CN111649025A - 一种自动锁定液压启闭机油缸装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动锁定液压启闭机油缸装置，包括锁定执行机构、锁定传动机构和承重机构，所述承重机构包括承重锁紧轴，承重锁紧轴上设有承重螺母，承重螺母设置在液压启闭机主机的上端盖上侧，承重锁紧轴下端设有若干凸起，锁紧盖上设有供承重锁紧轴通过的通孔，通孔侧壁设有与凸起配合的凹槽，锁紧盖下端与活塞杆固定，上端盖上设有锁定执行机构，锁定执行机构通过锁定传动机构对承重锁紧轴进行驱动。该装置用于环境较差不便于人员手动操作的场所，提高了操作效率，保证了操作人员安全。

Description

一种自动锁定液压启闭机油缸装置及其控制方法
技术领域
本发明属于水利水电工程液压启闭机技术领域，特别涉及一种自动锁定液压启闭机油缸装置及其控制方法。
背景技术
液压启闭机由于操作要求，经常在活塞杆缩回状态下需要可靠的机械锁定，以保证活塞杆的位置。目前液压启闭机油缸包含的锁定装置多为手动操作机构，但在环境较差、空间狭小的地方不便于人员操作；也有一些单杆液压缸控制的锁定装置出现，但多为连杆结构，由于零部件较多、频繁操作磨损等因素，会导致可靠性变差，另外空间狭小的地方也不利于此类操作机构的布置，因此适用性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自动锁定液压启闭机油缸装置及其控制方法，用于环境较差不便于人员手动操作的场所，提高了操作效率，保证了操作人员安全。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种自动锁定液压启闭机油缸装置，包括锁定执行机构、锁定传动机构和承重机构，所述承重机构包括承重锁紧轴，承重锁紧轴上设有承重螺母，承重螺母设置在液压启闭机主机的上端盖上侧，承重锁紧轴下端设有若干凸起，锁紧盖上设有供承重锁紧轴通过的通孔，通孔侧壁设有与凸起配合的凹槽，锁紧盖下端与活塞杆固定，上端盖上设有锁定执行机构，锁定执行机构通过锁定传动机构对承重锁紧轴进行驱动。
优选的方案中，所述锁定执行机构包括双向缸动式液压缸，双向缸动式液压缸两端的单元活塞杆通过支架安装在上端盖上，所述锁定传动机构包括设置在双向缸动式液压缸的可动液压缸筒外壁的齿条，齿条与套装在承重锁紧轴上端的齿轮啮合。
优选的方案中，所述承重螺母通过锁紧螺母固定。
优选的方案中，还包括定位系统，定位系统包括解锁位置传感器、锁紧位置传感器和传感器触头，解锁位置传感器和锁紧位置传感器设置在上端盖上，传感器触头设置在承重螺母上。
优选的方案中，所述上端盖上设有带位置反馈的电磁插销，电磁插销通过电磁插销支架安装在上端盖上，承重螺母上设有与电磁插销的插销头配合的插销孔。
优选的方案中，所述齿条的长度L=πr/n，n为凸起的数量，r为齿轮分度圆半径。
优选的方案中，所述解锁位置传感器和锁紧位置传感器的夹角为β=180°/n，n为凸起的数量。
本发明还提供一种自动锁定液压启闭机油缸装置的控制方法，从解锁状态至锁紧状态，包括以下步骤：
步骤一、压力油接入液压启闭机主机的有杆腔侧，压力油作用在活塞下端面带动活塞杆向上移动，带动锁紧盖向上移动，凸起穿过凹槽，凹槽移动至凸起的上方，活塞接触固定在上端盖上的限位块的下端面后停止移动；
步骤二、锁定执行机构通过锁定传动机构传动后驱动承重锁紧轴转动，凸起与凹槽发生错位；
步骤三：液压启闭机主机有杆腔侧泄压，活塞杆向下移动，凸起与锁紧盖接触，荷载通过承重锁紧轴和承重螺母传递至上端盖上，完成锁定；
由锁紧状态到解锁状态，包括以下步骤：
步骤一：压力油接入液压启闭机主机的有杆腔侧，压力油作用在活塞下端面带动活塞杆向上移动，带动锁紧盖向上移动，活塞上端面接触固定在上端盖上的限位块的下端面后停止移动，凸起与锁紧盖处于分离状态，荷载由压力油承担；
步骤二：锁定执行机构通过锁定传动机构传动后带动承重锁紧轴转动，凸起与凹槽实现对中；
步骤三、压力油接入液压启闭机主机的无杆腔侧，压力油作用在活塞上端面带动活塞杆向下移动，液压启闭机主机的有杆腔侧液压油排出，锁紧盖向下移动，解除锁紧，解锁后液压启闭机主机内活塞在压力油作用下带动活塞杆执行所需求的工作。
