CN110803622A - 一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，属于抓斗技术领域，其包括闭式液压泵、第一比例阀、第二比例阀、补油泵、冲洗阀、齿轮泵、开式油箱、换向阀、电控马达和自由落体减速机；所述换向阀控制齿轮泵的流向，进而控制自由落体减速机的连接和脱离的状态；以此控制卷扬机的工作状态；本发明公开的系统可使卷扬机自由下降，可提高抓斗冲击底面的力度，进而提高工作效率，卷扬机自由下降时，闭式液压泵和电控马达几乎没有负载，可减小驱动功率，起到节能环保的作用。

Description

一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统
技术领域
本发明涉及抓斗技术领域，尤其涉及一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统。
背景技术
在地下连墙施工过程中，随着成槽深度的增加，经常会遇到硬地层，会严重影响抓斗进尺深度。如何在现有基础上，提高液压抓斗的作业效率，提高施工进度与效率，降低施工成本、节能环保。
现有的地下连续墙液压抓斗卷扬机的节能与抓斗冲击采用以下方案：
1.主卷扬快速下放。在施工过程中，遇到硬地层，会采取主卷扬快速下放(60～70m/min),依靠较快的下放速度，形成对硬地层冲击。较快的下放速度会降低马达、平衡阀和减速机的使用寿命。
2.斗头自由落体。通过连杆机构使斗体滑块、斗头连杆机构和斗头自由落体，但是此机构重量较轻，效果不佳。
3.采用增重型斗体。采用增重型斗体，在施工过程中，会提高进尺深度，斗体重增加会降低主卷扬提升速度和增加功耗，提高设备油耗不经济、不环保等。
4.开式卷扬系统。能耗高，节流、溢流产生热量，常应用于在小流量液压系统中。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，用于解决现有系统中，抓斗对底面冲击不够，工作效率较低，且整个系统能耗较高的问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其包括闭式液压泵、第一比例阀、第二比例阀、补油泵、冲洗阀、齿轮泵、开式油箱、换向阀、变量活塞、电控马达和自由落体减速机；
所述闭式液压泵用于驱动电控马达，所述电控马达通过自由落体减速机与所述卷扬机的滚筒相连；
所述闭式液压泵与第一比例阀相连，所述第一比例阀用于控制闭式液压泵的排量和液压泵的运行方向；
所述电控马达与所述第二比例阀相连，所述第二比例阀用于控制电控马达的排量；
所述闭式液压泵与电控马达之间设置有补油泵、冲洗阀，所述补油泵能够及时补充系统泄露的液压油，保持系统的稳定，所述冲洗阀及时带走系统的热量，防止系统温度过高；
电控马达与卷扬机之间设置有减速机，所述减速机与齿轮泵相连；所述齿轮泵与所述换向阀相连；所述换向阀与所述开式油箱相连；
当所述换向阀失电时，所述齿轮泵中液压油回到开式油箱，电控马达通过减速机驱动所述卷扬机；所述第一比例阀通过控制闭式液压泵的排量以控制卷扬机速度，所述第二比例阀通过控制电控马达的排量以配合液压泵控制卷扬机的速度；
当所述换向阀得电时，所述齿轮泵中的液压油进入离合器中，驱动所述离合器处于脱离状态，所述卷扬机自由下降。
优选地，还包括有速度传感器，所述速度传感器用于检测卷扬机的速度。
优选地，还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器用于检测所述系统的低压侧压力，所述第二压力传感器用于检测所述系统的高压侧压力。
优选地，还包括判断模块，当所述换向阀得电时，且所述卷扬机处于下降状态，所述判断模块用于判断速度传感器检测到的卷扬机的下降速度是否大于或等于速度设定值，若是，控制闭式液压泵改变排量以降低卷扬机的下降速度；若否，保持闭式液压泵的排量并通过第一压力传感器检测所述系统的低压侧压力。
优选地，若检测到系统低压侧压力大于或等于第一压力设定值，电控马达驱动所述卷扬机下放到指定位置，若检测到系统低压侧压力小于第一压力设定值，控制闭式液压泵减小排量以增加系统低压侧的压力，再由第一压力传感器重新检测所述系统的低压侧压力。
