CN110655000A - 一种双向防失速起升绞车液压控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向防失速起升绞车液压控制系统，主要包括液压泵、泵出口溢流阀、泵出口单向阀、第一比例方向阀、补油减压阀、第一平衡阀、第一防倒拖恒张力控制模块、第一补油单向阀、第一安全阀、PLC控制器、第一压力传感器、力矩转速仪、绞车马达、绞车卷筒等。本发明是一种负载口独立的具有防失速、恒张力功能的起升绞车液压控制系统；采用两个比例方向阀，实现了负载口独立；采用压力引出点设置在平衡阀与比例方向阀之间的技术解决方案，配合PLC控制器对绞车卷筒转速的测量和防失速控制算法；采用防倒拖恒张力控制模块和压力传感器、力矩转速仪；采用并联的手动溢流阀，可以实现手动恒张力控制功能；可以多次尝试设定手动溢流阀。

Description

一种双向防失速起升绞车液压控制系统
技术领域
本发明涉及液压控制的领域，具体涉及一种双向防失速起升绞车液压控制系统。
背景技术
液压控制系统由于具有功率重量比大、易于无级调速、运动精确可控等特点，广泛应用于工程机械、建筑施工、物流交通、海洋航空等领域，液压起升绞车是液压控制系统应用的典型设备之一。
液压起升绞车一般具有负载大、运动速度高、具有超越负载等工作特点，实际应用时往往会发生启动缓慢、停车冲击大、超越负载下失速倒拖等问题。在一些特殊的应用场合(如海洋精密仪器收放存储、重物吊装运输等)，往往需要液压起升绞车具有恒张力控制功能，要求绞车在正转、反转时保持能够缆绳的恒定张力。如何实现液压起升绞车的快速启动，如何减小重载收放时的停车冲击，如何设计具有防失速功能的恒张力液压控制回路，是工程设计人员面临的普遍技术问题。
目前液压起升绞车一般采用比例方向阀或比例多路阀进行运动控制，绞车马达液压回路设置有平衡阀，用于防止超越负载下的绞车倒拖现象。在需要实现恒张力控制功能时，一般的技术手段是在绞车马达的工作油口设置比例溢流阀和压力传感器，比例溢流阀的压力引出点在马达工作油口附近。这种恒张力控制回路在张力设定偏小时，容易发生失速倒拖现象。采用比例方向阀或比例多路阀的绞车控制系统，也存在启动缓慢、停车冲击大等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种双向防失速起升绞车液压控制系统。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种双向防失速起升绞车液压控制系统，主要包括液压泵、泵出口溢流阀、泵出口单向阀、第一比例方向阀、第二比例方向阀、补油减压阀、第一平衡阀、第二平衡阀、第一防倒拖恒张力控制模块、第二防倒拖恒张力控制模块、第一补油单向阀、第二补油单向阀、第一安全阀、第二安全阀、PLC控制器、第一压力传感器、力矩转速仪、绞车马达、绞车卷筒、第二压力传感器，液压泵与泵出口溢流阀、泵出口单向阀连接，泵出口单向阀与第一比例方向阀、第二比例方向阀和补油减压阀连接，第一比例方向阀连接第一平衡阀和第一防倒拖恒张力控制模块，第二比例方向阀连接第二平衡阀和第二防倒拖恒张力控制模块，第一平衡阀与第一防倒拖恒张力控制模块、补油减压阀、第一安全阀、绞车马达连接，第二平衡阀与第二防倒拖恒张力控制模块、补油减压阀、第二安全阀、绞车马达连接，第一平衡阀、第二平衡阀的控制油口与所在绞车马达工作油口的对侧工作油口连接，绞车马达与绞车卷筒连接，第一补油单向阀、第二补油单向阀连接绞车马达实现补油，设有第一压力传感器和第二压力传感器测量绞车马达工作油口压力，设有力矩转速仪测量绞车卷筒的力矩和转速，设有PLC控制器接收第一压力传感器和第二压力传感器和力矩转速仪的测量信号，PLC控制器根据控制算法向第一比例方向阀、第二比例方向阀以及第一防倒拖恒张力控制模块和第二防倒拖恒张力控制模块中的电磁换向阀和比例溢流阀发送控制信号。
