CN105485078B - 一种旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统，包括主泵、油箱、桅杆控制阀组、先导逻辑控制部件、桅杆液压缸组、增压缸、蓄能器及桅杆能量回收控制阀，油箱的出油口经主泵与桅杆控制阀组的入口相连通，桅杆控制阀组的出口与桅杆液压缸组相连接，桅杆能量回收控制阀与桅杆液压缸组、蓄能器及增压缸相连接，油箱的入油口与桅杆能量回收控制阀的出口相连通，先导逻辑控制部件的出口与桅杆控制阀组的控制口及桅杆能量回收控制阀的控制口相连通。本发明能够回收旋挖钻机桅杆边幅机构的能量回收再利用。

Description

一种旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统
技术领域
本发明属于旋挖钻机技术领域，涉及一种旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统。
背景技术
旋挖钻机是一种用于桩基础工程中成孔作业的现代机电液一体化大型机械装备，作业循环性强。桅杆变幅机构用来完成钻桅的举升及调垂工作，每一个作业位姿都需要调节桅杆变幅机构，系统驱动钻桅变幅油缸，带动钻桅移动，并根据旋挖钻机工作现场的实际情况来完成桅杆的举升及调垂作业。变幅油缸下降时，为了防止由于重力作用而失重，需保证液压油缸具有一定的背压，在回流通道增设节流装置，液压油通过节流装置后流回油箱，这个过程中桅杆的势能将转化为液压油的热能，使系统发热，增加了系统的热负荷，降低了液压元件的使用寿命，同时浪费了能量。此外，液压油作用在变幅油缸上实现举升动作和调节动作时，也会产生大量的能量损失。因此，对于作业循环性强的旋挖钻机桅杆变幅机构需要一种能够实现高效率的能量回收再利用的液压系统。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统，该系统能够回收旋挖钻机桅杆边幅机构的能量回收再利用。
为达到上述目的，本发明所述的旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统包括主泵、油箱、桅杆控制阀组、先导逻辑控制部件、桅杆液压缸组、增压缸、蓄能器及桅杆能量回收控制阀，油箱的出油口经主泵与桅杆控制阀组的入口相连通，桅杆控制阀组的出口与桅杆液压缸组相连接，桅杆能量回收控制阀与桅杆液压缸组、蓄能器及增压缸相连接，油箱的入油口与桅杆能量回收控制阀的出口相连通，先导逻辑控制部件的出口与桅杆控制阀组的控制口及桅杆能量回收控制阀的控制口相连通。
所述桅杆控制阀组包括换向阀，主泵与换向阀的入口相连通，换向阀的两个出口与桅杆液压缸组相连通，先导逻辑控制部件的出口与换向阀的两个控制口相连通。
所述桅杆液压缸组包括左边缸及右边缸，换向阀的一个出口与左边缸的有杆腔、右边缸的有杆腔及桅杆能量回收控制阀相连通，换向阀的另一个出口与右边缸的无杆腔相连通，左边缸的无杆腔与桅杆能量回收控制阀相连通。
所述桅杆能量回收控制阀包括第一单向阀、第二单向阀、第一可控液压锁阀、第二可控液压锁阀、第三可控液压锁阀、选择阀及溢流阀；
