CN103644175A - 一种核聚变装置部件转运车的液压驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，包括用于驱动双向密封门解锁/锁紧及打开/关闭的双向密封门驱动单元、控制部件转动车操作的拖拉机构驱动单元以及提供液压油进行驱动的液压基站。本驱动系统的液压基站提供所需流量和压力的液压油，同步伺服驱动一组中的两只倾斜液压缸或水平液压缸动作，并将两组液压缸运动匹配以按照预定轨迹打开双向密封门；通过一对支撑液压缸伺服驱动与拖动液压马达作用于重型机械臂，实现内部部件的运输、安装、拆卸等工作。实现了在大负载下高同步精度和定位精度，并具备保压、自锁等安全保障功能，满足核聚变装置部件转运车的智能操作需求。

Description

一种核聚变装置部件转运车的液压驱动系统

技术领域

本发明属于流体传动与控制技术领域，具体涉及一种核聚变装置部件转运车的智能操作与密封锁紧的液压驱动系统。

 

背景技术

核聚变环境部件转运车的主要功能是在热室和托卡马克装置窗口间运输内部部件，同时完成相关部件的拆除和安装，并且为了防止操作人员受到辐射污染，核聚变环境部件转运车采用智能操作系统来控制部件转动车在热室和装置窗口间运输内部部件，并完成相应的动作与操作，达到安装、拆卸、维护部件的目的。

部件转运车的车体是由车厢与双向密封门组成的密闭空间（如图1所示），通过锁紧液压马达的正转、反转一定角度范围，将密封门中位于车厢上小车门与窗口上的维护门相互锁紧/分开；通过一对水平液压缸和一对倾斜液压缸的伺服驱动以及运动匹配，将双向密封门沿导轨拉至车厢顶部水平处，以预定轨迹打开双密封门；通过一对支撑液压缸伺服驱动与拖动液压马达作用于重型机械臂，从而实现内部部件的运输、安装、拆卸等工作。转运车的操作任务主要是：小车门与维护门精密对接并锁紧，打开双向密封门，通过钢丝绳驱动导轨上的滑轮从而推出车厢内重型机械臂，由机械臂完成对象的抓取等操作，然后将抓取对象的机械臂移入车厢内部，再关闭密封门。但由于部件转运车作业对象是核聚变实验堆相关部件，如托卡马克核聚变装置赤道口的密封塞等，其重量大（一般大于5.6吨），所以目前急需要提供一种部件转运车的驱动系统，使其动力大、精度高且安全稳定可靠，既能实现转运车双向密封门的智能操作与锁紧，也能同时满足重型机械臂对操作核聚变装置部件的操作。

 

发明内容

本发明提供一种核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，实现部件转运车的智能操作与双向密封门的密封、保压自锁性能。

为实现以上功能，本发明的技术方案为：

一种核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，包括驱动双向密封门的解锁/锁紧及打开/关闭的双向密封门驱动单元与控制部件转动车操作的拖拉机构驱动单元以及提供液压油进行驱动的液压基站； 

所述液压基站包括油箱及与其连通的第一柱塞泵；所述第一柱塞泵由第一伺服电机驱动，第一柱塞泵的出油端通过第一比例溢流阀与主油路连通；所述主油路分别与双向密封门驱动单元与拖拉机构驱动单元连通进行供油驱动；

所述双向密封门驱动单元的进油端设有第一开关阀，所述第一开关阀的输出端分别与第一电磁换向阀、第一分流阀、第二分流阀的入口端连接，所述第一电磁换向阀的出油端通过第一比例节流阀与驱动双向密封门进行锁紧的锁紧液压马达连接；所述第一分流阀、第二分流阀均将液压油均分后输送给驱动打开双向密封门的两个倾斜液压缸和两个水平液压缸，所述倾斜液压缸和水平液压缸的回油口分别通过第二比例节流阀、第三比例节流阀回到油箱，以实现其同步操作； 

所述拖拉机构驱动单元的进油端设有第二开关阀，所述第二开关阀的输出端分别与第四电磁换向阀、伺服阀连接，所述第四电磁换向阀的出油端通过缓冲装置与拖动液压马达连接；所述伺服阀通过第三分流阀将液压油均分后输送给两个支撑液压缸，所述支撑液压缸的回油口与油箱连通。

