CN101614228A - 一种矿用混凝土泵的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

一种矿用混凝土泵的液压控制系统。涉及矿用混凝土泵。包括油箱，泵，驱动混凝土缸A、混凝土缸B的主油缸A、主油缸B，它还包括驱动S管在混凝土缸A、B之间摆动切换的摆缸A、B，三位四通液控换向阀S，二位四通液控换向阀E；摆缸A、B上分别开设控制油口BA、BB；主油缸A、B上分别开设控制油口ZA、ZB；三位四通液控换向阀S上设有液控换向装置，液控换向装置上设控制油口SA、SB，控制油口SA、SB分别与控制油口BA、BB相连；二位四通液控换向阀E上设有液控换向装置，液控换向装置上设有控制油口EA、EB，控制油口EA、EB分别与控制油口ZA、ZB相连。本发明为全液压互控，不需要电气控制，不存在机械撞击，消除了煤矿井下施工的安全隐患。

Description

一种矿用混凝土泵的液压控制系统

技术领域

本发明涉及矿用混凝土泵的液压控制系统，尤其是全液压互控的矿用混凝土泵的液压控制系统。

背景技术

近年来随着国家对基础设施建设加大投入，混凝土机械市场也得以快速发展，其中混凝土泵在日益蓬勃的建设市场中发挥着重要作用，国产混凝土泵也经历了从无到有、由弱到强的发展历程。目前国产混凝土泵因其质量稳定、性价比高，越来越被广大用户所接受。据不完全统计，2007年国产混凝土泵占据了85％以上的国内市场和15％的国际市场。

我国煤炭行业重点技改项目——沿空留巷技术是煤矿开采技术的一项重大改革，又称无煤柱护巷沿空留巷技术，对提高煤炭回收率、降低掘进率、缓解采掘接替紧张状况、提升综合效益意义重大。但该技术的应用必须要有混凝土泵将混凝土膏体充填材料通过泵送的方式进行充填留巷，这就带来了一个新的问题，地面上常用的混凝土泵到井下施工如何解决防爆问题？

以目前市场占有率较高的HBT60、HBT80系列混凝土泵为例，绝大部分液压系统均采用开式系统，油泵为REXROTH公司三联泵，主油泵给主油缸供油、恒压泵给摆缸供油、齿轮泵给料斗搅拌供油。其中料斗搅拌动作独立于主油缸和摆缸的程序动作，且为手动换向阀控制，不存在防爆问题，主油缸和摆缸则是通过PLC控制对应的电液换向阀实现程序动作。假设初始状态时主油缸A所对应的混凝土缸A与料斗联通，主油缸B所对应的混凝土缸B与S管联通(参见图2)，当主油缸A在压力油的作用下带动混凝土缸A内的活塞后退时，主油缸B带动混凝土缸B内的活塞前进，此时，混凝土缸A吸料，混凝土缸B送料，当主油缸A后退至行程终端时，触发水箱内的接近开关，PLC控制电液换向阀两个电磁铁的得失电使两个主油缸和两个摆缸内的压力油换向，即主油缸A所对应的混凝土缸A与S管联通，主油缸B所对应的混凝土缸B与料斗联通，主油缸B在压力油的作用下带动混凝土缸B内的活塞后退，主油缸A带动混凝土缸A内的活塞前进，此时，混凝土缸B吸料，混凝土缸A送料，当主油缸B后退至行程终端时，再次触发水箱内的接近开关，PLC控制电液换向阀两个电磁铁的得失电使两个主油缸和两个摆缸内的压力油再次换向，如此往复，实现主油缸和摆缸相互之间的程序动作，从而实现混凝土的连续泵送。

由此可见，要想使用混凝土泵在井下作业，就必须解决两个方面的防爆问题：一是主电机的防爆，二是电气控制系统的防爆。目前国内混凝土泵的主电机均为普通四级电机，若要解决防爆问题，可选用隔爆电机代替，但关键是电气控制系统如何解决防爆问题呢？

从常规方法来看，要想解决电气控制系统的防爆问题无非两个办法，一是采用使用防爆电磁铁的换向阀，二是采用机动换向阀。下面我们来简单的分析一下这两个方法各自的优缺点及其可行性。

若采用使用防爆电磁铁的换向阀，优点是可直接借用常规混凝土泵成熟的液压系统和控制系统，避免了重新设计过程的一些不确定性，缺点是成本太高，供货周期长。据了解，使用防爆电磁铁的换向阀其价格是常规电液换向阀的5～7倍，且交货期在16周以上。另外，采用这种方法还得考虑电气箱内电气元件和电缆的防爆问题。

