CN105625277A - 一种液压驱动卷扬式启闭机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压驱动卷扬式启闭机，包括机架、卷筒、转向滑轮组、平衡滑轮组、钢丝绳、索具套环，液压系统、电气控制系统等；液压系统使用一带液压制动器的液压马达，液压马达、卷筒、安全制动器均安装在机架上；卷筒的一端安装有与之动力连接液压马达，另一端安装有与之动力连接的安全制动器。钢丝绳的一端通过一索具套环固联在机架上，另一端依次绕越转向滑轮组、平衡滑轮组、缠绕着卷筒、最后通过一索具套环固联在卷筒上。停止或失电时，卷筒的两端得于同时制动，不会受载荷惯性力矩的扭曲，使得制动更具平稳、有效；溢流阀设定系统压力，不会出现超负荷的驱动力，确保不会出现钢丝绳断裂、闸门卡死现象；结构紧凑，简化了土建工程。

Description

一种液压驱动卷扬式启闭机

技术领域

本发明涉及水利水电行业启闭机技术领域，特别是液压驱动卷扬式启闭机。

背景技术

目前，在水利水电行业，卷扬式启闭机得到了广泛的应用，这种卷扬式启闭机由电动机直接驱动减速器、开式齿轮副、卷筒、钢丝绳来提升或关闭水利水电工程中的闸门；这种纯机械传动方式的卷扬式启闭机，是50年代从原苏联引进的技术，国内设计制造沿用至今。

当然，几十年来卷扬式启闭机技术也在不断的完善、进步和发展。现在的卷扬式启闭机从材料应用、机构完善、安全性保障和自动化控制手段等方面都已取得很大的进步。即便如此，现役的卷扬式启闭机也还存在某些技术上的不足，有待优化和改进。其主要在下述几方面较为突出：

卷扬式启闭机的传动基础是齿轮传动，减速器内的闭式齿轮传动和与卷筒连接的开式齿轮传动副，构成了其整个机械传动的刚性传动链。传统的卷扬式启闭机是在电动机和减速器高速级间设置瓦块式制动器来保障这一起重设备的制动安全。但整个齿轮传动链均处于制动器保护之外，一旦哪一级齿轮出现疲劳断裂，闸门将无控制地往下掉，产生严重的后果。

传统卷扬式启闭机在起升、下降过程中的极限行程控制，只是依靠机械式行程开关或主令控制器(后来又冗余增设数字行程传感器)来保障，传动系统自身没有超极限行程安全保护功能。当出现行程开关(或传感器)故障，电动机不能自动停车，卷筒超极限行程运转，易造成钢丝绳反向绞缠或闸门到上极限卡死，钢丝绳损坏或断裂，重大安全事故就会发生。特别是当启闭机采用远程或自动化控制时最令人担忧。

近些年，也有些工程在卷筒端加设末端制动器以保障安全；但由于末端制动器的配套选用受参数和结构的限制，往往造成启闭机外形尺寸显著增大，使土建工程布置增加麻烦，工程量显著增大，设备和基建投资规模明显增加。

总之，现有卷扬式启闭机存在着：刚性的齿轮传动链受损后，闸门不能够得到制动器的保护；卷筒易超极限行程运转，造成钢丝绳反向绞缠或闸门到上极限卡死，钢丝绳损坏或断裂；以及外形结构庞大，土建工程量大之问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种液压驱动卷扬式启闭机，以解决现有卷扬式启闭机存在着：刚性的齿轮传动链受损后，闸门不能够得到制动器的保护；卷筒易超极限行程运转，造成钢丝绳反向绞缠或闸门到上极限卡死，钢丝绳损坏或断裂；以及外形结构庞大，土建工程量大之问题。