所述换向阀的一个出口与左边缸的有杆腔、右边缸的有杆腔及第三可控液压锁阀的入口相连通，所述换向阀的另一个出口与右边缸的无杆腔相连通，左边缸的无杆腔与第二可控液压锁阀的入口及第一单向阀的出口相连通，第三可控液压锁阀的出口及第二可控液压锁阀的出口均与选择阀的一个入口相连通，溢流阀的出口与油箱的入口及选择阀的另一个入口相连通，选择阀的出口与溢流阀的入口及增压缸的大腔相连通，增压缸的小腔与第二单向阀的入口相连通，第二单向阀的出口与蓄能器及第一可控液压锁阀的入口相连通，第一可控液压锁阀的出口与第一单向阀的入口相连通，第一单向阀的出口与左边缸的无杆腔相连通，先导逻辑控制部件的出口与第一可控液压锁阀的控制口、第二可控液压锁阀的控制口、第三可控液压锁阀的控制口及选择阀的控制口相连通。
所述选择液压缸组还包括辅助中缸，其中，辅助中缸的无杆腔与左边缸的无杆腔及第一单向阀的出口相连通，辅助中缸的有杆腔与第三可控液压锁阀的入口、左边缸的有杆腔及右边缸的有杆腔相连通。
所述桅杆控制阀组还包括限流单向阀，换向阀的一个出口经限流单向阀与左边缸的有杆腔、右边缸的有杆腔及桅杆能量回收控制阀相连通，换向阀的另一个出口与右边缸的无杆腔相连通。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统在工作时，在旋挖钻机桅杆下降动作时，通过先导逻辑控制部件控制桅杆控制阀组及桅杆能量控制阀将液压油的存储到蓄能器中，当蓄能器储能完成后，则将多余的液压油经桅杆能量控制阀进入到油箱中，使桅杆能够继续下降，当旋挖钻机的桅杆上升时，则通过先导逻辑控制部件控制桅杆控制阀组及桅杆能量控制阀使蓄能器中的液压油经桅杆能量控制阀进入到桅杆液压缸组中，从而在桅杆下降动作时进行能量的回收，在桅杆上升过程中实现储能器中能量的再利用，结构简单，操作方便，具有广泛的应用及推广空间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明在桅杆下降动作时的示意图；
图3为本发明在桅杆上升动作时的示意图。
其中，1为主泵、2为桅杆控制阀组、2.1为换向阀、2.2为限流单向阀、3为先导逻辑控制部件、4为桅杆液压缸组、4.1为辅助中缸、4.2为左边缸、4.3为右边缸、5为增压缸、6为蓄能器、7为桅杆能量回收控制阀、7.1a为第一可控液压锁阀、7.1b为第二可控液压锁阀、7.1c为第三可控液压锁阀、7.2a为第一单向阀、7.2b为第二单向阀、7.3为选择阀、7.4为溢流阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统包括主泵1、油箱、桅杆控制阀组2、先导逻辑控制部件3、桅杆液压缸组4、增压缸5、蓄能器6及桅杆能量回收控制阀7，油箱的出油口经主泵1与桅杆控制阀组2的入口相连通，桅杆控制阀组2的出口与桅杆液压缸组4相连接，桅杆能量回收控制阀7与桅杆液压缸组4、蓄能器6及增压缸5相连接，油箱的入油口与桅杆能量回收控制阀7的出口相连通，先导逻辑控制部件3的出口与桅杆控制阀组2的控制口及桅杆能量回收控制阀7的控制口相连通。
需要说明的是，所述桅杆控制阀组2包括换向阀2.1，主泵1与换向阀2.1的入口相连通，换向阀2.1的两个出口与桅杆液压缸组4相连通，先导逻辑控制部件3的出口与换向阀2.1的两个控制口相连通。所述所述桅杆控制阀组2还包括限流单向阀2.2，换向阀2.1的一个出口经限流单向阀2.2与左边缸4.2的有杆腔、右边缸4.3的有杆腔及桅杆能量回收控制阀7相连通，换向阀2.1的另一个出口与右边缸4.3的无杆腔相连通。
