CN102153027B - 一种液压绞车无级调节恒张力装置 - Google Patents

Abstract

一种液压绞车无级调节恒张力装置，由动力泵组、换向阀、液压马达、绞车、单向阀、平衡阀和马达安全阀组成，动力泵组连接换向阀的进油口，换向阀的第一换油口连接平衡阀的回油口，平衡阀的进油口连接液压马达的收绳侧油口，液压马达的放绳侧油口连接换向阀的第二换油口，换向阀的出油口连接油箱，平衡阀的控制口连接在液压马达的放绳侧油口与换向阀之间的油路上，单向阀并联在平衡阀的进油口与回油口之间，马达安全阀并联在液压马达的收绳侧油口与放绳侧油口之间，绞车与液压马达连接。本装置实现了液压绞车在各种工况下保持钢丝绳张力恒定的功能，并且能够对液压绞车的输出能力进行远程在线调节，结构简单、成本低廉、使用方便、安全性高。

Description

一种液压绞车无级调节恒张力装置

技术领域

本发明涉及一种液压绞车，特别是涉及一种液压绞车无级调节恒张力装置，属于液压技术领域。

背景技术

目前，起重机、拖缆机、系泊绞车等用于起吊拖曳重物的机械大多采用液压绞车，随着起重机械的额定起重量的不断提高，以及起重机械的工作环境的日益复杂化，对液压绞车的安全性提出了更高的要求，不但要求液压绞车在起吊、运行、加速、制动等过程中确保慢速、平稳、可控，还要求液压绞车具有适应负载变化而保持钢丝绳张力恒定的能力，防止出现由于负载的突然增大造成钢丝绳超过最大承载力而发生断裂的安全事故。特别是船用起重机上的液压绞车，由于波浪起伏造成船体颠簸摇晃，液压绞车在运行过程中的负载经常处于变化中，带动液压绞车的钢丝绳的张力也处于变化中，容易使钢丝绳承受的拉力超过最大负荷而发生拉断的危险，造成严重的安全事故，因此，船用起重机对液压绞车的恒张力控制能力有着更严格的要求。另外，为适应起吊拖曳不同负载的需要，还要求液压绞车具有调节输出能力的功能，使液压绞车具有更强的通用性。