所述第一防倒拖恒张力控制模块主要包括第一旁通电磁换向阀、第一常开截止阀、第一恒张力使能电磁换向阀、第一手动溢流阀、第一比例溢流阀，第一常开截止阀与第一防倒拖恒张力控制模块内部的第一旁通电磁换向阀、第一恒张力使能电磁换向阀、第一手动溢流阀以及第一防倒拖恒张力控制模块外部的第一比例方向阀、第一平衡阀连接，第一恒张力使能电磁换向阀与第一旁通电磁换向阀、第一常开截止阀、第一比例溢流阀连接。
所述第二防倒拖恒张力控制模块主要包括第二旁通电磁换向阀、第二常开截止阀、第二恒张力使能电磁换向阀、第二手动溢流阀、第二比例溢流阀，第二防倒拖恒张力控制模块结构构成与第一防倒拖恒张力控制模块相同。
所述第一比例溢流阀和第二比例溢流阀调节绞车马达的工作油口压力，调节压力的引出点在第一平衡阀与第一比例方向阀以及第二平衡阀与第二比例方向阀之间。
本发明的有益效果为：本发明是一种负载口独立的具有防失速、恒张力功能的起升绞车液压控制系统；采用两个比例方向阀，分别用于控制绞车马达A口和B口的流量，实现了负载口独立，可以根据实际应用需求，实现绞车卷筒的快速启动，也可以根据冲击限值，减小绞车卷筒停止过程的冲击峰值；不同于一般的恒张力控制回路(在平衡阀与绞车马达工作油口之间引出压力控制点)，采用压力引出点设置在平衡阀与比例方向阀之间的技术解决方案，配合PLC控制器对绞车卷筒转速的测量和防失速控制算法，可以实现在恒张力设定较小的情况下，仍不发生失速倒拖的设计目的；采用防倒拖恒张力控制模块和压力传感器、力矩转速仪，不仅可以实现防失速条件下的恒张力控制功能，还兼具防失速条件下的扭矩控制功能、恒转速控制功能；当比例溢流阀发生卡滞、无法动作等故障时，采用并联的手动溢流阀，可以实现手动恒张力控制功能；得益于防倒拖恒张力控制模块和PLC控制算法，可以多次尝试设定手动溢流阀，而不必担心设定值不恰当导致的失速倒拖现象。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
附图标记说明：液压泵1、泵出口溢流阀2、泵出口单向阀3、第一比例方向阀4、第二比例方向阀5、补油减压阀6、第一平衡阀7、第二平衡阀8、第一防倒拖恒张力控制模块9、第一旁通电磁换向阀91、第一常开截止阀92、第一恒张力使能电磁换向阀93、第一手动溢流阀94、第一比例溢流阀95、第二防倒拖恒张力控制模块10、第二旁通电磁换向阀101、第二常开截止阀102、第二恒张力使能电磁换向阀103、第二手动溢流阀104、第二比例溢流阀105、第一补油单向阀11、第二补油单向阀12、第一安全阀13、第二安全阀14、PLC控制器15、第一压力传感器16、力矩转速仪17、绞车马达18、绞车卷筒19、第二压力传感器20。