CN105298993B - 机械软启动辅助驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械软启动辅助驱动装置，包括原动机，机械软启动装置，变速装置，工作机构，闸控系统，离合器，第Ⅱ驱动电机，液压泵，第Ⅱ安全阀，三位四通控制阀，控制器，动力装置，组合换向阀，蓄能器，压力传感器，二位二通控制阀及第Ⅰ安全阀，工作机构启动时，动力装置处于液压马达工况，辅助工作机构的启动；工作机构制动时，动力装置处于泵工况，辅助制动。本发明公开的机械软启动辅助驱动装置不仅能够实现一般驱动装置所具有的软启动和软停机的功效，而且还可以通过能量回收装置辅助制动、回收制动能量，降低工作机构启停过程中的能耗，解决现有常用驱动装置基本无节能功效的问题。

Description

机械软启动辅助驱动装置
技术领域
本发明涉及一种机械驱动装置，具体涉及一种机械软启动辅助驱动装置。
背景技术
带式输送机/刮板输送机/装载机/盾构刀盘/破碎机等装备在现代工业企业生产过程中运用非常广泛，是现代工业企业生产过程中所不可缺少的部分，是物料搬运和生产机械化系统中的基本装备。其性能决定了运输机械化和生产机械化的效率和水平。如何正确选用可靠的可控驱动装置、合理控制启动过程以避免应力过大和振荡、提高设备的整体经济性是运输机械和生产机械设计中的关键问题。
目前常用驱动装置有交流变频调速驱动系统、液体粘性摩擦软启动系统、液压马达驱动装置等。利用上述驱动装置，虽然能实现工作机构的软启和软停，但实际运行中仍然存在诸多问题：交流变频调速驱动系统，技术难度较高，使用变频器驱动电动机在额定频率下运行不能节能，会由于变频器自身的损耗，降低系统的效率，增加故障点，降低可靠性，同时，由于变频调速需要解决电气方面的一系列问题，造价较高，使其应用也受到一定程度的限制；液体粘性摩擦软启动系统如可控启动传输装置(Controlled StartingTransmission，CST)可控软启动装置基本无节能功效，发热量大，传动效率低，价格昂贵，维护成本高；液压马达驱动装置，价格一般为采用调速型液力耦合器驱动装置的2～3倍，与采用CST软启动装置方式的价格比较接近。目前所运用的驱动装置基本都无节能功效，无法实现能源的回收再利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械软启动辅助驱动装置，它不仅能够实现一般驱动装置所具有的软启动和软停机的功效，而且还可以通过能量回收装置辅助制动、回收制动能量，降低工作机构启停过程中的能耗，解决现有常用驱动装置基本无节能功效的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
机械软启动辅助驱动装置，包括原动机、机械软启动装置、变速装置、工作机构、闸控系统、离合器、第Ⅱ驱动电机、液压泵、第Ⅱ安全阀、三位四通控制阀和控制器，机械软启动装置与原动机和变速装置相连，变速装置与工作机构相连，工作机构的启、停由机械软启动装置通过变速装置控制，闸控系统安装在工作机构上；第Ⅱ驱动电机连接液压泵，液压泵通过三位四通控制阀与机械软启动装置连接，控制器实现对整个系统的控制，其中：还包括动力装置、组合换向阀、蓄能器、压力传感器、二位二通控制阀和第Ⅰ安全阀，动力装置通过离合器与工作机构连接，同时，动力装置的进出油口与组合换向阀的工作油口A1和B1连通，蓄能器通过二位二通控制阀与液压泵连接，同时蓄能器的进出油口与组合换向阀的压力油口P1和第Ⅰ安全阀的进油口连接，压力传感器安装在蓄能器的进出油口上；
工作机构启动时，动力装置处于液压马达工况，蓄能器中存储的高压油输出用来驱动动力装置，辅助工作机构的启动；