优选地，当所述换向阀失电且所述卷扬机处于上升状态时，所述判断模块控制电控马达降低排量并判断系统中高压侧压力是否大于或等于第二压力设定值，若是，通过电控马达驱动所述卷扬机上升到指定位置，若否，降低电控马达的排量并重新判断系统中高压侧压力是否小于第二压力设定值。
优选地，所述卷扬机上设置有刹车，所述刹车用于对自由下降的卷扬机进行限速。
优选地，当所述换向阀得电且所述卷扬机处于自由下降的状态，所述判断模块判断卷扬机下降速度是否大于或等于自由下降速度设定值，若是，启动刹车对卷扬机减速，若否，继续自由下降。
优选地，还包括用于检测卷扬机自由下降高度的距离检测器。
优选地，在卷扬机自由下降之前，通过距离检测器检测所述卷扬机即将自由下降的高度并判断卷扬机即将自由下降的高度高于距离设定值，若是，停止卷扬机的自由下降，若否，驱动卷扬机自由下降。
本发明公开的系统可使卷扬机自由下降，可提高抓斗冲击底面的力度，进而提高工作效率，卷扬机自由下降时，闭式液压泵和电控马达几乎没有负载，可减小驱动功率，起到节能环保的作用。
附图说明
图1为实施例中一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统液压示意图。
图2为实施例中一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统控制卷扬机在普通工作状态下的流程示意图。
图3为实施例中一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统控制卷扬机在自由下降状态下降时的流程示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
请参照图1-图3，本发明公开了一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其包括闭式液压泵1、第一比例阀2、第二比例阀3、补油泵4、冲洗阀5、齿轮泵6、开式油箱、换向阀7、电控马达8和减速机9。
所述闭式液压泵1用于驱动电控马达8，所述电控马达8通过减速机9与所述卷扬机相连；
所述闭式液压泵1与第一比例阀2相连，所述第一比例阀2用于控制闭式液压泵1的排量以及闭式液压泵1的运行方向；
所述电控马达8与所述第二比例阀3相连，所述第二比例阀3用于控制电控马达8的排量；
所述闭式液压泵1与电控马达8之间设置有补油泵4、冲洗阀5、所述补油泵4用于及时为系统补充泄露的液压油，使整个系统保持稳定状态；所述冲洗阀5用于带走系统的热量，避免系统中温度过高的情况出现。
电控马达8与卷扬机之间设置有减速机9，所述减速机9与齿轮泵6相连；所述齿轮泵6与所述换向阀7相连；所述换向阀7与所述开式油箱相连；
当所述换向阀7失电时，所述齿轮泵6中液压油回到开式油箱，电控马达8通过减速机9驱动所述卷扬机；所述第一比例阀2通过控制闭式液压泵1的排量以控制卷扬机速度，所述第二比例阀3通过控制电控马达8的排量以控制卷扬机的速度；
当所述换向阀7得电时，所述齿轮泵6中的液压油进入减速机9中，驱动所述减速机9处于脱离状态，所述卷扬机自由下降，在本次实施例中，所述减速机具有离合器，所述换向阀7得电时，所述齿轮泵6中的液压油进入减速机9中并使离合器处于脱离状态。
本申请通过系统控制卷扬机上升和下降，同时控制卷扬机的上升速度和下降速度；通过本系统控制卷扬机工作时，具有两种状态，第一种状态为卷扬机普通工作状态，此时换向阀7失电，整个系统为闭式状态，闭式系统属于高压系统，在运行过程中存在系统泄漏，且需要一部分液压油带走系统内部的热量，在本实施例中通过齿轮泵6和冲洗阀5为该闭式系统补油并带走该系统中的热量；卷扬机在普通工作状态下，闭式液压泵1处于全排量状态，通过控制电控马达8的排量来控制卷扬机上升的速度，当检测的高压侧压力小于第二压力设定值时，所述电控马达8的排量越小，所述卷扬机的上升速度越快。通过控制闭式液压泵1的排量来控制卷扬机的下降速度，所述闭式液压泵1的排量越大，所述卷扬机的下降速度越快，所述闭式液压泵1的排量越小，所述卷扬机的下降速度越慢。
