CN109896461A - 一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统及方法，系统包括平衡阀控制回路、驻车制动控制回路、安全制动器控制回路；平衡阀控制回路与提升机卷筒驱动马达集成安装，驻车制动器控制回路与平衡阀控制回路之间通过管路连接，驻车制动器控制回路输出端口通过管路连接平衡阀控制回路输入端口，驻车制动器控制回路另一个输出端口通过管路连接平衡阀控制回路另一个输入端口，平衡阀控制回路安装在提升机卷筒驱动马达和驻车制动器控制回路之间；平衡阀控制回路用于平衡提升机负载并实现行车制动，驻车制动控制回路用于实现驻车制动器的开启和关闭，安全制动器控制回路用于实现液压盘式制动器的开启和关闭。

Description

一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统及方法

技术领域

本发明一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统及方法，属于起重机液压控制技术领域。

背景技术

大载荷提升机工作可靠性关系着某特定载荷的完好性、安全性，对人员、设备的安全具有重要影响，提升机制动措施是否可靠决定着提升机能否可靠、安全地运行。

提升机制动方案中按制动器所处位置划分为低速端制动、高速端制动，按制动器功能划分为行车制动、驻车制动。当前提升机制动方案一般只有驻车制动和高速端制动而无行车制动和低速端制动。比如以往型号的提升机制动措施采用的就是两道高速端制动(驻车制动)，无行车制动和低速端制动，这种制动方案无法对低速端(卷筒)实现直接制动，且在提升机运行时一旦有紧急情况需要实施紧急制动时，高速端制动器紧急抱闸会造成摩擦片剥离、甚至飞出的危险，给提升机安全运行带来了隐患。

某型大载荷提升机采用液压传动方式，在制动系统方面存在以下尚待解决的问题：

a)如何在液压提升机中实现行车制动，以及如何保证行车制动的

可靠工作；

b)在有限的尺寸空间内增加高速端和低速端制动，确保提升机安

全运行；

c)驻车制动与行车制动工作时序控制如何实现；

d)低速端制动如何可靠工作；

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统及方法，解决了有限空间内实现提升机行车制动、驻车制动双冗余控制的难题。

本发明的技术方案是：一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，平衡阀控制回路、驻车制动控制回路、安全制动器控制回路；平衡阀控制回路与提升机卷筒驱动马达集成安装，驻车制动器控制回路与平衡阀控制回路之间通过管路连接，驻车制动器控制回路输出端口通过管路连接平衡阀控制回路输入端口，驻车制动器控制回路另一个输出端口通过管路连接平衡阀控制回路另一个输入端口，平衡阀控制回路安装在提升机卷筒驱动马达和驻车制动器控制回路之间；平衡阀控制回路用于平衡提升机负载并实现行车制动，驻车制动控制回路用于实现驻车制动器的开启和关闭，安全制动器控制回路用于实现液压盘式制动器的开启和关闭。

所述平衡阀控制回路包括：平衡阀、电磁方向阀YA9、电磁方向阀YA10、单向调速阀；平衡阀控制回路设置有两个输入端口1-2和四个输出端口1-4；平衡阀设置有进油口、负载口、控制油口、泄油口、回油口；平衡阀控制回路输入端口1通过管路直接连接输出端口1，同时连接平衡阀的控制油口；平衡阀控制回路输入端口2通过管路连接电磁方向阀YA9的进油口，同时连接单向调速阀的出油口；电磁方向阀YA9的出油口通过管路连接至平衡阀的进油口；平衡阀的负载口通过管路连接至平衡阀控制回路输出端口2，同时连接电磁方向阀YA10的进油口；电磁方向阀YA10出油口通过管路连接至单向调速阀的进油口；平衡阀的泄油口通过管路连接至平衡阀控制回路的输出端口3，平衡阀的回油口通过管路连接至平衡阀控制回路的输出端口4。

