給予大力支 持。而能夠研究在開挖效應下，影響不同支護結構穩(wěn)定性的綜合試驗研究平臺是地下工程 關鍵技術研究的重要技術平臺。在這種需求下，隧道、礦山及地下工程綜合實驗平臺應運而 生。為了達到該實驗平臺的功能與動作要求，要求開發(fā)一種用于該實驗平臺的液壓系統(tǒng)，與 電控部分配合，以實現實驗平臺的自動控制。發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術的不足，提供一種綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，以為隧道、礦山 及地下工程等綜合實驗平臺提供動力，與電控部分配合后，能夠實現實驗平臺的運動控制， 完成相應功能的機械動作。該液壓系統(tǒng)能夠使得實驗平臺自動實現移動工作臺升降以及X/ Y/Z三個方向加載，滿足實驗平臺不同的功能動作需求。另外，該液壓系統(tǒng)具有長期保壓功 能，且安裝空間緊湊，能耗低。
為實現以上的技術目的，本發(fā)明將采取以下的技術方案一種綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，包括油箱、主供油路、總壓力油路、總泄油路、總回油路 以及液壓控制回路，所述油箱依次經過主供油路、總壓力油路后與液壓控制回路的供油口 連接，而液壓控制回路的回油口經總回油路匯總后通過回油濾油器與油箱連接、液壓控制 回路的泄油口經總泄油路匯總后與油箱連接；所述液壓控制回路包括用于控制實驗平臺的 加載箱作升降運動的移動工作臺升降液壓回路、用于控制實驗平臺的加載箱上頂面作Z向 加載的Z向液壓缸控制回路、用于控制實驗平臺的加載箱作X方向水平加載的X向液壓缸 控制回路以及用于控制實驗平臺的加載箱作Y向水平加載的Y向液壓缸控制回路；所述主 供油路配置有輔助保壓油路，該主供油路包括順序連接在油箱出油口與總壓力油路之間的 油泵電機組和大流量單向閥，而輔助保壓油路則包括順序連接在油箱出油口與總壓力油路 之間的定量柱塞泵和小流量單向閥；且大流量單向閥以及小流量單向閥的出油口均與壓力 表開關a連接，該壓力表開關a與分別顯示油泵電機組、定量柱塞泵出口壓力的壓力表連 接，同時大流量單向閥以及小流量單向閥的出油口通過電磁溢流閥與回油濾油器連接。
所述移動工作臺升降液壓回路包括順序連接的疊加式減壓閥a、二位三通電磁球 閥以及升降液壓缸，且疊加式減壓閥a的T 口與總泄油路連接，而二位三通電磁球閥的T 口 通過節(jié)流閥與總回油路連接。
所述Z向液壓缸控制回路包括三位四通電磁換向閥a以及Z向豎直加載液壓缸, 該三位四通電磁換向閥a的P 口與總壓力油路連接、B 口與Z向豎直加載液壓缸的進油口連接、A 口則與液控單向閥連接、T 口與總回油路連接，所述液控單向閥a的B 口和X 口分別 與相應Z向豎直加載液壓缸的無桿腔油口和有桿腔油口連接；所述Z向豎直加載液壓缸的 無桿腔油口分別安裝有用于反饋該Z向豎直加載液壓缸預設油壓電信號的壓力繼電器a、 用于測定其無桿腔壓力的壓力表開關b，且Z向豎直加載液壓缸配置有控制活塞桿行程的 行程開關a，三位四通電磁換向閥a的A 口安裝有用于測定該路油壓的壓力傳感器a。
