一种地下连续墙液压抓斗扶正系统

1 双卷扬地下连续墙液压抓斗介绍

随着我国基础施工行业的不断发展，地下连续墙液压抓斗向重载方向发展，工作的安全性要求也随之提高，双卷扬液压抓斗应运而生。双卷扬液压抓斗指斗体由两根钢丝绳悬挂在臂架上，每根钢丝绳各由一个卷扬控制。相比单卷扬液压抓斗，双卷扬液压抓斗具有优良的稳定性，钢丝绳更长的使用寿命，以及能满足大吨位液压抓斗的需求等优点，但双卷扬液压抓斗也存在一些不足之处，抓斗斗体容易产生偏斜就是其中之一。

如图1所示，双卷扬液压抓斗主要由底盘（13）、桅杆（7）、卷扬 1（11）、卷扬 2（12），卷盘（8）、卷筒（14）、吊锚架（6）、斗体（5）等组成。其中卷扬1（11）和卷扬2（12）分别通过钢丝绳1（9）、钢丝绳2（10）、经过吊锚架（6）上的相应两个滑轮，以及提引器1（2）、提引器2（4），和扁担梁（3）等实现对斗体（1）的提升和下放控制。通过斗体（1）上的主推液压缸推动连杆，实现斗瓣的张开和闭合，进行液压抓斗的抓取挖掘作业。

2 分析先前方案双卷扬液压抓斗挖掘作业时斗体倾斜

双卷扬液压抓斗的施工作业是通过主卷扬快速下放处于完全打开斗瓣状态的斗体冲击岩土，利用斗体的自重以及快速下放斗体的冲击力将斗体的斗齿插入岩土，然后主推液压缸带动连杆推动斗瓣闭合，实现剪切抓取岩土，主卷扬提升斗体至地面，回转主机，斗体的主推液压缸带动连杆拉动斗瓣张开，将抓取的岩土放到运土车上，这样完成一次抓取作业。由于地层的不同，在实际挖掘作业时，往往需要多次反复快速下放斗体冲击，以及斗体斗瓣的多次打开闭合，来剪切抓取岩土，地质越硬，斗体冲击、剪切、抓取次数越多。

  

图1 双卷扬地下连续墙液压抓斗示意图

如图2所示，先前双卷扬液压抓斗液压回路主要由（1）手柄，（2）先导阀组，（3）主阀，（4）主泵，（5）斗体主推液压缸5，（6）主卷2，（7）主卷1，等组成。

  

图2 先前方案双卷扬压抓斗液压回路示意图

 

1-手柄；2-先导阀组；3-主阀；4-主泵；5-斗体主推液压缸；6-主卷；2；7-主卷1

2.1 由于主卷扬下放斗体冲击岩土产生的斗体倾斜

在主卷扬下放斗体冲击岩土过程中，如图2所示，按下手柄上电磁阀Y2对应的按钮并推动手柄向前，输出主卷下放先导控制油，进入主卷阀片1和主卷阀片2先导腔，推动这两片主阀换向，泵1和泵2输出的高压油，流经换向的主阀，一路进入主卷液压马达工作腔，一路流经梭阀，分别经过电磁阀Y3右位和电磁阀Y4右位，打开卷扬减速机制动器，实现主卷下放斗体。由于采用两个钢丝绳起吊斗体，在斗体接触槽底后，继续下放斗体，两根钢丝绳会松软，由于地层地质不同，会导致斗体向较软地质一侧倾斜，地质的不同导致斗体倾斜程度也不同，如图3所示。