进一步，为了避免第一柱塞泵发生故障时影响部件转动车的工作，所述油箱连接有第二柱塞泵与双联齿轮泵，所述双联齿轮泵由第二伺服电机驱动，第二柱塞泵与双联齿轮泵的出油端依次通过第二比例溢流阀、第三开关阀与主油路连通供油。

进一步，所述第一柱塞泵的出油端设有单向调速阀，第一柱塞泵与单向调速阀之间依次设有比例减压阀与储能器。比例减压阀调节进入储能器油液的压力和储能器对外供油时的压力大小。

进一步，所述第一分流阀将液压油均分后分别通过第二电磁换向阀、第一液压锁与两个倾斜液压缸连接；所述第二分流阀将液压油均分后分别通过第三电磁换向阀、第二液压锁与两个水平液压缸连接。

进一步，所述第三分流阀将液压油均分后分别通过第五电磁换向阀、第三液压锁与两个支撑液压缸。

进一步，所述第二开关阀的输出端设有第二比例节流阀。

进一步，所述第一柱塞泵、第二柱塞泵为变量柱塞泵；所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第五电磁换向阀均为三位四通电磁换向阀。

本发明中根据液压油的走向及液压驱动原理，在第一柱塞泵、第二柱塞泵、双联齿轮泵、第三开关阀的出油端均设有单向阀，使液压油往双向密封门驱动单元与拖拉机构驱动单元进行供油驱动。同样第二柱塞泵、双联齿轮泵在备用时，第三开关阀是关闭的，其为低速运转，在回油路上设有减压阀与洗油器，从而对油箱进行散热，并对液压油进行清廷；另外支撑液压缸回油箱的管路上设有减压阀，减少对油箱的冲击。

储能器的入口端设有比例减压阀以调节进入储能器油液的压力和储能器对外供油时的压力大小。

本发明中与第二伺服电机连接的双联齿轮泵是低压大泵，用于工作储备，当第一柱塞泵发生故障时能及时对主油路进行供油驱动双向密封门驱动单元与拖拉机构驱动单元工作，同时还可用于对第一柱塞泵出油端的储能器进行大流量补油以及油箱散热、油液清洗功能。第二柱塞泵是高压小流量泵用作保压、控制油量的。而储能器主要是用于缓冲第一柱塞泵输出的压力油，同时是能储备一定量的压力油，当两个柱塞泵与双联齿轮泵均停止工作后，其仍可向主油路进行供油，维持一段时间的保压供油，驱动双向密封门驱动单元与拖拉机构驱动单元继续工作。

本发明中第一电磁换向阀将液压油通过第一比例节流阀的流量调节后，与锁紧液压马达连接回到油箱，从而驱动双向密封门进行锁紧。

本驱动系统通过分流阀的作用将液压油按1：1均分后分别通过电磁换向阀与液压锁后输送到两个倾斜液压缸或两个水平液压缸中，其回油口再通过比例节流阀回到油箱。通过分流阀将液压油按1：1均分分别输送到两个倾斜液压缸或两个水平液压缸，从而实现两个倾斜液压缸和两个水平液压缸之间的同步驱动作用。其中比例节流阀用于调控倾斜液压缸与水平液压缸之间的行程比，实现双向密封门的打开/关闭时一组倾斜液压缸与一组水平液压缸的运动关联调控，由此完成双向密封门的速度/位置伺服驱动。

第二开关阀的输出端设有第二比例节流阀，将液压油分配给拖动液压马达与伺服阀，以实现拖拉机构驱动单元的整个回路的速度调节，从而实现拖拉机构中拖动液压马达速度伺服驱动及重型机械臂的动作与位置伺服驱动。

所以本发明具有下述有益效果：

1.本驱动系统的主油路的液压油通过第一电磁换向阀、第一比例节流阀的流量调节后，与锁紧液压马达连接回到油箱，从而驱动双向密封门进行锁紧，并具备保压自锁功能，保证了双向密封门在操作时，若驱动系统故障时，可实现保压自锁，提高系统安全性；同时，双向密封门的打开使分流阀将液压油按1：1均分以同步驱动两个倾斜液压缸或两个水平液压缸，重型机械臂由两个支撑液压缸同步驱动，保证了大负载下高的同步定位精度，同时具备优良的速度、位置、力伺服控制特性，从而满足了核聚变装置部件转运车的智能操作需求。