中国专利公告号：CN201201875Y，公告日：2009.3.4，实用新型名称为“液压绞车恒张力装置”，公开了一种用于各种拖曳机构的钢丝绳保持恒定张力的液压绞车恒张力装置，由恒压变量泵、液压马达、主机、溢流阀组成，恒压变量泵的供油口与液压马达的收绳侧油口连接，回油口与液压马达的放绳侧油口连接，溢流阀连接在液压马达的收绳侧油口与放绳侧油口之间，液压马达与主机连接。该液压绞车恒张力装置在主动收绳时，通过恒压变量泵输出恒定压力的液压油来实现钢丝绳保持恒定张力，并通过调节恒压变量泵的压力设定值来实现不同张力值情况下的主动收绳的张力恒定；在被动放绳时，通过溢流阀的自动溢流来保持液压回路中的油压恒定来实现钢丝绳保持恒定张力，并通过调整溢流阀的压力设定来实现不同张力值情况下的被动放绳的张力恒定；当负载改变时，还可以通过调节恒压泵的输出压力和溢流阀的设定压力来调节液压系统的输出能力，适应不同负载的需要。该实用新型公开的液压绞车恒张力装置实现了液压绞车主动收绳和被动放绳工况的恒张力控制，以及实现了改变绞车的输出能力的功能，但是，该装置没有实现制动工况，更没有实现制动工况下的张力控制，使液压绞车无法制动以及在制动工况下存在钢丝绳张力超出最大张力值甚至拉断的危险，其次是该装置没有实现放绳速度控制功能，使放绳时存在速度过快造成的安全隐患，最后，该装置只能实现动力输出端的无级控制，不能实现执行机构端的负荷主动控制，如要实现执行机构端的负荷调整，其操作需要专用工具到机房进行，操作复杂、不方便，且调整后的状态也不便掌控。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有液压绞车无级调节恒张力装置存在的制动工况下无法实现钢丝绳恒张力控制、放绳工况下无法实现放绳速度控制以及对液压绞车输出能力的调节需要专用工具到机房进行，其操作过程复杂不方便的缺陷与不足，提供一种液压绞车无级调节恒张力装置，实现液压绞车在各种工况下保持钢丝绳张力恒定的功能，并且能够有效控制放绳速度，以及能够对液压绞车的输出能力进行远程、在线的调节，其结构简单、成本低廉、使用方便、安全性高。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种液压绞车无级调节恒张力装置，包括动力泵组、液压马达和绞车，所述动力泵组的进油口连通油箱，动力泵组的出油口连通液压马达的收绳侧油口，液压马达的放绳侧油口连通油箱，绞车的转轴与液压马达的输出轴相连接，所述液压绞车无级调节恒张力装置还包括换向阀、平衡阀、单向阀和马达安全阀，所述的换向阀为中位时四油口连通的三位四通换向阀，换向阀的进油口与动力泵组的出油口相连通，换向阀的出油口连通油箱，换向阀的第一换向油口与平衡阀的出油口连通，换向阀的第二换向油口与液压马达的放绳侧油口相连通，所述平衡阀的控制口与液压马达的放绳侧油口相连通，平衡阀的进油口与液压马达的收绳侧油口连通，所述单向阀并联在平衡阀的出油口与进油口之间，且单向阀的进油口与平衡阀的出油口及换向阀的第一换向油口相连通，所述马达安全阀并联在液压马达的收绳侧油口和放绳侧油口之间，且马达安全阀的进油口与液压马达的收绳侧油口相连通。

一种液压绞车无级调节恒张力装置，所述液压绞车无级调节恒张力装置还包括比例先导控制阀，所述比例先导控制阀的进油口经管道与马达安全阀的进油口和远程控制口相连通，比例先导控制阀的出油口连通油箱。

一种液压绞车无级调节恒张力装置，所述的比例先导控制阀为先导级电比例溢流阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1. 实现制动工况下钢丝绳的恒张力控制，能够通过自动溢流和适度放绳，保护钢丝绳不超过最大张力值，确保执行机构的安全可靠。

2．实现对液压绞车被动放绳速度的控制，通过控制液压马达的压差和流量保持恒定，实现对绞车下降速度的控制，防止出现绞车下降过快造成的安全事故。

3．实现对液压油的流向控制，实现在主动收绳和制动工况下防止液压油回流至油箱，造成绞车下滑，并实现保持系统油压、减少能量损耗的功能，以及减小系统油压变化对动力泵组产生的液压冲击，保护动力泵组。

4．实现对液压绞车的输出能力的远程在线调节，其调节操作在起重机的驾驶室的操作面板上进行，调节方式为通过电信号的调节控制液压系统的压力调节，操作无需使用专用工具到机房进行，操作简单方便。

附图说明

图1是本发明液压绞车无级调节恒张力装置的液压原理图。

图中：动力泵组1，换向阀2，平衡阀3，液压马达4，绞车5，比例先导控制阀6，马达安全阀7，单向阀8。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，本发明液压绞车无级调节恒张力装置液压原理图，液压绞车无级调节恒张力装置由动力泵组1、换向阀2、液压马达4、绞车5、平衡阀3、单向阀8、马达安全阀7组成。动力泵组1的进油口连通油箱，动力泵组1的出油口连通液压马达4的收绳侧油口，液压马达4的放绳侧油口连通油箱，绞车5的转轴与液压马达4的输出轴相连接，液压绞车无级调节恒张力装置还包括换向阀2、平衡阀3、单向阀8和马达安全阀7，所述的换向阀2为中位时四油口连通的三位四通换向阀，换向阀2的进油口与动力泵组1的出油口相连通，换向阀2的出油口连通油箱，换向阀2的第一换向油口与平衡阀3的出油口连通，换向阀2的第二换向油口与液压马达4的放绳侧油口相连通，所述平衡阀3的控制口与液压马达4的放绳侧油口相连通，平衡阀3的进油口与液压马达4的收绳侧油口连通，所述单向阀8并联在平衡阀3的出油口与进油口之间，且单向阀8的进油口与平衡阀3的出油口及换向阀2的第一换向油口相连通，所述马达安全阀7并联在液压马达4的收绳侧油口和放绳侧油口之间，且马达安全阀7的进油口与液压马达4的收绳侧油口相连通。