优选的方案中，从解锁状态至锁紧状态的操作过程中，步骤二中，承重锁紧轴转动之前，带位置反馈的电磁插销得电，电磁插销的插销头缩回解除对承重机构的锁定，步骤三中，电磁插销的插销头插入插销孔中，实现对承重机构的锁定；由锁紧状态到解锁状态，步骤二中，承重锁紧轴转动之前，带位置反馈的电磁插销得电，电磁插销的插销头缩回解除对承重机构的锁定，步骤三中，电磁插销的插销头插入插销孔中，实现对承重机构的锁定。
本发明提供的一种自动锁定液压启闭机油缸装置及其控制方法，具有以下有益效果：
1、锁定执行机构采用双向缸动式液压缸有效减少了所占空间，使布置更加紧凑，可用于空间狭小、环境较差不便于人员手动操作的场所。
2、锁定传动机构采用齿条和齿轮配合，可以通过调整齿轮直径的大小保证承重锁紧轴的输入力矩，从而使双向缸动式液压缸的压力和体积得到更好的优化。
3、锁定传动机构采用齿条和齿轮配合，可以通过调整齿轮直径的大小保证承重锁紧轴的旋转角度，从而控制承重锁紧轴下端的凸起的数量，使承重锁紧轴所受荷载均匀分布。
4、锁紧盖安装在液压启闭机主机内部与承重锁紧轴配合执行锁定动作，隐藏零件少，连接可靠性高，维护方便。
5、齿条长度L=πr/n，解锁位置传感器和锁紧位置传感器形成扇形夹角β=180°/n，齿条与齿轮有效接触长度L=(π/180)rβ，从机械结构和电气控制两个方面保证了承重锁紧轴的旋转角度，防止解锁位置传感器或锁紧位置传感器失效时承重锁紧轴的旋转角度出现偏差。
6、锁定防动采用带位置反馈的电磁插销与承重螺母上的插销孔配合，布置紧凑，可实现远程控制，自动化程度高。
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为本发明的整体结构锁紧状态示意图；
图2为本发明的锁紧状态下锁定执行机构和锁定传动机构配合示意图；
图3为本发明的锁紧状态下承重机构示意图；
图4为本发明的锁紧状态下定位系统布置图；
图5为本发明的主液压启闭机剖视图；
图6为本发明的承重锁紧轴三维图；
图7为本发明的锁紧盖三维图；
图中：锁定执行机构1，锁定传动机构2，承重机构3，解锁位置传感器4，液压启闭机主机5，锁紧位置传感器6，传感器触头7，电磁插销8，电磁插销支架9，双向缸动式液压缸101，单元活塞杆102，支架103，可动液压缸筒104，齿条201，齿轮202，承重锁紧轴301，承重螺母302，凸起303，锁紧盖304，凹槽305，插销孔306，压盖501，上端盖502，限位块503，油缸筒504，活塞505，活塞杆506，下端盖507。
具体实施方式
如图1、图3、图5和图7所示，一种自动锁定液压启闭机油缸装置，包括锁定执行机构1、锁定传动机构2和承重机构3，所述承重机构包括承重锁紧轴301，承重锁紧轴301上设有承重螺母302，所述承重螺母302通过锁紧螺母固定，承重螺母302设置在液压启闭机主机5的上端盖502上侧，承重锁紧轴301下端设有若干凸起303，锁紧盖304上设有供承重锁紧轴301通过的通孔，通孔侧壁设有与凸起303配合的凹槽305，锁紧盖304下端与活塞杆506固定，上端盖502上设有锁定执行机构1，锁定执行机构1通过锁定传动机构2对承重锁紧轴301进行驱动。
在本实施例中，如图2所示，所述锁定执行机构1包括双向缸动式液压缸101，双向缸动式液压缸101两端的单元活塞杆102通过支架103安装在上端盖502上，所述锁定传动机构包括设置在双向缸动式液压缸101的可动液压缸筒104外壁的齿条201，齿条201与套装在承重锁紧轴301上端的齿轮202啮合。
采用所述的双向缸动式液压缸101能够有效减少了所占空间，使布置更加紧凑，可用于空间狭小、环境较差不便于人员手动操作的场所。
可以通过调整齿轮202直径的大小保证承重锁紧轴301的输入力矩和旋转角度，从而使双向缸动式液压缸101的压力和体积以及承重锁紧轴301下端的凸起303的数量n得到更好的优化，进而使承重锁紧轴301所受荷载均匀分布。
优选的，如图4所示，还包括定位系统，定位系统包括解锁位置传感器4、锁紧位置传感器6和传感器触头7，解锁位置传感器4和锁紧位置传感器6设置在上端盖502上，传感器触头7设置在承重螺母302上。
