CN104088833A - 电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统 - Google Patents

Abstract

一种电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统，涉及液压动力设备技术领域，所解决的是现有系统安全性低及占用空间大的技术问题。该系统包括电气控制单元及动力输出单元；所述动力输出单元包括油箱、液压泵、冗余阀、斜锥自锁油缸、四位二通阀，液压泵通过各个四位二通阀为各个斜锥自锁油缸提供动力；各个动力输出单元通过冗余阀互连；斜锥自锁油缸包括缸筒，及安装在缸筒中的主活塞，安装在主活塞内腔中的副活塞，主活塞可由定位腔体内的楔块及活动盘的配合锁定，所述电气控制单元包括主控开关、主电源、发电机、控制器及备用电源，主电源、备用电源及发电机分三路为各个液压泵供电。本发明提供的系统，系统安全性高且占用空间小。

Description

电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统

技术领域

本发明涉及液压动力设备技术，特别是涉及一种电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统的技术。

背景技术

液压钢支撑系统是利用液压油缸输出动力的液压动力输出系统。现有的液压钢支撑系统具有以下缺陷：

1）现有的液压钢支撑系统都是采用单路电源为各个液压泵供电的，一旦供电线路出现故障，就会导致系统中的液压泵失电停止运行，从而导致系统液压管路失压，导致整个系统瘫痪，无法保证系统的安全运行；

2）有些系统采用单个液压泵为所有的液压油缸提供动力，这种结构形式安全性较差，一旦液压泵出现问题，整个系统就瘫痪了，无法保证系统的安全运行；

3）有些系统中配备有多个液压泵，系统中的各个液压油缸分成多组，每个液压泵为其中的一组液压油缸提供动力，某一液压泵出现问题，只会影响到其中一组液压油缸的工作，这种结构形式相对于采用单个液压泵提供动力的方式，其安全性要高，但是受影响的液压油缸依然会影响系统的安全运行，其安全性依然有待提高；

4）现有液压钢支撑系统都通过在液压管路上设置由液控单向阀组成的液压锁来实现液压油缸的锁定，以保证液压油缸不会因系统故障而失稳。但是，这种采用液压锁来锁定液压油缸的方式对液压阀的精度要求较高，而且存在着液压阀的阀芯内涉，无法实现对液压油缸的绝对锁定，存在着锁定可靠性差的缺陷，会影响系统的安全运行。现有液压油缸的单体输出力也相对较低，在一些对输出力要求较高的工况下（比如土建基坑施工），往往需要多个液压油缸相互配合同时输出动力，因而现有液压钢支撑系统中的液压油缸数量相对较多，系统占用空间也较大。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种系统安全性高，且系统占用空间小的电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统，包括电气控制单元，及至少一个动力输出单元；

所述动力输出单元包括油箱、液压泵，及至少一个斜锥自锁油缸，至少一个四位二通阀，其中的四位二通阀的数量与斜锥自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵的吸油口接到油箱，液压泵的泵油口接到各个四位二通阀的压力油口，液压泵的泵油口与油箱之间接有溢流安全阀，各个四位二通阀的回油口接到油箱，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应斜锥自锁油缸的两个工作腔；

其特征在于：所述电气控制单元包括主控开关、主电源、发电机、控制器，及能储蓄电能的备用电源；

所述主电源及备用电源的输入端均通过主控开关接到市政供电线路，主电源、备用电源及发电机的输出端各经一分控开关分别接到各个液压泵的控制开关；

所述控制器具有多个控制信号输出端，控制器的各个控制信号输出端分别接到各个分控开关的控制端；

所述动力输出单元还包括一冗余阀，所述冗余阀为截止阀，冗余阀的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

每个动力输出单元中的冗余阀的第一油口均接到本单元各个四位二通阀的压力油口，每个动力输出单元中的冗余阀的第二个油口均与其它动力输出单元中的冗余阀的第二油口连通；

所述斜锥自锁油缸包括缸筒、主活塞、副活塞，缸筒的左右两端各由一缸盖封闭，主活塞以滑动配合方式安装在缸筒内腔中，并将缸筒内腔分隔成左右各一个相互独立的工作腔，其中的左工作腔为无杆腔，其中的右工作腔为有杆腔，缸筒的筒壁上开设有两个工作油口，其中的一个工作油口与无杆腔连通，另一个工作油口与有杆腔连通；

所述缸筒的右端固定有一定位腔体，该定位腔体的内腔与缸筒的内腔相互隔断，定位腔体的内腔中设有一环形的活动盘；

所述主活塞为柱形活塞，主活塞的右部向右贯穿缸筒的右缸盖及定位腔体，并以活动配合方式从活动盘的环心穿过，主活塞的外周面与活动盘的内圈摩擦配合，主活塞与缸筒右缸盖的结合部及主活塞与定位腔体腔壁的结合部均滑动配合并气密封；

