CN103883573A - 臂架液压控制系统和港口装卸机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种臂架液压控制系统和港口装卸机械，该系统包括液压缸（1）、油箱（T）、闭式变量泵（2）和开式变量泵（3），闭式变量泵设置在连接液压缸的有杆腔和无杆腔的液压缸连接油路（V1）中，开式变量泵设置在液压缸连接油路与油箱之间的油箱连接油路（V2）中。根据本发明的臂架液压控制系统兼顾了闭式液压系统与开式液压系统的优点，弥补各自的不足，采用了闭式变量泵和开式变量泵，使用闭式变量泵及闭式系统的功率损失小，直接调整闭式变量泵的输出流量来控制液压缸的速度，从而不需要节流控制，无节流压力损失，并减小系统发热，相对于现有技术的开式液压系统而言，此系统更稳定，液压元件更少，使得结构更趋紧凑。

Description

臂架液压控制系统和港口装卸机械

技术领域

本发明涉及一种港口装卸机械，具体地，涉及一种用于控制臂架俯仰等运动的臂架液压控制系统以及具有该臂架液压控制系统的港口装卸机械。

背景技术

在堆料机、取料机、堆取料机、装船机等港口装卸机械中，其臂架的俯仰系统可分为机械式和液压式两种，机械式主要是由钢丝绳配合滑轮组、驱动电机、减速机、卷筒、安全保护装置等组成，由电机通过联轴节，经减速机等传动装置驱动钢丝绳卷筒进行卷绕动作，从而实现臂架的俯仰运动。液压式俯仰机构通常为开式系统，一般由定量泵或变量泵从油箱吸油，通过各种液压控制阀后，驱动液压油缸动作，然后再经过液压换向阀后回油箱，并带有各类温度、压力、位置检测元件。

其中，机械式俯仰机构由于速度有级调节、减速箱结构复杂、制造安装维修难度大、成本高、载荷自适应能力差等缺点，在市场上逐渐被无级变速、结构简单、适应能力强的液压式俯仰机构取代。然而现有的液压式俯仰系统均为开式系统，其具有油温控制简单、系统清洁度高等特点，且液压系统重量轻，能够很好的降低整机设备重心，但根据泵的自吸能力，为避免产生吸空现象，对自吸能力差的液压泵，通常将其工作转速限制在额定转速的75%以内，或增设一个辅助泵进行灌注。液压油缸的运动则借助于换向阀，速度控制需要节流阀或调试阀控制。换向阀进行换向时，产生的液压冲击外，工作噪音也大，且节流调速会造成一定的压力损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种臂架液压控制系统，以及具有该臂架液压控制系统的港口装卸机械，此系统更稳定、结构紧凑且功率损失和发热小。

为实现上述目的，本发明提供了一种臂架液压控制系统，该系统包括液压缸、油箱、闭式变量泵和开式变量泵，所述闭式变量泵设置在连接所述液压缸的有杆腔和无杆腔的液压缸连接油路中，所述开式变量泵设置在所述液压缸连接油路与所述油箱之间的油箱连接油路中。

优选地，该系统还包括设置在所述液压缸上的缸旁阀块，该缸旁阀块具有第一连接油口、第二连接油口、第一工作油口和第二工作油口，所述第一连接油口和第二连接油口分别对应地液压连接到所述闭式变量泵的两端油口，所述第一工作油口和第二工作油口分别液压连接到所述液压缸的有杆腔和无杆腔，所述第一连接油口与所述第一工作油口之间的第一内部连接油路上设有第一液控单向阀，所述第二连接油口与所述第二工作油口之间的第二内部连接油路上设有第二液控单向阀，所述第一液控单向阀的先导控制油路连接所述第二内部连接油路，所述第二液控单向阀的先导控制油路连接所述第一内部连接油路。