2.液压基站采用阀控与泵控相结合方式，可进行恒功率/恒压力控制，根据逻辑操作的顺序性，可实现分级调压和变流量控制，具备能量储备，压力分级控制，并有补油、油液清洗等配备；从而可满足拖拉机构中重型机械臂的位置伺服，并实现液压传动回路各个关节自锁、保压等功能。微调时双向密封门位置/速度伺服传动与控制高压、小流量高精度的压力控制，也可满足并联机构大流量的速度控制，确保操作的平稳性、安全性。

3.液压基站采用两套液压驱动配套使用，其中一套用于主油路供油与能量油的储备；另一套用做安全保障，即当主回路供油的柱塞泵发生故障时，其能立即替代使用；同时还具备向储能器内补油、油液清洗等功能。 

    4.其中液压锁实现液压传动回路各个关节自锁、保压等功能，分流阀可实时调节，并可远程调控液压基站的第一柱塞泵、第二柱塞泵及双联齿轮泵出油端的比例溢流阀，以及储能器入口端的比例减压阀的出口液压油压力。

5.考虑到拖动物体载荷、惯性矩较大，拖动液压马达采用液压制动回路，起到缓冲、制动和安全作用。

    6.驱动系统的动力大、精度高且安全稳定可靠；能实现部件转运车的双向密封门的智能操作与锁紧，并同时满足重型机械臂对操作核聚变装置部件的操作。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是双向密封门的装配示意图

图3是本发明液压驱动系统的原理图；

图中：1-双向密封门驱动单元，2-拖拉机构驱动单元，3-液压基站，4-主油路，5-车厢，6-双向密封门，6-1维护门，6-2小车门，6-3插销，6-4传动装置，7-重型机械臂；

1-1第一开关阀，1-2锁紧液压马达，1-31第一三位四通电磁换向阀，1-32第二三位四通电磁换向阀，1-33第三三位四通电磁换向阀，1-41第一液压锁，1-42第二液压锁，1-5倾斜液压缸，1-6水平液压缸，1-71第一分流阀，1-72第二分流阀，1-81第一比例节流阀，1-82第二比例节流阀，1-83第三比例节流阀，

2-1第二开关阀，2-2第二比例节流阀，2-31第四三位四通电磁换向阀，2-32第五三位四通电磁换向阀，2-4缓冲装置，2-5支撑液压缸，2-6拖动液压马达，2-7伺服阀，2-8第三分流阀，2-9第三液压锁；

3-1油箱，3-21第一伺服电机，3-22第二伺服电机，3-31第一变量柱塞泵，3-32第二变量柱塞泵，3-33双联齿轮泵，3-41第一比例溢流阀，3-42第二比例溢流阀，3-5单向调速阀，3-6储能器，3-7第三开关阀，3-8比例减压阀。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1是所示，核聚变装置部件转运车是由车厢5与双向密封门6组成的密闭空间，通过锁紧液压马达使双向密封门6锁紧，通过一对水平液压缸1-6和一对倾斜液压缸1-5的伺服驱动以及运动匹配，将双向密封门6沿着导轨拉至车厢5顶部水平处进行打开；通过一对支撑液压缸2-5伺服驱动与拖动液压马达2-6作用于重型机械臂7，从而实现内部部件的运输、安装、拆卸等工作。

如图2所示是双向密封门的装配示意视图，包括部件转运车车厢一侧进行密封的小车门6-2与核聚变装置上进行密封的维护门6-1，维护门6-1上的插销6-3与小车门6-2上的插销孔相配合，通过液压系统驱动锁紧液压马达1-2的正转或反转一定角度，带动传动装置6-4将插销6-3与小车门6-2上的插销孔进行配合/脱离，实现小车门6-2与维护门6-1之间的锁紧/解锁。

如图3所示，一种核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，包括驱动双向密封门的解锁/锁紧及打开/关闭的双向密封门驱动单元1与控制部件转动车操作的拖拉机构驱动单元2以及提供液压油进行驱动的液压基站3； 

所述液压基站3包括油箱3-1及与其连通的第一变量柱塞泵3-31；所述第一变量柱塞泵3-31由第一伺服电机3-21驱动，第一变量柱塞泵3-31的出油端依次通过单向调速阀3-5、第一比例溢流阀3-41与主油路4连通；第一变量柱塞泵3-31与单向调速阀3-5之间依次设有比例减压阀3-8与储能器3-6。所述主油路4分别与双向密封门驱动单元1与拖拉机构驱动单元2连通进行供油驱动；