闭式系统与开式系统有明显的区别，液压泵的进油管直接与执行的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。闭式液压泵1可通过第一比例阀2改变液压油的方向，带动卷扬机上升与下降。本系统采用了闭式液压泵1和电控马达8，在运行过程中可以通过第一比例阀2和第二比例阀3分别改变闭式液压泵1和电控马达8的斜盘角度，进而改变系统的流量。开式系统是通过阀的节流实现，会造成系统大量发热。相对于开式系统，闭式系统少了节流环节，提高了能量利用率。开式系统，为了整个系统平稳运行，需要加装换向阀7、平衡阀以及控制系统，使液压系统存在压力损失，经现场测试压力损失2MPa(P)，此时系统流量为264.3*2(Q)L/min，根据公式：
N＝PQ/60
可得压力损失带来的功率损失为：17.62KW。将节流考虑在内，采用闭式系统整体功率利用率可以提高8％以上。
第二种状态为卷扬机自由下降状态下，此时，换向阀7得电，齿轮泵6的压力油进入减速机9工作腔，推动弹簧，使减速机9的离合器脱开，卷扬机负载自由下降；所述卷扬机因自身的重力自由下降，不受电控马达8的驱动。
所述系统还包括有速度传感器，所述速度传感器用于检测卷扬机的下降速度。
所述卷扬机在普通工作状态下，为避免卷扬机下降时失速，通过速度传感器实时检测所述卷扬机的下降速度，当卷扬机的速度过大时(处于失速状态)，通过调整闭式液压泵1的排量，使得闭式液压泵1的排量变小，以降低所述卷扬机的下降速度。
具体的，所述系统还包括第一压力传感器、第二压力传感器和判断模块，所述第一压力传感器用于检测所述系统的上侧压力，所述第二压力传感器用于检测所述系统的下侧压力。
当所述换向阀7失电时，且所述卷扬机处于下降状态，所述判断模块用于判断速度传感器检测到的卷扬机的下降速度是否大于或等于速度设定值，若是，控制闭式液压泵1改变排量以降低卷扬机的下降速度；若否，保持闭式液压泵1的排量并通过第一压力传感器检测所述系统的上侧压力。
若检测到系统上侧压力大于或等于第一压力设定值(图1中PS1)，电控马达8驱动所述卷扬机下放到指定位置，若检测到系统上侧压力小于第一压力设定值，控制闭式液压泵1减小排量以增加系统上侧的压力，再由第一压力传感器重新检测所述系统的上侧压力。
当所述换向阀7失电时，且所述卷扬机处于上升状态时，所述判断模块控制马达降低马达排量并判断系统中下侧压力是否小于第二压力设定值(图1中PS2)，若是，通过电控马达8驱动所述卷扬机上升到指定位置，若否，降低电控马达8的排量并重新判断系统中下侧压力是否小于第二压力设定值。
我们在低压侧和高压侧分别安装了第一压力传感器和第二压力传感器。在控制系统中，当系统低压侧压力少于设定值时，判断模块判断卷扬机是否处于失速状态，若是，控制驱动第一比例阀2，减小液压泵的排量，与此同时，驱动第二比例阀3，降低电控马达8的排量以降低卷扬机的下降速度。
在本次实施例中，所述卷扬机上设置有刹车，所述刹车用于对自由下降的卷扬机进行限速。当卷扬机下降速度过快，通过刹车可对所述卷扬机进行限速。所述系统设置有比例溢流阀，所述比例溢流阀可调节离合器9的脱离状态，进而使卷扬机得到不同的下放速度。
通刹车控制卷扬机自由下降的具体情况如下：
当所述换向阀7得电时，所述卷扬机处于自由下降的状态，所述判断模块判断卷扬机下降速度是否大于或等于自由下降速度设定值，若是，启动刹车对卷扬机减速，若否，继续自由下降。
所述系统还包括用于检测卷扬机自由下降高度的距离检测器。
在卷扬机自由下降之前，通过距离检测器检测所述卷扬机即将自由下降的高度并判断卷扬机即将自由下降的高度高于距离设定值，若是，停止卷扬机的自由下降，若否，驱动卷扬机自由下降。
本发明公开的系统可使卷扬机自由下降，可提高抓斗冲击底面的力度，进而提高工作效率，卷扬机自由下降时，闭式液压泵和电控马达几乎没有负载，可减小驱动功率，起到节能环保的作用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，包括闭式液压泵、第一比例阀、第二比例阀、补油泵、冲洗阀、齿轮泵、开式油箱、换向阀、电控马达和自由落体减速机；