所述桅杆液压缸组4包括左边缸4.2及右边缸4.3，换向阀2.1的一个出口与左边缸4.2的有杆腔、右边缸4.3的有杆腔及桅杆能量回收控制阀7相连通，换向阀2.1的另一个出口与右边缸4.3的无杆腔相连通，左边缸4.2的无杆腔与桅杆能量回收控制阀7相连通。所述选择液压缸组还包括辅助中缸4.1，其中，辅助中缸4.1的无杆腔与左边缸4.2的无杆腔及第一单向阀7.2a的出口相连通，辅助中缸4.1的有杆腔与第三可控液压锁阀7.1c的入口、左边缸4.2的有杆腔及右边缸4.3的有杆腔相连通。
所述桅杆能量回收控制阀7包括第一单向阀7.2a、第二单向阀7.2b、第一可控液压锁阀7.1a、第二可控液压锁阀7.1b、第三可控液压锁阀7.1c、选择阀7.3及溢流阀7.4；所述换向阀2.1的一个出口与左边缸4.2的有杆腔、右边缸4.3的有杆腔及第三可控液压锁阀7.1c的入口相连通，所述换向阀2.1的另一个出口与右边缸4.3的无杆腔相连通，左边缸4.2的无杆腔与第二可控液压锁阀7.1b的入口及第一单向阀7.2a的出口相连通，第三可控液压锁阀7.1c的出口及第二可控液压锁阀7.1b的出口均与选择阀7.3的一个入口相连通，溢流阀7.4的出口与油箱的入口及选择阀7.3的另一个入口相连通，选择阀7.3的出口与溢流阀7.4的入口及增压缸5的大腔相连通，增压缸5的小腔与第二单向阀7.2b的入口相连通，第二单向阀7.2b的出口与蓄能器6及第一可控液压锁阀7.1a的入口相连通，第一可控液压锁阀7.1a的出口与第一单向阀7.2a的入口相连通，第一单向阀7.2a的出口与左边缸的无杆腔相连通，先导逻辑控制部件3的出口与第一可控液压锁阀7.1a的控制口、第二可控液压锁阀7.1b的控制口、第三可控液压锁阀7.1c的控制口及选择阀7.3的控制口相连通。
本发明的具体工作过程为：
参见图2，当旋挖钻机桅杆下降时，先导逻辑控制部件3检测到桅杆下降信号Signal-d，则向第二可控液压锁阀7.1b控制口k2、选择阀7.3的控制口k4及换向阀2.1的一个控制口k6发送控制信号，使第一可控液压锁阀7.1a锁住，第二可控液压锁阀7.1b打开，第三可控液压锁阀7.1c锁住，选择阀7.3下位工作，选择阀7.3的控制口k6得压力油，则换向阀2.1右位工作，主泵1输出的压力油通过换向阀2.1通向左边缸4.2的有杆腔及右边缸4.3的有杆腔中；右边缸4.3的无杆腔中油液通过换向阀2.1回油箱。左边缸4.2的无杆腔中油液和辅助中缸4.1的无杆腔中油液流向第二可控液压锁阀7.1b中。第二可控液压锁阀7.1b的控制口k2得压力油，则第二可控液压锁阀7.1b处于打开状态，第二可控液压锁阀7.1b流出的压力油分两路，一路通过第三可控液压锁阀7.1c进入辅助中缸4.1的有杆腔、左边缸4.2的有杆腔及右边缸4.3的有杆腔中；另一路流向选择阀7.3，选择阀7.3的控制口k4得压力油，选择阀7.3上位工作，流向选择阀7.3的压力油进入增压缸5的大腔中，增压缸5小腔的压力油经增压后第二单向阀7.2b中，再经过第二单向阀7.2b流入蓄能器6中，为蓄能器6充压。当蓄能器6能量充满后，但旋挖钻机的桅杆仍处于继续下降动作时，打开溢流阀7.4，使辅助中缸4.1的无杆腔中的压力油、左边缸4.2的无杆腔中的压力油从溢流阀7.4流回油箱，保证旋挖钻机的桅杆能够继续执行下降动作。
