CN108750981A - 一种液压式卷扬驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及起重机的一种液压式卷扬驱动机构，主要包括液压马达、减速机、回转滚盘、卷筒及其结构架、轴承座支架和液压控制系统。本发明采用多套液压马达和减速机驱动，通过减速机的小齿轮与回转滚盘的大齿圈相啮合传递转矩。每一组减速机、液压马达为一个驱动单元，多个驱动单元均布于回转滚盘大齿圈圆周处。本发明驱动机构可增加备用单元，其优点在于某个单元故障时，首先排除故障单元，并可介入新的驱动单元。由控制阀来控制并根据故障的形式实现智能化切换。是具备冗余设计的液压控制卷扬驱动机构。

Description

一种液压式卷扬驱动机构

技术领域

本发明属于起重机技术领域，具体涉及一种液压控制的卷扬驱动机构。

背景技术

卷扬在起重机上作为主要的力矩输出者，按功能不同，主要有提升卷扬和变幅卷扬。传统的小型起重机卷扬只需满足钢丝绳的输出力矩即可，而且配套成熟，进口与国产元件均有使用，对采购周期及维修的时效性要求相对较低。但在大型设备吊装日益发展的今天，施工方对千吨级以上的大型起重设备的操作使用的可靠性、故障排除的时效性、备件周期等要求极为严格。

目前在大型起重机的卷扬设计上，由于单绳拉力大，卷扬驱动扭矩大，在选型上主要依赖外国进口。其供货周期长，成本高是个难题。卷扬驱动型式为马达通过减速机直接驱动卷扬。减速机直接与卷筒相连，不通过回转滚盘。一旦损坏，只能停机更换。而且在液压系统中，对于多马达并联的系统，没有控制阀的情况下，判断故障点的效率相对较低。这样在大型、重要的吊装环境中，一旦元件故障，会拖延各环节的施工进度。而且减速机的损坏会造成很大的安全事故，维修更换时必须在无载荷条件下，难度系数很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压式卷扬驱动机构，把一种新的驱动模式带入到大型卷扬驱动的应用里，并利用液压控制系统的多样化，将冗余设计、瘸腿功能的理念应用到实际设备当中。使得卷扬机构更有一份安全保障，在突发的故障中，及时判断并切换新的驱动单元，断掉故障单元，让整机设备及时地恢复到原有工作能力。

本发明采用的技术方案是：液压式卷扬驱动机构的卷筒由驱动侧支架和另一侧的轴承座支架安装固定，驱动侧支架是内部有传动机构的结构架，多个驱动单元均布固定在结构架上，驱动单元通过结构架内的传动机构将扭矩传递到卷筒上实现卷扬驱动；各驱动单元均与液压控制阀通过油路连接并由液压控制阀控制。

本发明将工程机械中常用的立式型（回转型）减速机，以横卧插入式安装于卷扬的驱动侧，固定在结构架上，根据计算总的驱动扭矩来选取每个单元的参数、型号；再选择备用单元数量，从而确定总的均布方案。扭矩通过减速机的小齿轮传递到同样安装在结构架上的回转滚盘大齿圈上。大齿圈通过转接盘与卷扬相连，实现同步转动。

本发明的液压控制系统作为主要功能实现者，满足冗余设计功能，不但可加入驱动单元，也可切断故障的驱动单元。系统高压油通过液压控制阀进入液压马达，此时控制逻辑在阀的控制上，当作为驱动功能时，常态为工作状态，即马达左右两端形成有效压差，输出扭矩。备用单元的减速机、马达为浮动空转状态，马达通过阀的常态机能使两端油口接通，无压差。减速机、马达随着大齿圈空转。控制阀通过电控按钮指令，使控制油推动阀芯，可将功能切换到驱动状态或备用状态。

卷扬驱动机构的控制功能，细分为故障应急模块、故障分析模块等，均由电气系统控制。在故障分析模块中，可分别控制并且切换模式，进行压力、流量的分析对比，最终发现故障点。

