CN107814324A - 一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，包括阻尼塞，阻尼塞具有与系统油源连通的进油口和工作油口，工作油口内集成有四路油路，第一路与第一可调式节流阀相连，第二路与第一压力补偿先导阀相连，第三路与两位三通手动比例换向阀相连，第四路与测压口相连，第一压力补偿先导阀与梭阀连通，两位三通手动比例换向阀与第二压力补偿先导阀相连，第二压力补偿先导阀与梭阀连通，压力补偿阀与系统油源连通。本发明的优点是能够满足锚绞机正常作业，为锚绞机提供锚机工况和绞车工况两个不同速度，并对两个速度进行快速切换，有效地消除现有机械限位方式控制中因主控制阀阀芯开口度小而造成的节流发热现象。

Description

一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统的改进，具体的说是一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统。

背景技术

随着船舶行业的不断发展，市场对于液压锚绞机的控制要求越来越高。现有锚绞机液压控制系统需要控制锚机工况和绞车工况，即液压控制系统需要满足两个速度工况的要求。现有液压控制系统是通过对锚绞机主控制阀组的操作手柄进行机械限位实现的，该方法实际上是减小了主控制阀阀芯的开口度，造成主控制阀阀口节流增大，系统容易发热。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，利用双压力补偿切换原理不仅能够满足锚机和绞车两个速度工况的要求，还避免了主控制阀阀芯因开口度小而造成的节流发热现象，工作可靠，操作方便。

为了达到以上目的，本发明提供了一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，包括阻尼塞，阻尼塞具有与系统油源P连通的第一工作油口A和与控制回路相连的第二工作油口B，工作油口B内集成有四路油路，第一路与第一可调式节流阀的第一工作油口相连，第二路与第一压力补偿先导阀的进油口A相连，第三路与两位三通手动比例换向阀的进油口A相连，第四路与测压口X相连；第一压力补偿先导阀与梭阀连通，两位三通手动比例换向阀的出油口B与第二压力补偿先导阀的进油口A相连，第二压力补偿先导阀的出油口B与梭阀连通；梭阀具有第一进油口A和第二进油口B，第一进油口A连接在三位四通手动比例换向阀与平衡阀之间的管路上，第二进油口B连接在三位四通手动比例换向阀与马达油口之间管路上；三位四通手动比例换向阀具有与压力补偿阀的出油口B相连的进油口P，压力补偿阀的进油口A与系统油源P连通；平衡阀与马达油口A相连。

本发明的系统采用两个压力补偿先导阀，即第一压力补偿先导阀和第二压力补偿先导阀，两个压力补偿先导阀分别设定了不同的先导压力，对整个系统的流量进行控制，从而实现了锚铰机的锚机工况和绞车工况两个不同速度的要求，其中第一压力补偿先导阀控制实现锚机工况速度，第二压力补偿先导阀控制实现绞车工况速度，二者通过两位三通手动比例换向阀进行工况切换。另外，还可根据负载的需要通过三位四通手动比例换向阀改变液压马达的速度大小和转动方向，从而可及时调节锚机机的转速和起升、下放状态。

优选的，系统油源P还连接测压口MP。

优选的，测压口MP与压力补偿阀的进油口A相连，压力补偿阀的控制油口与第一可调式节流阀的第二工作油口相连。

优选的，三位四通手动比例换向阀的工作油口A与平衡阀的进油口A相连，三位四通手动比例换向阀的工作油口B与马达油口B相连，三位四通手动比例换向阀的回油口T分别与系统回油口T和测压口MT相连。

优选的，在三位四通手动比例换向阀的工作油口A与平衡阀的进油口A之间的管路上连接梭阀的第一进油口A，梭阀的第二进油口B连接在三位四通手动比例换向阀的工作油口B与马达油口B之间的管路上；梭阀的出油口C分为三路，第一路与第一压力补偿先导阀的出油口B相连，第二路与测压口XL相连，第三路与第二压力补偿先导阀的出油口B相连。

优选的，平衡阀的出油口B与马达油口A相连，平衡阀的控制油口与第二可调式节流阀的第一工作油口相连，第二可调式节流阀的第二工作油口连接在三位四通手动比例换向阀的工作油口B与马达油口B之间的管路上。