本发明提供的能量回收与能量再生功能：在旋挖钻机的桅杆下降过程中，桅杆液压缸组4的无杆腔中的油液一部分储存在蓄能器6中实现能量回收功能，另一部分再生进入桅杆液压缸组4的有杆腔中，实现能量再生功能；通过先导逻辑控制部件3输出信号控制换向阀2.1阀芯的开口，使主泵1的输出流量达到最小，减少主泵1输出的同时实现能量的循环再生。
本发明提供的二次增压功能：在旋挖钻机的桅杆下降过程中，由于桅杆液压缸组4的左边缸4.2及辅助中缸4.1的无杆腔压力油再生进入有杆腔，使得无杆腔与有杆腔的压力基本相同，可减小无杆腔的有效作用面积，从而增加无杆腔的油压，实现第一级增压，再通过增压缸5实现第二级增压，达到二次增压的功能，使旋挖钻机的桅杆下降的势能转化为高压能储存在蓄能器6中。
本发明提供的无杆腔自动生成背压功能：在桅杆下降过程中，由于桅杆液压缸组4的左边缸4.2及辅助中缸4.1的无杆腔的压力油再生进入有杆腔，使无杆腔的压力增加，该压力起到背压作用，省去节流装置，使得旋挖钻机的桅杆下降时的重力势能以压力能的形式存储在蓄能器6中，避免其在节流口转化为热能，整个势能回收过程没有节流损耗，降低系统发热，延长系统的使用寿命。
参见图3，当旋挖钻机的桅杆举升时，先导逻辑控制部件3检测到举升信号Signal-u，则控制向第一可控液压锁阀7.1a的控制口k1、第三可控液压锁阀7.1c的控制口k3及换向阀2.1的控制口k5发送控制信号，使第一可控液压锁阀7.1a打开，第二可控液压锁阀7.1b锁住，第三可控液压锁阀7.1c打开，选择阀7.3下位工作，换向阀2.1的控制口k5得压力油，换向阀2.1左位工作，由于旋挖钻机的桅杆举升需要的油液压力较大，主泵1输出的压力油只供给桅杆液压缸组4的无杆腔，主泵1通过换向阀2.1向右边缸4.3的无杆腔提供压力油。第一可控液压锁阀7.1a的控制口k1得压力油，第一可控液压锁阀7.1a打开，蓄能器6中的压力油经过第一可控液压锁阀7.1a及第一单向阀7.2a进入左边缸4.2和辅助中缸4.1的无杆腔，协助主泵1一起提供举升压力油。限流单向阀2.2使桅杆液压缸组4的有杆腔中的压力油无法回油箱，第三可控液压锁阀7.1c的控制口k3得压力油，第三可控液压锁阀7.1c打开，桅杆液压缸组4的有杆腔中的压力油经第三可控液压锁阀7.1c及第一可控液压锁阀7.1a进入左边缸4.2和辅助中缸4.1的无杆腔，与蓄能器6一起提供举升压力油。
本发明提供的高效率能量回收再利用功能：在旋挖钻机的桅杆举升过程中，蓄能器6中的压力油和桅杆液压缸组4中有杆腔的压力油进入桅杆液压缸组4中的无杆腔，实现能量的循环利用，减少主泵1的供油量。同时蓄能器6输出的压力油是经过二次增压得到的，增大蓄能器6与辅助中缸4.1无杆腔及左边缸4.2中无杆腔流出的再生压力油的压差，大大提高蓄能器6释放压力的效率，提高蓄能器6的能量利用率。
本发明提供的桅杆液压缸组4多缸交互功能：旋挖钻机的桅杆下降过程中，主泵1输出的压力油进入桅杆液压缸组4中所有的有杆腔，其中，左边缸4.2和辅助中缸4.1的无杆腔压力油通过桅杆能量回收控制阀7进入蓄能器6；桅杆举升过程中，主泵1输出的压力油进入右边缸4.3的无杆腔，左边缸4.2和辅助中缸4.1的无杆腔压力油来自蓄能器6和辅助中缸4.1、左边缸4.2及右边缸4.3的有杆腔的油液再生。通过左边缸4.2及右边缸4.3与辅助中缸4.1交替作业，实现能量的交互回收与再利用，节省主泵1的油液输入量以及主泵1功率。

