一种可移动恒压恒流的路面注浆系统及控制方法 |
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| 申请号 | CN202311830712.1 | 申请日 | 2023-12-27 | 公开(公告)号 | CN117988200A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
| 申请人 | 山东大学; | 发明人 | 李相辉; 李子晗; 孙玉学; 刘衍顺; 籍鑫雨; 于昊; 程瑞; 孙传玉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出了一种可移动恒压恒流的路面注浆系统及控制方法，包括：移动模 块 ，设置在所述移动模块上的控 制模 块、注浆模块和监测模块； 控制模块 包括变频控制单元和PLC系统，所述PLC系统接收所述 涡轮 流量计和所述压 力 变送器监测的 浆液 流量和浆液压力，并与设定的流量值和设定的压力值进行对比，当监测的浆液流量或浆液压力达到设定的流量值或设定的压力值，则所述PLC系统通过控制所述变频控制单元，进而调控所述注浆模块的注浆压力或注浆流速。可实现低压力下的单 泵 单液恒压路面注浆和恒流路面注浆，且两种路面注浆方式可根据需求调整，并可实现方便在路面移动多处注浆的功能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可移动恒压恒流的路面注浆系统，其特征在于，包括：移动模块，设置在所述移动模块上的控制模块、注浆模块和监测模块； |
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| 说明书全文 | 一种可移动恒压恒流的路面注浆系统及控制方法技术领域[0001] 本发明属于注浆技术领域，尤其涉及一种可移动恒压恒流的路面注浆系统及控制方法。 背景技术[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。 [0003] 道路施工过程中，常遇到因流砂、回填土不均等引起的路基沉降问题，在这些地方施工时，会产生涌水、涌泥的问题，因此需要对路面进行注浆；同样的，道路经过长期使用并伴有超载、暴雨暴雪等情况，导致原路面出现裂隙、断板甚至塌陷，路面结构承载能力下降，也需要对路面进行注浆来改善提高路面的承载力。 [0004] 路面注浆过程中，注浆压力及注浆流量对注浆效果的影响较为显著。现有的路面恒定压力注浆系统可提供稳定的注浆压力，但由于地质土层等原因，可能会导致注浆量空间分布不均匀，注浆效果大打折扣；现有的路面恒定流量注浆系统可提供稳定的注浆流量，但在遇到阻力较大的地方时会造成注浆压力骤增，也会造成注浆效果不理想的后果。因此，对于路面注浆装置实现低压力下的单泵单液恒压注浆和恒流注浆一体，且可以实现随意切换，需要进一步改进。 发明内容[0005] 为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可移动恒压恒流的路面注浆系统及控制方法，可实现低压力下的单泵单液恒压路面注浆和恒流路面注浆，且两种路面注浆方式可根据需求调整，并可实现方便在路面移动多处注浆的功能。 [0007] 所述控制模块，包括变频控制单元和PLC系统，所述PLC系统接收所述涡轮流量计和所述压力变送器监测的浆液流量和浆液压力，并与设定的流量值和设定的压力值进行对比，当监测的浆液流量或浆液压力达到设定的流量值或设定的压力值，则所述PLC系统通过控制所述变频控制单元，进而调控所述注浆模块的注浆； [0009] 所述监测模块，包括涡轮流量计和压力变送器，设置在所述螺杆泵的出浆口处。 [0010] 本发明的第二个方面提供一种可移动恒压恒流的路面注浆控制方法，包括： [0011] 当采用恒流注浆时，所述PLC系统接收所述涡轮流量计监测的浆液流量，当所监测的浆液流量达到设定流量值时，所述PLC系统通过控制所述变频控制单元调控所述螺杆泵的动力输出来减小注浆流量； [0012] 当采用恒压注浆时，所述PLC系统接收所述压力变送器监测的浆液压力，当所监测的浆液压力达到设定压力值时，所述PLC系统通过控制所述变频控制单元调控所述螺杆泵的动力输出使注浆流量维持在设定压力值。 [0013] 以上一个或多个技术方案存在以下有益效果： [0014] 在本发明中，通过控制模块、注浆模块和监测模块的设置，通过控制模块接收所述涡轮流量计和所述压力变送器监测的浆液流量和浆液压力，并与设定的流量值和设定的压力值进行对比，当监测的浆液流量或浆液压力达到设定的流量值或设定的压力值，对注浆模块进行注浆压力或流量的调控，可实现低压力下的单泵单液恒压路面注浆和恒流路面注浆，且两种路面注浆方式可根据需求调整，并可实现方便在路面移动多处注浆的功能。 [0017] 图1为本发明实施例一中可移动恒压恒流的路面注浆装置系统的示意图； [0018] 图2为本发明实施例一中可移动恒压恒流的路面注浆装置系统的结构示意图； [0019] 图3为本发明实施例一中可移动恒压恒流的路面注浆装置系统的俯视结构示意图； [0020] 图4为本发明实施例一中可移动恒压恒流的路面注浆装置系统的主视图； [0021] 图中，1、变频控制单元；2、PLC系统；3、螺杆泵；4、浆液桶；5、涡轮流量计；6、压力变送器；7、路面注浆处；8、四轮钢架箱；9、USB接口；10、开关；11、急停；12正常运行指示灯；13、停机指示灯；14、故障报修指示灯；15、进浆管；16、出浆管；17、散热窗口；18、注浆管线；19、显示器；20、变频电机；21、变频控制器。 具体实施方式[0022] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。 [0023] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。 [0024] 在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0025] 实施例一 [0026] 本实施例公开了一种可移动恒压恒流的路面注浆系统，包括，移动模块，设置在所述移动模块上的控制模块、注浆模块和监测模块； [0027] 所述控制模块，包括变频控制单元1和PLC系统2，所述PLC系统2接收所述涡轮流量计5和所述压力变送器6监测的浆液流量和浆液压力，并与设定的流量值和设定的压力值进行对比，当监测的浆液流量或浆液压力达到设定的流量值或设定的压力值，则所述PLC系统2通过控制所述变频控制单元1，进而调控所述注浆模块的注浆； [0028] 所述注浆模块，包括为注浆提供动力的螺杆泵3，所述变频控制单元1控制所述螺杆泵3的动力输出，进而调控注浆压力或注浆流速； [0029] 所述监测模块，包括涡轮流量计5和压力变送器6，设置在所述螺杆泵3的出浆口处。 [0030] 结合图1‑图4对本实施例的一种可移动恒压恒流的路面注浆系统进行详细说明，包括：由变频控制单元1、PLC系统2和显示器19组成的控制模块；由涡轮流量计5和压力变送器6组成的监测模块；由螺杆泵3、进浆管15、出浆管16和注浆管线18组成的注浆模块；以及以四轮钢架箱8为主体的移动框架。 [0031] 控制模块连接注浆模块和监测模块，接收监测模块所传递的信号并通过调节变频电机频率带动注浆模块中螺杆泵3调控注浆压力或流量；监测模块监测注浆的压力和流量并传递到控制模块；注浆模块受控制模块调控改变抽取浆液的动力；移动框架为四轮钢架箱，承载并保护控制模块、注浆模块、监测模块，方便在路面移动搬运。 [0032] 在本实施例中，控制模块包括变频控制单元1、PLC系统2和显示器19，变频控制单元1包括变频电机20和变频控制器21，变频控单元1通过控制线路连接螺杆泵3和PLC系统2，变频控单元1接受PLC系统2传递的信号，由变频控制器21改变变频电机20的频率，进而变频电机20调控螺杆泵3的动力输出，完成对注浆流量或压力的调控。 [0033] PLC系统2接收涡轮流量计5和压力变送器6传来的浆液的流量和压力，并与显示器19界面上设置的压力设定值或流量设定值进行对比，将对比结果传递给变频控制单元1，变频控制单元1向变频控制器21发送控制信号去调节注浆。 [0034] 显示器19与PLC系统2信号相连，显示器19提供与PLC系统2的交互界面，显示器19显示压力设定值、流量设定值、超压保护、超压延时等，并显示PLC系统2读取的实时压力、实时流量和累计流量，显示器19并通过USB接口9对之前数据进行提取保存，方便路面注浆工作的规划和进行。 [0035] 注浆模块包括螺杆泵3、进浆管15、出浆管16和注浆管线18，螺杆泵3与变频电机20电性相连，最大流量为0.8m3/h，扬程120m，电机功率2.2KW，电压380V，提供动力来抽取和泵送浆液；进浆管15从浆液桶4抽取浆液，经过四轮钢架箱8接入到螺杆泵3；出浆管16从四轮钢架箱8接出将浆液注入路面注浆处7；注浆管线18为运输从螺杆泵到出浆管之间浆液的管线，注浆管线18上接有涡轮流量计5和压力变送器6。 [0036] 监测模块包括涡轮流量计5和压力变送器6，都安装在注浆管线18上，其中，涡轮流量计5的口径DN6，量程范围0.1—0.6m3/h，输出信号4—20mA，工作压力≤6.3Mpa，精确度等级1.0级；压力变送器6量程范围0—1.6Mpa，输出信号4—20mA，精度0.5级，实时监测注浆管线18内的流量和压力并以10Hz的频率将数据传递到PLC系统2中。 [0037] 移动框架为四轮钢架箱8，尺寸为长145cm，宽70cm，高80cm，其中，轮子高度为16cm，四轮钢架箱8正面设置有变频控制器21、PLC系统2、显示器19和出浆管口，箱子背面提供进浆管口和散热窗口17，四轮钢架箱8的箱体由四个万向轮着地，四轮可以任意方向滑动，四轮钢架箱8用来承载并保护控制模块、注浆模块、监测模块和移动搬运整个系统装置。 [0038] 实施例二 [0039] 本实施例提供一种可移动恒压恒流的路面注浆控制方法，采用实施例一所述的一种可移动恒压恒流的路面注浆系统，包括： [0040] 当采用恒流注浆时，所述PLC系统接收所述涡轮流量计监测的浆液流量，当所监测的浆液流量达到设定流量值时，所述PLC系统通过控制所述变频控制单元调控所述螺杆泵的动力输出来减小注浆流量； [0041] 当采用恒压注浆时，所述PLC系统接收所述压力变送器监测的浆液压力，当所监测的浆液压力达到设定压力值时，所述PLC系统通过控制所述变频控制单元调控所述螺杆泵的动力输出使注浆流量维持在设定压力值。 [0042] 在本实施例中，具体的，当采用恒压注浆方法时，浆液从浆液桶4中通过进浆管15接入到螺杆泵3中，在显示器19界面上设置一个压力设定值和关停流量、关停流量延时，并设置超压保护和超压延时以避免不必要的中断并保护整个装置，通过开关10启动注浆，待压力变送器6监测并传到PLC系统2中和显示器19界面上的实时压力达到该压力设定值时，变频控制器21会通过调节变频电机20进而控制螺杆泵3的动力输出，减少注浆流量使注浆压力维持在压力设定值以下，为减小电机调控误差导致的突变压力的影响，当注浆流量达到关停流量且持续时间达到关停流量延时设定的时间时，注浆自动停止。 [0043] 采用恒压注浆方法时，电机开始全功率运行，启动压力监控，当监测到的注浆压力值达到压力设定值的90％时，PLC开始控制变频器降低电机频率，同时启动流量监控。PLC根据监测到的压力数据通过外推函数预测0.5s内需要输出的电机频率值，并根据实时监测压力以2Hz频率不断对电机输出的频率进行修正，以保证实时压力稳定在设定值上下。综上，恒压注浆过程中当实时压力达到设定值的90％时，电机频率呈下降趋势，注浆流量不断减小，当注浆流量达到关停流量且持续时间达到关停流量延时设定的时间时，注浆自动停止。 [0044] 当采用恒流注浆方法时，将浆液从浆液桶4中通过进浆管15接入到螺杆泵3中，在显示器19界面上设置一个流量设定值和保护压力、超压延时，按下开关10启动注浆，待涡轮流量计5监测并传到PLC系统2中和显示到显示器19界面上的实时流量达到该流量设定值时，变频控制器21会通过调节变频电机20进而控制螺杆泵3的动力输出，使注浆流量维持在此流量设定值附近，随着注浆的进行，注浆压力不断升高，当注浆压力达到保护压力且持续时间达到超压延时时，注浆自动停止。 [0045] 采用恒流注浆时，电机开始全功率运行，启动流量监控，当监测到的注浆流量达到流量设定值的90％时，PLC开始控制变频器降低电机频率，同时启动压力监控。PLC根据监测到的流量数据通过外推函数预测0.5s内需要输出的电机频率值，并根据实时监测流量以2Hz频率不断对电机输出的频率进行修正，以保证实时流量稳定在设定值上下。综上，恒流注浆过程中当实时压力达到设定值的90％时，随着注浆的进行，注浆压力随之升高，当注浆压力达到保护压力且持续时间达到超压延时设定值时，注浆自动停止。 [0046] 采用恒压注浆方法时，超压延时的作用为当注浆压力达到超压保护值时，不会立刻停止注浆，而是当压力超过超压保护值且持续时间达到超压延时设置的时长时，停止注浆，允许压力波动恢复正常，避免不必要的中断并保护整个装置。 [0047] 本系统的控制方法为：浆液从浆液桶4中通过进浆管15接入到螺杆泵3中，在显示器19界面上选择压力控制模式或流量控制模式。在压力控制模式界面中设置压力设定值、关停流量、关停流量延时并设置超压保护和超压延时保护设备；在流量控制模式界面中设置流量设定值，并设置保护压力、超压延时保护设备。选择注浆模式并设定相关数值后，按下开关10启动注浆，PLC系统2将涡轮流量计5和压力变送器6监测读取出的数据与设定数值对比，给变频控制21传递信号，由变频控制器21控制变频电机20改变频率，调控螺杆泵3的动力输出，调控注浆压力或流量，直至达到关停流量或保护压力且持续时间达到设定的关停流量延时或超压延时，注浆自动停止。 [0048] 注浆过程中观察正常运行指示灯12、停机指示灯13、故障报修指示灯14的状态，第一次按下开关10后正常运行指示灯12亮起为正常运行，若故障报修指示灯14亮起则按急停11停止运行，第二次按下开关10后停机指示灯13亮起。 [0049] 本实施例可根据显示器19界面上显示的累计流量提前终止或多次注浆，且注完一处路面后可通过四轮钢架箱8移动到下一处需要注浆的路面处。 |
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