CN109854555A - 用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了液压机械技术领域的用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统及其控制方法，包括三位四通电磁换向阀、双向溢流阀、梭阀、两组水平间隔排列的二位四通液控换向阀、三组水平间隔排列的液压马达、顺序阀、单向阀、PLC控制器和手动遥控操作器，通过液压马达在三位四通电磁换向阀、双向溢流阀、梭阀、二位四通液控换向阀、顺序阀、单向阀、PLC控制器和手动遥控操作器的配合作用下，实现两对接法兰在开始连接时，对接装置处于低压高速驱动状态以实现快速对接；在对接装置连接压紧时，自动切换至高压低速驱动状态以提供更大的夹紧力，进而提高了两法兰自动对接装置的快速性和可靠性。

Description

用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及液压机械技术领域，具体为用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统及其控制方法。

背景技术

近年来，随着国民经济的快速发展，我国对天然气等清洁能源的需求逐渐增大，推动了我国液态天然气进口量的快速增长。同时，码头船用低温装卸臂的市场需求量也随之不断扩大。为了进一步降低作业人员的劳动强度，提高装卸码头的作业效率，对船用装卸臂技术提出了更高地要求。

装卸臂输送天然气等低温介质时，人工手动操作极其不便，容易引发低温冻伤等安全事故，这就需要采用液压控制替代手动操作，来实现法兰自动连接。由于油船船体随海浪有晃动现象，造成油船歧管法兰相对于船用装卸臂接头法兰有相对运动，这就要求两法兰在找准对中后，需要快速实现自动连接，否则，易引发结构件损坏造成泄露等险情。为此，实际生产中需要设计一种高低速驱动液压自动控制系统，控制对接装置的运动，提高法兰对接速度，从而极大地提高了两法兰成功对接的效率，增强了法兰快速对接装置的安全性，基于此，本发明设计了用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统及其控制方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的实际生产中需要设计一种高低速驱动液压自动控制系统，控制对接装置的运动，提高法兰对接速度，从而极大地提高了两法兰成功对接的效率，增强了法兰快速对接装置的安全性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统，包括三位四通电磁换向阀、双向溢流阀、梭阀、两组水平间隔排列的二位四通液控换向阀、三组水平间隔排列的液压马达、顺序阀、单向阀、PLC控制器和手动遥控操作器，还包括双作用液压缸、二位四通电磁换向阀和压力传感器；

所述三位四通电磁换向阀的信号控制端信号连接PLC控制器，所述PLC控制器信号连接手动遥控操作器，所述三位四通电磁换向阀的工作油口通过液压管道连接有双向溢流阀，所述双向溢流阀的工作油口通过液压管道连接有梭阀进油口、两组二位四通液控换向阀的进油口、左侧液压马达进油口、右侧液压马达出油口和右侧二位四通液控换向阀工作油口，所述梭阀的出油口通过液压管道连接有顺序阀和单向阀，所述单向阀的另一端口与顺序阀出油口通过液压管道连接，所述顺序阀出油口通过液压管道与两组二位四通液控换向阀控制油口连接，右侧所述液压马达进油口与右侧二位四通液控换向阀工作油口通过液压管道连接，右侧所述二位四通液控换向阀回油口通过液压管道与中部所述液压马达出油口和左侧二位四通液控换向阀工作油口连接，中部所述液压马达进油口与左侧二位四通液控换向阀工作油口通过液压管道连接，左侧所述二位四通液控换向阀回油口与左侧所述液压马达出油口通过液压管道连接。

优选的，所述三位四通电磁换向阀、双向溢流阀、顺序阀、PLC控制器和手动遥控操作器的防爆等级为EXd IICT4。

优选的，所述PLC控制器型号采用FX2N-48MR型。

优选的，所述手动遥控操作器包括手动遥控控制器和遥控接收器，所述手动遥控控制器通过遥控接收器与PLC控制器信号连接。

一种用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统的控制方法，如下：

外设压力油源P需经过三位四通电磁换向阀为系统提供压力油，操作人员通过手动遥控操作器发送指令至PLC控制器，PLC控制器接收到指令信号，经过处理后发出控制电信号作用于三位四通电磁换向阀，控制其阀芯的换向；

当三位四通电磁换向阀处于左位工作时，压力油可驱动对接装置作分离运动，右位工作时，压力油可驱动对接装置作夹紧运动，中位工作时，对接装置保持静止状态；

从三位四通电磁换向阀过来的压力油经过双向溢流阀时，当高压回路的压力超过双向溢流阀的设定值时，压力油经过溢流阀溢流至低压回路，限制系统的最高工作压力，保证驱动力满足对接装置要求的同时，防止系统压力超调而损坏液压元件；