所述平衡阀安全压力设定为25±0.5MPa，平衡阀开启压力设定为2.8MPa～9.6MPa。

所述驻车制动器控制回路包括：驻车制动器、梭阀、减压阀、节流阀；驻车制动器控制回路有两个输入端口1-2和三个输出端口1-3，驻车制动器设置有一个工作油口，梭阀设置有两个工作口1-2和一个信号口；减压阀和节流阀均设置有进油口和出油口；驻车制动器控制回路的输入端口1通过管路直接连接输出端口1同时连接梭阀的一个工作口，输入端口2通过管路直接连接输出端口2同时连接梭阀的另一个工作口，梭阀的信号口通过管路连接减压阀的进油口，减压阀的出油口通过管路连接驻车制动器的工作油口同时连接节流阀的进油口，节流阀的出油口通过管路连接至驻车制动器控制回路的输出端口3。

所述驻车制动器集成安装于提升机卷筒内部的高速端。

所述驻车制动器开启压力要求低于平衡阀的开启压力和空载提升时的马达工作压力。

减压阀的出口压力设定大于驻车制动器开启压力。

所述安全制动器控制回路包括：液压盘式制动器、蓄能器、电磁方向阀YA7、溢流阀、单向阀A、单向阀B、单向节流阀；安全制动器控制回路设置有一个输入端口和一个输出端口，液压盘式制动器和蓄能器各有一个工作油口；电磁方向阀YA7、溢流阀、单向阀A、单向阀B、单向节流阀均设置有进油口和出油口；安全制动器控制回路的输入端口通过管路同时连接至单向阀A的进油口和溢流阀的进油口，单向阀A的出油口连接至单向阀B的进油口，单向阀B的出油口连接至单向节流阀的进油口，单向节流阀的出油口同时连接至液压盘式制动器的工作油口、蓄能器的工作油口以及电磁方向阀YA7的进油口，电磁方向阀YA7的出油口和溢流阀的出油口同时连接至安全制动器控制回路的输出端口。

所述液压盘式制动器安装于提升机卷筒末端；所述溢流阀的压力设定高于液压盘式制动器开启压力且低于液压盘式制动器最高工作压力。

一种利用上述任一一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统进行制动的方法，步骤如下：

工作启动时：

先开启液压盘式制动器；

再开启驻车制动器；

最后开启平衡阀；

工作停止时：

先关闭平衡阀；

再关闭驻车制动器；

最后关闭液压盘式制动器。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)采用了平衡阀并提出了平衡阀备份回路设计方案，实现了大吨位液压提升机行车制动，同时确保了液压提升机在平衡阀失效的情况下仍然可以实现应急动作，提高了提升机行车制动的可靠性。

2)采用了液压盘式制动器，同时研制了高可靠性安全制动器控制回路，解决了以往提升机制动系统无低速端制动(安全制动)的难题，消除了提升机运行时实施紧急制动的安全隐患，提高了液压提升机制动系统的安全性。

3)采用了卷筒内置驻车制动技术方案，解决了在有限的尺寸空间内同时布置高速端与低速端制动器的难题，实现了行车制动和驻车制动的双冗余控制，确保了液压提升机安全运行。

4)研制了驻车制动器控制回路，通过参数匹配实现了驻车制动器的自动开启和关闭，同时实现了驻车制动器与行车制动工作时序的控制，确保了提升机制动系统的正常运行。

5)采用平衡阀与马达直连技术，取消了平衡阀与马达之间的管路连接，避免了由于管路连接失效造成的负载失控下落的安全风险。

附图说明

图1为平衡阀控制回路原理图。

图2为驻车制动器控制回路原理图。

图3为安全制动器控制回路原理图

具体实施方式

1一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统

液压提升机制动系统包括：平衡阀控制回路、驻车制动控制回路、安全制动器控制回路；平衡阀控制回路与提升机卷筒驱动马达集成安装，驻车制动器控制回路与平衡阀控制回路之间通过管路连接，驻车制动器控制回路输出端口通过管路连接平衡阀控制回路输入端口，驻车制动器控制回路另一个输出端口通过管路连接平衡阀控制回路另一个输入端口，平衡阀控制回路安装在提升机卷筒驱动马达和驻车制动器控制回路之间。平衡阀控制回路的作用是平衡提升机负载并实现行车制动，驻车制动控制回路的作用是实现驻车制动器的开启和关闭，安全制动器控制回路的作用是实现液压盘式制动器的开启和关闭。

