CN110482431A - 一种带机械自锁保护同步升降装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带机械自锁保护同步升降装置及控制方法，它包括带机械自锁保护装置的液压千斤顶、液压泵站、集中可移动控制柜和位移传感器。所述带机械自锁保护装置的液压千斤顶包括机械自锁保护装置和单作用液压千斤顶，其中所述机械自锁保护装置安装在单作用液压千斤顶上，并与单作用液压千斤顶同步运行对其进行同步机械保护。以一种螺母螺杆结构液压千斤顶代替传统的机械保顶和液压千斤顶，利用齿轮啮合传动实现机械保顶的功能，不仅减少专用工装和机械螺旋千斤顶数量，而且取消保顶布设施工工序和操作人员，提升同步升降系统的操作便捷性和安全系数。

Description

一种带机械自锁保护同步升降装置及控制方法

技术领域

本发明涉及升降施工技术领域，特别是涉及一种带机械自锁保护同步升降装置及控制方法。

背景技术

目前，随着航空、航天、水工机械等领域的不断发展，设备的尺寸、吨位日趋大型化。同步升降装置对于保障大型构件的升降施工安全具有十分重要的意义。现有的同步升降装置采用泵控方式，即动力源分散布置，每个顶点单独由一台泵驱动，油泵电机为变频调速电机，系统通过改变泵的转速来调节流量，从而实现多点调速和同步。此方法在顶落施工时，为防止液压升降装置突然失效导致大型构件失稳，需同时在升降点附近布置一套顶升力接近的机械螺旋千斤保顶，使得同步升降系统的操作便捷性和安全性能受到限制。

发明内容

为了解决现有技术的不足之处，本发明提供一种带机械自锁保护同步升降装置及控制方法，以一种螺母螺杆结构液压千斤顶代替传统的机械保顶和液压千斤顶，利用齿轮啮合传动实现机械保顶的功能，不仅减少专用工装和机械螺旋千斤顶数量，而且取消保顶布设施工工序和操作人员，提升同步升降系统的操作便捷性和安全系数。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种带机械自锁保护同步升降装置，它包括带机械自锁保护装置的液压千斤顶、液压泵站、集中可移动控制柜和位移传感器。

所述带机械自锁保护装置的液压千斤顶包括机械自锁保护装置和单作用液压千斤顶，其中所述机械自锁保护装置安装在单作用液压千斤顶上，并与单作用液压千斤顶同步运行对其进行同步机械保护。

所述液压泵站包括油箱，所述油箱顶部安装有伺服电机泵组、比例阀组和电控箱，所述液压泵站通过液压系统与液压千斤顶相连，提供液压动力。

所述集中可移动控制柜上设有触摸屏、PLC控制、变频器、信号采集模块、信号输出模块、继电器和电源装置。

所述位移传感器独立安装在单作用液压千斤顶一侧，所述单作用液压千斤顶下腔安装有压力传感器，集中可移动控制柜的信号采集模块与位移传感器、压力传感器之间用电缆通过航空插头连接。

所述机械自锁保护装置的伺服电机通过电缆与液压泵站的电控箱连接，液压泵站的电控箱通过电缆与集中可移动控制柜的信号输出模块用电缆通过航空插头连接，液压泵站的比例阀组通过高压软管与单作用液压千斤顶连接。

所述机械自锁保护装置包括固定支架，所述固定支架固定安装在单作用液压千斤顶的缸筒外壁上，所述固定支架上安装有伺服电机和减速器，所述伺服电机的输出轴与减速器相连，所述减速器的输出轴安装有小齿轮，所述小齿轮与齿形螺母构成齿轮啮合传动，齿形螺母套装在单作用的活塞杆顶部，限位卡扣通过螺栓安装在单作用液压千斤顶的缸筒外壁上，并与齿形螺母的凹槽相配合。

所述齿形螺母内孔加工有内螺纹结构，所述活塞杆为螺杆结构，齿形螺母通过梯形螺纹套装在活塞杆上；所述齿形螺母与小齿轮为直齿圆柱齿轮结构，通过齿轮啮合的方式传动。

所述油箱的侧面还设有液温计、放油球阀、加热器；所述液温计通过螺栓与油箱外壁相连，放油球阀通过螺母与油箱接口相连接；所述油箱顶部还设有高压过滤器、回油过滤器、空气滤清器，所述高压过滤器通过固定支架安装在油箱顶部两侧，回油过滤器通过螺栓安装在油箱顶部中央，高压过滤器、回油过滤器与比例阀组通过液压管道连接。

