CN108163688B - 一种立体车库负载平衡系统及负载平衡方法 - Google Patents

一种立体车库负载平衡系统及负载平衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种立体车库负载平衡系统及负载平衡方法，包括车库和载车平台，载车平台连接平衡重块，平衡重块连接有液压系统；换向阀设有油路切换位置，设有四个油口；举升油缸与换向阀其中两个油口管路连接，换向阀第三个油口通过调速阀A与油箱管路连接，换向阀第四个油口通过开关阀A与压力源和蓄能器管路连接，换向阀第四个油口同时还通过调速阀B、开关阀B与油箱管路连接；开关阀A、开关阀B上设有控制油路开与关的工作位置；控制器用于控制换向阀油路切换，同时控制开关阀A、开关阀B开启或关闭。本发明的目的是，提供一种立体车库负载平衡系统及负载平衡方法，实现液压系统上的压力平衡；减小液压系统负载的压力差；减少能量损耗。

Description

一种立体车库负载平衡系统及负载平衡方法
技术领域
本发明属于举升设备领域，具体为一种立体车库负载平衡系统及负载平衡方法。
背景技术
立体停车库，是用来最大量存取储放车辆的机械或机械设备系统，充分利用空间资源，把车辆进行立体停放，节约土地。立体停车库通常选用液压传动作为动力源，其中，蓄能器是液压系统中的一种能量储蓄装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。然而，蓄能器供能时作恒压源使用，要求负载压力与供能压力尽可能接近。蓄能器和压力源供能压力必须满足最大负载要求，而若实际负载小，则会在节流单元两端产生较大的压差，造成节流损失过大。在双层立体停车库等举升设备中，最大负载为两台车的重量，最小负载为一台车的重量，负载相差为一台车的重量，液压系统中的压差就为一台车重量，油路中的压力波动较大，造成载车平台负载切换时速度不稳，同时节流调速单元造成较大的压力损失，因此有必要引入负载平衡系统，以减小蓄能器和压力源供能压力并减少能量损耗。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种立体车库负载平衡系统及负载平衡方法，实现载车平台上负载变化时，液压系统上的液压力平衡；减小蓄能器和压力源供能时，液压系统上最大负载与最小负载的压力差；减少能量损耗。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种立体车库负载平衡系统，包括车库和设置于车库内可升降的载车平台，所述载车平台上连接有与载车平台升降方向相反的平衡重块，所述平衡重块连接有液压系统，所述液压系统包括与平衡重块连接的举升油缸、换向阀、调速阀A、油箱、开关阀A、压力源、调速阀B、开关阀B、蓄能器和控制器；所述换向阀上设有具有控制举升油缸油路切换的工作位置，相应设有四个油口；所述举升油缸与换向阀其中两个油口管路连接，所述换向阀上第三个油口通过调速阀A与油箱管路连接，所述换向阀上第四个油口通过开关阀A与压力源和蓄能器管路连接，所述换向阀上第四个油口同时还通过调速阀B、开关阀B与油箱管路连接；所述开关阀A、开关阀B上设有控制油路开与关的工作位置；所述控制器用于控制换向阀的油路切换，同时控制开关阀A、开关阀B的开启或关闭。
进一步的，所述换向阀为常闭的三位四通电磁换向阀，其四个油口为换向阀油口A、换向阀油口B、换向阀油口、换向阀油口D；所述换向阀油口A与举升油缸的有杆腔管路连接，所述换向阀油口B与举升油缸的无杆腔管路连接，所述换向阀油口C分别与开关阀A、调速阀B管路连接。
进一步的，所述开关阀A、开关阀B为常闭的两位两通电磁换向阀，所述换向阀油口C通过开关阀A上的常闭油路连接压力源和蓄能器；所述换向阀油口D通过开关阀B上的常闭油路连接油箱。