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例：如附图所示，这种双向防失速起升绞车液压控制系统，主要包括液压泵1、泵出口溢流阀2、泵出口单向阀3、第一比例方向阀4、第二比例方向阀5、补油减压阀6、第一平衡阀7、第二平衡阀8、第一防倒拖恒张力控制模块9、第二防倒拖恒张力控制模块10、第一补油单向阀11、第二补油单向阀12、第一安全阀13、第二安全阀14、PLC控制器15、第一压力传感器16、力矩转速仪17、绞车马达18、绞车卷筒19、第二压力传感器20，液压泵1与泵出口溢流阀2、泵出口单向阀3连接，泵出口单向阀3与第一比例方向阀4、第二比例方向阀5和补油减压阀6连接，第一比例方向阀4连接第一平衡阀7和第一防倒拖恒张力控制模块9，第二比例方向阀5连接第二平衡阀8和第二防倒拖恒张力控制模块10，第一平衡阀7与第一防倒拖恒张力控制模块9、补油减压阀6、第一安全阀13、绞车马达18连接，第二平衡阀8与第二防倒拖恒张力控制模块10、补油减压阀6、第二安全阀14、绞车马达18连接，第一平衡阀7、第二平衡阀8的控制油口与所在绞车马达18工作油口的对侧工作油口连接，绞车马达18与绞车卷筒19连接，第一补油单向阀11、第二补油单向阀12连接绞车马达18实现补油，设有第一压力传感器16和第二压力传感器20测量绞车马达18工作油口压力，设有力矩转速仪17测量绞车卷筒19的力矩和转速，设有PLC控制器15接收第一压力传感器16和第二压力传感器20和力矩转速仪17的测量信号，PLC控制器15根据控制算法向第一比例方向阀4、第二比例方向阀5以及第一防倒拖恒张力控制模块9和第二防倒拖恒张力控制模块10中的电磁换向阀和比例溢流阀发送控制信号。
第一防倒拖恒张力控制模块9主要包括第一旁通电磁换向阀91、第一常开截止阀92、第一恒张力使能电磁换向阀93、第一手动溢流阀94、第一比例溢流阀95，第一常开截止阀92与第一防倒拖恒张力控制模块9内部的第一旁通电磁换向阀91、第一恒张力使能电磁换向阀93、第一手动溢流阀94以及第一防倒拖恒张力控制模块9外部的第一比例方向阀4、第一平衡阀7连接，第一恒张力使能电磁换向阀93与第一旁通电磁换向阀91、第一常开截止阀92、第一比例溢流阀95连接。第二防倒拖恒张力控制模块10主要包括第二旁通电磁换向阀101、第二常开截止阀102、第二恒张力使能电磁换向阀103、第二手动溢流阀104、第二比例溢流阀105，第二防倒拖恒张力控制模块10结构构成与第一防倒拖恒张力控制模块9相同。
第一比例溢流阀95和第二比例溢流阀105调节绞车马达18的工作油口压力，调节压力的引出点在第一平衡阀7与第一比例方向阀4以及第二平衡阀8与第二比例方向阀5之间。
本发明具体工作原理：
采用绞车马达18工作油口A、B分别配置第一比例方向阀4、第二比例方向阀5的设计，实现第一比例方向阀4和第二比例方向阀5解耦。在绞车马达启动时(以A口进油、B口出油为例)，使第二旁通电磁换向阀101得电，独立调节第一比例方向阀4的阀芯开度，增大绞车马达18A口的进油功率，独立调节第二比例方向阀5的阀芯开度，减小绞车马达18B口的回油阻尼，通过增大绞车马达18进油功率、减小回油阻尼的方式，实现绞车卷筒19的快速启动。当绞车马达18以B口进油、A口出油启动时，使第一旁通电磁换向阀91得电，可实现绞车卷筒19另一个方向的快速启动。
在绞车马达18停止时(以A口进油、B口出油为例)，使第二旁通电磁换向阀101得电，独立调节第一比例方向阀4的阀芯开度，减小绞车马达18A口的进油功率，独立调节第二比例方向阀5的阀芯开度，增大绞车马达18B口的回油阻尼，通过减小绞车马达18进油功率、增大回油阻尼的方式，实现绞车卷筒19的无冲击快速停车。当绞车马达18以B口进油、A口出油停车时，使第一旁通电磁换向阀91得电，可实现绞车卷筒19另一个方向的无冲击快速停车。