所述比例阀组包括比例伺服阀、压力补偿阀、安全溢流阀和单向阀，所述安全溢流阀安装在油箱顶部，所述比例伺服阀前设置有压力补偿阀，安装在安全溢流阀上，所述单向阀安装在液压管道上。

所述液压泵站共有两套，每套所述液压泵站与两套带机械自锁保护装置的液压千斤顶相连。

采用任意一种带机械自锁保护同步升降装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：布置带机械自锁保护装置的液压千斤顶、液压泵站、集中可移动控制柜、位移传感器的位置，并安装、连接同步升降装置；

步骤2：调整同步升降装置限位，旋转各带机械自锁保护装置的单作用液压千斤顶的限位卡扣下端的固定螺纹，调整限位卡扣与齿形螺母的间隙达到设定值；

步骤3：同步顶升操作，进入同步顶升操作界面，设定当次同步顶升行程和速度，按下启动按钮，给定变频器信号，启动液压泵站，开启电磁截止阀，给单作用液压千斤顶供油，单作用液压千斤顶上升，PLC控制器接收并处理位移传感器的反馈信号，实时检测单作用液压千斤顶的运行速度，自动匹配机械自锁保护装置跟随速度，机械保护同步跟随，同时进行同步计算处理，变频器控制伺服电机泵组的转速，控制单作用液压千斤顶供油流量，单作用液压千斤顶同步顶升；

步骤4：同步顶升到位联锁，同步顶升到目标位置后，伺服电机泵组停机，停止系统供油，分别按下各千斤顶锁紧按钮，伺服电机驱动机械自锁保护装置的齿形螺母向下运动直至紧贴单作用液压千斤顶上端盖，机械自锁保护装置联锁；

步骤5：同步下落前解锁，分别按下各千斤顶解锁按钮，伺服电机驱动机械自锁保护装置的齿形螺母与单作用液压千斤顶上端盖产生间隙并接触限位卡扣，机械自锁保护装置同步解锁；

步骤6：同步下落操作，进入同步下落操作界面，设定当次同步下落行程和速度，按下启动按钮，给定比例伺服阀阀芯初始开度大小信号，开启电磁截止阀，在负载作用下单作用液压千斤顶下落，PLC控制器接收并处理位移传感器的反馈信号，实时检测单作用液压千斤顶的运行速度，自动匹配机械自锁保护装置跟随速度，机械保护同步跟随，同时进行同步计算处理，比例伺服阀控制阀芯开口的大小，控制单作用液压千斤顶回油流量，单作用液压千斤顶同步下落；

步骤7：同步下落到位联锁，同步下落到目标位置后，关闭电磁截止阀，各单作用液压千斤顶处于封闭保压状态，伺服电机驱动机械自锁保护装置的齿形螺母向下运动直至紧贴千斤顶上端盖，机械自锁保护装置联锁。

本发明提供一种带机械自锁保护同步升降装置及控制方法，技术效果如下：

1）机械保顶和液压千斤顶的功能集成技术，减少了相应升降点的专用工装和机械螺旋千斤顶，取消了保顶布设施工工序和操作人员，提升了同步升降系统的操作便捷性和安全系数。

2）机械安全自锁保护装置驱动同步控制策略，实时检测千斤顶的运行速度，自动匹配自锁保护装置跟随速度，实现了机械保护同步跟随。

3）千斤顶被动下落同步控制，PLC接收并处理位移传感器和压力传感器的反馈信号，进行同步计算处理，发出相应的模拟量信号给比例换向阀以控制阀芯开口的大小，控制液压顶回油的流量达到多点同步。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的组成图。

图2为本发明的电气控制原理框图。

图3为本发明的工作流程图。

图4为本发明的机械自锁保护装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-4，一种带机械自锁保护同步升降装置，它包括带机械自锁保护装置的液压千斤顶1、液压泵站2、集中可移动控制柜3和位移传感器4。

进一步的，所述带机械自锁保护装置的液压千斤顶1包括机械自锁保护装置5和单作用液压千斤顶6，其中所述机械自锁保护装置5安装在单作用液压千斤顶6上，并与单作用液压千斤顶6同步运行对其进行同步机械保护。

进一步的，所述液压泵站2包括油箱7，所述油箱7顶部安装有伺服电机泵组8、比例阀组9和电控箱10，所述液压泵站2通过液压系统与液压千斤顶1相连，提供液压动力。

进一步的，所述集中可移动控制柜3上设有触摸屏11、PLC控制12、变频器13、信号采集模块14、信号输出模块15、继电器16和电源装置17。

进一步的，所述位移传感器4独立安装在单作用液压千斤顶6一侧，所述单作用液压千斤顶6下腔安装有压力传感器18，集中可移动控制柜3的信号采集模块14与位移传感器4、压力传感器18之间用电缆通过航空插头19连接。