工作机构制动时，动力装置处于泵工况，将液压油存入蓄能器，回收制动能量，辅助制动。
所述组合换向阀包括1、2、3、4四个组合阀，每个组合阀由1个电磁先导阀和1个方向阀插装件构成，电磁先导阀的进油口与方向阀插装件的X腔连接； 所述组合换向阀中的各个组合阀的电磁先导阀为第一电磁先导阀、第二电磁先导阀、第三电磁先导阀和第四电磁先导阀，方向阀插装件为第一方向阀插装件、第二方向阀插装件、第三方向阀插装件和第四方向阀插装件，四个电磁先导阀的一个出油口与组合换向阀的压力油口P1相连，四个电磁先导阀的另一个出油口与油箱相连，第二方向阀插装件和第三方向阀插装件的进油口均与组合换向阀的压力油口P1相连，第二方向阀插装件和第三方向阀插装件的出油口分别与第一方向阀插装件和第四方向阀插装件的进油口相连，第一方向阀插装件和第四方向阀插装件的出油口与油箱相连。
所述机械软启动装置是液力耦合器、液力变矩器或液黏离合器中的一种。
所述组合换向阀还可以为三位四通电液换向阀或三位四通电液比例阀中的一种。
本发明具有如下优点：
1.通用性。本发明由机械软启动装置和节能装置组成，具有通用性，可用于多种机械装置，实现软启动辅助驱动，如带式输送机、刮板输送机、装载机、盾构刀盘和破碎机等工作装备。
2.节能功效。本发明中的节能装置能够回收制动能量辅助制动提高原动机的制动减速性能，在工作机构启动时，利用制动能量辅助启动，降低了启动功率，具有显著的节能功效。
3.优良的启动性能。本发明的机械软启动装置能够缩短原动机的启动时间，使原动机在短时间内达到额定转速，然后负载才逐渐加速，这样既可以降低主驱动的启动功率，又可以使启动平稳，从而消除工作机构的冲击和振动，减少工作机构的动应力，降低疲劳程度，从而大大延长原动机 和工作机构的寿命。
4.过载保护功能。机械软启动装置具有过载保护作用，可以对原动机和工作机构实现过载保护。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图2是本发明用于带式输送机的原理图。
图3是本发明用于刮板输送机的原理图。
图4是本发明用于装载机的原理图。
图中：1-原动机；2-机械软启动装置；3-变速装置；4-工作机构；5-闸控系统；6-离合器；7-动力装置；8-电磁先导阀；9-方向阀插装件；10-组合换向阀；11-蓄能器；12-压力传感器；13-二位二通控制阀；14-第Ⅰ安全阀；15-第Ⅱ驱动电机；16-液压泵；17-第Ⅱ安全阀；18-三位四通控制阀；19-驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例中的机械软启动辅助驱动装置，包括原动机1、机械软启动装置2、变速装置3、工作机构4、闸控系统5、离合器6、第Ⅱ驱动电机15、液压泵16、第Ⅱ安全阀17、三位四通控制阀18和控制器，机械软启动装置与原动机和变速装置相连，变速装置与工作机构相连，工作机构的启、停由机械软启动装置通过变速装置控制，闸控系统安装在工作机构上；第Ⅱ驱动电机连接液压泵，液压泵通过三位四通控制阀与机械软启动装置连接，控制器实现对整个系统的控制，其中：还包括动力装置7、组合换向阀10、蓄能器11、 压力传感器12、二位二通控制阀13和第Ⅰ安全阀14，动力装置通过离合器与工作机构连接，同时，动力装置的进出油口与组合换向阀的工作油口A1和B1连通，蓄能器通过二位二通控制阀与液压泵连接，同时蓄能器的进出油口与组合换向阀的压力油口P1和第Ⅰ安全阀的进油口连接，压力传感器安装在蓄能器的进出油口上；
工作机构启动时，动力装置处于液压马达工况，蓄能器中存储的高压油输出用来驱动动力装置，辅助工作机构的启动；