优选地，所述缸旁阀块还具有连接到所述油箱的回油口和内部回油油路，该内部回油油路与所述第一内部连接油路之间的连接油路中设有第一补油单向阀，该第一补油单向阀设置为使得液压油能够从所述油箱流向所述第一内部连接油路并且反向截止，所述内部回油油路与所述第二内部连接油路之间的连接油路中设有第二补油单向阀，所述第二补油单向阀设置为使得液压油能够从所述油箱流向所述第二内部连接油路并且反向截止。

优选地，所述缸旁阀块还包括第一安全溢流阀和第二安全溢流阀，所述第一安全溢流阀连接在所述内部回油油路与所述第一内部连接油路之间，所述第二安全溢流阀连接在所述内部回油油路与所述第二内部连接油路之间。

优选地，该系统包括多个所述液压缸，每个所述液压缸上对应地安装有所述缸旁阀块。

优选地，该系统包括液压站，所述油箱、闭式变量泵和开式变量泵集成在所述液压站中，该液压站与各个所述缸旁阀块之间通过油管连接。

优选地，该系统还包括控制器、压力传感器和蓄能器，该蓄能器液压连接到所述液压缸连接油路，所述压力传感器用于检测所述液压缸连接油路中的油液压力，所述控制器根据所述压力传感器检测的压力信号控制所述蓄能器向所述液压缸连接油路补油。

优选地，该系统还包括补油泵、第三补油单向阀和第四补油单向阀，所述第三补油单向阀设置在所述补油泵的出油口与所述闭式变量泵的第一油口一侧的所述液压缸连接油路之间的第一补油油路中，所述第四补油单向阀设置在所述补油泵的出油口与所述闭式变量泵的第二油口一侧的所述液压缸连接油路之间的第二补油油路中，所述蓄能器液压连接到所述补油泵的出油口。

优选地，该系统还包括油液过滤装置和冷却油泵，该冷却油泵的进油口连接所述油箱，所述冷却油泵的出油口将液压油泵送至所述油液过滤装置，并经过该油液过滤装置的过滤后回送至所述油箱。

在上述臂架液压控制系统的基础上，本发明还提供了一种港口装卸机械，该港口装卸机械包括臂架以及根据本发明上述的臂架液压控制系统，其中所述液压缸连接并驱动所述臂架运动。

通过上述技术方案，根据本发明的臂架液压控制系统兼顾了闭式液压系统与开式液压系统的优点，弥补各自的不足，采用了闭式变量泵和开式变量泵，使用闭式变量泵及闭式系统的功率损失小，直接调整闭式变量泵的输出流量来控制液压缸的速度，从而不需要节流控制，无节流压力损失，并减小系统发热，相对于现有技术的开式液压系统而言，此系统更稳定，液压元件更少，使得结构更趋紧凑。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的优选实施方式的臂架液压控制系统的液压原理图；

图2为图1所示的臂架液压控制系统中的缸旁阀块的液压原理图。

附图标记说明

1    液压缸              2    闭式变量泵

3    开式变量泵          4    缸旁阀块

5    蓄能器              6    补油泵

7    第三补油单向阀      8    第四补油单向阀

9    过滤装置            10   冷却油泵

41   第一液控单向阀      42   第二液控单向阀

43   第一补油单向阀      44   第二补油单向阀

45   第一安全溢流阀      46   第二安全溢流阀

A    第一连接油口        B    第二连接油口

C1   第一油口            C2   第二油口

T    油箱                T1   回油口

X1   第一控制油口        X2   第二控制油口

G1   第一工作油口        G2   第二工作油口

V1   液压缸连接油路      V2   油箱连接油路

V3   第一补油油路        V4   第二补油油路

N1   第一内部连接油路    N2   第二内部连接油路

N3   内部回油油路

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明提供了一种臂架液压控制系统，该系统包括液压缸1、油箱T、闭式变量泵2和开式变量泵3，闭式变量泵2设置在连接液压缸1的有杆腔和无杆腔的液压缸连接油路V1中，开式变量泵3设置在液压缸连接油路V1与油箱T之间的油箱连接油路V2中。作为总的设计宗旨，本发明针对现有技术中的开式液压系统存在的换向操作时的液压冲击大，且维持负载时也需要液压泵持续供油而造成能耗过大的缺点，特此设计了此臂架液压控制系统，其兼顾了闭式液压系统与开式液压系统的优点，弥补各自的不足，采用了闭式变量泵2和开式变量泵3，使用闭式变量泵2及闭式系统的功率损失小，直接调整闭式变量泵2的输出流量来控制液压缸1的伸缩速度，从而不需要节流控制，无节流压力损失，并能够减小系统发热，系统更稳定。