本发明通过减速机、马达在回转滚盘及结构架等装置上的均布模式，结合新的液压系统控制理念，解决了卷扬驱动机构中的系统控制、冗余设计中的备用功能元件、故障诊断与排除等问题。并将在重大吨位元件的吊装施工中起到安全及保障的作用。

本发明采用新的驱动设计和布置，即满足大型起重机的吊装参数要求，又增加冗余设计及故障处理控制模块。其优点在于：1、以多个减速机、马达分布在回转滚盘上驱动卷筒，利于单独控制及冗余设计。2、实现卷扬装置在故障的情况下，通过液压阀的切换控制，方便锁定故障部位，切断故障驱动单元，介入新的备用单元，迅速恢复重要的吊装作业。3、元件参数方面如马达排量及减速机扭矩较小，缩短采购周期及减少采购成本。4、有利于后续的设备改造或升级。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2 为本发明使用封堵元件的状态示意图；

图3为本发明驱动单元和卷筒结构架的结构示意图；

图4为本发明的液压系统原理及控制示意图。

具体实施方式

本发明实施前需计算整体扭矩、按参数选型、配比局部驱动个数（包含实际驱动和备用驱动）。液压式卷扬驱动机构由液压控制阀1 、驱动单元2 、结构架3 、卷筒4 、轴承座支架5 、封堵元件6组成。液压马达7和减速机8安装在一起构成独立的驱动单元2，减速机8插入式安装于卷筒4驱动侧的结构架3上；结构架3内有回转滚盘9，每个驱动单元减速机8的轴头齿轮与回转滚盘9的大齿圈内齿相啮合，回转滚盘9的大齿圈带动与卷筒4驱动侧板固定连接的转接盘10转动。

固定在结构架3上的驱动单元分为在用驱动单元和备用驱动单元，在用驱动单元和备用驱动单元的数量比一般为2:1或1:1，也可自由设定。备用驱动单元的液压马达7可以空转或减速机8通过离合器与回转滚盘9齿圈脱开的形式来实现，在驱动单元的液压马达7外面有封堵元件6，封堵元件6包含O型圈、端盖和接头堵，如果根据损坏程度必须完全拆卸，则通过安装封堵元件6实现完全隔离，使主要元件具备移除条件。封堵元件6是当马达或减速机损坏严重，无法继续转动或壳体漏油时，将其拆掉后做及时的安装。如液压马达无壳体损伤及漏油，而且两侧油路没有接通。可通过切换浮动状态来切断与主系统的连接。实现驱动单元与备用单元的转换控制。

转接盘10的作用为方便安装定位、拆卸卷筒及便于维护保养大小齿轮。其上设置有观察维护的人孔盖。由于卷筒重量和尺寸较大，所以可以通过转接盘10将螺栓定位型式转换为旋转定位块加轴孔穿销定位等多样化型式。也可进行分项拆卸，有利于现场拆装、运输。

具体实施方式为四套驱动单元为实际工作时的驱动，另外两套设置为备用驱动，正常工作时备用驱动通过液压系统控制其进行被动空转。系统设计上可根据情况来设定配比，如驱动单元与备用单元数量相等，则可以做整体冗余替换。

液压系统原理及控制，实例方案中的主控制系统为闭式系统，主泵11提供压力油经过液压控制阀到执行元件13驱动马达，液压控制阀按常态功能分为驱动阀14（驱动单元）、浮动阀16（备用单元）。驱动阀14常态为工作状态，遇到故障时可拆卸或切换到浮动状态。浮动阀16常态为浮动状态，可受外力而空转。需要时，切换阀换向后可成为驱动单元。可增加驱动单元15和可增加备用单元17可根据需要确定两者的个数。系统需要控制油泵20来提供阀换向的油源，也可由系统的制动油源来提供。系统的工作油路需要补油泵19和单向阀18提供稳定油源，一方面在工作时为执行元件13驱动马达的低压侧补油，另一方面在浮动机能时，补油来维持闭环空间的平衡。系统设置安全阀12保证系统的最高压力值在安全的范围内。在智能化电液控制上，每个马达涉及的主油路上设有压力传感器，实时监控和对比记忆压力的变化度。记忆压力为同工况下，同一载荷的吊装时的压力值。如发现压力值很大或吊载异常，可进入故障诊断模式，进行故障元件的排除。排除方法之一是在减速机抱死的状态下，将所有的单元切换到浮动状态，可设置程序通过逐次打开驱动阀来判断压力的情况，正常的驱动单元会达到溢流压力。以上程序也可人工配合操作和测试。