所述X向液壓缸控制回路、Y向液壓缸控制回路均包括三層結構相同的水平液壓 缸控制回路，每一層水平液壓缸控制回路均包括三位四通電磁換向閥b以及水平加載液壓 缸，該三位四通電磁換向閥b的P 口通過疊加式減壓閥b與總壓力油路連接、A 口與液控單 向閥b的A 口連接、B 口與水平加載液壓缸的有桿腔油口連接、T 口與總回油路連接，所述疊 加式減壓閥b的T 口與總泄油路連接，液控單向閥b的B 口和X 口分別與相應水平加載液 壓缸的無桿腔油口和有桿腔油口連接；所述水平加載液壓缸的無桿腔油口分別安裝有用于 反饋該水平加載液壓缸預設油壓電信號的壓力繼電器b、用于測定其無桿腔壓力的壓力表 開關C，且水平加載液壓缸配置有控制活塞桿行程的行程開關b，三位四通電磁換向閥b的 A 口安裝有用于測定該路油壓的壓力傳感器b。
所述Z向液壓缸控制回路、X向液壓缸控制回路以及Y向液壓缸控制回路中所采用 的壓力表開關b、c均為六點壓力表開關，其中Z向液壓缸控制回路中，包括四個并行設置 的豎直加載液壓缸，總壓力油路、移動工作臺升降油路、Z向液壓缸控制回路的四個并行設 置的豎直加載液壓缸共用第一個六點壓力表開關；x向液壓缸控制回路的三層水平液壓缸 控制回路中，每層水平液壓缸控制回路均包含4個并行設置的水平加載液壓缸，共組成12 個水平加載液壓缸，該12個水平加載液壓缸等分成兩組后對稱布置，處于同一安裝面的6 個水平加載液壓缸共用第二個六點壓力表開關，而處于另一對稱安裝面的6個水平加載液 壓缸共用第三個六點壓力表開關；Y向液壓缸控制回路的三層水平液壓缸控制回路中，每 層水平液壓缸控制回路均包含4個并行設置的水平加載液壓缸，共組成12個水平加載液壓 缸，該12個水平加載液壓缸等分成兩組后對稱布置，處于同一安裝面的6個水平加載液壓 缸共用第四個六點壓力表開關，而處于另一對稱安裝面的6個水平加載液壓缸共用第五個 六點壓力表開關。
所述二位三通電磁球閥為C型，而三位四通電磁換向閥a、b為J型。
根據以上的技術方案，可以實現以下的有益效果1、本發(fā)明通過一個總壓力油路分別對移動工作臺升降液壓回路、Z向液壓缸控制回路、 Y向液壓缸控制回路、X向液壓缸控制回路提供壓力油，從而實現實驗平臺的不同功能動作 需求；2、本發(fā)明采用由泵電機組、大流量單向閥構成的主供油路作為總壓力油路的主要壓力 油供給，可以有效地節(jié)省該液壓系統(tǒng)的安裝空間；同時該主供油路還配置由定量柱塞泵、小 流量單向閥構成的輔助保壓油路，則在三相異步電動機帶動定量柱塞泵運轉時，能夠長期 為系統(tǒng)提供液壓油，使加載力維持恒定，從而確保試驗參數的準確，即系統(tǒng)處于長期保壓狀 態(tài)；另外，大流量單向閥和小流量單向閥在流量大小控制上無控制要求，大流量單向閥與主 油泵連接，通流量大，小流量單向閥與補油泵連接，通流量小，其作用是防止油液回流損傷 油泵；3、本發(fā)明所述的液壓控制回路中，采用疊加式的減壓閥以及與其配合安裝的板式三位四通電磁換向閥、二位三通電磁球閥，進一步地節(jié)省了液壓系統(tǒng)的安裝空間；同時該液壓控制回路中，采用了液控單向閥，由于液控單向閥無泄油口，因此，無需其他外加作用，即可實現液控單向閥的鎖止功能，使得系統(tǒng)處于臨時保壓狀態(tài)，因此，本發(fā)明具有不同等級的保壓功能；4、本申請中，Z向液壓缸控制回路為什么并行設置四個豎直加載液壓缸，目的是加載箱的上頂面在加載時均勻受力；X/Y向液壓缸控制回路具有三層水平液壓缸控制回路的緣由是實現分層加載，模擬地下空間不同層次的內部應力狀態(tài)；再有，本申請采用六點壓力表開關進行壓力測量，原因在于一個六點壓力表開關可以測六個點的壓力，而傳統(tǒng)壓力表只可測量一個點的壓力，該系統(tǒng)需測量的點數多，用六點壓力表開關可以大大減少壓力表數量， 節(jié)約成本，裝配容易；5、本發(fā)明所述液壓系統(tǒng)選用了常開式的電磁溢流閥，電磁鐵得電后起溢流閥作用，失電后起卸荷作用，可以避免系統(tǒng)溫升過高，從而達到節(jié)能目的；6、本發(fā)明具有電檢測系統(tǒng)和物理檢測系統(tǒng)，便于相互參照比對，以及構成自動控制系統(tǒng)，進一步確保了實驗在可控環(huán)境下進行。