本发明的技术方案是：一种液压驱动卷扬式启闭机，包括机架、卷筒、转向滑轮组、平衡滑轮组、钢丝绳、索具套环，液压系统、电气控制系统；所述卷筒安装在机架上；所述钢丝绳的一端通过一索具套环固联在机架上，另一端依次绕越转向滑轮组、平衡滑轮组、缠绕着卷筒、最后通过一索具套环固联在卷筒上；其中，所述液压系统包括电动机、油泵、液压阀组、液压马达，以及滤油器、空气滤清器、油箱、压力表、液位计等；所述电气控制系统控制所述液压系统；所述液压马达安装于所述机架上，并与所述卷筒的一端动力连接。

所述液压马达包括一个液压制动器。

所述液压阀组包括一个单向节流阀、一个平衡阀、一个梭阀、一个电磁换向阀、一个单向阀、一个溢流阀及一个压力表。

所述单向节流阀的通油口B与所述液压马达的液压制动器通油口油路连接，该单向节流阀的通油口A与所述梭阀的出油口油路连接。所述平衡阀的通油口A与所述液压马达通油口A油路连接，该平衡阀通油口B与所述梭阀的进油口P1、以及所述电磁换向阀的通油口B油路连接，该平衡阀控制油口与所述液压马达的通油口B、所述梭阀的进油口P2、以及所述电磁换向阀的通油口A油路连接；所述单向阀的进油口与所述油泵的出油口、所述压力表通油口、以及所述溢流阀的通油口P油路连接，该单向阀的出油口与所述电磁换向阀的通油口P油路连接。所述电磁换向阀的通油口T与所述油箱回油口油路连接。所述溢流阀的通油口T与所述油箱回油口油路连接。

还包括一个安全制动器，安装于所述机架上；该安全制动器为载荷自制锲式点盘制动器，其有一个制动盘，该制动盘与所述卷筒的另一端动力连接。

由于本发明所述的一种液压驱动卷扬式启闭机，除卷扬机构(卷筒、转向滑轮组、平衡滑轮组、钢丝绳等)属机械传动外，驱动系统完全采用液压传动。液压传动属于柔性传动，启闭机在运行过程中不存在刚性的齿轮传动链受损后，闸门不能够得到制动器的保护问题；又由于有溢流阀预先设定系统压力，当出现行程开关(或传感器)故障，电动机不能自动停车，卷筒超极限行程运转时，造成钢丝绳反向绞缠或闸门到上极限卡住时，阻力会迅速增大，也就是需要更大的驱动力矩来驱动卷筒，而液压马达由于系统的压力限定，无法提供更大的驱动力矩，从而保护钢丝绳不会损坏或断裂；闸门也就不会被卡死。

还由于液压控制系统选择的平衡阀及其控制油路与电磁换向阀及其中位的Y型机能有机结合，选择了具有液压制动器的液压马达，即使液压动力系统出现故障或管道破裂，液压马达也能自我制动；万一液压马达自我保护失效，在卷筒的另一端也设置了与之配套研制的安全制动器；当停止或失电时，由于卷筒的一端与液压马达动力连接，另一端与安全制动器的制动盘动力连接，这样卷筒的两端均同时得于有效制动，卷筒不会受到载荷的惯性力矩的扭曲，从而使得制动更具平稳、有效。

此外，由于液压系统中，液压马达、阀组、油箱，电动机等电气控制元件均可以远距离分开设置，操控更为灵活、方便；没有了齿轮减速箱，减少了不必要的重量，且庞大结构没了，使其结构更为紧凑，同时也简化了相应的土建工程，减少了土建工程量。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明的液压系统图；

图5是本发明的安全制动器与卷筒、油马达、同步齿轮以及行程开关c和行程开关d设置示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图1到5对本发明优选实施例作进一步说明：

