楊振中

摘 要：為實(shí)現(xiàn)水利水電灌漿施工過程中對(duì)灌漿壓力和灌漿流量的智能控制，避免傳統(tǒng)灌漿泵灌漿過程中峰值壓力過大造成地層抬動(dòng)。該文設(shè)計(jì)了一種全液壓灌漿泵，采用比例閥液壓控制技術(shù)，通過PLC對(duì)泵的各工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，輸出流量和輸出壓力可控，該設(shè)備運(yùn)行成本極低，從而降低能耗。

關(guān)鍵詞：灌漿泵 液壓系統(tǒng) PLC 自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TD421.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（c）-0073-02

目前，灌漿施工領(lǐng)域所用灌漿設(shè)備大都是由電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)曲軸，曲軸帶動(dòng)活塞，活塞使泵體內(nèi)密閉空間發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)灌漿的一個(gè)原理。灌漿過程中，灌漿流量和灌漿壓力靠人為操作灌漿盤去控制，灌漿流量和灌漿壓力不易控制，容易造成灌漿過程中峰值灌漿壓力過大而造成原始地層抬動(dòng)或?qū)误w破壞。國內(nèi)有部分廠家生產(chǎn)全液壓泵用于灌漿，但由于設(shè)備制造費(fèi)用大，維護(hù)成本高，且灌漿流量和灌漿壓力不可控，與現(xiàn)有的機(jī)械式灌漿泵沒有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)灌漿施工領(lǐng)域沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用。該文介紹的全液壓灌漿泵是為了減少灌漿過程中灌漿流量、灌漿壓力人為操作，實(shí)現(xiàn)灌漿過程中灌漿流量和灌漿壓力的智能化控制而研制的全液壓灌漿泵。

1 全液壓灌漿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

全液壓灌漿泵，包括設(shè)置在灌漿孔孔口的輸出壓力傳感器，液壓式灌漿泵，為液壓式灌漿泵供油的油箱，用于測(cè)試液壓油缸的實(shí)時(shí)狀態(tài)的位移傳感器，分別與液壓式灌漿泵連通的進(jìn)漿管和出漿管，設(shè)置于油箱上部與其連接并用于控制液壓式灌漿泵動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)及油泵和液壓控制系統(tǒng)，以及設(shè)置于油箱一側(cè)的控制柜。液壓控制系統(tǒng)通過閥座設(shè)置在油箱上部，在該閥座上設(shè)置有系統(tǒng)壓力傳感器和液壓比例閥，在液壓式灌漿泵上還設(shè)有位移傳感器。還包括設(shè)置于油箱側(cè)面并用于冷卻液壓油的冷卻器。進(jìn)一步的，該全液壓灌漿泵還包括機(jī)架，所述液壓式灌漿泵、油箱、位移傳感器、電動(dòng)機(jī)及油泵、液壓控制系統(tǒng)、控制柜集成于機(jī)架上。

主要結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示。附圖說明圖1為主視圖，圖2為俯視圖，圖3為側(cè)視圖。附圖說明：1-輸出壓力傳感器、2-出漿管、3-料缸、4-液壓油缸、5-系統(tǒng)壓力傳感器、6-電動(dòng)機(jī)及油泵、7-控制柜、8-機(jī)架、9-位移傳感器、10-進(jìn)漿管、11-冷卻器、12-泵體、13-液壓控制系統(tǒng)、14-油箱、15-觸摸屏。