当绞车卷筒19的负载为超越负载时，采用绞车马达18工作油口A、B分别配置第一平衡阀7、第二平衡阀8的设计，实现绞车卷筒19正转、反转两个方向的超越负载启停。当绞车马达18以A口进油、B口出油时，第一旁通电磁换向阀91得电、第二平衡阀8参与工作，实现绞车卷筒19一个方向的旋转。当绞车马达18以B口进油、A口出油时，第二旁通电磁换向阀101得电、第一平衡阀7参与工作，实现绞车卷筒19另一个方向的旋转。
采用绞车马达18两侧对称布置的液压阀组(第一比例方向阀4、第二比例方向阀5，第一平衡阀7、第二平衡阀8，第一补油单向阀11、第二补油单向阀12，第一安全阀13、第二安全阀14，第一恒张力使能电磁换向阀93、第二防倒拖恒张力控制模块10)和检测控制系统(PLC控制器15、第一压力传感器16、第二压力传感器20)，能够实现绞车卷筒19正转、反转时的防失速恒张力功能。
系统运行时，液压泵1向绞车马达18供油。独立调节第一比例方向阀4，控制绞车马达18的进油流量。第一旁通电磁换向阀91、第一恒张力使能电磁换向阀93得电，第二旁通电磁换向阀101得电，采用第一比例溢流阀95控制绞车马达18A口压力。PLC控制器15接收第一压力传感器16、第二压力传感器20的压力信号，计算绞车马达18压差，通过PLC控制器15输出控制指令调节第一比例溢流阀95，同时调节第一比例方向阀4、第二比例方向阀5，实现恒张力功能。
当绞车卷筒19有超越负载且绞车马达18驱动无法提升超越负载，且第一比例溢流阀95设定值较小时，采用PLC控制器15、力矩转速仪17实现防止倒拖功能。力矩转速仪17反馈绞车卷筒19转速，当绞车卷筒19转速向相反方向有运动时，PLC控制器15控制第一旁通电磁换向阀91、第一恒张力使能电磁换向阀93失电，使第一平衡阀7支撑超越负载，不再发生倒拖现象。通过调大第一比例溢流阀95的设定值，可以实现负载提升，结合恒张力控制过程，可以实现防失速恒张力功能。
采用第二防倒拖恒张力控制模块10进行恒张力调节时，可以实现绞车卷筒另一方向的防失速恒张力功能。
采用PLC控制器15、力矩转速仪17、第一比例方向阀4、第二比例方向阀5，实现绞车卷筒19的恒转速功能。力矩转速仪17反馈绞车卷筒19的转速，PLC控制器15通过对比目标转速与实际转速，输出第一比例方向阀4、第二比例方向阀5的控制指令，使绞车卷筒19保持在恒定转速。
采用PLC控制器15、力矩转速仪17、第一防倒拖恒张力控制模块9、第二防倒拖恒张力控制模块10，实现绞车卷筒19的恒扭矩功能。力矩转速仪17反馈绞车卷筒19的扭矩，PLC控制器15通过对比目标扭矩与实际扭矩，输出第一比例溢流阀95、第二比例溢流阀105的控制指令，使绞车卷筒19保持在恒定扭矩。
当第一防倒拖恒张力控制模块9、第二防倒拖恒张力控制模块10发生故障时，采用常开截止阀92和第二常开截止阀102隔离故障，绞车卷筒19仍可在其他工况下正常运行。
采用补油减压阀6和第一补油单向阀11、第二补油单向阀12，向绞车马达18的A口、B口实现补油，防止绞车运行时出现吸空现象。
采用第一安全阀13、第二安全阀14，吸收绞车马达18运行过程中A口、B口的压力冲击，防止短时高压对液压元件产生损害。