如图5所示，按下手柄上的电磁阀Y2对应的按钮并推动手柄向前，输出主卷下放先导控制油，经过电磁阀Y2，进入主阀先导腔，推动主卷阀片1和主卷阀片2，阀芯换向，主泵输出的高压油进过主阀进入主卷液压马达，一路经过梭阀，分别进入电磁阀Y3和电磁阀Y4，进而打开主卷1和主卷2的减速机制动器，一路进入平衡阀控制口，控制平衡阀开启，实现斗体下放。在吊锚架的主卷滑轮处加装两个销轴传感器，如图6所示。两个销轴传感器检测两根钢丝绳的拉力，检测的拉力值分别为a1和a2，均传入到PLC控制器，并与电位计设定值d进行比较，电位计可以手动设定（设定范围一般为1 t-10 t），旋钮位于驾驶室的控制面板上，控制过程如图7所示。当a1≯d或a2≯d时，控制器使得Y2电磁阀失电，驾驶室内显示器出现相应指示灯亮起，并伴有蜂鸣警报。这时尽管按下手柄上的Y2电磁阀对应的按钮，并推动手柄下放斗体，由于PLC控制器控制电磁阀Y2失电，先导控制油路被切断，主卷仍不能下放斗体，钢丝绳1和钢丝绳2始终保持一定的拉力，处于绷紧状态，拉力的大小由处于驾驶室内控制面板上的电位计调定，这样就解决了由于斗体快速下放，加之地质不同，导致斗体倾斜的状况。称上述这种控制方法为触地保护控制。

2.2 由于斗体关闭斗瓣时岩土的反作用力推动斗体上升产生的斗体倾斜

预警指标是监测预警的依据，在建立的煤与瓦斯突出综合预警指标体系中，有些指标可以直接获取并用于判定突出危险等级，如日常预测指标中的钻粉量S，钻屑瓦斯解吸指标K1、Δh2等；有些指标需要建立一定的预测模型通过计算才能获取，如瓦斯压力或瓦斯含量、突出危险区划分范围；有些指标需要经过专业的计算才能得到，如地质构造影响范围、煤层厚度变化率、瓦斯涌出动态指标等；有些指标属于定性类指标，需要通过一定的模型定量化处理才能使用，如喷孔、顶钻等预兆、突出煤层破坏类型、防突措施空白带等。因此，需要构建一系列专业化分析模型，对预警指标进行预先计算和处理才能实现指标的获取和预警。

  

图3 斗体快速下放到槽底部产生倾斜

  

图4 斗体挖掘时岩土反作用里产生的斗体倾斜

3 双卷扬液压抓斗扶正液压系统

如图5所示，先导手柄朝着右后方推动，一路输出作为抓斗关闭先导控制油，进入主阀先导腔，推动抓斗片换向，主泵输出的高压油通过主阀进入抓斗主推液压缸的大腔，实现抓斗闭合动作。抓斗关闭的先导控制油在进入主阀先导腔，同时流向压力继电器K1，压力继电器将信号传入控制。销轴传感器检测值a1与销轴传感器检测值a2传入控制器。销轴传感器检测值a1和a2之差的绝对值—a1-a2—与设定值S（S为正值）进行比较。当—a1-a2—＞S,或a1≯d或a2≯d时，并压力继电器KV1触发，电磁阀Y5的电磁铁得电，否则电磁阀Y5失电，控制方式如图8所示。

  

图5 双卷扬液压抓斗扶正系统液压原理图

 

1-手柄；2-先导阀组；3-主阀；4-主泵；5-斗体主推液压缸；6-主卷2；7-主卷1；8-减压控制阀组

3.1 触地保护控制

该项目建成将减少运行管理人员80～100人，每年可节省工程运行管理费630万元。实现了“无人值守、少人值班”的运行管理目标，实施信息化建设，今后向智能化管理迈进，开启了宁夏回族自治区“互联网+智慧水利”的先河。