2 全液壓灌漿泵液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

全液壓灌漿泵工作部分主要由兩個(gè)液壓油缸并聯(lián)而成，一個(gè)液壓油缸兩端分別設(shè)置有料缸并組合構(gòu)成一個(gè)工作組。其灌漿過程由液壓油缸來驅(qū)動(dòng)吸漿、排漿口的開堵動(dòng)作來完成，一個(gè)工作組其中一端完成排漿過程，另一端完成吸漿過程。油缸一個(gè)工作過程就完成兩個(gè)料缸中的一個(gè)排漿和一個(gè)吸漿的兩個(gè)工作過程，提高了工作效率。當(dāng)孔口無壓力時(shí)，通過調(diào)節(jié)HMI上的速度調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)液壓比例閥流量輸出，以實(shí)現(xiàn)灌漿過程中灌漿流量可控的目的；當(dāng)灌漿孔孔口有壓力時(shí)，通過觸摸屏對(duì)灌漿參數(shù)進(jìn)行設(shè)定后，對(duì)灌漿泵采用壓力閉環(huán)控制，灌漿壓力參數(shù)由灌漿孔孔口設(shè)置的輸出壓力傳感器傳回給控制柜，數(shù)據(jù)經(jīng)過控制柜處理后，通過模擬量輸出參數(shù)控制液壓比例閥，調(diào)節(jié)比例閥流量輸出，以實(shí)現(xiàn)灌漿過程中灌漿壓力可控的目的。液壓系統(tǒng)圖如圖4所示。

3 全液壓灌漿泵操作界面設(shè)計(jì)及PLC程序設(shè)計(jì)

3.1 智能制漿系統(tǒng)操作界面設(shè)計(jì)

基于EasyBuilder8000 組態(tài)軟件開發(fā)的全液壓灌漿泵操作界面主要包括主界面，自動(dòng)操作界面，手動(dòng)操作界面等，該界面的主體程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)處理。PLC控制器之間是基于MODBUS TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊。

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

該全液壓灌漿泵采用的是臺(tái)灣VIGOR公司VB系列的PLC，VB系列的PLC可支持MODBUS TCP/IP通訊?？删幊炭刂浦饕蒀PU模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源組成，主要負(fù)責(zé)完成接收HMI的設(shè)定參數(shù)和位移傳感器、壓力傳感器傳來的模擬信號(hào)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌漿泵工作狀態(tài)，控制灌漿泵輸出流量和輸出壓力，以達(dá)到對(duì)灌漿過程中灌漿流量和灌漿壓力的控制目的。

4 全液壓灌漿泵生產(chǎn)性試驗(yàn)

全液壓灌漿泵是用于灌漿工程純壓灌漿的專用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)灌漿過程中灌漿壓力和灌漿流量的智能化控制，避免灌漿流量和灌漿壓力靠人為操作，灌漿流量和灌漿壓力不易控制，容易造成灌漿過程中峰值灌漿壓力過大而造成原始地層抬動(dòng)或?qū)误w破壞。目前全液壓灌漿泵已在公司新疆米蘭項(xiàng)目部做生產(chǎn)性試驗(yàn)。經(jīng)過一個(gè)多月的生產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)備工作狀態(tài)良好，滿足純壓灌漿施工要求。該設(shè)備對(duì)灌漿壓力和流量智能化控制，具有較廣闊的應(yīng)用前景。全液壓灌漿泵實(shí)體圖如圖5所示。

5 結(jié)語

（1）該全液壓灌漿泵輸出流量和輸出壓力可控，避免了傳統(tǒng)灌漿泵灌漿過程中峰值灌漿壓力過大而造成原始地層抬動(dòng)或?qū)误w的破壞。

（2）該全液壓灌漿泵中灌漿泵有2個(gè)油缸和4個(gè)料缸，料缸布置在油缸的兩端，這樣的布置方式使油缸一個(gè)工作過程就完成兩個(gè)料缸中的一個(gè)排漿和一個(gè)吸漿的兩個(gè)工作過程，提高了工作效率，降低了設(shè)備運(yùn)行成本，從而降低能耗。

（3）該全液壓灌漿泵中電動(dòng)機(jī)及油泵設(shè)置在油箱上部，為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，液壓控制系統(tǒng)也設(shè)置在油箱的上部，這種布置方式減少整個(gè)灌漿泵的空間，使結(jié)構(gòu)更緊湊。

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