具体而言，由于活塞杆的存在，相同行程下，液压缸1的无杆腔的油液容积大于有杆腔的油液容积。这样，当液压缸1伸出时，闭式变量泵2和开式变量泵3共同向液压缸1的无杆腔供油，有杆腔的油液通过闭式变量泵2泵送至无杆腔；当液压缸1回收时，闭式变量泵2泵吸无杆腔的油液并泵送至有杆腔，剩余的油液通过开式变量泵3吸回油箱T中进行冷却。因此，通过液压缸1的回收，能够将闭式系统中的热油的一部分吸回油箱T进行冷却；当液压缸1伸出时，能够将油箱T中的冷却后的液压油吸出至闭式系统中，从而实现热油置换，系统内热量低。

另外，闭式变量泵2具有第一油口C1和第二油口C2，可以双向输出流量。当闭式变量泵2的输出流量近乎为零时，很小的输出功率也能保持液压缸连接油路V1、有杆腔和无杆腔中的压力，从而维持负载，达到节能效果。而且，在臂架俯仰的过程中，由于外在负载的变化，液压缸1的有杆腔和无杆腔都会产生压力，闭式变量泵2、驱动泵的电机以及液压缸连接油路V1与油箱连接油路V2管路都会维持该压力，相当于起到动态刹车的作用。由于很好的维持了管路压力，在臂架的工作过程中，不管是无杆腔或有杆腔需要建压，通过调节闭式变量泵2和/或开式变量泵3，都能使系统快速响应，不会影响操作者对速度的控制。而现有技术中的开式液压系统中，无论是维持负载或系统压力，均需要通过液压泵持续供油，造成能耗浪费。

此外，本发明还提供了一种缸旁阀块4，该缸旁阀块4设置在液压缸1上。如图1和图2所示，缸旁阀块4具有第一连接油口A、第二连接油口B、第一工作油口G1和第二工作油口G2，第一连接油口A和第二连接油口B分别对应地液压连接到闭式变量泵2的两端油口，第一工作油口G1和第二工作油口G2分别液压连接到液压缸1的有杆腔和无杆腔，第一连接油口A与第一工作油口G1之间的第一内部连接油路N1上设有第一液控单向阀41，第二连接油口B与第二工作油口G2之间的第二内部连接油路N2上设有第二液控单向阀42。参见图2，其中的第一液控单向阀41的先导控制油路的第一控制油口X1可优选地连接第二内部连接油路N2，第二液控单向阀42的先导控制油路的第二控制油口X2可优选地连接第一内部连接油路N1，从而形成液压锁，该液压锁直接安装在液压缸1旁，主要用于液压缸1静止时锁定该液压缸1，可替代防止油管（软管）爆管的防爆阀，即使在温度低和油液粘稠度高的情况下，也可维持液压缸1的压力和油路畅通，从而提高系统的稳定性。

缸旁阀块4还具有连接到油箱T的回油口T1和内部回油油路N3，以及用于减少负载对油缸的冲击、限定系统的最大压力以保障整个液压系统安全运行的第一安全溢流阀45和第二安全溢流阀46，第一安全溢流阀45连接在内部回油油路N3与第一内部连接油路N1之间，第二安全溢流阀46连接在内部回油油路N3与第二内部连接油路N2之间。该内部回油油路N3与第一内部连接油路N1之间的连接油路中还设有第一补油单向阀43，该第一补油单向阀43设置为使得液压油能够从油箱T流向第一内部连接油路N1并且反向截止，内部回油油路N3与第二内部连接油路N2之间的连接油路中同样设有第二补油单向阀44，第二补油单向阀44设置为使得液压油能够从油箱T流向第二内部连接油路N2并且反向截止。