进一步的，所述机械自锁保护装置5的伺服电机通过电缆与液压泵站2的电控箱10连接，液压泵站2的电控箱10通过电缆与集中可移动控制柜3的信号输出模块15用电缆通过航空插头19连接，液压泵站2的比例阀组9通过高压软管20与单作用液压千斤顶6连接。

进一步的，所述机械自锁保护装置5包括固定支架503，所述固定支架503固定安装在单作用液压千斤顶6的缸筒外壁上，所述固定支架503上安装有伺服电机501和减速器502，所述伺服电机501的输出轴与减速器502相连，所述减速器502的输出轴安装有小齿轮504，所述小齿轮504与齿形螺母508构成齿轮啮合传动，齿形螺母508套装在单作用的活塞杆507顶部，限位卡扣505通过螺栓安装在单作用液压千斤顶6的缸筒外壁上，并与齿形螺母508的凹槽相配合。通过采用上述的机械自锁保护装置，工作过程中，活塞杆上升和下降过程中，伺服电机通过减速器驱动小齿轮旋转，小齿轮与齿形螺母啮合，驱动套装在千斤顶活塞杆梯形螺纹上的齿形螺母作旋转运动，保持齿形螺母下平面与千斤顶上端盖上平面间隙不变，设定间隙约0.4mm。当作业过程中间隙增大和减小0.2mm时，对称设置在缸筒外壁与齿形螺母上的刚性限位卡扣开始工作，减缓和阻止齿形螺母旋转，待间隙满足要求时齿形螺母继续正常旋转。上升和下落过程，通过控制伺服电机，自动匹配机械自锁保护装置跟随速度，实现机械保护同步跟随，当升降到位后，液压、机械自锁保护装置先后锁定。

进一步的，所述齿形螺母508内孔加工有内螺纹结构，所述活塞杆507为螺杆结构，齿形螺母508通过梯形螺纹套装在活塞杆507上；所述齿形螺母508与小齿轮504为直齿圆柱齿轮结构，通过齿轮啮合的方式传动。

进一步的，所述油箱7的侧面还设有液温计、放油球阀、加热器；所述液温计通过螺栓与油箱外壁相连，放油球阀通过螺母与油箱接口相连接；所述油箱顶部还设有高压过滤器、回油过滤器、空气滤清器，所述高压过滤器通过固定支架安装在油箱顶部两侧，回油过滤器通过螺栓安装在油箱顶部中央，高压过滤器、回油过滤器与比例阀组9通过液压管道连接。

进一步的，所述比例阀组9包括比例伺服阀、压力补偿阀、安全溢流阀和单向阀，所述安全溢流阀安装在油箱顶部，所述比例伺服阀前设置有压力补偿阀，安装在安全溢流阀上，所述单向阀安装在液压管道上。

通过采用上述的液压泵站2和比例阀组9，工作过程中，千斤顶顶升，启动伺服电机带动高压柱塞泵给系统供油，开启电磁截止阀，液压油经高压柱塞泵通过高压过滤器，压力补偿阀、比例伺服阀、电磁截止阀到达千斤顶，推动千斤顶上升。顶升到位后，系统关闭电磁截止阀，切断千斤顶供油油路锁死，千斤顶处于封闭保压状态。在顶升全过程中机械安全旋转螺母跟随液压千斤顶同步动作，保护施工安全。

千斤顶下落前，松开千斤顶机械锁紧装置，开启电磁截止阀，液压油经电磁截止阀、比例伺服阀回到油箱，释放千斤顶带载下落。下落过程中，自动调节比例伺服阀阀芯开度大小控制流量，下落到位后，系统关闭电磁截止阀，切断千斤顶供油油路锁死，千斤顶处于封闭保压状态。在下落全过程中机械安全旋转螺母跟随液压千斤顶同步动作，保护施工安全。

进一步的，所述液压泵站2共有两套，每套所述液压泵站2与两套带机械自锁保护装置的液压千斤顶1相连。通过多个顶升机构的协同工作进而实现了特殊的功能需求。

实施例2：

采用任意一种带机械自锁保护同步升降装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：布置带机械自锁保护装置的液压千斤顶1、液压泵站2、集中可移动控制柜3、位移传感器4的位置，并安装、连接同步升降装置；