2、平衡阀控制回路

平衡阀控制回路原理如图1所示。平衡阀控制回路包括：平衡阀1、电磁方向阀YA94和YA102、单向调速阀3，平衡阀控制回路有两个输入端口和四个输出端口，平衡阀1有进油口、负载口、控制油口、泄油口、回油口四个油口，其它阀件有进油口和出油口两个油口，平衡阀控制回路输入端口1通过管路直接连接输出端口1同时连接平衡阀1的控制油口，输入端口2通过管路连接电磁方向阀YA94的进油口同时连接单向调速阀3的出油口，电磁方向阀YA94的出油口通过管路连接至平衡阀1的进油口，平衡阀1的负载口通过管路连接至平衡阀控制回路输出端口2同时连接电磁方向阀YA102的进油口，电磁方向阀YA102出油口通过管路连接至单向调速阀3的进油口，平衡阀1的泄油口通过管路连接至平衡阀控制回路的输出端口3，平衡阀1的回油口通过管路连接至平衡阀控制回路的输出端口4。平衡阀1安全压力设定为25±0.5MPa，开启压力设定为2.8MPa～9.6MPa。

液压提升机利用平衡阀1在阀芯回中位时对液压马达进行制动，在下放过程中起到行车制动的作用，防止因负载过大可能引起的超速运动。同时，由于平衡阀的负载锁紧功能，可以保证液压提升机在其它制动措施不起作用的情况下负载不会出现失控下落的故障，也可以避免其它制动措施解除瞬间，负载的快速遛沟现象。

平衡阀采用德国布赫公司最新K型端盖产品，该型平衡阀可以实现分段开启，最大限度地保证平衡阀开启平稳性。该平衡阀安装方式为直接安装于液压马达下放腔负载口(与马达直连)，没有通过管路连接，可以避免由于管路破裂引起的平衡阀失效、负载失控下落的安全风险。

为避免提升机下放过程中因平衡阀卡滞在大开口或平衡阀控制油口堵塞导致平衡阀无法开启，设计了平衡阀备份回路(见图1所示)，由电磁方向阀YA9(4)和电磁方向阀YA10(2)、单向调速阀(3)组成，在提升机满载运行中，控制系统对马达A腔和B腔压力以及系统运行速度进行实时监测，当工作压力低于一定值或系统运行速度高于一定值后，根据经验首先判断是平衡阀卡滞在大开口(马达突然损坏的概率非常低)，可以采取应急故障预案，即将电磁方向阀YA9和电磁方向阀YA10通电，将平衡阀截止，采用旁路并联的单向调速阀实现提升机应急下放。同样，当平衡阀因控制油口堵塞导致无法打开时，可以将电磁方向阀YA9和电磁方向阀YA10通电，将平衡阀截止，采用旁路并联的单向调速阀实现提升机应急下放。

3、驻车制动器控制回路

驻车制动器回路原理图如图2所示。驻车制动器控制回路包括：驻车制动器8、梭阀5、减压阀6、节流阀7，驻车制动器控制回路有两个输入端口和三个输出端口，驻车制动器有一个工作油口，梭阀有两个工作口和一个信号口共三个油口，其它阀件有进油口和出油口两个油口。驻车制动器控制回路的输入端口1通过管路直接连接输出端口1同时连接梭阀的一个工作口，输入端口2通过管路直接连接输出端口2同时连接梭阀的另一个工作口，梭阀的信号口通过管路连接减压阀的进油口，减压阀的出油口通过管路连接驻车制动器的工作油口同时连接节流阀的进油口，节流阀的出油口通过管路连接至驻车制动器控制回路的输出端口3。驻车制动器控制回路的驻车制动器集成安装于提升机卷筒内部的高速端，驻车制动器开启压力要求低于平衡阀的开启压力和空载提升时的马达工作压力。减压阀的出口压力设定要大于驻车制动器开启压力，节流阀的开口大小根据驻车制动器关闭时间要求设定。

采用了卷筒内置驻车制动技术方案，解决了在有限的尺寸空间内同时布置高速端与低速端制动器的难题，实现了行车制动和驻车制动的双冗余控制，确保了液压提升机安全运行。通过参数匹配实现驻车制动器的自动开启和关闭，实现了驻车制动与行车制动的工作时序控制。