这样，当无杆腔承受一个较大负载时，无杆腔内的油液压力增高直至将第二安全溢流阀46打开，从而溢流部分的油液，活塞杆向无杆腔移动，此时有杆腔内的压力降低，当压力低于回油口T1的油压后，通过第一补油单向阀43从回油口T1向有杆腔内补油，从而使油液充满有杆腔，防止产生真空。

需要说明的是，根据本发明的臂架液压控制系统可包括多个液压缸1，每个液压缸1上对应地安装有上述的缸旁阀块4。在实际应用中，本发明的臂架液压控制系统可结合采用液压站，上述的油箱T、闭式变量泵2和开式变量泵3等除缸旁阀块4以外的其它液压组件均可集成在液压站中，该液压站与各个缸旁阀块4之间通过油管连接。这样，通过采用模块化设计，所有液压元件均集中在液压站和液压缸1上，并配有热油置换系统以及将更具体描述的补油系统、冷却系统和油缸缓冲补油系统等，以及压力、温度等检测设备，使得整个系统的结构层次清晰，结构更紧凑，有效减轻设备重量，从而降低设备整机重心。还可通过控制器（例如PLC控制器）进行集中控制，方便检修和维护。

为防止变量泵吸空，本实施方式中在油路中特别布置了蓄能器并带有压力传感器监测，以防止变量泵吸空。如图1所示，该臂架液压控制系统还包括控制器、压力传感器（图中未显示）和蓄能器5，该蓄能器5液压连接到液压缸连接油路V1，压力传感器用于检测液压缸连接油路V1中的油液压力，控制器根据压力传感器检测的压力信号控制蓄能器5向液压缸连接油路V1补油。

为增进补油效果，本实施方式中还包括补油泵6、第三补油单向阀7和第四补油单向阀8，第三补油单向阀7设置在补油泵6的出油口与闭式变量泵2的第一油口C1一侧的液压缸连接油路V1之间的第一补油油路V3中，第四补油单向阀8设置在补油泵6的出油口与闭式变量泵2的第二油口C2一侧的液压缸连接油路V1之间的第二补油油路V4中。这样，液压缸1的无杆腔或有杆腔中的压力降低至小于补油泵6的输出压力时，则可进行相应的补油。进一步地，蓄能器5可液压连接到补油泵6的出油口，从而方便地通过第一补油油路V3或第二补油油路V4对液压缸补油。

另外，本实施方式的臂架液压控制系统中还设有独立的冷却过滤系统，包括油液过滤装置9和冷却油泵10，该冷却油泵10的进油口连接油箱T，冷却油泵10的出油口将液压油泵送至油液过滤装置9，并经过该油液过滤装置9的过滤后回送至油箱T。

在上述臂架液压控制系统的基础上，本发明还提供了一种港口装卸机械，该港口装卸机械包括臂架以及上述的臂架液压控制系统，其中液压缸1连接并驱动臂架运动。这种港口装卸机械可以是例如堆料机、取料机、堆取料机、装船机等。上述臂架液压控制系统适合于刚性大的使用场合，系统稳定性更高，特别是对于额定卸料能力大的，刚性负载大的港口装卸机械，相对于现有技术的机械式或开式液压系统而言，本发明的臂架液压控制系统的优势更加明显，运行更稳定。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种臂架液压控制系统，其特征在于，该系统包括液压缸（1）、油箱（T）、闭式变量泵（2）和开式变量泵（3），所述闭式变量泵（2）设置在连接所述液压缸（1）的有杆腔和无杆腔的液压缸连接油路（V1）中，所述开式变量泵（3）设置在所述液压缸连接油路（V1）与所述油箱（T）之间的油箱连接油路（V2）中。

