全液壓灌漿泵的設計與實現

楊振中

摘 要：為實現水利水電灌漿施工過程中對灌漿壓力和灌漿流量的智能控制，避免傳統灌漿泵灌漿過程中峰值壓力過大造成地層抬動。該文設計了一種全液壓灌漿泵，采用比例閥液壓控制技術，通過PLC對泵的各工作參數進行設定，輸出流量和輸出壓力可控，該設備運行成本極低，從而降低能耗。

關鍵詞：灌漿泵 液壓系統 PLC 自動控制

中圖分類號：TD421.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0073-02

目前，灌漿施工領域所用灌漿設備大都是由電機帶動減速機，減速機帶動曲軸，曲軸帶動活塞，活塞使泵體內密閉空間發生變化，實現灌漿的一個原理。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或對壩體破壞。國內有部分廠家生產全液壓泵用于灌漿，但由于設備制造費用大，維護成本高，且灌漿流量和灌漿壓力不可控，與現有的機械式灌漿泵沒有明顯技術優勢，在現灌漿施工領域沒有得到廣泛的推廣應用。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，實現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 全液壓灌漿泵結構設計

全液壓灌漿泵，包括設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，用于測試液壓油缸的實時狀態的位移傳感器，分別與液壓式灌漿泵連通的進漿管和出漿管，設置于油箱上部與其連接并用于控制液壓式灌漿泵動作的電動機及油泵和液壓控制系統，以及設置于油箱一側的控制柜。液壓控制系統通過閥座設置在油箱上部，在該閥座上設置有系統壓力傳感器和液壓比例閥，在液壓式灌漿泵上還設有位移傳感器。還包括設置于油箱側面并用于冷卻液壓油的冷卻器。進一步的，該全液壓灌漿泵還包括機架，所述液壓式灌漿泵、油箱、位移傳感器、電動機及油泵、液壓控制系統、控制柜集成于機架上。

主要結構如圖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-系統壓力傳感器、6-電動機及油泵、7-控制柜、8-機架、9-位移傳感器、10-進漿管、11-冷卻器、12-泵體、13-液壓控制系統、14-油箱、15-觸摸屏。

2 全液壓灌漿泵液壓系統設計

全液壓灌漿泵工作部分主要由兩個液壓油缸并聯而成，一個液壓油缸兩端分別設置有料缸并組合構成一個工作組。其灌漿過程由液壓油缸來驅動吸漿、排漿口的開堵動作來完成，一個工作組其中一端完成排漿過程，另一端完成吸漿過程。油缸一個工作過程就完成兩個料缸中的一個排漿和一個吸漿的兩個工作過程，提高了工作效率。當孔口無壓力時，通過調節HMI上的速度調節來調節液壓比例閥流量輸出，以實現灌漿過程中灌漿流量可控的目的；當灌漿孔孔口有壓力時，通過觸摸屏對灌漿參數進行設定后，對灌漿泵采用壓力閉環控制，灌漿壓力參數由灌漿孔孔口設置的輸出壓力傳感器傳回給控制柜，數據經過控制柜處理后，通過模擬量輸出參數控制液壓比例閥，調節比例閥流量輸出，以實現灌漿過程中灌漿壓力可控的目的。液壓系統圖如圖4所示。

3 全液壓灌漿泵操作界面設計及PLC程序設計

3.1 智能制漿系統操作界面設計

基于EasyBuilder8000 組態軟件開發的全液壓灌漿泵操作界面主要包括主界面，自動操作界面，手動操作界面等，該界面的主體程序主要實現對系統參數的設定，系統參數數據處理。PLC控制器之間是基于MODBUS TCP/IP協議的數據通訊。

3.2 PLC程序設計

該全液壓灌漿泵采用的是臺灣VIGOR公司VB系列的PLC，VB系列的PLC可支持MODBUS TCP/IP通訊。可編程控制主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源組成，主要負責完成接收HMI的設定參數和位移傳感器、壓力傳感器傳來的模擬信號來實時監測灌漿泵工作狀態，控制灌漿泵輸出流量和輸出壓力，以達到對灌漿過程中灌漿流量和灌漿壓力的控制目的。

4 全液壓灌漿泵生產性試驗

全液壓灌漿泵是用于灌漿工程純壓灌漿的專用設備，實現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或對壩體破壞。目前全液壓灌漿泵已在公司新疆米蘭項目部做生產性試驗。經過一個多月的生產運行，設備工作狀態良好，滿足純壓灌漿施工要求。該設備對灌漿壓力和流量智能化控制，具有較廣闊的應用前景。全液壓灌漿泵實體圖如圖5所示。

5 結語

（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或對壩體的破壞。

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

（3）該全液壓灌漿泵中電動機及油泵設置在油箱上部，為整個系統提供動力，液壓控制系統也設置在油箱的上部，這種布置方式減少整個灌漿泵的空間，使結構更緊湊。

參考文獻

[1] 雷天覺，李壽剛.新編液壓工程手冊[M].北京：北京理工大學出版社，1998.

[2] 陳啟松.液壓傳動與控制手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2006.

[3] 夏可風，孫釗. 水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[M].北京：中國電力出版社，2002.