驻车制动器的启闭与液压马达运行停止均采用相同的换向阀件控制。驻车制动器开启压力为1.1MPa，减压阀设定压力为4±0.5MPa，驻车制动器开启时，可以保证驻车制动器先解锁到位，再开始马达动作，避免驻车制动器异常磨损。提升机空载运行时马达工作压力最高为1.4±0.2MPa，确保提升机空载提升时驻车制动器的可靠开启。驻车制动器关闭时，液压系统先通过平衡阀制动，马达停止运行后，驻车制动器延时上闸，驻车制动器起到支持制动作用。

驻车制动器设置在液压提升机卷筒减速器卷筒内部(与卷筒减速器集成安装)，设有开闭闸检测开关，外形尺寸极其小巧，制动力矩可达680Nm(实际所需驻车制动力矩为270Nm)，制动力矩余量较大。

4、安全制动器控制回路

安全制动器控制回路原理图如图3所示。安全制动器控制回路包括：液压盘式制动器(包括冗余设计的液压盘式制动器A15和液压盘式制动器B16)、蓄能器13、电磁方向阀YA712、溢流阀9、单向阀A10、单向阀B11、单向节流阀14，安全制动器控制回路有一个输入端口和一个输出端口，液压盘式制动器和蓄能器各有一个工作油口，其它阀件有进油口和出油口两个油口，安全制动器控制回路的输入端口通过管路同时连接至单向阀A的进油口和溢流阀的进油口，单向阀A的出油口连接至单向阀B的进油口，单向阀B的出油口连接至单向节流阀的进油口，单向节流阀的出油口同时连接至液压盘式制动器的工作油口、蓄能器的工作油口以及电磁方向阀YA7的进油口，电磁方向阀YA7的出油口和溢流阀的出油口同时连接至安全制动器控制回路的输出端口。液压盘式制动器安装于提升机卷筒末端，溢流阀的压力设定要求高于液压盘式制动器开启压力且低于液压盘式制动器最高工作压力，蓄能器的充气压力要求满足安全制动控制回路要求。

采用大扭矩液压盘式制动器，同时研制了高可靠性安全制动器控制回路，解决了以往提升机制动系统无低速端制动(安全制动)的难题，并实现低速端自冗余控制。消除了提升机运行时实施紧急制动的安全隐患，提高了提升机制动系统的安全性。

液压盘式制动器开启时，进油路开启先向液压盘式制动器回路充压，电磁方向阀YA7需通电，当压力达到17.5MPa以上液压盘式制动器可以实现开启，进油路可以关闭，液压盘式制动器回路靠蓄能器、单向阀实现控制(蓄能器充气压力为13.8±0.5MPa)，保证处于开启状态，当液压盘式制动器关闭时，将电磁方向阀YA7断电即可。为提高控制回路可靠性，采用双单向阀串联冗余设计，最大限度减小由于单向阀泄漏造成的控制故障。采用单向节流阀设置在进油路中，避免当进油路管路发生突然施压时液压盘式制动器抱闸产生较大的冲击。

液压盘式制动器设置在液压提升机卷筒末端(低速端)，选用两套德国西伯瑞公司SHI107Fc型液压盘式制动器并联布置，制动器开启压力为17.5～20MPa，单个制动器制动力矩可达35880Nm，而液压提升机紧急制动时所需要的制动力矩(包括负载作用力和马达作用力)为30598Nm，即液压盘式制动器在一个失效的前提下仍然可以实现液压提升机的低速端制动，确保制动安全可靠。液压盘式制动器设有开闭闸检测开关，用于系统流程判断。