为了避免第一变量柱塞泵发生故障时影响部件转动车的工作，所述油箱3-1连接有第二变量柱塞泵3-32与双联齿轮泵3-33，所述双联齿轮泵3-33由第二伺服电机3-22驱动，第二变量柱塞泵3-32与双联齿轮泵3-33的出油端依次通过第二比例溢流阀3-42、第三开关阀3-7与主油路4连通供油。

所述双向密封门驱动单元1的进油端设有第一开关阀1-1，所述第一开关阀1-1的输出端分别与第一三位四通电磁换向阀1-31、第一分流阀1-71、第二分流阀1-72的入口端连接，所述第一三位四通电磁换向阀1-31的出油端通过第一比例节流阀1-81与驱动双向密封门进行锁紧的锁紧液压马达1-2连接；所述第一分流阀1-71将液压油均分后分别通过第二三位四通三位四通电磁换向阀1-32、第一液压锁1-41与两个倾斜液压缸1-5连接；所述第二分流阀1-72将液压油均分后分别通过第三三位四通电磁换向阀1-33、第二液压锁1-42与两个水平液压缸1-6连接，倾斜液压缸1-5和水平液压缸1-6的回油口分别通过第二比例节流阀1-82、第三比例节流阀1-83回到油箱3-1，从而同步、平稳驱动打开双向密封门； 

所述拖拉机构驱动单元2的进油端设有第二开关阀2-1，所述第二开关阀2-1的输出端通过第二比例节流阀2-2将液压油分配与第四三位四通电磁换向阀2-31、伺服阀2-7连接，所述第四三位四通电磁换向阀2-31的出油端通过缓冲装置2-4与拖动液压马达2-6连接；所述伺服阀2-7通过第三分流阀2-8将液压油均分后，分别通过第五三位四通电磁换向阀2-32、第三液压锁2-9输送给两个支撑液压缸2-5，所述支撑液压缸2-5的回油口与油箱3-1连通，实现重型机械臂的位置与速度的伺服。

 

其工作过程如下：

一种核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，包括驱动双向密封门的锁紧、打开的双向密封门驱动单元1与控制部件转动车操作的拖拉机构驱动单元2以及提供液压油进行驱动的液压基站3； 

由第一伺服电机3-21驱动第一变量柱塞泵3-31，将液压油通过单向调速阀3-5、第一比例溢流阀3-41与主油路4连通用于双向密封门驱动单元1与拖拉机构驱动单元2进行供油驱动；同时位于第一变量柱塞泵3-31与单向调速阀3-5之间储能器3-6进行能量储备，并通过比例减压阀3-8对其进、出端的液压油压力进行调节。为了避免第一变量柱塞泵3-31发生故障时影响部件转动车的工作，油箱3-1还连接有第二变量柱塞泵3-32与双联齿轮泵3-33，其出油端依次通过第二比例溢流阀3-42、第三开关阀3-7与主油路4连通供油。当正常工作时，第三开关阀3-7关闭，由第一变量柱塞泵3-31供油；当第一变量柱塞泵3-31发生故障时，第三开关阀3-7打开，第二变量柱塞泵3-32与双联齿轮泵3-33同时工作供油，并同时为储能器3-6进行能量储备。

双向密封门驱动单元1工作时，打开第一开关阀1-1，液压油分成三路，一路通过第一三位四通电磁换向阀1-31、第一比例节流阀1-81与驱动双向密封门进行锁紧的锁紧液压马达1-2连接驱动双向密封门进行锁紧、保压；第二路通过第一分流阀1-71将液压油均分后分别通过第二三位四通电磁换向阀1-32、第一液压锁1-41与两个倾斜液压缸1-5连接；第三路通过第二分流阀1-72将液压油均分后分别通过第三三位四通电磁换向阀1-33、第二液压锁1-42与两个水平液压缸1-6连接，从而同步、平稳驱动打开双向密封门。 