图中，1是钢丝绳，2是油箱，3是滤油器，4是油泵，5是安全制动器，6是电动机，7是液压阀组，8是液压马达，9是泄漏油管，10是输油管a，11是输油管b，12是机架，13是油液，14是平衡滑轮组，15是转向滑轮组，16是传感器，17是齿形同步带，18是卷筒，19是同步轮，20是支座，21是索具套环，22是油箱面板，23是油箱侧板，51是安全制动器5的制动盘，52是安全制动器5的电磁铁e，71是压力表，72是电磁换向阀，73是梭阀，74是单向节流阀，75是平衡阀，76是单向阀，77是溢流阀，78是液位计，79是空气滤清器，81是液压马达8的液压制动器，151是行程开关c，152是行程开关d。

图1、2、3表明，本优选实施列所述的一种液压驱动卷扬式启闭机，卷筒18通过支座20设置在机架12上。转向滑轮组15位于卷筒18一端侧旁，设置在机架12上。平衡滑轮组14位于闸门的上方、机架12的下方。钢丝绳1的一端通过一索具套环21固联在机架12上，另一端依次绕越转向滑轮组15、平衡滑轮组14，然后缠绕着卷筒18，最后通过一索具套环21固联在卷筒18上。液压系统包括电动机6、油泵4、液压阀组7、液压马达8，以及油箱2、滤油器3、压力表71、液位计78、空气滤清器79；其中，液压阀组7为集成油路块类型，安装在油箱2的面板22上面位于其中部。压力表71安装在液压阀组7之上面。油箱2安装在机架12上，电动机6安装在油箱2的面板22的上面，位于其左边；油泵4安装在油箱2面板22的下面，在油箱2之内，位于电动机6的正下方并与电动机6动力连接；滤油器3在油箱2之内，浸没在油液里，其出油口与油泵4的入油口连通。液位计78安装在油箱2的侧板23上；空气滤清器79安装在油箱2的面板22上面，位于其右边。

液压马达8包括一个液压制动器81；液压马达8安装在机架12上，位于卷筒18的一端并与其动力连接；安全制动器5，安装于机架12上，该安全制动器5为载荷自制锲式点盘制动器，其有一个制动盘51，制动盘51位于卷筒18的另一端并与其动力连接。

电气控制系统(现有技术，图中未示出)控制所述液压系统。

图4中，表明了本发明的液压系统的工作原理。液压阀组7包括一个电磁换向阀72、一个梭阀73、一个单向节流阀74、一个平衡阀75、一个单向阀76、一个溢流阀77。其中，单向节流阀74的通油口B与液压马达8的液压制动器81通油口油路连接，该单向节流阀74的通油口A与梭阀73的出油口A油路连接。平衡阀75的通油口A与液压马达8通油口A油路连接；平衡阀75通油口B与梭阀73的进油口P1、以及电磁换向阀72的通油口B油路连接；平衡阀75控制油口K与液压马达8的通油口B、梭阀73的进油口P2、以及电磁换向阀72的通油口A油路连接。单向阀76的进油口与油泵4的出油口、压力表71通油口、以及溢流阀77的通油口P油路连接，单向阀76的出油口与电磁换向阀72的通油口P油路连接。电磁换向阀72的通油口T与油箱2的回油口油路连接。溢流阀77的通油口T与油箱2的回油口油路连接。

图5表明了本发明的安全制动器5与卷筒18、油马达8、同步齿轮19以及行程开关c151和行程开关d152设置示意图。

结合图1、3、5，两个同步轮19，一个与卷筒18动力连接，另一个与传感器16动力连接；同步带17与两个同步轮19相啮合，形成同步传动组合；行程开关c151、行程开关d152，分别设置在传感器16上的两个不同位置，由其上设置的同步轮19控制，将其转变成电气控制信号，分别控制闸门上升或下降的两个极限位置。