动力泵组1用于向液压系统输出高压油，驱动液压马达4转动。动力泵组1可以选用恒压泵，也可以为选用变压泵，但恒压泵的成本低于变压泵。液压马达4为双向变量马达，作用是将液压能转换为机械能驱动绞车5正转和反转。液压马达4有两个油口，收绳侧油口为正转进油口和反转出油口，放绳侧油口为正转出油口和反转进油口。液压马达4的输出扭矩由流过液压马达4的高压油的油压决定，因此可以通过调节高压油的压力来调节液压马达4的输出能力。绞车5通过传动装置与液压马达4连接，用于起吊、拖曳重物。

换向阀2为三位四通换向阀，具有三个工作状态：当换向阀2处于左位工作状态时，动力泵组1与液压马达4正向旋转的进油路导通，绞车5实现主动收绳工况；当换向阀2处于右位工作状态时，动力泵组1与液压马达4反向旋转的进油路导通，绞车5实现被动放绳工况；而当换向阀2处于中位工作状态时，动力泵组1与液压马达4两侧的油路均导通，且与油箱导通。

马达安全阀7为溢流阀。液压绞车工作前，先设定马达安全阀7的最大油压值，对应绞车5的钢丝绳能承受的最大张力值，当液压系统中的油压超过马达安全阀7的最大油压值时，马达安全阀7自动溢流，使油压降低直至等于或低于最大油压值，从而使钢丝绳张力不超过最大张力值，实现绞车的恒张力控制，保护绞车5的安全可靠。

单向阀8能控制液压油的流向，即液压油只能从换向阀2的第一换向油口经过单向阀8流向液压马达4的收绳侧油口，而不能从液压马达4的收绳侧油口经过单向阀8流向换向阀2的第一换向油口。

平衡阀3为压差平衡阀，它是用压差作用来调节阀门的开度，利用阀芯的压降变化来弥补管路阻力的变化，当负载变化导致系统油压变化时，在一定的流量范围内，平衡阀3能够有效地控制系统的压差恒定。

当换向阀2位于左位工作状态时，高压油自动力泵组1的供油口流出，自换向阀2的进油口流入、换向阀2的第一换向油口流出后，此时平衡阀3处于关闭状态，液压油经单向阀8流入液压马达4，自液压马达4的收绳侧油口流入、放绳侧油口流出后，再经换向阀2的第二换向油口、换向阀2的出油口流回油箱，形成液压马达4的正转通油回路，并带动绞车5主动收绳。当绞车5的负载突然增大时，为维持液压马达4的正转，动力泵组1加速向液压马达4供油，使供油路的油压值也随之增加，当单向阀8与液压马达4的之间的高压油的压力值超过马达安全阀7设定的最大油压值时，马达安全阀7导通并开始溢流，从而保持进入液压马达4收绳侧油口的油压不大于设定的最大油压值，对应绞车5上钢丝绳的张力也不会超过最大张力值。此时，若钢丝绳的张力小于负载的拉力，则负载开始拉动钢丝绳并带动液压马达4反转，从而在液压马达4的放绳侧油口处形成负压，使自马达安全阀7溢流的液压油不再流回油箱，而是流入液压马达4的放绳侧油口，再经液压马达4流入马达安全阀7，于是，液压马达4与马达安全阀7形成了液压马达4的反转通油小回路，实现绞车5的适度放绳。当负载恢复至许可值范围内后，拉力作用减小且低于液压马达4输出的收绳动力，单向阀8和液压马达4之间的高压油的油压值也降低至马达安全阀7设定最大油压值以内，马达安全阀7断开，绞车5恢复正转收绳工况。本发明提供的液压绞车无级调节恒张力装置，通过马达安全阀7的溢流保持进入液压马达4的油压不超过设定最大值，以及通过形成液压马达4反转的通油小回路实现绞车5的适度放绳，使绞车5在负载增大时保持钢丝绳的张力值不超过最大张力值，保护绞车不会因为负载的变化而导致钢丝绳拉断，从而实现液压绞车在主动收绳工况下的恒张力控制。