若采用机动换向阀，优点是无需电气控制系统，有效的解决了防爆问题，降低了成本，缺点是机械结构相对复杂，机动换向阀的凸轮与撞块撞击时易产生火花，给井下施工安全带来了隐患。另外，摆缸换向时速度极快，一般在0.3秒以内，如此高的撞击速度也会影响机动阀和撞块的使用寿命。

由上可见，上述两种方法虽然在一定程度上可以解决混凝土泵在井下施工的防爆问题，但都还存在着明显的安全隐患。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种对液压元件以及工作缸进行改进，在液压元件、工作缸之间设置全液压互控油路，从而避免出现电气火花、机动换向火花，且成本低、结构简单的矿用混凝土泵的液压控制系统。

本发明的技术方案是：包括油箱，泵，驱动混凝土缸A、混凝土缸B的主油缸A、主油缸B，它还包括驱动S管在混凝土缸A、混凝土缸B缸口之间摆动切换的摆缸A、摆缸B，三位四通液控换向阀S，二位四通液控换向阀E；摆缸A、摆缸B上分别开设控制油口BA、控制油口BB；主油缸A、主油缸B上分别开设控制油口ZA、控制油口ZB；三位四通液控换向阀S上设有液控换向装置，液控换向装置上设控制油口SA、控制油口SB，控制油口SA、控制油口SB分别与控制油口BA、控制油口BB相连；二位四通液控换向阀E上设有液控换向装置，液控换向装置上设有控制油口EA、控制油口EB，控制油口EA、控制油口EB分别与控制油口ZA、控制油口ZB相连。三位四通液控换向阀S的液控换向装置还包括回油口SA、回油口SB、复位弹簧SA、复位弹簧SB，回油口SA、回油口SB分别连通油箱，复位弹簧SA、复位弹簧SB在常态下确保三位四通液控换向阀S处于截止状态。

二位四通液控换向阀E液控换向装置包括有根据控制油口EA、控制油口EB的压力切换通路连通状态的阀芯。

本发明的系统只用一个油泵给主油缸和摆缸供油，比常规混凝土泵减少了一个恒压泵、蓄能器和整个电气控制系统，成本大大降低。从控制方式上来讲，本发明利用摆缸行程到达终点时释放出来的压力油来推动控制主油缸的液动换向阀的阀芯，从而实现两个主油缸的交替动作，待主油缸行程到达终点时，再利用主油缸释放出来的压力油来推动控制摆缸的液动换向阀的阀芯，从而实现两个摆缸的交替动作。当摆缸或主油缸均处于运动过程中未到行程终点时，两个液动换向阀两端的控制油口内的油压是相等的，此时液动换向阀会处于原来所处的状态，不会产生因阀芯窜动而误动作的现象。正是这种相互控制才保证了泵送和分配程序动作的实现。本发明全部使用液动控制技术来实现的全液压互控，使用这种方法可以完全依靠液压控制实现所有程序动作，既不需要电气控制，也不存在机械撞击，换句话说，本发明中除了隔爆电机外没有任何带电控制，从而从源头上消除了井下施工，尤其是在煤矿井下施工的安全隐患。

附图说明

图1是本发明的液压工作原理

图中1是油箱，2是油泵，3是三位四通液控换向阀S，4是控制油口SA，5是控制油口EA，6是摆缸A，7是控制油口BA，8是控制油口BB，9是摆缸B，10是二位四通液控换向阀E，11是控制油口EB，12是控制油口ZA，13是主油缸A，14是主油缸B，15是控制油口ZB，16是控制油口SB，20是隔爆电机；

图2是本发明的矿用混凝土泵的结构示意图

图中17是混凝土泵B，18是混凝土泵A，19是S管。

图3～6是本发明液压系统各阶段工作状态参考图

具体实施方式

如图1、2所示，本发明包括油箱1，泵2(隔爆电机20驱动泵2)，驱动混凝土缸A18、混凝土缸B17的主油缸A13、主油缸B14，它还包括驱动S管19在混凝土缸A18、混凝土缸B17缸口之间摆动切换的摆缸A6、摆缸B9，三位四通液控换向阀S3，二位四通液控换向阀E10；摆缸A6、摆缸B9上分别开设控制油口BA7、控制油口BB8；主油缸A13、主油缸B14上分别开设控制油口ZA12、控制油口ZB15；三位四通液控换向阀S3上设有液控换向装置，液控换向装置上设控制油口SA4、控制油口SB16，控制油口SA4、控制油口SB16分别与控制油口BA7、控制油口BB8相连；二位四通液控换向阀E10上设有液控换向装置，液控换向装置上设有控制油口EA5、控制油口EB11，控制油口EA5、控制油口EB11分别与控制油口ZB15、控制油口ZA12相连。