压力油作用于梭阀上时，通过梭阀的通道①作用于顺序阀和单向阀上，由于单向阀只能从左到右单向导通，只有当控制压力油通道的压力达到顺序阀的设定压力时才能通过顺序阀达到二位四通液控换向阀的控制口K，实现二位四通液控换向阀的换向，进而实现液压马达驱动回路的串联和并联两种状态的自动切换；

系统压力油源P最终通过二位四通液控换向阀作用于液压马达上，当液压马达回路处于串联状态时，马达高速转动，当液压马达回路处于并联状态时，马达低速转动，液压马达带动法兰对接装置，实现对接装置高低速驱动的自动控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过液压马达带动法兰对接装置，液压马达在三位四通电磁换向阀、双向溢流阀、梭阀、二位四通液控换向阀、顺序阀、单向阀、PLC控制器和手动遥控操作器的配合作用下，实现两对接法兰在开始连接时，对接装置处于低压高速驱动状态以实现快速对接；在对接装置连接压紧时，自动切换至高压低速驱动状态以提供更大的夹紧力，进而提高了两法兰自动对接装置的快速性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提出的用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统液压结构图；

图2为本发明实施例二提出的用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统液压结构图；

图3为本发明实施例三提出的用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统液压结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-三位四通电磁换向阀，2-双向溢流阀，3-梭阀，4-二位四通液控换向阀，5-液压马达，6-顺序阀，7-单向阀，8-PLC控制器，9-手动遥控操作器，10-双作用液压缸，11-二位四通电磁换向阀，12-压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统，包括三位四通电磁换向阀1、双向溢流阀2、梭阀3、两组水平间隔排列的二位四通液控换向阀4、三组水平间隔排列的液压马达5、顺序阀6、单向阀7、PLC控制器8和手动遥控操作器9，还包括双作用液压缸10、二位四通电磁换向阀11和压力传感器12；

三位四通电磁换向阀1的信号控制端信号连接PLC控制器8，PLC控制器8信号连接手动遥控操作器9，三位四通电磁换向阀1的工作油口通过液压管道连接有双向溢流阀2，双向溢流阀2的工作油口通过液压管道连接有梭阀3进油口、两组二位四通液控换向阀4的进油口、左侧液压马达5进油口、右侧液压马达5出油口和右侧二位四通液控换向阀4工作油口，梭阀3的出油口通过液压管道连接有顺序阀6和单向阀7，单向阀7的另一端口与顺序阀6出油口通过液压管道连接，顺序阀6出油口通过液压管道与两组二位四通液控换向阀4控制油口连接，右侧液压马达5进油口与右侧二位四通液控换向阀4工作油口通过液压管道连接，右侧二位四通液控换向阀4回油口通过液压管道与中部液压马达5出油口和左侧二位四通液控换向阀4工作油口连接，中部液压马达5进油口与左侧二位四通液控换向阀4工作油口通过液压管道连接，左侧二位四通液控换向阀4回油口与左侧液压马达5出油口通过液压管道连接。

其中，三位四通电磁换向阀1、双向溢流阀2、顺序阀6、PLC控制器8和手动遥控操作器9的防爆等级为EXd II CT4，PLC控制器8型号采用FX2N-48MR型，它是整个自动控制系统的逻辑控制单元，接受指令反馈信号控制电磁换向阀的换向动作，由液压系统动作流程，结合它们各个代号和设备一一对应，进行输入/输出设备分配，手动遥控操作器9包括手动遥控控制器和遥控接收器，手动遥控控制器通过遥控接收器与PLC控制器8信号连接，遥控接收器接收来自外部的手动遥控控制器发送的指令，并将接收到遥控指令发送给PLC控制器8，实现液压自动控制系统的远程控制，便于操作人员现场手持手动遥控操作器9控制两法兰对接装置的对接运动。

一种用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统的控制方法，如下：

外设压力油源P需经过三位四通电磁换向阀1为系统提供压力油，操作人员通过手动遥控操作器9发送指令至PLC控制器8，PLC控制器8接收到指令信号，经过处理后发出控制电信号作用于三位四通电磁换向阀1，控制其阀芯的换向；