圖1是本發(fā)明的液壓原理圖。
圖2是本發(fā)明的移動工作臺升降液壓回路原理圖。
圖3是本發(fā)明的上頂面(Ζ向)液壓缸控制回路原理圖。
圖4是本發(fā)明的水平(Χ/Υ向)液壓缸控制回路原理圖。
其中1為油泵電機組；2為大流量單向閥；3為電磁溢流閥；4為小流量單向閥；5 為三相異步電動機；6為節(jié)流閥；7為疊加式減壓閥；8為三位四通電磁換向閥；9為二位三通電磁球閥；10為液控單向閥；11為壓力繼電器；12. f 12. 5為六點壓力表開關；13為水平加載液壓缸；14為豎直加載液壓缸；15為升降液壓缸；16為雙筒回油濾油器；17為液位液溫計；18為空氣濾清器；19為放油螺塞；20為油箱；21為壓力表開關；22為壓力表；23為壓力傳感器；24為行程開關；25為定量柱塞泵。
具體實施方式
附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實施例的結構示意圖；以下將結合附圖詳細地說明本發(fā)明的技術方案。
參照圖1，本發(fā)明所述綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，包括油泵電機組1、大流量單向閥2、電磁溢流閥3、小流量單向閥4、三相異步電動機5、節(jié)流閥6、疊加式減壓閥7、三位四通電磁換向閥8、二位三通電磁球閥9、液控單向閥10、壓力繼電器11、六點壓力表開關 12. Γ12. 5、水平加載液壓缸13、豎直加載液壓缸14、升降液壓缸15、雙筒回油濾油器16、液位液溫計17、空氣濾清器18、放油螺塞19、油箱20、壓力表開關21、壓力表22、壓力傳感器 23、行程開關24、定量柱塞泵25。油泵電機組I的油泵進口和泄油口接油箱20，出口連接大流量單向閥2的A 口，三相異步電動機5驅動定量柱塞泵25， 定量柱塞泵25的進口和泄油口接油箱20，出口接小流量單向閥4的A 口，大流量單向閥2和小流量單向閥4的B 口接總壓力油路以及電磁溢流閥3的A 口和壓力表開關21，電磁溢流閥3的B 口經雙筒回油濾油器16接回油箱20?？倝毫τ吐方o8個分液壓回路供油?？傂褂吐方踊赜拖?0，總回油路 經雙筒回油濾油器16接回油箱20，油箱20上安裝有液位液溫計17、空氣濾清器18和放油 螺塞19。
壓力表22接在壓力表開關21上測量并顯示兩個油泵的出口壓力。7個壓力傳感 器23接于各三位四通電磁換向閥8的A 口測量壓力，并給出模擬電信號。壓力繼電器11 接于各豎直加載液壓缸14和各個水平加載液壓缸13的無桿腔油口，在達到設定壓力后發(fā) 出電信號。六點壓力表開關12.1測量總壓力油路、移動工作臺升降油路、上頂面四個豎直 加載液壓缸14的無桿腔壓力。六點壓力表開關12. 2測量X方向第一、二、三層處在同一安 裝面上的6個水平加載液壓缸13的無桿腔壓力。六點壓力表開關12. 3測量X方向第一、 二、三層處在另一對稱安裝面上的6個水平加載液壓缸13的無桿腔壓力。六點壓力表開關12.4測量Y方向第一、二、三層處在同一安裝面上的6個水平加載液壓缸13的無桿腔壓力。 六點壓力表開關12. 5測量Y方向第一、二、三層處在另一對稱安裝面上的6個水平加載液 壓缸13的無桿腔壓力。4個豎直加載液壓缸14和24個水平加載液壓缸13安裝有行程開 關，活塞桿到達指定位置后給出電信號，用以控制活塞桿的運動。