工作机构制动时，动力装置处于泵工况，将液压油存入蓄能器，回收制动能量，辅助制动。
所述组合换向阀10包括1、2、3、4四个组合阀，每个组合阀由1个电磁先导阀8和1个方向阀插装件9构成，电磁先导阀8的进油口与方向阀插装件9的X腔连接；所述组合换向阀10中的各个组合阀的电磁先导阀为第一电磁先导阀1YA、第二电磁先导阀2YA、第三电磁先导阀3YA和第四电磁先导阀4YA，方向阀插装件为第一方向阀插装件CV1、第二方向阀插装件CV2、第三方向阀插装件CV3和第四方向阀插装件CV4，四个电磁先导阀1YA、2YA、3YA和4YA的一个出油口与组合换向阀的压力油口P1相连，四个电磁先导阀1YA、2YA、3YA和4YA的另一个出油口与油箱相连，第二方向阀插装件CV2和第三方向阀插装件CV3的进油口均与组合换向阀的压力油口P1相连，第二方向阀插装件CV2和第三方向阀插装件CV3的出油口分别与第一方向阀插装件CV1和第四方向阀插装件CV4的进油口相连，第一方向阀插装件CV1和第四方向阀插装件CV4的出油口与油箱相连。
当动力装置是液压泵时，第二电磁先导阀2YA和第四电磁先导阀4YA断电， 第一电磁先导阀1YA和第三电磁先导阀3YA得电，第一电磁先导阀1YA和第三电磁先导阀3YA切换至右位，第一方向阀插装件CV1和第三方向阀插装件CV3的X腔与油箱连通，第二方向阀插装件CV2和第四方向阀插装件CV4的X腔与P1口接通，从而使组合换向阀的压力油口P1与组合换向阀的工作油口B1接通，组合换向阀的工作油口A1口与油箱T接通。
当所述的动力装置是液压马达时，第二电磁先导阀2YA和第四电磁先导阀4YA得电，第一电磁先导阀1YA、第三电磁先导阀3YA断电，第二电磁先导阀2YA和第四电磁先导阀4YA切换至右位，第一方向阀插装件CV1和第三方向阀插装件CV3的X腔与组合换向阀的压力油口P1连通，第二方向阀插装件CV2和第四方向阀插装件CV4的X腔与油箱连通，使组合换向阀的压力油口P1与组合换向阀的工作油口A1接通，组合换向阀的工作油口B1与油箱T接通。
工作机构制动时，动力装置处于泵工况，将液压油存入蓄能器，回收制动能量，辅助制动，三位四通控制阀处于左位，工作腔内液压油排出，此时原动机空转或切断能量源，原动机停机。
工作机构正常运转时，离合器打开，三位四通控制阀回到中位，液压油在机械软启动装置中处于闭路循环状态。
压力传感器监测蓄能器压力，当蓄能器能量不足时，二位二通控制阀处于左位，第Ⅱ驱动电机驱动液压泵为蓄能器补充液压能。
上述机械软启动装置2是液力耦合器、液力变矩器或液黏离合器中的一种。
实施例2
如图2所示，本实施例中的机械软启动辅助驱动装置中工作机构为带式输送机，原动机1用驱动电机19替换，机械软启动装置2为调速型液力耦合器， 变速装置3为减速器。
调速型液力耦合器2与驱动电机19和减速器3相连，减速器3与带式输送机4相连，带式输送机4的启、停由调速型液力耦合器2通过减速器3控制，闸控系统5安装在带式输送机4上；第Ⅱ驱动电机15连接液压泵16，液压泵16通过三位四通控制阀18与调速型液力耦合器2连接，控制器实现对整个系统的控制，还包括动力装置7，组合换向阀10，蓄能器11，压力传感器12，二位二通控制阀13，第Ⅰ安全阀14，动力装置通过离合器与工作机构连接，同时，动力装置的进出油口与组合换向阀的工作油口A1和B1连通，蓄能器通过二位二通控制阀与液压泵连接，同时蓄能器的进出油口与组合换向阀的压力油口P1和第Ⅰ安全阀的进油口连接，压力传感器安装在蓄能器的进出油口上。
本实施例中的组合换向阀10的结构和连接关系与实施例1中的组合换向阀相同。