当换向阀2位于右位工作状态时，高压油自动力泵组1的出油口流出，自换向阀2的进油口流入，从换向阀2的第二换向油口流出，进入液压马达4的放绳侧油口，随着动力泵组1的供油，换向阀2的第二换油口与液压马达4的放绳侧油口之间的油路上的油压逐渐升高，与该油路连接的平衡阀3的控制口打开，平衡阀3打开，因此，自液压马达4的收绳侧油口流出的液压油经平衡阀3的进油口流入，从平衡阀3的出油口流进换向阀2的第一换向油口，最后经换向阀2的出油口流回油箱，形成液压马达4的反转放绳通油回路，并带动液压马达4及绞车5反转放绳。液压绞车放绳的过程中，平衡阀3具有一定的节流作用，不能自由回流的液压油在液压马达4与平衡阀3之间的油路上形成了一定的背压，使平衡阀3的进油口处保持较高的压力，形成高压油口，而平衡阀3控制口则为低压油口，平衡阀3的开度随着高压油口的压力而自动调节，使平衡阀3的控制口与进油口保持恒定的压力差。平衡阀3的控制口和进油口分别与液压马达4的放绳侧油口和收绳侧油口连接，其压力也分别等于液压马达4的放绳侧油口和收绳侧油口的压力，因此，通过平衡阀3的自动调节，也使液压马达4的放绳侧油口与收绳油口的压力差保持恒定。绞车5放绳时，液压马达4受到三方面力作用：负载的拉力和放绳侧油口的油压的推动力，二者为液压马达4反转放绳的动力；第三方面的力是液压马达4收绳侧油口的油压所形成的阻止液压马达4反转放绳的阻力，三方面力的共同作用使液压马达4保持匀速反转放绳的平衡状态。当负载变化导致液压回路中的油压变化时，在平衡阀3的作用下，液压马达4的放绳侧油口与收绳侧油口的压力差保持恒定，从而使液压马达4的平衡受力状态保持不变，并控制液压马达4保持匀速转动，使绞车5保持匀速、平稳地放绳，有效地防止绞车放绳过快而造成安全事故。

在放绳工况中，液压马达4与平衡阀3之间高压油路中的较高的背压形成了阻止液压马达4反转的阻力，该阻力推动绞车5正向收拉钢丝绳，且该油路中的油压越大，阻止液压马达4反转的阻力也越大，对应的钢丝绳的张力值也越大。如果绞车5放绳的负载增大，带动液压马达4加速反转，使液压马达4放绳侧油口的油压上升，在平衡阀3的调节作用下，液压马达4的收绳侧油口的油压也随之上升，对应钢丝绳的张力值也增加。当绞车5的负载增大到一定程度时，导致液压马达4与平衡阀3之间油路中油压值超过马达安全阀7设定的最大油压值时，马达安全阀7导通并开始溢流，保证液压马达4与平衡阀3之间油路中油压值系统的油压维持在设定的最大油压值范围内，对应绞车5上钢丝绳的张力值也不超过最大张力值。此时，自马达安全阀7流出的液压油流入液压马达4的放绳侧油口，再经液压马达4流入马达安全阀7，于是，液压马达4与马达安全阀7形成了液压马达4的反转小回路，在液压马达4的反转大油路和反转小油路的同时作用下，绞车5保持恒张力反转放绳。因此，本发明提供的液压绞车无级调节恒张力装置，通过马达安全阀7的溢流限制高压油路的最大油压值，保持钢丝绳的张力不超过最大张力值，保护液压绞车不会因为负载过大而造成钢丝绳拉断的严重安全事故，实现液压绞车在被动放绳工况下的恒张力控制。