參照圖2，移動工作臺升降回路部分，減壓閥7的P 口接總壓力油路，A 口接二位三 通電磁球閥9的P 口，T 口接總泄油路，二位三通電磁球閥9的A 口接四個升降液壓缸15的 油口，T 口經節(jié)流閥6接總回油路。
參照圖3，上頂面液壓缸控制回路部分，三位四通電磁換向閥8的P 口接總壓力油 路，A 口分支為四路，分別接液控單向閥10的A 口，其B 口分支為四路分別接豎直加載液壓 缸14的有桿腔油口，其T 口接總回油管，各液控單向閥10的B 口和X 口分別接相應豎直加 載液壓缸14的無桿腔油口和有桿腔油口。
參照圖4，水平X/Y方向第一層、第二層、第三層液壓回路的結構相同，以X方向第 二層液壓回路為例，減壓閥7的P 口接總壓力油路，A 口接三位四通電磁換向閥8的P 口，T 口接總泄油路，三位四通電磁換向閥8的P 口接減壓閥7的A 口，其A 口分支為四路，分別 接液控單向閥10的A 口，其B 口分支為四路分別接水平加載液壓缸13的有桿腔油口，其T 口接總回油管，各液控單向閥10的B 口和X 口分別接相應水平加載液壓缸13的無桿腔油 口和有桿腔油口。
本發(fā)明的工作原理為油泵電機組I作為主油泵給系統(tǒng)供油。電磁溢流閥3為常開式，電磁鐵得電后起溢流 閥作用，失電后起卸荷作用，可以避免系統(tǒng)溫升過高，從而達到節(jié)能目的。升降液壓缸15為 柱塞缸，二位三通電磁球閥9為C型,其電磁鐵得電后,升降液壓缸15柱塞上升，電磁鐵失 電后，柱塞下降?？梢哉{節(jié)減壓閥7的壓力設定值，從而使升降液壓缸15在合適的壓力下 工作，升降實驗平臺的移動工作臺部分。三位四通電磁換向閥8為J型，其左位和右位分別 實現豎直加載液壓缸14或者水平加載液壓缸13的工退和工進?？梢哉{節(jié)減壓閥7的壓力 設定值，從而使水平加載液壓缸13在合適的壓力下工作，對試件進行水平方向加壓。液控 單向閥10無泄油口，當液壓缸無桿腔壓力達到壓力繼電器11的設定值，壓力繼電器11發(fā) 出電信號，通過控制系統(tǒng)使三位四通電磁換向閥8處于中位，豎直加載液壓缸14或者水平 加載液壓缸13停止運動，液控單向閥10可實現臨時保壓功能。當所有壓力繼電器11都動 作，則液壓系統(tǒng)進入保壓階段，油泵電機組I停機，定量柱塞泵25作為補油泵開始運轉，給系統(tǒng)長期保壓。保壓過程結束后，豎直加載液壓缸14和水平加載液壓缸13工退，行程開關 24設置在零位，液壓缸活塞桿接觸行程開關24后，由行程開關24發(fā)出電信號，通過控制系 統(tǒng)使三位四通電磁換向閥8進入中位，使加載液壓缸14和水平加載液壓缸13回到零位。
在權利要求書以及說明書中發(fā)明內容部分，為區(qū)別同一類部件在該液壓系統(tǒng)中安 裝位置的不同，本申請在該類部件的結尾處標注不同字母以示區(qū)別；其中壓力表開關a:安裝在大流量單向閥以及小流量單向閥的出油口(B 口);壓力表開關b: 用于測定Z向豎直加載液壓缸的無桿腔壓力；壓力表開關c :用于測定水平加載液壓缸的無 桿腔壓力；疊加式減壓閥a :安裝于移動工作臺升降液壓回路中，其T 口與總泄油路，P 口與總壓力 油路連接，A 口則與二位三通電磁球閥的P 口連接；疊加式減壓閥b :安裝在水平液壓缸控 制回路中，共六個，每一個疊加式減壓閥b的T 口與總泄油路，P 口與總壓力油路連接，A 口 則與三位四通電磁換向閥b的P 口連接；三位四通電磁換向閥a :安裝于Z向液壓缸控制回路中，該三位四通電磁換向閥a的P 