所述定位腔体内固定有围绕主活塞轴对称布设的多个楔块，所述活动盘以滑动配合方式设置在定位腔体内，并将定位腔体的内腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，定位腔体的左子腔整体封闭，且在定位腔体的腔壁上开设有连通其左子腔的控制油口，活动盘的外圈形成有锥面，且活动盘外圈的锥面以活动配合方式与定位腔体内各个楔块的楔面一一楔合，定位腔体内设置有用于驱使活动盘紧抵各个楔块的弹簧；

所述主活塞具有一与其同轴且整体封闭的柱形空腔，该柱形空腔为辅助腔，所述副活塞以滑动配合方式安装在辅助腔中，并将辅助腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，副活塞的左端穿过辅助腔的左端腔壁伸入缸筒的无杆腔，副活塞与主活塞的结合部滑动配合并气密封，副活塞上具有一轴向贯通的轴孔，辅助腔的左子腔与副活塞上的轴孔相互隔断，辅助腔的右子腔通过副活塞上的轴孔连通缸筒的无杆腔。

本发明提供的电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统，采用三路供电，在市电短暂停电、长时间停电的状况下均能保障各个液压泵的正常运行，而且每个动力输出单元中均配备有液压泵，一个动力输出单元中的液压泵发生故障时，其它单元可通过冗余阀为故障单元提供动力，因而能保证系统的安全运行，具有系统安全性高的特点；进一步的，各个斜锥自锁油缸均可利用活动盘与楔块的配合可靠的锁定，能进一步提高系统安全性；另外，斜锥自锁油缸运行时，副活塞会对主活塞产生一个复合推力，使得主活塞的输出力得到进一步的提升，在油缸压力不变的情况下，主活塞的输出力相比同规格的现有单活塞式油缸可增加60%左右，斜锥自锁油缸的单体输出力较大，因此系统中所需配置的油缸数量相对较少，系统占用空间也较小。

附图说明

图1是本发明实施例的电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统的电气控制图；

图2是本发明实施例的电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统的液压图；

图3是本发明实施例的电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统中的斜锥自锁油缸的主视剖切图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1-图2所示，本发明实施例所提供的一种电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统，包括电气控制单元，及三个动力输出单元，该三个动力输出单元分别为第一动力输出单元、第二动力输出单元、第三动力输出单元；

第一动力输出单元包括油箱Y1、液压泵D1、冗余阀S1，及三个斜锥自锁油缸U11、U12、U13，三个四位二通阀H11、H12、H13，其中的四位二通阀的数量与斜锥自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵D1的吸油口接到油箱Y1，液压泵D1的泵油口接到各个四位二通阀H11、H12、H13的压力油口，液压泵D1的泵油口与油箱Y1之间接有溢流安全阀，各个四位二通阀H11、H12、H13的回油口接到油箱Y1，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应斜锥自锁油缸的两个工作腔；冗余阀S1为截止阀，冗余阀S1的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

第二动力输出单元包括油箱Y2、液压泵D2、冗余阀S2，及三个斜锥自锁油缸U21、U22、U23，三个四位二通阀H21、H22、H23，其中的四位二通阀的数量与斜锥自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵D2的吸油口接到油箱Y2，液压泵D2的泵油口接到各个四位二通阀H21、H22、H23的压力油口，液压泵D2的泵油口与油箱Y2之间接有溢流安全阀，各个四位二通阀H21、H22、H23的回油口接到油箱Y2，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应斜锥自锁油缸的两个工作腔；冗余阀S2为截止阀，冗余阀S2的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

第三动力输出单元包括油箱Y3、液压泵D3、冗余阀S3，及三个斜锥自锁油缸U31、U32、U33，三个四位二通阀H31、H32、H33，其中的四位二通阀的数量与斜锥自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵D3的吸油口接到油箱Y3，液压泵D3的泵油口接到各个四位二通阀H31、H32、H33的压力油口，液压泵D3的泵油口与油箱Y3之间接有溢流安全阀，各个四位二通阀H31、H32、H33的回油口接到油箱Y3，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应斜锥自锁油缸的两个工作腔；冗余阀S3为截止阀，冗余阀S3的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