当换向阀2位于中位工作状态时，动力泵组1直接与油箱连通，自动力泵组1流出的液压油直接流回油箱，而不再流入液压马达4，使液压马达4停止转动。若此时，液压马达4在负载的拖动作用下反转，在液压马达4的放绳侧油口处形成负压，从而使动力泵组1流出的液压油不再直接流回油箱，而是自换向阀2流入液压马达4的放绳侧油口，由于换向阀2与液压马达4的放绳侧油口之间的油路的油压较低（低于或等于1个大气压），平衡阀3处于关闭状态，因此，自液压马达4收绳侧油口流出的液压油在单向阀8和平衡阀3的截止作用下，不能回流至油箱，而是积聚在平衡阀3的进油口与液压马达4的收绳侧油口之间的油路上，形成了一定的背压，随着背压的升高，液压马达4的反转趋势停止，液压绞车实现制动工况。

当绞车5的负载突然增大时，带动液压马达4反转放绳，使平衡阀3的进油口与液压马达4的收绳侧油口之间的油路的油压继续上升，当该油路上的油压值超过马达安全阀7设定的最大油压值时，马达安全阀7导通并开始溢流，在液压马达4放绳侧油口的负压作用下，自马达安全阀7溢流的液压油也不直接流回油箱，而是流入液压马达4的放绳侧油口，从液压马达4的收绳侧油口流出的液压油再流入马达安全阀7，于是，液压马达4与马达安全阀7形成了液压马达4的反转通油小回路，实现绞车5的适度放绳。当绞车5的负载减小并恢复正常后，液压马达4的放绳侧油口的负压恢复为大气压，自动力泵组1流出的液压油恢复流入油箱，不再流入液压马达4，使液压马达4的收绳侧油口至平衡阀3之间的油压降低，当该油压降低至低于马达安全阀7的设定最大油压值时，马达安全阀7停止溢流，液压马达4与马达安全阀7的循环油路断开，绞车5恢复制动。整个过程中液压系统的油压值始终保持在最大油压值范围内，从而使绞车5的钢丝绳的张力值不超过所能承受的最大张力值，保护绞车不会因为负载的增大而导致钢丝绳拉断，实现液压绞车在制动工况下的恒张力控制。

本发明提供的液压绞车无级调节恒张力装置还包括比例先导控制阀6，所述比例先导控制阀6的进油口经管道与马达安全阀7的进油口和远程控制口相连通，比例先导控制阀6的出油口连通油箱。所述比例先导控制阀6是一个先导级电比例溢流阀，比例先导控制阀6的电控装置——旋钮安装在液压绞车驾驶室的操作面板上，控制马达安全阀7的先导压力和内腔背压，在输入不同电流时，控制马达安全阀7的压力设定值。当比例先导控制阀6电流信号无输入时，与马达安全阀7进油口和远程控制口连接的油路处于断开状态，与马达安全阀7的连接处于关闭状态，对马达安全阀7没有控制，此时马达安全阀7的溢流值为初始设定的最大油压值，对应绞车5的钢丝绳能够承受的最大张力值。当比例先导控制阀6有电流信号输入时，比例先导控制阀6的进油口打开，经出油口向油箱卸油，且比例先导控制阀6与马达安全阀7远程控制口连接的油路导通，对应马达安全阀7的设定最大油压值降低，相应的，液压绞车的输出功率以及钢丝绳的最大张力值也降低。当比例先导控制阀6的输入电流值越大时，其卸油量和与马达安全阀7远程控制口连接油路导通的开口越大，对应马达安全阀7的设定最大油压值越小，相应的，液压绞车的输出功率以及钢丝绳的最大张力值也越低。