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在斗体的主推液压缸推动斗瓣闭合，进行剪切抓取岩土过程中，常常遇到地质较硬，需要反复下放斗体冲击，闭合斗瓣剪切抓取岩土动作，在闭合斗瓣剪切抓取岩土时，在斗体斗瓣对岩土剪切作用的同时，岩土会给斗体一个反作用力，推动斗体向上移动，这时钢丝绳会持续松软，导致斗体倾斜，如图4所示。由于上述原因，操作机手常常在闭斗剪切抓取岩土，同时提升斗体上升。若液压抓斗没有在斗体处配置垂直传感器，操作机手只是模糊操作，这样会减小斗体的挖掘深度，影响施工效率；若液压抓斗在斗体处配置垂直传感器，操作机手需要一边观看显示器一边提升斗体，这样也会影响到施工效率。

  

图6 销轴传感器示意图

 

1-销轴传感器1；2-销轴传感器2；3-吊锚架

  

图7 触地保护控制示意图

3.2 斗体闭合斗瓣挖掘作业时扶正斗体控制

针对图3和图4所示的斗体倾斜状况，提出如图5所示的双卷扬液压抓斗扶正液压系统。该液压系统由（1）手柄，（2）先导阀组，（3）主阀，（4）主泵，（5）斗体主推液压缸5，（6）主卷2，（7）主卷1，以及（8）减压阀组等组成。

  

图8 斗体扶正控制示意图

与此同时，一路输出主卷提升先导控制油，进过电磁阀Y5后，进入扶正片的先导腔，推动阀芯换向，主泵的高压油一路流经主阀，经过减压阀组和平衡阀后进入主卷液压马达工作腔，一路流经梭阀后，分别经过电磁阀Y3右位和电磁阀Y4右位，打开卷扬减速机制动器，实现主卷钢丝绳提升。该减压阀组由减压溢流阀和单向阀组成，减压溢流阀可调节。斗体满载值的90%作为负载，计算出此时液压马达工作压力，结合以上计算值，现场调节减压溢流阀，在可以刚刚可以提升满载斗体时，将设定值稍微调低一点，这样确保可以扶正斗体但不能提升满载时候的斗体，即这时双卷扬仅以一定拉力拉紧两根钢丝绳，使得斗体保持垂直状态。根据上面所述，闭合斗瓣挖掘作业时斗体的扶正控制实际是抓斗关闭和由扶正斗体的复合动作控制。操作此复合动作由一个先导手柄来控制，这样便于机手操作，由于不需要操作机手模糊操作，以及一边观看显示器一边操作手柄，这样提高液压抓斗的工作效率施工精度。

从噪声斑块区的几种掩膜滤波结果可以看出，单纯基于梯度的自适应方法的平滑性不好，在包裹图像的相位跳变边缘上不能得到平滑的曲线，部分区域模糊，滤波效果不好，其他三种方法都能得到明显的平滑曲线.通过滤波效果评价标准的三个参数来定量分析各种滤波方法的优劣，包括相位标准偏差(Phase standard deviation，PDS)(平滑性，值越小，越平滑)、相位奇异值(残差点数，越少越好)和边缘保持指数(Edge retention index，EPI)(越接近于1越好)，结果见表1.

如图5所示，按下手柄上的电磁阀Y1对应的按钮并推动手柄向后，输出主卷提升先导控制油，进过电磁阀Y1后，进入主卷阀片1和主卷阀片2的先导腔，推动阀芯换向，主泵的高压油一路流经主阀和平衡阀，进入主卷马达工作腔，一路流经梭阀后，分别经过电磁阀Y3右位和电磁阀Y4右位，打开卷扬减速机制动器，实现主卷提升。

综上所述，该双卷扬液压抓斗扶正系统通过触底保护控制和斗体闭合斗瓣挖掘作业时扶正斗体控制，可较为显著的改善液压抓斗挖掘作业时斗体产生倾斜的状况，避免了操作机手的模糊操作，提高了双卷扬液压抓斗的工作效率和施工精度。

参考文献

[1]王积伟，章宏甲，液压传动[Z].北京：机械工业出版社，2006.

[2]雷天觉.液压设计手册[M].北京：北京理工大学出版社，2002.

[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化工工业出版社，2005.