Claims (1)

1.一种旋挖钻机桅杆变幅机构能量再利用液压系统，其特征在于，包括主泵(1)、油箱、桅杆控制阀组(2)、先导逻辑控制部件(3)、桅杆液压缸组(4)、增压缸(5)、蓄能器(6)及桅杆能量回收控制阀(7)，油箱的出油口经主泵(1)与桅杆控制阀组(2)的入口相连通，桅杆控制阀组(2)的出口与桅杆液压缸组(4)相连接，桅杆能量回收控制阀(7)与桅杆液压缸组(4)、蓄能器(6)及增压缸(5)相连接，油箱的入油口与桅杆能量回收控制阀(7)的出口相连通，先导逻辑控制部件(3)的出口与桅杆控制阀组(2)的控制口及桅杆能量回收控制阀(7)的控制口相连通；
所述桅杆控制阀组(2)包括换向阀(2.1)，主泵(1)与换向阀(2.1)的入口相连通，换向阀(2.1)的两个出口与桅杆液压缸组(4)相连通，先导逻辑控制部件(3)的出口与换向阀(2.1)的两个控制口相连通；
所述桅杆液压缸组(4)包括左边缸(4.2)及右边缸(4.3)，换向阀(2.1)的一个出口与左边缸(4.2)的有杆腔、右边缸(4.3)的有杆腔及桅杆能量回收控制阀(7)相连通，左边缸(4.2)的无杆腔与桅杆能量回收控制阀(7)相连通；
所述桅杆控制阀组(2)还包括限流单向阀(2.2)，换向阀(2.1)的一个出口经限流单向阀(2.2)与左边缸(4.2)的有杆腔、右边缸(4.3)的有杆腔及桅杆能量回收控制阀(7)相连通；
所述桅杆能量回收控制阀(7)包括第一单向阀(7.2a)、第二单向阀(7.2b)、第一可控液压锁阀(7.1a)、第二可控液压锁阀(7.1b)、第三可控液压锁阀(7.1c)、选择阀(7.3)及溢流阀(7.4)；
所述换向阀(2.1)的一个出口与左边缸(4.2)的有杆腔、右边缸(4.3)的有杆腔及第三可控液压锁阀(7.1c)的入口相连通，换向阀(2.1)的另一个出口与右边缸(4.3)的无杆腔相连通，左边缸(4.2)的无杆腔与第二可控液压锁阀(7.1b)的入口及第一单向阀(7.2a)的出口相连通，第三可控液压锁阀(7.1c)的出口及第二可控液压锁阀(7.1b)的出口均与选择阀(7.3)的一个入口相连通，溢流阀(7.4)的出口与油箱的入口及选择阀(7.3)的另一个入口相连通，选择阀(7.3)的出口与溢流阀(7.4)的入口及增压缸(5)的大腔相连通，增压缸(5)的小腔与第二单向阀(7.2b)的入口相连通，第二单向阀(7.2b)的出口与蓄能器(6)及第一可控液压锁阀(7.1a)的入口相连通，第一可控液压锁阀(7.1a)的出口与第一单向阀(7.2a)的入口相连通，第一单向阀(7.2a)的出口与左边缸的无杆腔相连通，先导逻辑控制部件(3)的出口与第一可控液压锁阀(7.1a)的控制口、第二可控液压锁阀(7.1b)的控制口、第三可控液压锁阀(7.1c)的控制口及选择阀(7.3)的控制口相连通；
选择液压缸组还包括辅助中缸(4.1)，其中，辅助中缸(4.1)的无杆腔与左边缸(4.2)的无杆腔及第一单向阀(7.2a)的出口相连通，辅助中缸(4.1)的有杆腔与第三可控液压锁阀(7.1c)的入口、左边缸(4.2)的有杆腔及右边缸(4.3)的有杆腔相连通。
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