带式输送机启动时，动力装置处于液压马达工况，蓄能器中存储的高压油输出用来驱动动力装置，辅助带式输送机的启动；
带式输送机制动时，动力装置处于泵工况，将液压油存入蓄能器，回收制动能量，辅助制动。
实施例3
如图3所示，本实施例中的机械软启动辅助驱动装置中工作机构为刮板输送机，原动机1用驱动电机19替换，机械软启动装置2为液黏离合器，变速装置3为减速器。与实施例1中的机械软启动辅助驱动装置的区别在于去掉第Ⅱ安全阀17和三位四通控制阀18。
由于液黏离合器传动是基于牛顿内摩擦定律，正常工作不需通过充排液来 控制，所以去掉了第Ⅱ安全阀和三位四通控制阀。
实施例4
如图4所示，本实施例中的机械软启动辅助驱动装置中工作机构为装载机，原动机1为发动机，机械软启动装置2为液力变矩器，变速装置3为变速箱。
本实施例中各组件的连接和工作方式与实施例1中的相同。

Claims (4)

1.机械软启动辅助驱动装置，包括原动机(1)、机械软启动装置(2)、变速装置(3)、工作机构(4)、闸控系统(5)、离合器(6)、第Ⅱ驱动电机(15)、液压泵(16)、第Ⅱ安全阀(17)、三位四通控制阀(18)和控制器，机械软启动装置与原动机和变速装置相连，变速装置与工作机构相连，工作机构的启、停由机械软启动装置通过变速装置控制，闸控系统安装在工作机构上；第Ⅱ驱动电机连接液压泵，液压泵通过三位四通控制阀与机械软启动装置连接，控制器实现对整个系统的控制，其特征是：还包括动力装置(7)、组合换向阀(10)、蓄能器(11)、压力传感器(12)、二位二通控制阀(13)和第Ⅰ安全阀(14)，动力装置通过离合器与工作机构连接，同时，动力装置的进出油口与组合换向阀的工作油口A1和B1连通，蓄能器通过二位二通控制阀与液压泵连接，同时蓄能器的进出油口与组合换向阀的压力油口P1和第Ⅰ安全阀的进油口连接，压力传感器安装在蓄能器的进出油口上；
工作机构启动时，动力装置处于液压马达工况，蓄能器中存储的高压油输出用来驱动动力装置，辅助工作机构的启动；
工作机构制动时，动力装置处于泵工况，将液压油存入蓄能器，回收制动能量，辅助制动。
2.根据权利要求1所述的机械软启动辅助驱动装置，其特征在于：所述组合换向阀(10)包括1、2、3、4四个组合阀，每个组合阀由1个电磁先导阀(8)和1个方向阀插装件(9)构成，电磁先导阀(8)的进油口与方向阀插装件(9)的X腔连接；所述组合换向阀(10)中的各个组合阀的电磁先导阀为第一电磁先导阀(1YA)、第二电磁先导阀(2YA)、第三电磁先导阀(3YA)和第四电磁先导阀(4YA)，方向阀插装件为第一方向阀插装件(CV1)、第二方向阀插装件(CV2)、第三方向阀插装件(CV3)和第四方向阀插装件(CV4)，四个电磁先导阀(1YA、2YA、3YA和4YA)的一个出油口与组合换向阀的压力油口P1相连，四个电磁先导阀(1YA、2YA、3YA和4YA)的另一个出油口与油箱相连，第二方向阀插装件(CV2)和第三方向阀插装件(CV3)的进油口均与组合换向阀的压力油口P1相连，第二方向阀插装件(CV2)和第三方向阀插装件(CV3)的出油口分别与第一方向阀插装件(CV1)和第四方向阀插装件(CV4)的进油口相连，第一方向阀插装件(CV1)和第四方向阀插装件(CV4)的出油口与油箱相连。
3.根据权利要求1所述的机械软启动辅助驱动装置，其特征在于：所述机械软启动装置(2)是液力耦合器、液力变矩器或液黏离合器中的一种。
4.根据权利要求1所述的机械软启动辅助驱动装置，其特征在于：所述组合换向阀(10)为三位四通电液换向阀或三位四通电液比例阀中的一种。
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