5、制动系统工作顺序

正常工作启动时，液压系统先开启液压盘式制动器，再开启驻车制动器，最后开启平衡阀，停机时与启动时顺序相反，先关闭平衡阀，再关闭驻车制动器，最后关闭液压盘式制动器。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于包括：平衡阀控制回路、驻车制动控制回路、安全制动器控制回路；平衡阀控制回路与提升机卷筒驱动马达集成安装，驻车制动器控制回路与平衡阀控制回路之间通过管路连接，驻车制动器控制回路输出端口通过管路连接平衡阀控制回路输入端口，驻车制动器控制回路另一个输出端口通过管路连接平衡阀控制回路另一个输入端口，平衡阀控制回路安装在提升机卷筒驱动马达和驻车制动器控制回路之间；平衡阀控制回路用于平衡提升机负载并实现行车制动，驻车制动控制回路用于实现驻车制动器的开启和关闭，安全制动器控制回路用于实现液压盘式制动器的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于：所述平衡阀控制回路包括：平衡阀(1)、电磁方向阀YA9(4)、电磁方向阀YA10(2)、单向调速阀(3)；平衡阀控制回路设置有两个输入端口1-2和四个输出端口1-4；平衡阀(1)设置有进油口、负载口、控制油口、泄油口、回油口；平衡阀控制回路输入端口1通过管路直接连接输出端口1，同时连接平衡阀(1)的控制油口；平衡阀控制回路输入端口2通过管路连接电磁方向阀YA9(4)的进油口，同时连接单向调速阀(3)的出油口；电磁方向阀YA9(4)的出油口通过管路连接至平衡阀(1)的进油口；平衡阀(1)的负载口通过管路连接至平衡阀控制回路输出端口2，同时连接电磁方向阀YA10(2)的进油口；电磁方向阀YA10(2)出油口通过管路连接至单向调速阀(3)的进油口；平衡阀(1)的泄油口通过管路连接至平衡阀控制回路的输出端口3，平衡阀(1)的回油口通过管路连接至平衡阀控制回路的输出端口4。

3.根据权利要求2所述的一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于：所述平衡阀(1)安全压力设定为25±0.5MPa，平衡阀(1)开启压力设定为2.8MPa～9.6MPa。

4.根据权利要求1所述的一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于：所述驻车制动器控制回路包括：驻车制动器(8)、梭阀(5)、减压阀(6)、节流阀(7)；驻车制动器控制回路有两个输入端口1-2和三个输出端口1-3，驻车制动器(8)设置有一个工作油口，梭阀(5)设置有两个工作口1-2和一个信号口；减压阀(6)和节流阀(7)均设置有进油口和出油口；驻车制动器控制回路的输入端口1通过管路直接连接输出端口1同时连接梭阀(5)的一个工作口，输入端口2通过管路直接连接输出端口2同时连接梭阀(5)的另一个工作口，梭阀(5)的信号口通过管路连接减压阀(6)的进油口，减压阀(6)的出油口通过管路连接驻车制动器的工作油口同时连接节流阀(7)的进油口，节流阀(7)的出油口通过管路连接至驻车制动器控制回路的输出端口3。

5.根据权利要求4所述的一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于：所述驻车制动器(8)集成安装于提升机卷筒内部的高速端。

6.根据权利要求4所述的一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于：所述驻车制动器开启压力要求低于平衡阀的开启压力和空载提升时的马达工作压力。

7.根据权利要求4所述的一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于：减压阀(6)的出口压力设定大于驻车制动器(8)开启压力。

8.根据权利要求1所述的一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于：所述安全制动器控制回路包括：液压盘式制动器、蓄能器(13)、电磁方向阀YA7(12)、溢流阀(9)、单向阀A(10)、单向阀B(11)、单向节流阀(14)；安全制动器控制回路设置有一个输入端口和一个输出端口，液压盘式制动器和蓄能器(13)各有一个工作油口；电磁方向阀YA7(12)、溢流阀(9)、单向阀A(10)、单向阀B(11)、单向节流阀(14)均设置有进油口和出油口；安全制动器控制回路的输入端口通过管路同时连接至单向阀A(10)的进油口和溢流阀(9)的进油口，单向阀A(10)的出油口连接至单向阀B(11)的进油口，单向阀B(11)的出油口连接至单向节流阀(14)的进油口，单向节流阀(14)的出油口同时连接至液压盘式制动器的工作油口、蓄能器(13)的工作油口以及电磁方向阀YA7(12)的进油口，电磁方向阀YA7(12)的出油口和溢流阀(9)的出油口同时连接至安全制动器控制回路的输出端口。

9.根据权利要求8所述的一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统，其特征在于：所述液压盘式制动器安装于提升机卷筒末端；所述溢流阀(9)的压力设定高于液压盘式制动器开启压力且低于液压盘式制动器最高工作压力。

10.一种利用上述任一一种高可靠性和安全性大载荷提升机制动系统进行制动的方法，其特征在于步骤如下：

工作启动时：

先开启液压盘式制动器；

再开启驻车制动器(8)；

最后开启平衡阀(1)；

工作停止时：

先关闭平衡阀(1)；

再关闭驻车制动器(8)；

最后关闭液压盘式制动器。