每个动力输出单元中的冗余阀的第一油口均接到本单元各个四位二通阀的压力油口，每个动力输出单元中的冗余阀的第二个油口均与其它动力输出单元中的冗余阀的第二油口连通；

所述电气控制单元包括主控开关K10、主电源J1、发电机J3、控制器J0，及能储蓄电能的备用电源J2；

所述主电源J1及备用电源J2的输入端均通过主控开关K10接到市政供电线路；主电源J1的输出端经一分控开关K11分别接到各个液压泵D1、D2、D3的控制开关K21、K22、K23；备用电源J2的输出端经一分控开关K12分别接到各个液压泵D1、D2、D3的控制开关K21、K22、K23；发电机J3的输出端经一分控开关K13分别接到各个液压泵D1、D2、D3的控制开关K21、K22、K23；

所述控制器J0具有多个控制信号输出端，控制器J0的各个控制信号输出端分别接到各个分控开关K11、K12、K13的控制端；

如图3所示，所述斜锥自锁油缸包括缸筒1、主活塞2、副活塞3，缸筒1的左右两端各由一缸盖4封闭，主活塞2以滑动配合方式安装在缸筒1的内腔中，并将缸筒1的内腔分隔成左右各一个相互独立的工作腔，其中的左工作腔为无杆腔11，其中的右工作腔为有杆腔12，缸筒1的筒壁上开设有两个工作油口，其中的一个工作油口与无杆腔11连通，另一个工作油口与有杆腔12连通；

所述缸筒1的右端固定有一定位腔体5，该定位腔体5的内腔与缸筒1的内腔相互隔断，定位腔体5的内腔中设有一环形的活动盘6；

所述主活塞2为柱形活塞，主活塞2的右部向右贯穿缸筒的右缸盖4及定位腔体5，并以活动配合方式从活动盘6的环心穿过，主活塞2的外周面与活动盘6的内圈摩擦配合，主活塞2与缸筒右缸盖4的结合部及主活塞与定位腔体5腔壁的结合部均滑动配合并气密封；

所述定位腔体5内固定有围绕主活塞2轴对称布设的多个楔块7，所述活动盘6以滑动配合方式设置在定位腔体5内，并将定位腔体5的内腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，定位腔体5的左子腔整体封闭，且在定位腔体5的腔壁上开设有连通其左子腔的控制油口，活动盘6的外圈形成有锥面，且活动盘6外圈的锥面以活动配合方式与定位腔体内各个楔块7的楔面一一楔合，定位腔体5内设置有用于驱使活动盘6紧抵各个楔块7的弹簧8；

所述主活塞2具有一与其同轴且整体封闭的柱形空腔，该柱形空腔为辅助腔21，所述副活塞3以滑动配合方式安装在辅助腔21中，并将辅助腔21分隔成左右各一个相互独立的子腔，副活塞3的左端穿过辅助腔21的左端腔壁伸入缸筒的无杆腔11，副活塞3与主活塞2的结合部滑动配合并气密封，副活塞3上具有一轴向贯通的轴孔31，辅助腔21的左子腔与副活塞上的轴孔31相互隔断，辅助腔21的右子腔通过副活塞上的轴孔31连通缸筒的无杆腔11。

本发明实施例中，所述控制器J0、备用电源J2均为现有技术，控制器J0采用的是型号为SNAP-PAC-S1的PLC控制器，备用电源J2采用的是型号为CP/DC/UPS-24V-40A的UPS电源。

本发明其它实施例中，动力输出单元的数量也可以是2个或3个以上，单个动力输出单元中的斜锥自锁油缸及四位二通阀的数量也可以是2个或3个以上。

本发明实施例的工作原理如下：

在正常状况下，分控开关K11闭合，分控开关K12、K13断开，由主电源J1为各个液压泵D1、D2、D3供电，同时备用电源J2储蓄电能；

当市政供电线路发生故障时，控制器J0先控制分控开关K12闭合，此时由备用电源J2为各个液压泵D1、D2、D3供电，如果备用电源J2储蓄的电能用完而市政供电线路未恢复供电，控制器J0随即控制分控开关K13闭合，此时由发电机J3为各个液压泵D1、D2、D3供电，当市政供电线路恢复供电后，控制器J0随即控制分控开关K11闭合，并控制分控开关K12、K13断开，从而恢复至由主电源J1为各个液压泵D1、D2、D3供电的正常状况；

系统正常运行时，各个动力输出单元各自独立运行，每个动力输出单元通过本单元的液压泵为本单元中的各个斜锥自锁油缸提供动力，通过本单元中的各个四位二通阀来控制本单元中各个斜锥自锁油缸运行；

当某一动力输出单元（比如第一动力输出单元）中的液压泵发生故障时，其它动力输出单元（比如第二、第三动力输出单元）中的液压泵通过冗余阀为故障单元提供动力，以保证故障单元的各个斜锥自锁油缸能正常的运行。