所述闭式液压泵用于驱动电控马达，所述电控马达通过自由落体减速机与所述卷扬机的滚筒相连；
所述闭式液压泵与第一比例阀相连，所述第一比例阀用于控制闭式液压泵的排量以及该闭式液压泵的运行方向；
所述电控马达与所述第二比例阀相连，所述第二比例阀用于控制电控马达的排量；
所述闭式液压泵与电控马达之间设置有补油泵、冲洗阀、所述补油泵用于为系统补充泄露的液压油，所述冲洗阀用于带走系统中的热量；
电控马达与卷扬机之间设置有自由落体减速机，所述自由落体减速机与齿轮泵相连；所述齿轮泵与所述换向阀相连；所述换向阀与所述开式油箱相连；
当所述换向阀失电时，所述齿轮泵中液压油回到开式油箱，电控马达通过自由落体减速机驱动所述卷扬机；所述第一比例阀通过控制闭式液压泵的排量以控制卷扬机速度，所述第二比例阀通过控制电控马达的排量以配合液压泵控制卷扬机的速度；
当所述换向阀得电时，所述齿轮泵中的液压油进入离合器中，驱动所述离合器处于脱离状态，所述卷扬机自由下降。
2.根据权利要求1所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，还包括有速度传感器，所述速度传感器用于检测卷扬机的下降速度。
3.根据权利要求2所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器用于检测所述系统的低压侧压力，所述第二压力传感器用于检测所述系统的高压侧压力。
4.根据权利要求3所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，还包括判断模块，当所述换向阀得电时，且所述卷扬机处于下降状态，所述判断模块用于判断速度传感器检测到的卷扬机的下降速度是否大于或等于速度设定值，若是，控制闭式液压泵改变排量以降低卷扬机的下降速度；若否，保持闭式液压泵的排量并通过第一压力传感器检测所述系统的低压侧压力。
5.根据权利要求4所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，若检测到系统低压侧压力大于或等于第一压力设定值，电控马达驱动所述卷扬机下放到指定位置，若检测到系统低压侧压力小于第一压力设定值，控制闭式液压泵减小排量以增加系统低压侧的压力，再由第一压力传感器重新检测所述系统的低压侧压力。
6.根据权利要求5所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，当所述换向阀失电且所述卷扬机处于上升状态时，所述判断模块控制电控马达降低排量并判断系统中高压侧压力是否大于或等于第二压力设定值，若是，通过电控马达驱动所述卷扬机上升到指定位置，若否，降低电控马达的排量并重新判断系统中高压侧压力是否小于第二压力设定值。
7.根据权利要求1所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，所述卷扬机上设置有刹车，所述刹车用于对自由下降的卷扬机进行限速。
8.根据权利要求4所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，当所述换向阀得电且所述卷扬机处于自由下降的状态时，所述判断模块判断卷扬机下降速度是否大于或等于自由下降速度设定值，若是，启动刹车对卷扬机减速，若否，继续自由下降。
9.根据权利要求8所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，还包括用于检测卷扬机自由下降高度的距离检测器。
10.根据权利要求9所述的一种地下连续墙液压抓斗自由落体卷扬机系统，其特征在于，在卷扬机自由下降之前，通过距离检测器检测所述卷扬机即将自由下降的高度并判断卷扬机即将自由下降的高度高于距离设定值，若是，停止卷扬机的自由下降，若否，驱动卷扬机自由下降。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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