优选的，在平衡阀的出油口B与马达油口A之间的管路上连接溢流阀的进油口A，溢流阀的出油口B连接在三位四通手动比例换向阀的工作油口B与马达油口B之间的管路上。

上述结构中，平衡阀在锚绞机下放工况中，对控制系统的回油路建立一定的背压，能够有效地防止负载下放速度过大而“倒拖”液压马达的现象；溢流阀对液压马达起过载保护的作用，当液压马达的马达油口A压力达到其设定压力时，将会开启溢流泄压工作。

优选的，马达油口A与双单向阀组的第一出油口A相连，且双单向阀组的第一出油口A还与测压口MA连接，双单向阀组的第二出油口B分别连接马达油口B和测压口MB，双单向阀组的进油口C与三位四通手动比例换向阀的回油口T相连。

双单向阀组从控制系统的回油路引油，对液压马达起补油作用，防止液压马达因负载下放速度过大，自身出现吸空现象。

本发明的优点是系统连接紧凑，安装方便，不仅能够满足锚绞机正常作业，还可为锚绞机提供锚机工况和绞车工况两个不同速度，并对两个速度进行快速切换，有效地消除了现有机械限位方式控制中因主控制阀阀芯开口度小而造成的节流发热现象，使得整个液压控制系统操作更为方便，工作更为可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的液压控制原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例提供了一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其结构如图1所示，包括阻尼塞1、第一可调式节流阀2、压力补偿阀3、三位四通手动比例换向阀4、梭阀5、第二可调式节流阀6、溢流阀7、双单向阀组8、平衡阀9、第一压力补偿先导阀10、第二压力补偿先导阀11和两位三通手动比例换向阀12。该液压控制系统还包括与系统油源连接的系统进油口P，系统进油口P分为三路，第一路连接测压口MP，第二路与阻尼塞1的第一工作油口A连接，第三路连接压力补偿阀3的进油口A。阻尼塞1具有第一工作油口A和与控制回路相连的第二工作油口B，阻尼塞1的第二工作油口B分为四路，第一路与第一可调式节流阀2的第一工作油口相连，第二路与第一压力补偿先导阀10的进油口A相连，第三路与两位三通手动比例换向阀12的进油口A相连，第四路与测压口X相连，阻尼塞1用于限制经过第一压力补偿先导阀10或第二压力补偿先导阀11的流量，以避免系统主油路流量过大。压力补偿阀3具有进油口A、出油口B和控制油口，压力补偿阀3的进油口A分别连接系统进油口P和测压口MP，压力补偿阀3的出油口B与三位四通手动比例换向阀4的进油口P相连，压力补偿阀3的控制油口与第一可调式节流阀2的第二工作油口相连，第一可调式节流阀2是为了限制进入压力补偿阀3控制油口的流量，可手动调节第一可调式节流阀2的通过流量大小，使压力补偿阀3开启平稳，防止出现抖动现象。三位四通手动比例换向阀4具有进油口P、回油口T、工作油口A和工作油口B，三位四通手动比例换向阀4的工作油口A与平衡阀9的进油口A相连，三位四通手动比例换向阀4的工作油口B与液压马达的马达油口B相连，三位四通手动比例换向阀4的回油口T分别与系统回油口T和测压口MT相连。梭阀5具有第一进油口A、第二进油口B和出油口C，梭阀5的第一进油口A连接在三位四通手动比例换向阀4的工作油口A与平衡阀9的进油口A之间的管路上，梭阀5的第二进油口B连接在三位四通手动比例换向阀4的工作油口B与马达油口B之间的管路上，而梭阀5的出油口C分为三路，第一路与第一压力补偿先导阀10的出油口B相连，第二路与测压口XL相连，第三路与第二压力补偿先导阀11的出油口B相连。梭阀5主要作用是引出三位四通手动比例换向阀4的阀后液压油，将三位四通手动比例换向阀4的阀后液压油与阀前液压油进行比较，形成一个压差ΔP，压差ΔP须符合公式（1），

（1）

其中，C_d为流量系数，A为阀口过流面积，ρ为液压油密度，Q为通过三位四通手动比例换向阀4的液压油流量。由（1）式可知，只要压差ΔP恒定，在三位四通手动比例换向阀4开口一定时，经过三位四通手动比例换向阀4的流量Q才能够保持恒定。