根据液压系统图和闸门的实际要求，拟定其相关元器件的得电动作程序如下表：

动作名

电机

v

m

n

c

d

e

备注

油泵启动

+

+

-

-

-

-

-

v延时断开

压力调整

+

-

-

-

-

-

-

开启闸门

+

-

+

-

+

-

+

c控制上限停机

关闭闸门

+

-

-

+

-

+

+

d控制下限停机

注：上表中+——表示得电，-——表示不得电；V——溢流阀77的电磁铁，m——电磁换向阀72的电磁铁，n——电磁换向阀72的电磁铁，c——行程开关c151的电磁铁，d——行程开关d152的电磁铁。

现在将上表所述动作程序分述如下：

油泵4启动：按动启动按钮，电动机6得电开始运转并驱动油泵4旋转，储存在油箱2里的油液经过滤油器3，被吸入油泵4，经油泵4的出口输出来的油液具有一定的压力；v同时得电、然后又延时断开失电，使得溢流阀77开始处于低压状态下，以减少油泵4启动时负荷。

压力调整：电动机6得电保持运行，在油泵4输出油来之后，缓慢旋动溢流阀77的调节手柄，观看压力表71的指针所指示的压力值，缓慢的、逐步的调节到设定的压力值运行。

日常工作时，首先要在启动油泵4后，运行数分钟，待压力表71显示压力稳定之后再进行下一步的动作。

开启闸门：行程开关c151得电闭合，让电动机6得电保持运行，电磁铁e52得电，其安全制动器松开其制动，让卷筒能灵活转动。液压系统在正常输出压力油的状态下，电磁换向阀72的电磁铁m得电，油泵4所输出的压力油流经单向阀76、电磁换向阀72的通油口P到通油口B；一路压力油流经平衡阀75的通油口B经其单向通道到通油口A、进入液压马达8的通油口A，驱动液压马达8逆时针旋转；在此同时，另一路压力油流经梭阀73的通油口P1到出油口A、单向节流阀74的通油口A、经节流通道到通油口B，进入液压马达8的液压制动器81，从而松开其制动，使得液压马达8转动无阻碍。回油从液压马达8的通油口B流经电磁换向阀72的通油口A到通油口T、回到油箱2。卷筒18跟随着液压马达8逆时针旋转，缠绕在卷筒18上的钢丝绳1逐步卷绕，闸门逐步上升；当闸门上升到所设定的上限位置时，行程开关c151断开，使得电动机6失电，停机。

关闭闸门：行程开关d152得电闭合，让电动机6得电保持运行，电磁铁e52得电，其安全制动器松开其制动，让卷筒能灵活转动。液压系统在正常输出压力油的状态下，电磁换向阀72的电磁铁n得电，油泵所输出的压力油流经单向阀76、电磁换向阀的通油口P到通油口A；一路压力油直接流入液压马达8通油口B，驱动液压马达8顺时针旋转；在此同时，另一路压力油流经梭阀72的通油口P2到出油口A、单向节流阀74的通油口A、经其节流通道到通油口B、进入液压马达8的液压制动器81，从而松开制动，使得液压马达8转动无阻碍；还有另外的一路压力油通入平衡阀75的控制油口K，推动平衡阀75减压阀芯，连通其通油口A和通油口B，使得液压马达8具有回油通道；回油从液压马达8的通油口A流经平衡阀75的通油口A经其减压通道到通油口B，然后从电磁换向阀72的通油口B到通油口T、回到油箱。卷筒18跟随着液压马达8顺时针旋转，缠绕在卷筒18上的钢丝绳1逐步剥离，闸门逐步下降，当闸门下降到所设定的下限位置时，行程开关d152断开，使得电动机6失电，停机。

