[發(fā)明專利]一種模擬隧道與土體相互作用的管片荷載控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811311368.4
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109406182B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉干斌;姚燕明;葉俊能;肖廣良;酈亮;周俊宏;陸幸;楊磊
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué);寧波市軌道交通集團有限公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G05B11/42
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33226
• 代理人: 何仲

本發(fā)明公開了一種模擬隧道與土體相互作用的管片荷載控制系統(tǒng)，特點是包括油源模塊、多個并排設(shè)置的環(huán)架、多個均勻環(huán)繞設(shè)置在環(huán)架上的伺服液壓缸、管片形變采集模塊、通信模塊和與每個伺服液壓缸對應(yīng)的運算控制模塊，每個伺服液壓缸處設(shè)置有高精度位移傳感器和高精度力傳感器；優(yōu)點是全面綜合考慮了實際試驗環(huán)境中各個變量參數(shù)的影響，通過合理的設(shè)置各個變量參數(shù)對應(yīng)的預(yù)設(shè)權(quán)重，以及通過PID控制器使各個伺服液壓缸的驅(qū)動桿在調(diào)整完成后的實際荷載力結(jié)果與反應(yīng)真實環(huán)境情況的目標(biāo)值接近，大大提升了伺服液壓缸對試驗管片進行移動的過程中對各個伺服液壓缸的驅(qū)動桿的荷載力的控制精度，從而使整體水平度和同步性能符合要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種荷載控制系統(tǒng)，尤其是一種模擬隧道與土體相互作用的管片荷載控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的盾構(gòu)法隧道試驗平臺，均采用水平加載方式，通過對稱張拉自平衡體系來加載，探究隧道的力學(xué)性能，但該方法中隧道管片無法“站立”，進而無法模擬隧道自身重力的影響及土層壓縮變形的影響，不能真實反映隧道結(jié)構(gòu)的受力情況，另一方面，采用對稱張拉自平衡加載方式，無法考慮隧道管片切削等非對稱荷載的情況，并且采用常規(guī)控制方法通過伺服液壓缸對試驗管片施加荷載從而進行移動的過程中，對伺服液壓缸的驅(qū)動桿的荷載力控制精度不高，導(dǎo)致整體水平度和同步性能較難符合要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種對各個伺服液壓缸的驅(qū)動桿的荷載力的控制精度較高的模擬隧道與土體相互作用的管片荷載控制系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種模擬隧道與土體相互作用的管片荷載控制系統(tǒng)，包括油源模塊、多個并排設(shè)置的環(huán)架、多個均勻環(huán)繞設(shè)置在環(huán)架上的伺服液壓缸、管片形變采集模塊、通信模塊和與每個伺服液壓缸對應(yīng)的運算控制模塊，每個所述的伺服液壓缸處設(shè)置有高精度位移傳感器和高精度力傳感器，所述的運算控制模塊包括PID控制器、比例控制器、電液比例閥和位移變化率運算模塊，所述的油源模塊用于通過所述的電液比例閥向所述的伺服液壓缸提供液壓油，所述的高精度位移傳感器用于將所述的伺服液壓缸的驅(qū)動桿的位移量分別傳送至所述的PID控制器及所述的位移變化率運算模塊，所述的位移變化率運算模塊用于根據(jù)所述的伺服液壓缸的驅(qū)動桿的位移量獲取對應(yīng)的位移變化率并發(fā)送至所述的PID控制器，所述的高精度力傳感器用于采集所述的伺服液壓缸的驅(qū)動桿產(chǎn)生的荷載力并傳送至所述的PID控制器，所述的管片形變采集模塊用于采集試驗管片上在各個所述的伺服液壓缸處產(chǎn)生的形變量并通過所述的通信模塊分別發(fā)送至對應(yīng)的所述的PID控制器，所述的PID控制器用于將接收到的形變量、位移量及荷載力分別乘以對應(yīng)的預(yù)設(shè)權(quán)重后的值后進行累加并將累加后的結(jié)果作為比較值，再將外部輸入的荷載指令信號作為目標(biāo)值，所述的PID控制器將比較值與目標(biāo)值進行比較后得到控制信號并發(fā)送至所述的比例控制器，所述的比例控制器用于根據(jù)控制信號控制所述的電液比例閥的開合比例，所述的電液比例閥用于根據(jù)開合比例控制對應(yīng)的所述的伺服液壓缸的驅(qū)動桿對試驗管片施加相應(yīng)的荷載力。

還包括預(yù)警模塊，所述的預(yù)警模塊預(yù)存有管片形變量閾值和驅(qū)動桿荷載力閾值，所述的預(yù)警模塊用于讀取由所述的高精度力傳感器采集的所述的伺服液壓缸的驅(qū)動桿產(chǎn)生的荷載力和由所述的管片形變采集模塊采集的試驗管片上由該荷載力產(chǎn)生的形變量，并分別將荷載力與驅(qū)動桿荷載力閾值比較，將形變量與管片形變量閾值比較，當(dāng)荷載力超出驅(qū)動桿荷載力閾值或形變量超出管片形變量閾值時由所述的預(yù)警模塊控制所述的電液比例閥關(guān)閉。預(yù)警模塊檢測到系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，立即關(guān)閉電液比例閥從而停止伺服液壓缸的工作，有效保證了作業(yè)安全性，增加了裝置的使用壽命。