另外，第二压力补偿先导阀11具有进油口A和出油口B，第二压力补偿先导阀11的进油口A与两位三通手动比例换向阀12的出油口B相连。平衡阀9具有进油口A、出油口B和控制油口，平衡阀9的出油口B与液压马达的马达油口A相连，平衡阀9的控制油口与第二可调式节流阀6的第一工作油口相连，第二可调式节流阀6的第二工作油口连接在三位四通手动比例换向阀4的工作油口B与马达油口B之间的管路上。溢流阀7具有进油口A和出油口B，溢流阀7的进油口A连接在平衡阀9的出油口B与马达油口A之间的管路上，溢流阀7的出油口B连接在三位四通手动比例换向阀4的工作油口B与马达油口B之间的管路上。双单向阀组8具有第一出油口A、第二出油口B和进油口C，双单向阀组8的第一出油口A分别连接马达油口A和测压口MA，双单向阀组8的第二出油口B分别连接马达油口B和测压口MB，双单向阀组8的进油口C与三位四通手动比例换向阀4的回油口T相连。

当锚绞机进行起升工况时，手动操作三位四通手动比例换向阀4换向至左位，使高压油从系统进油口P进入，通过压力补偿阀3，三位四通手动比例换向阀4的左位以及平衡阀9的单向阀，进入到液压马达的马达油口A，使液压马达正转，进行起升工况，液压马达正转过程中高压油经马达油口B回油；回油从马达油口B出来后进入三位四通手动比例换向阀4的工作油口B，再经过三位四通手动比例换向阀4的回油口T进入系统回油口T，完成系统回油。当锚绞机进行下放工况时，手动操作三位四通手动比例换向阀4换向至右位，高压油从系统进油口P进入，通过压力补偿阀3以及三位四通手动比例换向阀4的右位，进入到液压马达的马达油口B，使液压马达反转，进行下放工况，液压马达反转过程中高压油经马达油口A回油；高压油从三位四通手动比例换向阀4的右位工作油口B出来后一股进入马达油口B，另一股进入第二可调式节流阀6，通过第二可调式节流阀6打开平衡阀9，这样回油从马达油口A出来后经平衡阀9进入三位四通手动比例换向阀4的工作油口A，再经过三位四通手动比例换向阀4的回油口T进入系统回油口T，完成系统回油。

在锚绞机起升工况中，溢流阀7对液压马达起过载保护作用，具体来讲就是测压口MA与马达油口A相连，以监测马达油口A的压力，当马达油口A中的压力达到溢流阀7的设定压力时 (一般设定压力22MPa)，启动溢流阀7，平衡阀9与马达油口A之间管路中的多余高压油经溢流阀7的进油口A进入阀体，再经其出油口B流出后进入三位四通手动比例换向阀4与马达油口B之间的管路中，进行溢流泄压工作。

在锚绞机下放工况中，液压马达从马达油口B进油，马达油口A回油，马达油口B前面管路中的高压油会通过第二可调式节流阀6打开平衡阀9，使平衡阀9在回油路工作，此时平衡阀9对液压控制系统的回油路建立一定的背压，以控制锚绞机负载下放速度，防止负载下放速度过大而“倒拖”液压马达；第二可调式节流阀6可手动调节其通过流量的大小，从而使平衡阀9开启平稳，不会产生抖动。其中，平衡阀9是通过调节其内部弹簧预紧力来设定系统回油背压的， 背压值根据锚绞机额定负载大小来进行设定，需保证三位四通手动比例换向阀4处于中位时，锚绞机在额定负载下能够中位自锁，负载不自动下滑；锚绞机的下放速度也必须保证保证三位四通手动比例换向阀4处于中位时，负载不自动下滑。

在锚铰机起升或下放工况的系统回油过程中，由于双单向阀组8的进油口C与三位四通手动比例换向阀4的回油口T相连，启动双单向阀组8可从系统回油路中引油，再经双单向阀组8的第一出油口A进入马达油口A或第二出油口B进入马达油口B，对液压马达起补油作用，以控制锚绞机负载下放速度，防止液压马达因负载下放速度过大，自身出现吸空现象。具体来讲，三位四通手动比例换向阀4的回油口T后面连接至液压油箱部分设有背压阀，回油路就有一定的压力，若液压马达自身出现吸空现象，会产生负压，回油路中的压力油会及时补充进液压马达。