口接總壓力油路，A 口分支為四路，分別接液控單向閥a的A 口，其B 口分支為四路分別接 豎直加載液壓缸的有桿腔油口，其T 口接總回油管；三位四通電磁換向閥b :安裝在水平液 壓缸控制回路中，共六個，每一個三位四通電磁換向閥b的P 口接疊加式減壓閥b的A 口， A 口分支為四路，分別接液控單向閥b的A 口，B 口分支為四路分別接各并行設置水平加載 液壓缸的有桿腔油口，T 口接總回油管；液控單向閥a :安裝于Z向液壓缸控制回路中；液控單向閥b :安裝在水平液壓缸控制 回路中；壓力繼電器a :安裝于Z向液壓缸控制回路中；壓力繼電器b :安裝在水平液壓缸控制 回路中；壓力表開關b :安裝于Z向液壓缸控制回路中；壓力表開關c :安裝在水平液壓缸控制 回路中；行程開關a :安裝于Z向液壓缸控制回路中；行程開關b :安裝在水平液壓缸控制回路中；壓力傳感器a :安裝于Z向液壓缸控制回路中；壓力傳感器b :安裝在水平液壓缸控制 回路中。
權利要求
1.一種綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，包括油箱、主供油路、總壓カ油路、總泄油路、總回油路以及液壓控制回路，所述油箱依次經過主供油路、總壓力油路后與液壓控制回路的供油ロ連接，而液壓控制回路的回油ロ經總回油路匯總后通過回油濾油器與油箱連接、液壓控制回路的泄油ロ經總泄油路匯總后與油箱連接；其特征在于所述液壓控制回路包括用于控制實驗平臺的加載箱作升降運動的移動工作臺升降液壓回路、用于控制實驗平臺的加載箱上頂面作Z向加載的Z向液壓缸控制回路、用于控制實驗平臺的加載箱作X方向水平加載的X向液壓缸控制回路以及用于控制實驗平臺的加載箱作Y向水平加載的Y向液壓缸控制回路；所述主供油路配置有輔助保壓油路，該主供油路包括順序連接在油箱出油ロ與總壓カ油路之間的油泵電機組和大流量單向閥，而輔助保壓油路則包括順序連接在油箱出油ロ與總壓カ油路之間的定量柱塞泵和小流量單向閥；且大流量單向閥以及小流量單向閥的出油ロ均與壓カ表開關a連接，該壓カ表開關a與分別顯示油泵電機組、定量柱塞泵出口壓カ的壓カ表連接，同時大流量單向閥以及小流量單向閥的出油ロ通過電磁溢流閥與回油濾油器連接。
2.根據權利要求1所述綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，其特征在于所述移動工作臺升降液壓回路包括順序連接的疊加式減壓閥a、二位三通電磁球閥以及升降液壓缸，且疊加式減壓閥a的T ロ與總泄油路連接，而二位三通電磁球閥的T ロ通過節(jié)流閥與總回油路連接。
3.根據權利要求2所述綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，其特征在于所述Z向液壓缸控制回路包括三位四通電磁換向閥a以及Z向豎直加載液壓缸，該三位四通電磁換向閥a的P ロ與總壓カ油路連接、B ロ與Z向豎直加載液壓缸的進油ロ連接、A ロ則與液控單向閥連接、Tロ與總回油路連接，所述液控單向閥a的B 口和X ロ分別與相應Z向豎直加載液壓缸的無桿腔油口和有桿腔油ロ連接；所述Z向豎直加載液壓缸的無桿腔油ロ分別安裝有用于反饋該Z向豎直加載液壓缸預設油壓電信號的壓カ繼電器a、用于測定其無桿腔壓カ的壓カ表開關b，且Z向豎直加載液壓缸配置有控制活塞桿行程的行程開關a，三位四通電磁換向閥a的A ロ安裝有用于測定該路油壓的壓力傳感器a。