采用第一手动溢流阀94、第二手动溢流阀104实现绞车张力手动调节，当发生比例溢流阀故障时，恒张力使能电磁换向阀失电，通过手动溢流阀调节绞车卷筒19张力。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种双向防失速起升绞车液压控制系统，其特征在于：主要包括液压泵(1)、泵出口溢流阀(2)、泵出口单向阀(3)、第一比例方向阀(4)、第二比例方向阀(5)、补油减压阀(6)、第一平衡阀(7)、第二平衡阀(8)、第一防倒拖恒张力控制模块(9)、第二防倒拖恒张力控制模块(10)、第一补油单向阀(11)、第二补油单向阀(12)、第一安全阀(13)、第二安全阀(14)、PLC控制器(15)、第一压力传感器(16)、力矩转速仪(17)、绞车马达(18)、绞车卷筒(19)、第二压力传感器(20)，液压泵(1)与泵出口溢流阀(2)、泵出口单向阀(3)连接，泵出口单向阀(3)与第一比例方向阀(4)、第二比例方向阀(5)和补油减压阀(6)连接，第一比例方向阀(4)连接第一平衡阀(7)和第一防倒拖恒张力控制模块(9)，第二比例方向阀(5)连接第二平衡阀(8)和第二防倒拖恒张力控制模块(10)，第一平衡阀(7)与第一防倒拖恒张力控制模块(9)、补油减压阀(6)、第一安全阀(13)、绞车马达(18)连接，第二平衡阀(8)与第二防倒拖恒张力控制模块(10)、补油减压阀(6)、第二安全阀(14)、绞车马达(18)连接，第一平衡阀(7)、第二平衡阀(8)的控制油口与所在绞车马达(18)工作油口的对侧工作油口连接，绞车马达(18)与绞车卷筒(19)连接，第一补油单向阀(11)、第二补油单向阀(12)连接绞车马达(18)实现补油，设有第一压力传感器(16)和第二压力传感器(20)测量绞车马达(18)工作油口压力，设有力矩转速仪(17)测量绞车卷筒(19)的力矩和转速，设有PLC控制器(15)接收第一压力传感器(16)和第二压力传感器(20)和力矩转速仪(17)的测量信号，PLC控制器(15)根据控制算法向第一比例方向阀(4)、第二比例方向阀(5)以及第一防倒拖恒张力控制模块(9)和第二防倒拖恒张力控制模块(10)中的电磁换向阀和比例溢流阀发送控制信号。
2.根据权利要求1所述的双向防失速起升绞车液压控制系统，其特征在于：所述第一防倒拖恒张力控制模块(9)主要包括第一旁通电磁换向阀(91)、第一常开截止阀(92)、第一恒张力使能电磁换向阀(93)、第一手动溢流阀(94)、第一比例溢流阀(95)，第一常开截止阀(92)与第一防倒拖恒张力控制模块(9)内部的第一旁通电磁换向阀(91)、第一恒张力使能电磁换向阀(93)、第一手动溢流阀(94)以及第一防倒拖恒张力控制模块(9)外部的第一比例方向阀(4)、第一平衡阀(7)连接，第一恒张力使能电磁换向阀(93)与第一旁通电磁换向阀(91)、第一常开截止阀(92)、第一比例溢流阀(95)连接。
3.根据权利要求1所述的双向防失速起升绞车液压控制系统，其特征在于：所述第二防倒拖恒张力控制模块(10)主要包括第二旁通电磁换向阀(101)、第二常开截止阀(102)、第二恒张力使能电磁换向阀(103)、第二手动溢流阀(104)、第二比例溢流阀(105)，第二防倒拖恒张力控制模块(10)结构构成与第一防倒拖恒张力控制模块(9)相同。
4.根据权利要求2或3所述的双向防失速起升绞车液压控制系统，其特征在于：所述第一比例溢流阀(95)和第二比例溢流阀(105)调节绞车马达(18)的工作油口压力，调节压力的引出点在第一平衡阀(7)与第一比例方向阀(4)以及第二平衡阀(8)与第二比例方向阀(5)之间。
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