当三位四通电磁换向阀1处于左位工作时，压力油可驱动对接装置作分离运动，右位工作时，压力油可驱动对接装置作夹紧运动，中位工作时，对接装置保持静止状态；具体为压力油源P过来的压力油通过三位四通电磁换向阀1控制两法兰对接装置的夹紧、松开运动，当三位四通电磁换向阀1右侧电磁铁得电时，阀门右位工作，压力油源P通过该阀的A口，经过A液压回路作用于液压马达5，驱动液压马达5顺时针转动，带动对接装置实现夹紧运动；当三位四通电磁换向阀1左侧电磁铁得电时，阀门左位工作，压力油源P通过该阀的B口，经过B液压回路作用于液压马达5，驱动液压马达5逆时针转动，带动对接装置实现分离运动，当三位四通电磁换向阀1阀芯处于中间位置时，对接装置将处于静止保持状态；

从三位四通电磁换向阀1过来的压力油经过双向溢流阀2时，当高压回路的压力超过双向溢流阀2的设定值时，压力油经过溢流阀溢流至低压回路，限制系统的最高工作压力，保证驱动力满足对接装置要求的同时，防止系统压力超调而损坏液压元件；具体为双向溢流阀2对液压自动控制系统起到安全保护的作用，通过设定双向溢流阀2的溢流压力值，调节系统中A、B两回路中进油回路的最高工作压力；当A、B两回路中的进油回路的压力超过设定压力值时，双向溢流阀2将进油回路中的高压油液卸荷至低压回油回路中，进而限制系统的最高工作压力，保证对接装置的最大作用力为设定值，双向溢流阀2的压力设定值可根据工程实际调整，从而实现对接装置最大作用力可调定；

压力油作用于梭阀3上时，通过梭阀3的通道①作用于顺序阀6和单向阀7上，由于单向阀7只能从左到右单向导通，只有当控制压力油通道的压力达到顺序阀6的设定压力时才能通过顺序阀6达到二位四通液控换向阀4的控制口K，实现二位四通液控换向阀4的换向，进而实现液压马达5驱动回路的串联和并联两种状态的自动切换；具体为梭阀3具有油路连接的选择功能，如图1所示，梭阀3具有①、②、③三个通道，通道①在该系统中为控制压力油通道，通道②与A回路连通，通道③与B回路连通；当③通道压力油压力大于②通道压力时，③和①通道连通，压力油经③到①作用于下一环节，反之，②和①通道连通，压力油经②到①作用于下一环节，当②和③两通道压力相等时(此时三位四通电磁换向阀1阀芯处于中间位置，对接装置处于静止保持状态)，梭阀3的①、②、③通道相互连通，并与回油T连接，控制压力油通道①完成卸荷，二位四通液控换向阀4主要实现系统中的液压马达驱动回路的串、并联控制，如图1所示位置，二位四通液控换向阀4处于下位工作，此时液压马达5驱动回路属于串联工况，压力油源可驱动液压马达5实现高速运动，带动对接装置快速运动；当二位四通液控换向阀4的控制口K接收到控制油源信号并达到换向压力值时，二位四通液控换向阀4切换至上位工作，此时液压马达5驱动回路属于并联工况，压力油源可驱动液压马达5实现低速大扭矩运动，从而增加了对接装置的作用力，实现法兰对接装置的夹紧或分离，顺序阀6右侧作用着梭阀3中通道①过来的控制压力油源，当压力油的压力超过顺序阀6的设定压力值时(此设定压力值即为对接装置高低速自动切换的临界值)，顺序阀6开启，压力油通过顺序阀6作用在二位四通液控换向阀4的控制口K上，实现二位四通液控换向阀4换向，单向阀7与顺序阀6并联设置在控制压力油源回路上，起到单向截止的作用，控制压力油只能从单向阀7的左侧流向右侧，而不能反向流动，当三位四通电磁换向阀1的阀芯处于中位(即对接装置停止工作)时，控制压力油源可从单向阀7卸荷至回油T，二位四通液控换向阀4恢复至下位工作，此时，液压马达5驱动回路处于串联状态；

系统压力油源P最终通过二位四通液控换向阀4作用于液压马达5上，当液压马达5回路处于串联状态时，马达高速转动，当液压马达5回路处于并联状态时，马达低速转动，液压马达5带动法兰对接装置，实现对接装置高低速驱动的自动控制。

实施例二

请参阅图2，本实施例二与实施例一的不同之处在于：

将执行元件液压马达5更换为双作用液压缸10，也可实现同样的驱动功能。

实施例三

请参阅图3，本实施例三与实施例一的不同之处在于：

将二位四通液控换向阀4更换为二位四通电磁换向阀11，将顺序阀6和单向阀7更换为压力传感器12，根据压力传感器12的压力反馈信号，经过PLC控制器8处理后控制二位四通电磁换向阀11换向，也可实现同样的驱动功能。