4.根據權利要求3所述綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，其特征在于所述X向液壓缸控制回路、Y向液壓缸控制回路均包括三層結構相同的水平液壓缸控制回路，每ー層水平液壓缸控制回路均包括三位四通電磁換向閥b以及水平加載液壓缸，該三位四通電磁換向閥b的P ロ通過疊加式減壓閥b與總壓カ油路連接、A ロ與液控單向閥b的A ロ連接、B ロ與水平加載液壓缸的有桿腔油ロ連接、T ロ與總回油路連接，所述疊加式減壓閥b的T ロ與總泄油路連接，液控單向閥b的B 口和X ロ分別與相應水平加載液壓缸的無桿腔油口和有桿腔油ロ連接；所述水平加載液壓缸的無桿腔油ロ分別安裝有用于反饋該水平加載液壓缸預設油壓電信號的壓カ繼電器b、用于測定其無桿腔壓カ的壓カ表開關c，且水平加載液壓缸配置有控制活塞桿行程的行程開關b，三位四通電磁換向閥b的A ロ安裝有用于測定該路油壓的壓カ傳感器b。
5.根據權利要求4所述綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，其特征在于所述Z向液壓缸控制回路、X向液壓缸控制回路以及Y向液壓缸控制回路中所采用的壓カ表開關b、c均為六點壓カ表開關，其中a向液壓缸控制回路中，包括四個并行設置的豎直加載液壓缸，總壓力油路、移動工作臺升降油路、z向液壓缸控制回路的四個并行設置的豎直加載液壓缸共用第一個六點壓カ表開關；x向液壓缸控制回路的三層水平液壓缸控制回路中，每層水平液壓缸控制回路均包含4個并行設置的水平加載液壓缸，共組成12個水平加載液壓缸，該12個水平加載液壓缸等分成兩組后對稱布置，處于同一安裝面的6個水平加載液壓缸共用第二個六點壓力表開關，而處于另一對稱安裝面的6個水平加載液壓缸共用第三個六點壓力表開關；Y向液壓缸控制回路的三層水平液壓缸控制回路中，每層水平液壓缸控制回路均包含4個并行設置的水平加載液壓缸，共組成12個水平加載液 壓缸，該12個水平加載液壓缸等分成兩組后對稱布置，處于同一安裝面的6個水平加載液壓缸共用第四個六點壓力表開關，而處于另一對稱安裝面的6個水平加載液壓缸共用第五個六點壓力表開關。
6.根據權利要求5所述綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，其特征在于所述二位三通電磁球閥為C型，而三位四通電磁換向閥a、b為J型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種綜合實驗平臺的液壓系統(tǒng)，包括油箱、主供油路、總壓力油路、總泄油路、總回油路以及液壓控制回路，所述油箱依次經過主供油路、總壓力油路后與液壓控制回路的供油口連接，而液壓控制回路的回油口經總回油路匯總后通過回油濾油器與油箱連接、液壓控制回路的泄油口經總泄油路匯總后與油箱連接；所述液壓控制回路包括移動工作臺升降液壓回路、Z向液壓缸控制回路、X向液壓缸控制回路以及Y向液壓缸控制回路；所述主供油路配置有輔助保壓油路，因此，本發(fā)明能夠使得實驗平臺自動實現移動工作臺升降以及X/Y/Z三個方向加載，滿足實驗平臺不同的功能動作需求。另外，該液壓系統(tǒng)具有長期保壓功能，且安裝空間緊湊，能耗低。
文檔編號F15B13/02GK103047202SQ201210374908
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者趙曉豹, 車平, 趙升噸, 謝興楠, 丁存根, 劉沈衡, 程知言, 李曉昭, 樊有維, 李家奇, 馬娟, 李磊, 范淑琴, 張晨陽, 郭桐, 王君峰, 張美君, 趙承偉, 馬飛, 夏詩彬, 周健華 申請人:江蘇南華地下空間研究所有限公司, 西安交通大學, 南京大學