进一步的，所述载车平台上端设有与平衡重块连接的牵引绳，所述车库内上部设有与牵引绳配合的导向轮。
进一步的，所述举升油缸的伸出端与平衡重块底部连接，缸体与车库底部铰接。
进一步的，所述调速阀A、调速阀B为双向导通、可调节流阀。
进一步的，所述油箱上设有管路连接的过滤器。
进一步的，一种立体车库负载平衡系统的负载平衡方法，所述平衡重块的重量大于载车平台载和一辆车的重量，小于载车平台载和两辆车的重量；
Ⅰ：载车平台载一辆车上升时，靠平衡重块的自重拉动载车平台和车上升，举升油缸给平衡重块向上的推力，系统平衡；
Ⅱ：载车平台载两辆车上升时，靠平衡重块的自重和举升油缸向下的拉力拉动载车平台和车上升，系统平衡；
Ⅲ：载车平台载一辆车下降时，举升油缸给平衡重块向上的推力，靠举升油缸的推力使载车平台和车下降，系统平衡；
Ⅳ：载车平台载两辆车下降时，靠载车平台载和两辆车的自重下降，举升油缸给平衡重块向下的拉力，系统平衡。
进一步的，所述平衡重块的质量为：
式中：ms－载车平台质量，mc－车质量，mh－平衡重块质量，k－举升油缸有杆腔作用面积A2/无杆腔作用面积A1。
进一步的，k取1，四个工况下的系统中的液压力为：
式中：Pjs1－一辆车举升时的液压力，Pjs2－两辆车举升时的液压力，Pxj1－一辆车下降时的液压力，Pxj2－两辆车下降时的液压力，g－重力常数。
本发明的有益效果：
1、实现载车平台上一辆车到两辆车的重量或两辆车到一辆车的重量切换时，其液压系统上的液压力平衡，即载车平台举升和下降时，液压系统上的压力保持恒定，使载车平台运行的更平稳；
2、原有液压系统上最大负载为两辆车与载车平台的重量总和，最小负载为一辆车与载车平台的重量总和，因此压力差为一台车重量，现有液压系统上负载约为半台车的重量，压力差约为零，因此减少了因节流调速而造成的能量损耗；
3、该方案液压系统中采用带有常闭工作位置的换向阀，在车库不使用时，实现油路的自锁，防止载车平台自行动作，保证车库的安全；
4、该方案液压系统中，换向阀与开关阀都采用电磁铁控制，其动作灵敏，控制精度高，能实现换向阀与开关阀的快速反应；
5、该方案液压系统中，调速阀都采用可调节流阀，可对载车平台的速度进行控制和调节；
6、降低了速度控制的要求，因此相应减少了成本。
附图说明
图1为本发明1台车举升液压原理示意图。
图2为本发明2台车举升液压原理示意图。
图3为本发明1台车下降液压原理示意图。
图4为本发明2台车下降液压原理示意图。
图中所述文字标注表示为：1、车库；11、导向轮；2、载车平台；21、牵引绳；3、平衡重块；4、液压系统；41、举升油缸；42、换向阀；421、换向阀油口A；422、换向阀油口B；423、换向阀油口C；424、换向阀油口D；43、调速阀A；44、油箱；45、开关阀A；46、压力源；47、调速阀B；48、开关阀B；49、蓄能器；50、过滤器。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1-4所示，本发明的具体结构为：一种立体车库负载平衡系统，包括车库1和设置于车库1内可升降的载车平台2，所述载车平台2上连接有与载车平台2升降方向相反的平衡重块3，所述平衡重块3连接有液压系统4，所述液压系统4包括与平衡重块3连接的举升油缸41、换向阀42、调速阀A43、油箱44、开关阀A45、压力源46、调速阀B47、开关阀B48、蓄能器49和控制器；所述换向阀42上设有具有控制举升油缸41油路切换的工作位置，相应设有四个油口；所述举升油缸41与换向阀42其中两个油口管路连接，所述换向阀42上第三个油口通过调速阀A43与油箱44管路连接，所述换向阀42上第四个油口通过开关阀A45与压力源46和蓄能器49管路连接，所述换向阀42上第四个油口同时还通过调速阀B47、开关阀B48与油箱44管路连接；所述开关阀A45、开关阀B48上设有控制油路开与关的工作位置；所述控制器用于控制换向阀42的油路切换，同时控制开关阀A45、开关阀B48的开启或关闭。