三位四通液控换向阀S3的液控换向装置还包括回油SA、回油SB、复位弹簧SA、复位弹簧SB，回油SA、回油SB分别连通油箱1，复位弹簧SA、复位弹簧SB在常态下确保三位四通液控换向阀S3处于截止状态。

二位四通液控换向阀E10液控换向装置包括有根据控制油口EA5、控制油口EB11的压力切换通路连通状态的阀芯。

本发明工作过程(参见图2)中泵送和分配需按程序动作，即主油缸A13在泵送的过程中摆缸不能动作，只有当其泵送行程结束后摆缸才能带动S管19换向，当摆缸换向完毕后，主油缸B14又必须立刻进入泵送状态，同样，此时摆缸也不能动作，当主油缸B14泵送行程结束后摆缸再带动S管19换向，如此往复。

本发明的工作原理如图3～6所示：用一个带机械定位的二位四通液动换向阀E10(下称阀E)来控制一对摆缸的动作，用一个三位四通液动阀S3(下称阀S)来控制一对主油缸的动作；同时控制阀E动作的控制油取自主油缸A、B(参见图1)，控制阀S动作的控制油取自一对摆缸(参见图1)。当电机带动油泵高速旋转后产生的压力油进入系统，假设此时阀E的阀芯处于平行位置，压力油经过阀E进入摆缸A，摆缸A到达行程终点后会从其控制油口BA引出一路压力控制油进入阀S的控制油口SA(参见图3)，阀S的阀芯在压力控制油的作用下移至平行位置(初始位置为截止状态)，此时系统中的压力油经过阀S进入主油缸A；主油缸A在压力油的作用下活塞至行程终点时从其控制油口ZA引出一路压力控制油进入阀E的控制油口EB，阀E的阀芯在压力控制油的作用下由平行移至交叉位置，系统中的压力油经过阀E进入摆缸B(见图4)；摆缸B到达行程终点会从其控制油口BB引出一路压力控制油进入阀S的控制油口SB，阀S的阀芯在压力控制油的作用下由平行移至交叉位置，此时系统中的压力油经过阀S进入主油缸B(见图5)；主油缸B在压力油的作用下活塞至行程终点时从其控制油口ZB引出一路压力控制油进入阀E的控制油口EA，阀E的阀芯在压力控制油的作用下由交叉移至平行位置，系统中的压力油经过阀E进入摆缸A(见图6)......如此循环，实现泵送和分配的循环动作。

由上不难看出，该系统只用一个油箱1、油泵2给主油缸和摆缸供油，比常规混凝土泵减少了一个恒压泵、蓄能器和整个电气控制系统，成本大大降低。从控制方式上来讲，该系统的巧妙之处在于利用摆缸行程到达终点时释放出来的压力油来推动控制主油缸的液动换向阀的阀芯，从而实现两个主油缸的交替动作，待主油缸行程到达终点时，再利用主油缸释放出来的压力油来推动控制摆缸的液动换向阀的阀芯，从而实现两个摆缸的交替动作。当摆缸或主油缸均处于运动过程中未到行程终点时，两个液动换向阀两端的控制油口内的油压是相等的，此时液动换向阀会处于原来所处的状态，不会产生因阀芯窜动而误动作的现象。正是这种相互控制才保证了泵送和分配程序动作的实现，这也是该项全液压互控技术的精髓所在。

Claims (3)

1、一种矿用混凝土泵的液压控制系统，包括油箱，泵，驱动混凝土缸A、混凝土缸B的主油缸A、主油缸B，其特征在于，它还包括驱动S管在混凝土缸A、混凝土缸B缸口之间摆动切换的摆缸A、摆缸B，三位四通液控换向阀S，二位四通液控换向阀E；摆缸A、摆缸B上分别开设控制油口BA、控制油口BB；主油缸A、主油缸B上分别开设控制油口ZA、控制油口ZB；三位四通液控换向阀S上设有液控换向装置，液控换向装置上设控制油口SA、控制油口SB，控制油口SA、控制油口SB分别与控制油口BA、控制油口BB相连；二位四通液控换向阀E上设有液控换向装置，液控换向装置上设有控制油口EA、控制油口EB，控制油口EA、控制油口EB分别与控制油口ZA、控制油口ZB相连。

2、根据权利要求1所述的一种矿用混凝土泵的液压控制系统，其特征在于，三位四通液控换向阀S的液控换向装置还包括回油口SA、回油口SB、复位弹簧SA、复位弹簧SB，回油口SA、回油口SB分别连通油箱，复位弹簧SA、复位弹簧SB在常态下确保三位四通液控换向阀S处于截止状态。

3、根据权利要求1所述的一种矿用混凝土泵的液压控制系统，其特征在于，二位四通液控换向阀E液控换向装置包括有根据控制油口EA、控制油口EB的压力切换通路连通状态的阀芯。

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