本发明提供的液压绞车无级调节恒张力装置，通过对比例先导控制阀6的输入电流信号强度的调节，可以实现对液压绞车输出能力的无级调节，使液压绞车能够应用于不同的负载情况并自适应地保持钢丝绳的恒张力，大大提高液压绞车的适用范围。通过对液压绞车输出能力的调节，还可以使同一液压马达匹配不同规格的绞车及钢丝绳，有利于提高液压绞车的使用范围，节约成本。

现有液压系统中，对液压系统输出能力的调节是通过对恒压变量泵的输出压力值和溢流阀的溢流压力值的调节来实现的。但是，对恒压变量泵的输出压力值和溢流阀的溢流压力值的调节，都需要携带专用工具到位于机房的恒压变量泵和溢流阀上进行，其调节地点与液压绞车驾驶员所在的驾驶室距离较远，既增加了驾驶员往返操作的奔波之劳，又无法与液压绞车的其他操作同步进行，而且其操作还需要使用专用工具费时费力地进行，整个调节过程辛苦、复杂、不方便。而本发明提供的液压绞车无级调节恒张力装置，实现液压系统输出能力的调节方式为远程、在线的两级调节方式，相比现有技术具有显著的优点：首先，比例先导控制阀6的遥控旋钮可以安装在驾驶员所在驾驶室的操作面板上，与其它操作控件在一起，使驾驶员在对设备进行其它操作的同时兼顾进行液压绞车输出能力的调节，免去了驾驶员往返奔波调节的辛苦与不便；其次，比例先导控制阀6的调节为电信号调节，轻轻旋转调节开关即可改变电信号大小，相对于液压系统液压泵和阀门的压力调节需要专用工具且费时费力的操作过程，电信号的调节操作非常简单方便。

上面结合附图对本发明的实施例做了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨前提下做出各种变化。

Claims (1)

1.一种液压绞车无级调节恒张力装置，包括动力泵组（1）、液压马达（4）和绞车（5) ，所述动力泵组（1）的进油口连通油箱，动力泵组（1）的出油口连通液压马达（4）的收绳侧油口，液压马达（4 ）的放绳侧油口连通油箱，绞车（5）的转轴与液压马达（4）的输出轴相连接，其特征在于：所述液压绞车无级调节恒张力装置还包括换向阀（2）、平衡阀（3）、单向阀（8) 和马达安全阀（7) ，所述的换向阀（2）为中位时四油口连通的三位四通换向阀，换向阀（2) 的进油口与动力泵组（1）的出油口相连通，换向阀（2）的出油口连通油箱，换向阀（2 ）的第一换向油口与平衡阀（3）的出油口连通，换向阀（2）的第二换向油口与液压马达（4）的放绳侧油口相连通，所述平衡阀（3）的控制口与液压马达（4）的放绳侧油口相连通，平衡阀（3) 的进油口与液压马达（4）的收绳侧油口连通，所述单向阀（8）并联在平衡阀（3）的出油口与进油口之间，且单向阀（8）的进油口与平衡阀（3）的出油口及换向阀（2）的第一换向油口相连通，所述马达安全阀（7）并联在液压马达（4）的收绳侧油口和放绳侧油口之间，且马达安全阀（7）的进油口与液压马达（4）的收绳侧油口相连通，所述液压绞车无级调节恒张力装置还包括比例先导控制阀（6) ，所述比例先导控制阀（6）的进油口经管道与马达安全阀（7）的进油口和远程控制口相连通，比例先导控制阀（6）的出油口连通油箱，所述的比例先导控制阀（6）为先导级电比例溢流阀。

Images