优选的，所述换向阀42为常闭的三位四通电磁换向阀，其四个油口为换向阀油口A421、换向阀油口B422、换向阀油口C423、换向阀油口D424；所述换向阀油口A421与举升油缸41的有杆腔管路连接，所述换向阀油口B422与举升油缸41的无杆腔管路连接，所述换向阀油口C423分别与开关阀A45、调速阀B47管路连接。车库不使用时，实现油路的自锁，防止载车平台自行动作，保证车库的安全，另外，电磁换向阀动作灵敏，控制精度高，换向阀42的快速反应。
优选的，所述开关阀A45、开关阀B48为常闭的两位两通电磁换向阀，所述换向阀油口C423通过开关阀A45上的常闭油路连接压力源46和蓄能器49；所述换向阀油口D424通过开关阀B48上的常闭油路连接油箱44。电磁换向阀动作灵敏，控制精度高，实现开关阀A45、开关阀B48的快速反应。
优选的，所述载车平台2上端设有与平衡重块3连接的牵引绳21，所述车库1内上部设有与牵引绳21配合的导向轮11。
优选的，所述举升油缸6的伸出端与平衡重块3底部连接，缸体与车库1底部铰接。
优选的，所述调速阀A43、调速阀B47为双向导通、可调节流阀。可对载车平台的速度进行调节。
优选的，所述油箱44上设有管路连接的过滤器50。净化液压油，保证液压系统的可靠性。
优选的，一种立体车库负载平衡系统的负载平衡方法，所述平衡重块3的重量大于载车平台2载和一辆车的重量，小于载车平台载2和两辆车的重量；
Ⅰ：载车平台2载一辆车上升时，靠平衡重块3的自重拉动载车平台2和车上升，举升油缸41给平衡重块3向上的推力，系统平衡；
Ⅱ：载车平台2载两辆车上升时，靠平衡重块3的自重和举升油缸41向下的拉力拉动载车平台2和车上升，系统平衡；
Ⅲ：载车平台2载一辆车下降时，举升油缸41给平衡重块3向上的推力，靠举升油缸41的推力使载车平台和车下降，系统平衡；
Ⅳ：载车平台载2两辆车下降时，靠载车平台2载和两辆车的自重下降，举升油缸41给平衡重块3向下的拉力，系统平衡。
优选的，所述平衡重块3的质量为：
式中：ms－载车平台质量，mc－车质量，mh－平衡重块质量，k－举升油缸有杆腔作用面积A2/无杆腔作用面积A1。
优选的，k取1，四个工况下的系统中的液压力为：
式中：Pjs1－一辆车举升时的液压力，Pjs2－两辆车举升时的液压力，Pxj1－一辆车下降时的液压力，Pxj2－两辆车下降时的液压力，g－重力常数。
具体使用时，双层立体车库可能的共况有4个：1台车举升，2台车举升，1台车下降，2台车下降。控制器分别驱动换向阀、开关阀A、开关阀B上的电磁铁实现载车平台的举升与下降，液压系统中压力油的走向如附图1-4中的箭头所示。
平衡重块的计算原则：兼顾4个工况下负载系统中的液压力基本平衡。
则平衡重块的计算公式为：
P1·A1＝(mh-ms-mc)·g
P2·A2＝(ms+2mc-mh)·g
P1＝P2
A2＝k·A1
式中：ms－载车平台质量，mc－车质量，mh－平衡重块质量，P1－一车辆负载压力，P2－两车辆负载压力，A1－举升油缸无杆腔作用面积，A2－举升油缸有杆腔作用面积，k－举升油缸有杆腔作用面积/无杆腔作用面积，g－重力常数。
分别对以上四种工况进行分析，其负载计算如下：
A、1台车举升：
ⅰ：若下载车平台位于通道下方，下载车平台有车且要驶出；
ⅱ：下载车平台位于通道下方，上载车平台有车且有车需入库。