实施例四

请参阅图1，本实施例四与实施例一的不同之处在于：

可根据实际需要增加液压马达5和对应二位四通液控换向阀4的数量，实现多个液压马达5的串并联控制，满足更大口径法兰对接装置高低速自动切换的需求。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统，包括三位四通电磁换向阀(1)、双向溢流阀(2)、梭阀(3)、两组水平间隔排列的二位四通液控换向阀(4)、三组水平间隔排列的液压马达(5)、顺序阀(6)、单向阀(7)、PLC控制器(8)和手动遥控操作器(9)，其特征在于：还包括双作用液压缸(10)、二位四通电磁换向阀(11)和压力传感器(12)；

所述三位四通电磁换向阀(1)的信号控制端信号连接PLC控制器(8)，所述PLC控制器(8)信号连接手动遥控操作器(9)，所述三位四通电磁换向阀(1)的工作油口通过液压管道连接有双向溢流阀(2)，所述双向溢流阀(2)的工作油口通过液压管道连接有梭阀(3)进油口、两组二位四通液控换向阀(4)的进油口、左侧液压马达(5)进油口、右侧液压马达(5)出油口和右侧二位四通液控换向阀(4)工作油口，所述梭阀(3)的出油口通过液压管道连接有顺序阀(6)和单向阀(7)，所述单向阀(7)的另一端口与顺序阀(6)出油口通过液压管道连接，所述顺序阀(6)出油口通过液压管道与两组二位四通液控换向阀(4)控制油口连接，右侧所述液压马达(5)进油口与右侧二位四通液控换向阀(4)工作油口通过液压管道连接，右侧所述二位四通液控换向阀(4)回油口通过液压管道与中部所述液压马达(5)出油口和左侧二位四通液控换向阀(4)工作油口连接，中部所述液压马达(5)进油口与左侧二位四通液控换向阀(4)工作油口通过液压管道连接，左侧所述二位四通液控换向阀(4)回油口与左侧所述液压马达(5)出油口通过液压管道连接。

2.根据权利要求1所述的用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统，其特征在于：所述三位四通电磁换向阀(1)、双向溢流阀(2)、顺序阀(6)、PLC控制器(8)和手动遥控操作器(9)的防爆等级为EXd II CT4。

3.根据权利要求1所述的用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统，其特征在于：所述PLC控制器(8)型号采用FX2N-48MR型。

4.根据权利要求1所述的用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统，其特征在于：所述手动遥控操作器(9)包括手动遥控控制器和遥控接收器，所述手动遥控控制器通过遥控接收器与PLC控制器(8)信号连接。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的用于装卸臂的高低速驱动液压自动控制系统的控制方法，其特征在于如下：

外设压力油源P需经过三位四通电磁换向阀(1)为系统提供压力油，操作人员通过手动遥控操作器(9)发送指令至PLC控制器(8)，PLC控制器(8)接收到指令信号，经过处理后发出控制电信号作用于三位四通电磁换向阀(1)，控制其阀芯的换向；

当三位四通电磁换向阀(1)处于左位工作时，压力油可驱动对接装置作分离运动，右位工作时，压力油可驱动对接装置作夹紧运动，中位工作时，对接装置保持静止状态；

从三位四通电磁换向阀(1)过来的压力油经过双向溢流阀(2)时，当高压回路的压力超过双向溢流阀(2)的设定值时，压力油经过溢流阀溢流至低压回路，限制系统的最高工作压力，保证驱动力满足对接装置要求的同时，防止系统压力超调而损坏液压元件；

压力油作用于梭阀(3)上时，通过梭阀(3)的通道①作用于顺序阀(6)和单向阀(7)上，由于单向阀(7)只能从左到右单向导通，只有当控制压力油通道的压力达到顺序阀(6)的设定压力时才能通过顺序阀(6)达到二位四通液控换向阀(4)的控制口K，实现二位四通液控换向阀(4)的换向，进而实现液压马达(5)驱动回路的串联和并联两种状态的自动切换；

系统压力油源P最终通过二位四通液控换向阀(4)作用于液压马达(5)上，当液压马达(5)回路处于串联状态时，马达高速转动，当液压马达(5)回路处于并联状态时，马达低速转动，液压马达(5)带动法兰对接装置，实现对接装置高低速驱动的自动控制。