步骤2：调整同步升降装置限位，旋转各带机械自锁保护装置的单作用液压千斤顶6的限位卡扣505下端的固定螺纹，调整限位卡扣505与齿形螺母508的间隙达到设定值；

步骤3：同步顶升操作，进入同步顶升操作界面，设定当次同步顶升行程和速度，按下启动按钮，给定变频器13信号，启动液压泵站2，开启电磁截止阀21，给单作用液压千斤顶6供油，单作用液压千斤顶6上升，PLC控制器12接收并处理位移传感器4的反馈信号，实时检测单作用液压千斤顶6的运行速度，自动匹配机械自锁保护装置5跟随速度，机械保护同步跟随，同时进行同步计算处理，变频器13控制伺服电机泵组8的转速，控制单作用液压千斤顶6供油流量，单作用液压千斤顶6同步顶升；

步骤4：同步顶升到位联锁，同步顶升到目标位置后，伺服电机泵组8停机，停止系统供油，分别按下各千斤顶锁紧按钮，伺服电机驱动机械自锁保护装置5的齿形螺母向下运动直至紧贴单作用液压千斤顶6上端盖，机械自锁保护装置5联锁；

步骤5：同步下落前解锁，分别按下各千斤顶解锁按钮，伺服电机驱动机械自锁保护装置5的齿形螺母与单作用液压千斤顶6上端盖产生间隙并接触限位卡扣，机械自锁保护装置5同步解锁；

步骤6：同步下落操作，进入同步下落操作界面，设定当次同步下落行程和速度，按下启动按钮，给定比例伺服阀阀芯初始开度大小信号，开启电磁截止阀21，在负载作用下单作用液压千斤顶6下落，PLC控制器12接收并处理位移传感器4的反馈信号，实时检测单作用液压千斤顶6的运行速度，自动匹配机械自锁保护装置5跟随速度，机械保护同步跟随，同时进行同步计算处理，比例伺服阀控制阀芯开口的大小，控制单作用液压千斤顶6回油流量，单作用液压千斤顶6同步下落。

步骤7：同步下落到位联锁，同步下落到目标位置后，关闭电磁截止阀21，各单作用液压千斤顶6处于封闭保压状态，伺服电机驱动机械自锁保护装置5的齿形螺母向下运动直至紧贴千斤顶6上端盖，机械自锁保护装置5联锁；

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (7)

1.一种带机械自锁保护同步升降装置，其特征在于：它包括带机械自锁保护装置的液压千斤顶（1）、液压泵站（2）、集中可移动控制柜（3）和位移传感器（4）；

所述带机械自锁保护装置的液压千斤顶（1）包括机械自锁保护装置（5）和单作用液压千斤顶（6），其中所述机械自锁保护装置（5）安装在单作用液压千斤顶（6）上，并与单作用液压千斤顶（6）同步运行对其进行同步机械保护；

所述液压泵站（2）包括油箱（7），所述油箱（7）顶部安装有伺服电机泵组（8）、比例阀组（9）和电控箱（10），所述液压泵站（2）通过液压系统与液压千斤顶（1）相连，提供液压动力；

所述集中可移动控制柜（3）上设有触摸屏（11）、PLC控制（12）、变频器（13）、信号采集模块（14）、信号输出模块（15）、继电器（16）和电源装置（17）；

所述位移传感器（4）独立安装在单作用液压千斤顶（6）一侧，所述单作用液压千斤顶（6）下腔安装有压力传感器（18），集中可移动控制柜（3）的信号采集模块（14）与位移传感器（4）、压力传感器（18）之间用电缆通过航空插头（19）连接；

所述机械自锁保护装置（5）的伺服电机通过电缆与液压泵站（2）的电控箱（10）连接，液压泵站（2）的电控箱（10）通过电缆与集中可移动控制柜（3）的信号输出模块（15）用电缆通过航空插头（19）连接，液压泵站（2）的比例阀组（9）通过高压软管（20）与单作用液压千斤顶（6）连接。

2.根据权利要求1所述的一种带机械自锁保护同步升降装置，其特征在于：所述机械自锁保护装置（5）包括固定支架（503），所述固定支架（503）固定安装在单作用液压千斤顶（6）的缸筒外壁上，所述固定支架（503）上安装有伺服电机（501）和减速器（502），所述伺服电机（501）的输出轴与减速器（502）相连，所述减速器（502）的输出轴安装有小齿轮（504），所述小齿轮（504）与齿形螺母（508）构成齿轮啮合传动，齿形螺母（508）套装在单作用的活塞杆（507）顶部，限位卡扣（505）通过螺栓安装在单作用液压千斤顶（6）的缸筒外壁上，并与齿形螺母（508）的凹槽相配合。