需载车平台带1台车作上升运动(如附图1所示)，平衡重块重量大于载车平台与负载(一辆车)重量之和，此时靠平衡重块的自重使载车平台上升，平衡重块拉动钢丝绳，钢丝绳经导向轮拉动载车平台上升，同时，控制器控制电磁铁1YA、4YA得电，换向阀和开关阀B导通，其压力油走向为：油箱(吸油)→调速阀A→换向阀→举升油缸(平衡重块推动举升油缸下降)→换向阀→调速阀B→开关阀B→回油箱，载车平台速度由调速阀B在举升油缸有杆腔建立背压，形成阻力，力的方向与举升油缸运动方向相同，控制载车平台举升的速度。不考虑摩擦力的影响，则该工况下的负载为：
式中：Fjs1－一辆车时的负载压力，Pjs1－一辆车时的液压力。
B、2台车举升：
若下载车平台位于通道下方，上、下载车平台都有车且下载车平台的车要驶出时，需载车平台带2台车作上升运动(如附图2所示)，此时平衡重块重量小于载车平台与负载(两辆车)重量之和，需加上压力源和蓄能器对举升油缸有杆腔供能拉动钢丝绳，钢丝绳经导向轮拉动载车平台上升，同时，控制器控制电磁铁2YA、3YA得电，换向阀和开关阀A导通，其压力油走向为：压力源或蓄能器→开关阀A→换向阀→举升油缸(举升油缸拉动平衡重块下降)→换向阀→调速阀A→回油箱，载车平台速度由调速阀A在举升油缸无杆腔建立背压形成阻力，力的方向与举升油缸运动方向相反，控制载车平台举升的速度。不考虑摩擦力的影响，则该工况下的负载为：
式中：Fjs2－两辆车时的负载压力，Pjs2－两辆车时的液压力。
C、1台车下降：
ⅰ：若下载车平台与通道平齐，上载车平台有车且要驶出；
ⅱ：下载车平台与通道平齐，下载车平台有车且有第二辆车需入库时。
需载车平台带1台车作下降运动(如附图3所示)，此时载车平台与负载(一辆车)重量之和小于平衡重块重量，需加上压力源和蓄能器供能举升油缸无杆腔提供举升力，载车平台下降，同时，控制器控制电磁铁1YA、3YA得电，换向阀和开关阀A导通，其压力油走向为：压力源或蓄能器→开关阀A→换向阀→举升油缸(举升油缸推动平衡重块上升)→换向阀→调速阀A→回油箱，载车平台速度由调速阀A在举升油缸有杆腔建立背压形成阻力，力的方向与举升油缸运动方向相同，控制载车平台下降的速度。不考虑摩擦力的影响，则该工况下的负载为：
式中：Fxj1－一辆车时的负载压力，Pxj1－一辆车时的液压力。
D、2台车下降：
若下载车平台与通道平齐，上、下载车平台都有车且上载车平台的车需要要驶出时，需载车平台带1台车作下降运动(如附图4所示)，此时载车平台与负载重量(两辆车)之和大于平衡重块重量，此时靠载车平台的自重下降，载车平台拉动钢丝绳，钢丝绳经导向轮后拉动平衡重块上升，同时，控制器控制电磁铁2YA、4YA得电，换向阀和开关阀B导通，其压力油走向为：油箱(吸油)→调速阀A→换向阀→举升油缸(平衡重块拉动举升油缸上升)→换向阀→调速阀B→开关阀B→回油箱，调速阀B在举升油缸有杆腔建立背压形成阻力，力的方向与举升油缸运动方向相反，控制载车平台下降的速度。不考虑摩擦力的影响，则该工况下的负载为：
式中：Fxj2－两辆车时的负载压力，Pxj2－两辆车时的液压力。
若k取0.68时，代入上式计算得：
pjs1≈pjs2≈pxj1≈pxj2
从上式可以看出，四种工况下的负载基本相等，而实现了举升油缸升降过程负载基本平衡。
当k取1时(即采用双出杆液压缸时，液压缸的进、回油腔作用面积相等)，通过代入数据计算得出4个油缸的负载压力如下：
四个工况下液压系统中的压力相等，且为半台车的重量，实现载车平台上一辆车到两辆车的重量或两辆车到一辆车的重量切换时，其液压系统上的液压力平衡，减小了蓄能器和压力源供能时液压系统上最大负载(两辆车时)与最小负载(一辆车时)的压力差，因此也减少了因节流调速而造成的能量损耗(无平衡重块时系统压力差为一辆车的重量，有平衡重块时系统压力差约为半辆车的重量)。