液压系统中切换阀的机能是基于马达自由轮的理论，使马达的工作油口联通，引入补油，保证随动状态的平衡。也可以通过马达零摆角来达到浮动功能。之后将每片阀分为常位驱动功能、常位浮动功能。这样可以区别的控制某个单元的马达和减速机，设定空转状态还是介入载荷工作。

所述电液控制上，可分为正常运行模式、应急工作模式等，其中正常模式为设定初始的驱动单元与备用单元不变；应急工作模式可使驱动单元与备用单元任意切换；一方面为故障诊断使用，一方面加以区别化控制运行，以便维修后调整到正常运行模式。

根据马达及减速机故障因素、现象、结合压力传感器数据进行智能化分析，找出故障点并使驱动单元切换成浮动空转状态。或者损坏程度严重，进行完全拆卸，通过安装封堵元件可完全隔离。

本发明实现了大型起重机（履带起重机、环轨起重机等）卷扬装置的新型式驱动机构。其意义在于面对扭矩超大的驱动卷扬等机构，通过增加执行机构数量，来使得驱动单元小型化。而在液压控制，冗余设计，故障诊断与排除等相关的理念上有了新的成果和突破。

Claims (5)

1.一种液压式卷扬驱动机构，卷筒（4）由驱动侧支架和另一侧的轴承座支架（5）安装固定，其特征是：驱动侧支架是内部有传动机构的结构架（3），多个驱动单元（2）均布固定在结构架（3）上，驱动单元（2）通过结构架（3）内的传动机构将扭矩传递到卷筒（4）上实现卷扬驱动；各驱动单元（3）均与液压控制阀（1）通过油路连接并由液压控制阀（1）控制。

2.根据权利要求1所述的液压式卷扬驱动机构，其特征是：液压马达（7）和减速机（8）安装在一起构成独立的驱动单元（2），减速机（8）插入式安装于卷筒（4）驱动侧的结构架（3）上；结构架（3）内有回转滚盘（9），每个驱动单元减速机（8）的轴头齿轮与回转滚盘（9）的大齿圈内齿相啮合，回转滚盘（9）的大齿圈带动与卷筒（4）驱动侧板固定连接的转接盘（10）转动。

3.根据权利要求1所述的液压式卷扬驱动机构，其特征是：固定在结构架（3）上的驱动单元分为在用驱动单元和备用驱动单元，在用驱动单元和备用驱动单元的数量比为2:1或1:1。

4.根据权利要求3所述的液压式卷扬驱动机构，其特征是：备用驱动单元的液压马达（7）可以空转或减速机（8）通过离合器与回转滚盘（9）齿圈脱开的形式来实现，在驱动单元的液压马达（7）外面有封堵元件（6），封堵元件（6）包含O型圈、端盖和接头堵，当驱动单元（2）切换成浮动空转状态，或者根据损坏程度完全拆卸，通过安装封堵元件（6）实现完全隔离。

5.根据权利要求1所述的液压式卷扬驱动机构，其特征是：液压系统的主控制系统为闭式系统，主泵（11）提供压力油经过液压控制阀到执行元件（13）驱动马达，液压控制阀按常态功能分为驱动阀（14）、浮动阀（16），驱动阀（14）常态为工作状态，遇到故障时可拆卸或切换到浮动状态；浮动阀（16）常态为浮动状态，可受外力而空转，需要时，切换阀换向后可成为驱动单元；系统需要控制油泵（20）来提供阀换向的油源，也可由系统的制动油源来提供；系统的工作油路需要补油泵（19）和单向阀（18）提供稳定油源，一方面在工作时为执行元件（13）驱动液压马达的低压侧补油，另一方面在浮动机能时补油来维持闭环空间的平衡；系统设置安全阀（12）保证系统的最高压力值在安全的范围内。