所述上端盖502上设有带位置反馈的电磁插销8，电磁插销8通过电磁插销支架9安装在上端盖502上，承重螺母302上设有与电磁插销8的插销头配合的插销孔306。
通过解锁位置传感器4和锁紧位置传感器6判断承重螺母302的转动位置，从而通过电磁插销8控制插销头插入插销孔306中，实现对承重锁紧轴301的限位锁定，实现远程防动操作，提高自动化程度。
优选的，所述齿条201的长度L=πr/n，n为凸起303的数量，r为齿轮202分度圆半径。
所述齿条201与齿轮202有效接触长度L保证了承重锁紧轴301的旋转角度。由于齿条201与齿轮202自接触至分开，有效接触长度L固定，从而可靠的保证了承重锁紧轴301的旋转角度，防止解锁位置传感器4或锁紧位置传感器6失效时承重锁紧轴301的旋转角度出现偏差。
所述解锁位置传感器4和锁紧位置传感器6的夹角为β=180°/n，n为凸起303的数量。
在本实施例中，n的数量为两个。
一种自动锁定液压启闭机油缸装置的控制方法，从解锁状态至锁紧状态，包括以下步骤：
步骤一、压力油接入液压启闭机主机5的有杆腔（下腔）侧，压力油作用在活塞505下端面带动活塞杆506向上移动，带动锁紧盖304向上移动，液压启闭机主机5无杆腔（上腔）侧液压油排出，凸起303穿过凹槽305，凹槽305移动至凸起303的上方，活塞505接触固定在上端盖502上的限位块503的下端面后停止移动。
步骤二、带位置反馈的电磁插销8得电，电磁插销8的插销头缩回解除对承重机构3的锁定，锁定执行机构1通过锁定传动机构2传动后驱动承重锁紧轴301转动，凸起303与凹槽305发生错位，具体的，使压力油经过双向缸动式液压缸（101）的左侧油管进入，油缸筒向左移动，带动齿条201向左移动，齿条201左端接触齿轮202从而使齿轮202带动承重锁紧轴301逆时针旋转，齿条201右端脱离齿轮202时承重锁紧轴301停止旋转，凸起303与凹槽305发生错位，固定在承重螺母302上的传感器触头7旋转至锁紧位置传感器6处，锁紧位置传感器6发出锁紧信号。
步骤三：电磁插销8的插销头插入插销孔306中，实现对承重机构3的锁定，液压启闭机主机5有杆腔（下腔）侧泄压，活塞杆506向下移动，凸起303与锁紧盖304接触，荷载通过承重锁紧轴301和承重螺母302传递至上端盖502上。
由锁紧状态到解锁状态，包括以下步骤：
步骤一：压力油接入液压启闭机主机5的有杆腔（下腔）侧，压力油作用在活塞505下端面带动活塞杆506向上移动，带动锁紧盖304向上移动，活塞505上端面接触固定在上端盖502上的限位块503的下端面后停止移动，凸起303与锁紧盖304处于分离状态，荷载由压力油承担；
步骤二：承重锁紧轴301转动之前，带位置反馈的电磁插销8得电，电磁插销8的插销头缩回，解除对承重机构3的锁定，锁定执行机构1通过锁定传动机构2传动后带动承重锁紧轴301转动，凸起303与凹槽305实现对中；具体的，使压力油经过双向缸动式液压缸（101）的右侧油管进入，油缸筒向右移动，带动齿条201向右移动，齿条201右端接触齿轮202从而使齿轮202带动承重锁紧轴301顺时针旋转，齿条201左端脱离齿轮202时承重锁紧轴301停止旋转，凸起303与凹槽305实现对中，固定在承重螺母302上的传感器触头7旋转至锁紧位置传感器4处，锁紧位置传感器4发出锁紧信号。
步骤三、电磁插销8的插销头插入插销孔306中，实现对承重机构3的锁定，压力油接入液压启闭机主机5的无杆腔侧，压力油作用在活塞505上端面带动活塞杆506向下移动，液压启闭机主机5的有杆腔侧液压油排出，锁紧盖304向下移动，解除锁紧，解锁后液压启闭机主机5内活塞505在压力油作用下带动活塞杆506执行所需求的工作。

Claims (9)

1.一种自动锁定液压启闭机油缸装置，其特征在于：包括锁定执行机构（1）、锁定传动机构（2）和承重机构（3），所述承重机构（3）包括承重锁紧轴（301），承重锁紧轴（301）上设有承重螺母（302），承重螺母（302）设置在液压启闭机主机（5）的上端盖（502）上侧，承重锁紧轴（301）下端设有若干凸起（303），锁紧盖（304）上设有供承重锁紧轴（301）通过的通孔，通孔侧壁设有与凸起（303）配合的凹槽（305），锁紧盖（304）下端与活塞杆（506）固定，上端盖（502）上设有锁定执行机构（1），锁定执行机构（1）通过锁定传动机构（2）对承重锁紧轴（301）进行驱动。