中途停止与失电保护：闸门在提升或下降过程中的任何位置停止，或者是在提升或下降过程中忽然之间的失电，两者是等同的，且都设计有自动保护。当忽然失电时，电动机6就停止运转，油泵4停止供压力油，电磁换向阀72回复到中位这时电磁换向阀72的通油口A、B、T是连通在一起并且与油箱2的回油管路直接连通(如图示)；液压马达8的通油口B、平衡阀75的控制油口K、梭阀73的通油口P2、P1均与油箱2的回油管路接通。这时，液压马达8的液压制动器81在其弹簧力的作用下，推动其油缸回油，其回油流经单向节流阀74的通油口B、经其单向通道到通油口A，再流经梭阀73的通油口A到通油口P2或P1、电磁换向阀72的通油口A或B、通油口T回到油箱2；继而液压马达8的制动器81推出其抱闸将液压马达8的转轴抱住，实现制动。另一方面，平衡阀75的控制油口K与油箱2回油接通，其压力为零，在其自身弹簧力的作用下，其减压阀芯切断了平衡阀75的通油口A、通油口B的连接通道，液压马达8无法在重力作用下转动；此外，电磁铁e52失电，在失电的情况下，其安全制动器在其自身弹簧力的作用下，通过其内部机构将其制动盘51实现制动，从而使得卷筒18的另一端获得制动。由于卷筒18的一端与液压马达8动力连接，另一端与安全制动器5的制动盘51动力连接，这样卷筒8的两端均同时得于有效制动，卷筒18不会受到载荷的惯性力矩的扭曲，从而使得制动更具平稳、有效。

电气控制系统是现有技术，不是本申请专利范畴。

本发明的一种液压驱动卷扬式启闭机是机电一体化技术，可以很好的、有效的应用PLC编程控制，与机组实现联控自动化。至于如何将PLC编程控制应用到本发明实施例，以及与机组实现联控自动化，这是目前电气控制方面的现有技术，在此不再赘述。

应该说明的是：本实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照本优选实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，诸如除适应闸门外，也适用其他功能类似的起重升降系统。均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种液压驱动卷扬式启闭机，包括机架、卷筒、转向滑轮组、平衡滑轮组、钢丝绳、索具套环，液压系统、电气控制系统；所述卷筒安装在机架上；所述钢丝绳的一端通过一索具套环固联在机架上，另一端依次绕越转向滑轮组、平衡滑轮组、缠绕着卷筒、最后通过一索具套环固联在卷筒上；其特征在于所述液压系统包括电动机、油泵、液压阀组、液压马达，以及滤油器、空气滤清器、油箱、压力表、液位计等；所述电气控制系统控制所述液压系统；所述液压马达安装于所述机架上，并与所述卷筒的一端动力连接。

2.根据权利要求1所述的一种液压驱动卷扬式启闭机，其特征在于，所述液压马达包括一个液压制动器。

3.根据权利要求1所述的一种液压驱动卷扬式启闭机，其特征在于，所述液压阀组包括一个单向节流阀、一个平衡阀、一个梭阀、一个电磁换向阀、一个单向阀、一个溢流阀及一个压力表。

4.根据权利要求3所述的一种液压驱动卷扬式启闭机，其特征在于：

所述单向节流阀的通油口B与所述液压马达的液压制动器通油口油路连接，该单向节流阀的通油口A与所述梭阀的出油口油路连接；

所述平衡阀的通油口A与所述液压马达通油口A油路连接，该平衡阀通油口B与所述梭阀的进油口P1、以及所述电磁换向阀的通油口B油路连接，该平衡阀控制油口与所述液压马达的通油口B、所述梭阀的进油口P2、以及所述电磁换向阀的通油口A油路连接；

所述单向阀的进油口与所述油泵的出油口、所述压力表通油口、以及所述溢流阀的通油口P油路连接，该单向阀的出油口与所述电磁换向阀的通油口P油路连接；

所述电磁换向阀的通油口T与所述油箱回油口油路连接；

所述溢流阀的通油口T与所述油箱回油口油路连接。

5.根据权利要求1所述的一种液压驱动卷扬式启闭机，其特征在于，还包括一个安全制动器，安装于所述机架上；该安全制动器为载荷自制锲式点盘制动器，其有一个制动盘，该制动盘与所述卷筒的另一端动力连接。