2.根据权利要求1所述的臂架液压控制系统，其特征在于，该系统还包括设置在所述液压缸（1）上的缸旁阀块（4），该缸旁阀块（4）具有第一连接油口（A）、第二连接油口（B）、第一工作油口（G1）和第二工作油口（G2），所述第一连接油口（A）和第二连接油口（B）分别对应地液压连接到所述闭式变量泵（2）的两端油口，所述第一工作油口（G1）和第二工作油口（G2）分别液压连接到所述液压缸（1）的有杆腔和无杆腔，所述第一连接油口（A）与所述第一工作油口（G1）之间的第一内部连接油路（N1）上设有第一液控单向阀（41），所述第二连接油口（B）与所述第二工作油口（G2）之间的第二内部连接油路（N2）上设有第二液控单向阀（42），所述第一液控单向阀（41）的先导控制油路连接所述第二内部连接油路（N2），所述第二液控单向阀（42）的先导控制油路连接所述第一内部连接油路（N1）。

3.根据权利要求2所述的臂架液压控制系统，其特征在于，所述缸旁阀块（4）还具有连接到所述油箱（T）的回油口（T1）和内部回油油路（N3），该内部回油油路（N3）与所述第一内部连接油路（N1）之间的连接油路中设有第一补油单向阀（43），该第一补油单向阀（43）设置为使得液压油能够从所述油箱（T）流向所述第一内部连接油路（N1）并且反向截止，所述内部回油油路（N3）与所述第二内部连接油路（N2）之间的连接油路中设有第二补油单向阀（44），所述第二补油单向阀（44）设置为使得液压油能够从所述油箱（T）流向所述第二内部连接油路（N2）并且反向截止。

4.根据权利要求3所述的臂架液压控制系统，其特征在于，所述缸旁阀块（4）还包括第一安全溢流阀（45）和第二安全溢流阀（46），所述第一安全溢流阀（45）连接在所述内部回油油路（N3）与所述第一内部连接油路（N1）之间，所述第二安全溢流阀（46）连接在所述内部回油油路（N3）与所述第二内部连接油路（N2）之间。

5.根据权利要求2所述的臂架液压控制系统，其特征在于，该系统包括多个所述液压缸（1），每个所述液压缸（1）上对应地安装有所述缸旁阀块（4）。

6.根据权利要求5所述的臂架液压控制系统，其特征在于，该系统包括液压站，所述油箱（T）、闭式变量泵（2）和开式变量泵（3）集成在所述液压站中，该液压站与各个所述缸旁阀块（4）之间通过油管连接。

7.根据权利要求1所述的臂架液压控制系统，其特征在于，该系统还包括控制器、压力传感器和蓄能器（5），该蓄能器（5）液压连接到所述液压缸连接油路（V1），所述压力传感器用于检测所述液压缸连接油路（V1）中的油液压力，所述控制器根据所述压力传感器检测的压力信号控制所述蓄能器（5）向所述液压缸连接油路（V1）补油。

8.根据权利要求7所述的臂架液压控制系统，其特征在于，该系统还包括补油泵（6）、第三补油单向阀（7）和第四补油单向阀（8），所述第三补油单向阀（7）设置在所述补油泵（6）的出油口与所述闭式变量泵（2）的第一油口（C1）一侧的所述液压缸连接油路（V1）之间的第一补油油路（V3）中，所述第四补油单向阀（8）设置在所述补油泵（6）的出油口与所述闭式变量泵（2）的第二油口（C2）一侧的所述液压缸连接油路（V1）之间的第二补油油路（V4）中，所述蓄能器（5）液压连接到所述补油泵（6）的出油口。

9.根据权利要求1所述的臂架液压控制系统，其特征在于，该系统还包括油液过滤装置（9）和冷却油泵（10），该冷却油泵（10）的进油口连接所述油箱（T），所述冷却油泵（10）的出油口将液压油泵送至所述油液过滤装置（9），并经过该油液过滤装置（9）的过滤后回送至所述油箱（T）。

10.一种港口装卸机械，其特征在于，该港口装卸机械包括臂架以及根据上述权利要求1-9中任意一项所述的臂架液压控制系统，其中所述液压缸（1）连接并驱动所述臂架运动。

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