本发明实施例中的斜锥自锁油缸的工作原理如下：

通过定位腔体上的控制油口将压力油注入定位腔体的左子腔，即可利用压力油推动活动盘克服弹簧的弹力右移，使得活动盘外圈的锥面与各个楔块脱离楔合，此时活动盘对主活塞的摩擦阻力较小，主活塞处于解锁状态；

将定位腔体左子腔内的压力油释放，活动盘即可在弹簧的弹力作用左移，使得活动盘外圈的锥面与各个楔块恢复楔合，此时在弹簧的推顶下，各个楔块对活动盘产生一个朝向主活塞方向的推顶力，使得活动盘与主活塞之间的摩擦阻力增大，从而将主活塞锁定；

在主活塞处于解锁状态下，将有杆腔侧的工作油口接通回油管道，将压力油通过无杆腔侧的工作油口注入无杆腔，即可推动主活塞向右滑动，使得主活塞向右伸出，与此同时，无杆腔内的压力油通过副活塞上的轴孔进入辅助腔的右子腔，从而对主活塞产生一个复合推力，使得主活塞的输出力得到进一步的提升，在油缸压力不变的情况下，主活塞的输出力相比同规格的现有单活塞式油缸可增加60%左右，主活塞到位即可将定位腔体左子腔内的压力油释放，使其锁定在工作位置；

在主活塞处于解锁状态下，将无杆腔侧的工作油口接通回油管道，将压力油通过有杆腔侧的工作油口注入有杆腔，即可推动主活塞向左滑动，使得主活塞向左缩回。

Claims (1)

1.一种电源及液压冗余的斜锥自锁型轴力补偿系统，包括电气控制单元，及至少一个动力输出单元；

所述动力输出单元包括油箱、液压泵，及至少一个斜锥自锁油缸，至少一个四位二通阀，其中的四位二通阀的数量与斜锥自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵的吸油口接到油箱，液压泵的泵油口接到各个四位二通阀的压力油口，液压泵的泵油口与油箱之间接有溢流安全阀，各个四位二通阀的回油口接到油箱，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应斜锥自锁油缸的两个工作腔；

其特征在于：所述电气控制单元包括主控开关、主电源、发电机、控制器，及能储蓄电能的备用电源；

所述主电源及备用电源的输入端均通过主控开关接到市政供电线路，主电源、备用电源及发电机的输出端各经一分控开关分别接到各个液压泵的控制开关；

所述控制器具有多个控制信号输出端，控制器的各个控制信号输出端分别接到各个分控开关的控制端；

所述动力输出单元还包括一冗余阀，所述冗余阀为截止阀，冗余阀的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

每个动力输出单元中的冗余阀的第一油口均接到本单元各个四位二通阀的压力油口，每个动力输出单元中的冗余阀的第二个油口均与其它动力输出单元中的冗余阀的第二油口连通；

所述斜锥自锁油缸包括缸筒、主活塞、副活塞，缸筒的左右两端各由一缸盖封闭，主活塞以滑动配合方式安装在缸筒内腔中，并将缸筒内腔分隔成左右各一个相互独立的工作腔，其中的左工作腔为无杆腔，其中的右工作腔为有杆腔，缸筒的筒壁上开设有两个工作油口，其中的一个工作油口与无杆腔连通，另一个工作油口与有杆腔连通；

所述缸筒的右端固定有一定位腔体，该定位腔体的内腔与缸筒的内腔相互隔断，定位腔体的内腔中设有一环形的活动盘；

所述主活塞为柱形活塞，主活塞的右部向右贯穿缸筒的右缸盖及定位腔体，并以活动配合方式从活动盘的环心穿过，主活塞的外周面与活动盘的内圈摩擦配合，主活塞与缸筒右缸盖的结合部及主活塞与定位腔体腔壁的结合部均滑动配合并气密封；

所述定位腔体内固定有围绕主活塞轴对称布设的多个楔块，所述活动盘以滑动配合方式设置在定位腔体内，并将定位腔体的内腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，定位腔体的左子腔整体封闭，且在定位腔体的腔壁上开设有连通其左子腔的控制油口，活动盘的外圈形成有锥面，且活动盘外圈的锥面以活动配合方式与定位腔体内各个楔块的楔面一一楔合，定位腔体内设置有用于驱使活动盘紧抵各个楔块的弹簧；

所述主活塞具有一与其同轴且整体封闭的柱形空腔，该柱形空腔为辅助腔，所述副活塞以滑动配合方式安装在辅助腔中，并将辅助腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，副活塞的左端穿过辅助腔的左端腔壁伸入缸筒的无杆腔，副活塞与主活塞的结合部滑动配合并气密封，副活塞上具有一轴向贯通的轴孔，辅助腔的左子腔与副活塞上的轴孔相互隔断，辅助腔的右子腔通过副活塞上的轴孔连通缸筒的无杆腔。