本实施例的液压控制系统中，设定压力补偿阀3的补偿压力为ΔP，通过三位四通手动比例换向阀4之后的流量为Q，一般来讲补偿压力ΔP与流量Q的平方成正比关系，即ΔP越大，通过三位四通手动比例换向阀4之后的高压油的流量Q越大，而压力补偿阀3的补偿压力ΔP是由第一压力补偿先导阀10以及第二压力补偿先导阀11的调定压力决定的。第一压力补偿先导阀10设定锚机工况补偿压力ΔP₁，第二压力补偿先导阀11设定绞车工况补偿压力ΔP₂，由于锚机需要的流量要大于绞车所需的流量，故ΔP₁的设定值必须大于ΔP₂的设定值。当进行锚机工况时，压力补偿阀3的补偿压力由第一压力补偿先导阀10决定，此时补偿压力设定为ΔP₁，根据负载需要预先设定锚机工况的补偿压力ΔP₁，然后根据补偿压力ΔP₁控制通过三位四通手动比例换向阀4之后的高压油流量Q₁，进而控制液压马达的转速，最终确定输出针对锚机工况的速度。补偿压力ΔP₁与高压油流量Q₁之间的关系如（2）式所示，

（2）

其中， Q₁为锚机工况下通过三位四通手动比例换向阀4之后的流量值，C_d为流量系数，A为阀口过流面积，ΔP₁为补偿压力，ρ为液压油密度；高压油流量Q₁与锚机工况速度V₁之间的关系如（3）式所示，

（3）

其中，V₁为锚机工况下绞车速度，l为绞车卷筒工作周长，q为液压马达排量，i为减速机传动比。

当进行绞车工况时，启动两位三通手动比例换向阀12，即手动调节两位三通手动比例换向阀12换向至左位，由于ΔP₁的设定值永远大于ΔP₂，高压油不流经过第一压力补偿先导阀10而是流经第二压力补偿先导阀11，这样压力补偿阀3的补偿压力由第二压力补偿先导阀11决定，此时补偿压力为ΔP₂，根据负载需要预先设定绞车工况的补偿压力ΔP₂，然后根据补偿压力ΔP₂控制通过三位四通手动比例换向阀4之后的高压油流量Q₂，进而控制液压马达的转速，最终确定输出针对绞车工况的速度，实现锚机工况与绞车工况的速度转换，有效地消除了现有机械限位方式控制中的因主控制阀阀芯开口度小而造成的节流发热现象。补偿压力ΔP₂与高压油流量Q₂之间的关系如（4）式所示，

（4）

其中Q₂为绞车工况下通过三位四通手动比例换向阀4之后的流量值，C_d为流量系数，A为阀口过流面积，ΔP₂为补偿压力，ρ为液压油密度；高压油流量Q₂与绞车工况速度V₂之间的关系如（5）式所示，