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种立体车库负载平衡系统，包括车库(1)和设置于车库(1)内可升降的载车平台(2)，其特征在于，所述载车平台(2)上连接有与载车平台(2)升降方向相反的平衡重块(3)，所述平衡重块(3)连接有液压系统(4)，所述液压系统(4)包括与平衡重块(3)连接的举升油缸(41)、换向阀(42)、调速阀A(43)、油箱(44)、开关阀A(45)、压力源(46)、调速阀B(47)、开关阀B(48)、蓄能器(49)和控制器；所述换向阀(42)上设有具有控制举升油缸(41)油路切换的工作位置，相应设有四个油口；所述举升油缸(41)与换向阀(42)其中两个油口管路连接，所述换向阀(42)上第三个油口通过调速阀A(43)与油箱(44)管路连接，所述换向阀(42)上第四个油口通过开关阀A(45)与压力源(46)和蓄能器(49)管路连接，所述换向阀(42)上第四个油口同时还通过调速阀B(47)、开关阀B(48)与油箱(44)管路连接；所述开关阀A(45)、开关阀B(48)上设有控制油路开与关的工作位置；所述控制器用于控制换向阀(42)的油路切换，同时控制开关阀A(45)、开关阀B(48)的开启或关闭；所述换向阀(42)为常闭的三位四通电磁换向阀，其四个油口为换向阀油口A(421)、换向阀油口B(422)、换向阀油口C(423)、换向阀油口D(424)；所述换向阀油口A(421)与举升油缸(41)的有杆腔管路连接，所述换向阀油口B(422)与举升油缸(41)的无杆腔管路连接，所述换向阀油口C(423)分别与开关阀A(45)、调速阀B(47)管路连接；
所述开关阀A(45)、开关阀B(48)为常闭的两位两通电磁换向阀，所述换向阀油口C(423)通过开关阀A(45)上的常闭油路连接压力源(46)和蓄能器(49)；所述换向阀油口D(424)通过开关阀B(48)上的常闭油路连接油箱(44)；
所述载车平台(2)上端设有与平衡重块(3)连接的牵引绳(21)，所述车库(1)内上部设有与牵引绳(21)配合的导向轮(11)。
2.根据权利要求1所述的一种立体车库负载平衡系统，其特征在于，所述举升油缸(6)的伸出端与平衡重块(3)底部连接，缸体与车库(1)底部铰接。
3.根据权利要求1所述的一种立体车库负载平衡系统，其特征在于，所述调速阀A(43)、调速阀B(47)为双向导通、可调节流阀。
4.根据权利要求1所述的一种立体车库负载平衡系统，其特征在于，所述油箱(44)上设有管路连接的过滤器(50)。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种立体车库负载平衡系统的负载平衡方法，其特征在于，所述平衡重块(3)的重量大于载车平台(2)载和一辆车的重量，小于载车平台载(2)和两辆车的重量；
Ⅰ：载车平台(2)载一辆车上升时，靠平衡重块(3)的自重拉动载车平台(2)和车上升，举升油缸(41)给平衡重块(3)向上的推力，系统平衡；
Ⅱ：载车平台(2)载两辆车上升时，靠平衡重块(3)的自重和举升油缸(41)向下的拉力拉动载车平台(2)和车上升，系统平衡；
Ⅲ：载车平台(2)载一辆车下降时，举升油缸(41)给平衡重块(3)向上的推力，靠举升油缸(41)的推力使载车平台和车下降，系统平衡；
Ⅳ：载车平台载(2)两辆车下降时，靠载车平台(2)载和两辆车的自重下降，举升油缸(41)给平衡重块(3)向下的拉力，系统平衡。
6.根据权利要求5所述的负载平衡方法，其特征在于，所述平衡重块(3)的质量为：
式中：ms－载车平台质量，mc－车质量，mh－平衡重块质量，k－举升油缸有杆腔作用面积A2/无杆腔作用面积A1。
7.根据权利要求6所述的负载平衡方法，其特征在于，k取1，四个工况下的系统中的液压力为：
式中：Pjs1－一辆车举升时的液压力，Pjs2－两辆车举升时的液压力，Pxj1－一辆车下降时的液压力，Pxj2－两辆车下降时的液压力，g－重力常数。
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