3.根据权利要求2所述的一种带机械自锁保护同步升降装置，其特征在于：所述齿形螺母（508）内孔加工有内螺纹结构，所述活塞杆（507）为螺杆结构，齿形螺母（508）通过梯形螺纹套装在活塞杆（507）上；所述齿形螺母（508）与小齿轮（504）为直齿圆柱齿轮结构，通过齿轮啮合的方式传动。

4.根据权利要求1所述的一种带机械自锁保护同步升降装置，其特征在于：所述油箱（7）的侧面还设有液温计、放油球阀、加热器；所述液温计通过螺栓与油箱外壁相连，放油球阀通过螺母与油箱接口相连接；所述油箱顶部还设有高压过滤器、回油过滤器、空气滤清器，所述高压过滤器通过固定支架安装在油箱顶部两侧，回油过滤器通过螺栓安装在油箱顶部中央，高压过滤器、回油过滤器与比例阀组（9）通过液压管道连接。

5.根据权利要求4所述的一种带机械自锁保护同步升降装置，其特征在于：所述比例阀组（9）包括比例伺服阀、压力补偿阀、安全溢流阀和单向阀，所述安全溢流阀安装在油箱顶部，所述比例伺服阀前设置有压力补偿阀，安装在安全溢流阀上，所述单向阀安装在液压管道上。

6.根据权利要求1所述的一种带机械自锁保护同步升降装置，其特征在于：所述液压泵站（2）共有两套，每套所述液压泵站（2）与两套带机械自锁保护装置的液压千斤顶（1）相连。

7.采用权利要求1-6任意一种带机械自锁保护同步升降装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：布置带机械自锁保护装置的液压千斤顶（1）、液压泵站（2）、集中可移动控制柜（3）、位移传感器（4）的位置，并安装、连接同步升降装置；

步骤2：调整同步升降装置限位，旋转各带机械自锁保护装置的单作用液压千斤顶（6）的限位卡扣（505）下端的固定螺纹，调整限位卡扣（505）与齿形螺母（508）的间隙达到设定值；

步骤3：同步顶升操作，进入同步顶升操作界面，设定当次同步顶升行程和速度，按下启动按钮，给定变频器（13）信号，启动液压泵站（2），开启电磁截止阀（21），给单作用液压千斤顶（6）供油，单作用液压千斤顶（6）上升，PLC控制器（12）接收并处理位移传感器（4）的反馈信号，实时检测单作用液压千斤顶（6）的运行速度，自动匹配机械自锁保护装置（5）跟随速度，机械保护同步跟随，同时进行同步计算处理，变频器（13）控制伺服电机泵组（8）的转速，控制单作用液压千斤顶（6）供油流量，单作用液压千斤顶（6）同步顶升；

步骤4：同步顶升到位联锁，同步顶升到目标位置后，伺服电机泵组（8）停机，停止系统供油，分别按下各千斤顶锁紧按钮，伺服电机驱动机械自锁保护装置（5）的齿形螺母向下运动直至紧贴单作用液压千斤顶（6）上端盖，机械自锁保护装置（5）联锁；

步骤5：同步下落前解锁，分别按下各千斤顶解锁按钮，伺服电机驱动机械自锁保护装置（5）的齿形螺母与单作用液压千斤顶（6）上端盖产生间隙并接触限位卡扣，机械自锁保护装置（5）同步解锁；

步骤6：同步下落操作，进入同步下落操作界面，设定当次同步下落行程和速度，按下启动按钮，给定比例伺服阀阀芯初始开度大小信号，开启电磁截止阀（21），在负载作用下单作用液压千斤顶（6）下落，PLC控制器（12）接收并处理位移传感器（4）的反馈信号，实时检测单作用液压千斤顶（6）的运行速度，自动匹配机械自锁保护装置（5）跟随速度，机械保护同步跟随，同时进行同步计算处理，比例伺服阀控制阀芯开口的大小，控制单作用液压千斤顶（6）回油流量，单作用液压千斤顶（6）同步下落；

步骤7：同步下落到位联锁，同步下落到目标位置后，关闭电磁截止阀（21），各单作用液压千斤顶（6）处于封闭保压状态，伺服电机驱动机械自锁保护装置（5）的齿形螺母向下运动直至紧贴千斤顶（6）上端盖，机械自锁保护装置（5）联锁。