（5）

其中，V₂为绞车工况下绞车速度，l为绞车卷筒工作周长，q为液压马达排量，i为减速机传动比。

另外，在压力补偿调节工况速度过程中，高压油可以从三位四通手动比例换向阀4的工作油口A或B出来后经梭阀5的进油口A或B进入梭阀5，再从梭阀5的出油口C出来分别进入第一压力补偿先导阀10的出油口B或第二压力补偿先导阀11的出油口B，从第二压力补偿先导阀11的进油口A出来的液压油进入两位三通手动比例换向阀12，然后从第一压力补偿先导阀10的进油口A或两位三通手动比例换向阀12出来的液压油进入第一可调式节流阀2，最后进入压力补偿阀3。同时，高压油还可以直接从系统进油口P进入阻尼塞1的工作油口A，再从阻尼塞1的工作油口B分别进入第一压力补偿先导阀10的进油口A、两位三通手动比例换向阀12的进油口A和第一可调式节流阀2的工作油口，高压油从第一可调式节流阀2出来后进入压力补偿阀3，并且高压油经两位三通手动比例换向阀12进入第二压力补偿先导阀11后，再分别从第一压力补偿先导阀10的出油口B、第二压力补偿先导阀11的出油口B出来进入梭阀5，最终经梭阀5进入液压马达。这样，三位四通手动比例换向阀4阀前、阀后的液压油通过压力补偿阀3和压力补偿阀弹簧达到平衡，形成一个压差ΔP，根据公式（1）可知，只要压差ΔP恒定，在三位四通手动比例换向阀4开口一定时，其经过的流量能够保持恒定。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其特征在于：包括阻尼塞（1），所述阻尼塞（1）具有与系统油源（P）连通的第一工作油口（A）和与控制回路相连的第二工作油口（B），所述工作油口（B）内集成有四路油路，第一路与第一可调式节流阀（2）的第一工作油口相连，第二路与第一压力补偿先导阀（10）的进油口（A）相连，第三路与两位三通手动比例换向阀（12）的进油口（A）相连，第四路与测压口（X）相连；所述第一压力补偿先导阀（10）与梭阀（5）连通，所述两位三通手动比例换向阀（12）的出油口（B）与第二压力补偿先导阀（11）的进油口（A）相连，所述第二压力补偿先导阀（11）的出油口（B）与梭阀（5）连通；所述梭阀（5）具有第一进油口（A）和第二进油口（B），所述第一进油口（A）连接在三位四通手动比例换向阀（4）与平衡阀（9）之间的管路上，所述第二进油口（B）连接在三位四通手动比例换向阀（4）与马达油口（B）之间管路上；所述三位四通手动比例换向阀（4）具有与压力补偿阀（3）的出油口（B）相连的进油口（P），所述压力补偿阀（3）的进油口（A）与系统油源（P）连通；所述平衡阀（9）与马达油口（A）相连。

2.根据权利要求1所述一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其特征在于：所述系统油源（P）还连接测压口（MP）。

3.根据权利要求2所述一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其特征在于：所述测压口（MP）与压力补偿阀（3）的进油口（A）相连，所述压力补偿阀（3）的控制油口与第一可调式节流阀（2）的第二工作油口相连。

4.根据权利要求3所述一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其特征在于：所述三位四通手动比例换向阀（4）的工作油口（A）与平衡阀（9）的进油口（A）相连，所述三位四通手动比例换向阀（4）的工作油口（B）与马达油口（B）相连，所述三位四通手动比例换向阀（4）的回油口（T）分别与系统回油口（T）和测压口（MT）相连。

5.根据权利要求4所述一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其特征在于：在所述三位四通手动比例换向阀（4）的工作油口（A）与平衡阀（9）的进油口（A）之间的管路上连接梭阀（5）的第一进油口（A），所述梭阀（5）的第二进油口（B）连接在三位四通手动比例换向阀（4）的工作油口（B）与马达油口（B）之间的管路上；所述梭阀（5）的出油口（C）分为三路，第一路与第一压力补偿先导阀（10）的出油口（B）相连，第二路与测压口（XL）相连，第三路与第二压力补偿先导阀（11）的出油口（B）相连。

6.根据权利要求5所述一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其特征在于：所述平衡阀（9）的出油口（B）与马达油口（A）相连，所述平衡阀（9）的控制油口与第二可调式节流阀（6）的第一工作油口相连，所述第二可调式节流阀（6）的第二工作油口连接在三位四通手动比例换向阀（4）的工作油口（B）与马达油口（B）之间的管路上。

7.根据权利要求6所述一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其特征在于：在所述平衡阀（9）的出油口（B）与马达油口（A）之间的管路上连接溢流阀（7）的进油口（A），所述溢流阀（7）的出油口（B）连接在三位四通手动比例换向阀（4）的工作油口（B）与马达油口（B）之间的管路上。

8.根据权利要求7所述一种带双压力补偿的锚绞机液压控制系统，其特征在于：所述马达油口（A）与双单向阀组（8）的第一出油口（A）相连，且所述双单向阀组（8）的第一出油口（A）还与测压口（MA）连接，所述双单向阀组（8）的第二出油口（B）分别连接马达油口（B）和测压口（MB），所述双单向阀组（8）的进油口（C）与三位四通手动比例换向阀（4）的回油口（T）相连。