拖拉机构驱动单元2工作时，打开第二开关阀2-1，液压油分成二路，一路通过第四三位四通电磁换向阀2-31、缓冲装置2-4与拖动液压马达2-6连接，驱动拖动液压马达工作，并控制其运动速度；第二路通过伺服阀2-7，再通过第三分流阀2-8将液压油均分后，分别通过第五三位四通电磁换向阀2-32、第三液压锁2-9输送给两个支撑液压缸2-5，实现重型机械臂的位置与速度的伺服。

Claims (10)

1.一种核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，包括驱动双向密封门解锁/锁紧及打开/关闭的双向密封门驱动单元（1）与控制部件转动车操作的拖拉机构驱动单元（2）以及提供液压油进行驱动的液压基站（3）；其特征在于：

所述液压基站（3）包括油箱（3-1）及与其连通的第一柱塞泵（3-31）；所述第一柱塞泵（3-31）由第一伺服电机（3-21）驱动，第一柱塞泵（3-31）的出油端通过第一比例溢流阀（3-41）与主油路（4）连通；所述主油路（4）分别与双向密封门驱动单元（1）与拖拉机构驱动单元（2）连通进行供油驱动；

所述双向密封门驱动单元（1）的进油端设有第一开关阀（1-1），所述第一开关阀（1-1）的输出端分别与第一电磁换向阀（1-31）、第一分流阀（1-71）、第二分流阀（1-72）的入口端连接，所述第一电磁换向阀（1-31）的出油端通过第一比例节流阀（1-81）与驱动双向密封门进行锁紧的锁紧液压马达（1-2）连接；所述第一分流阀（1-71）、第二分流阀（1-72）均将液压油按1:1输出，分别驱动双向密封门的两个倾斜液压缸（1-5）和两个水平液压缸（1-6），所述倾斜液压缸（1-5）和水平液压缸（1-6）的回油口分别通过第二比例节流阀（1-82）、第三比例节流阀（1-83）回到油箱（3-1）中，以实现其同步操作； 

所述拖拉机构驱动单元（2）的进油端设有第二开关阀（2-1），所述第二开关阀（2-1）的输出端分别与第四电磁换向阀（2-31）、伺服阀（2-7）连接，所述第四电磁换向阀（2-31）的出油端通过缓冲装置（2-4）与拖动液压马达（2-6）连接；所述伺服阀（2-7）通过第三分流阀（2-8）将液压油按1：1分别输出给两个支撑液压缸（2-5），所述支撑液压缸（2-5）的回油口与油箱（3-1）连通。

2.根据权利要求1所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述油箱（3-1）连接有第二柱塞泵（3-32）与双联齿轮泵（3-33），所述双联齿轮泵（3-33）由第二伺服电机（3-22）驱动，第二柱塞泵（3-32）与双联齿轮泵（3-33）的出油端依次通过第二比例溢流阀（3-42）、第三开关阀（3-7）与主油路（4）连通供油。

3.根据权利要求1或2所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述第一柱塞泵（3-31）的出油端设有单向调速阀（3-5），第一柱塞泵（3-31）与单向调速阀（3-5）之间依次设有比例减压阀（3-8）与储能器（3-6）。

4.根据权利要求1或2所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述第一分流阀（1-71）将液压油均分后分别通过第二电磁换向阀（1-32）、第一液压锁（1-41）与两个倾斜液压缸（1-5）连接；所述第二分流阀（1-72）将液压油按1：1均分后分别通过第三电磁换向阀（1-33）、第二液压锁（1-42）与两个水平液压缸（1-6）连接。

5.根据权利要求1所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述第三分流阀（2-8）将液压油按1：1均分后分别通过第五电磁换向阀（2-32）、第三液压锁（2-9）与两个支撑液压缸（2-10）。

6.根据权利要求1所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述第二开关阀（2-1）的输出端设有第二比例节流阀（2-2）。

7.根据权利要求1所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述第一柱塞泵（3-31）为变量柱塞泵；所述第一电磁换向阀（1-31）、第四电磁换向阀（2-31）为三位四通电磁换向阀。

8.根据权利要求2所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述第二柱塞泵（3-32）为变量柱塞泵。

9.根据权利要求4所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述第二电磁换向阀（1-32）、第三电磁换向阀（1-33）为三位四通电磁换向阀。

10.根据权利要求5所述的核聚变装置部件转运车的液压驱动系统，其特征在于：所述第五电磁换向阀（2-32）为三位四通电磁换向阀。

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