2.根据权利要求1所述的一种自动锁定液压启闭机油缸装置，其特征在于：所述锁定执行机构（1）包括双向缸动式液压缸（101），双向缸动式液压缸（101）两端的单元活塞杆（102）通过支架（103）安装在上端盖（502）上，所述锁定传动机构包括设置在双向缸动式液压缸（101）的可动液压缸筒（104）外壁的齿条（201），齿条（201）与套装在承重锁紧轴（301）上端的齿轮（202）啮合。
3.根据权利要求1所述的一种自动锁定液压启闭机油缸装置，其特征在于：所述承重螺母（302）通过锁紧螺母固定。
4.根据权利要求1所述的一种自动锁定液压启闭机油缸装置，其特征在于：还包括定位系统，定位系统包括解锁位置传感器（4）、锁紧位置传感器（6）和传感器触头（7），解锁位置传感器（4）和锁紧位置传感器（6）设置在上端盖（502）上，传感器触头（7）设置在承重螺母（302）上。
5.根据权利要求4所述的一种自动锁定液压启闭机油缸装置，其特征在于：所述上端盖（502）上设有带位置反馈的电磁插销（8），电磁插销（8）通过电磁插销支架（9）安装在上端盖（502）上，承重螺母（302）上设有与电磁插销（8）的插销头配合的插销孔（306）。
6.根据权利要求2所述的一种自动锁定液压启闭机油缸装置，其特征在于：所述齿条（201）的长度L=πr/n，n为凸起（303）的数量，r为齿轮（202）分度圆半径。
7.根据权利要求4所述的一种自动锁定液压启闭机油缸装置，其特征在于：所述解锁位置传感器（4）和锁紧位置传感器（6）的夹角为β=180°/n，n为凸起（303）的数量。
8.一种自动锁定液压启闭机油缸装置的控制方法，其特征在于，
从解锁状态至锁紧状态，包括以下步骤：
步骤一、压力油接入液压启闭机主机（5）的有杆腔侧，压力油作用在活塞（505）下端面带动活塞杆（506）向上移动，带动锁紧盖（304）向上移动，凸起（303）穿过凹槽（305），凹槽（305）移动至凸起（303）的上方，活塞（505）接触固定在上端盖（502）上的限位块（503）的下端面后停止移动；
步骤二、锁定执行机构（1）通过锁定传动机构（2）传动后驱动承重锁紧轴（301）转动，凸起（303）与凹槽（305）发生错位；
步骤三：液压启闭机主机（5）有杆腔侧泄压，活塞杆（506）向下移动，凸起（303）与锁紧盖（304）接触，荷载通过承重锁紧轴（301）和承重螺母（302）传递至上端盖（502）上，完成锁定；
由锁紧状态到解锁状态，包括以下步骤：
步骤一：压力油接入液压启闭机主机（5）的有杆腔侧，压力油作用在活塞（505）下端面带动活塞杆（506）向上移动，带动锁紧盖（304）向上移动，活塞（505）上端面接触固定在上端盖（502）上的限位块（503）的下端面后停止移动，凸起（303）与锁紧盖（304）处于分离状态，荷载由压力油承担；
步骤二：锁定执行机构（1）通过锁定传动机构（2）传动后带动承重锁紧轴（301）转动，凸起（303）与凹槽（305）实现对中；
步骤三、压力油接入液压启闭机主机（5）的无杆腔侧，压力油作用在活塞（505）上端面带动活塞杆（506）向下移动，液压启闭机主机（5）的有杆腔侧液压油排出，锁紧盖（304）向下移动，解除锁紧，解锁后液压启闭机主机（5）内活塞（505）在压力油作用下带动活塞杆（506）执行所需求的工作。
9.根据权利要求8所述的一种自动锁定液压启闭机油缸装置的控制方法，其特征在于，从解锁状态至锁紧状态的操作过程中，步骤二中，承重锁紧轴（301）转动之前，带位置反馈的电磁插销（8）得电，电磁插销（8）的插销头缩回解除对承重机构（3）的锁定，步骤三中，电磁插销（8）的插销头插入插销孔（306）中，实现对承重机构（3）的锁定；由锁紧状态到解锁状态，步骤二中，承重锁紧轴（301）转动之前，带位置反馈的电磁插销（8）得电，电磁插销（8）的插销头缩回解除对承重机构（3）的锁定，步骤三中，电磁插销（8）的插销头插入插销孔（306）中，实现对承重机构（3）的锁定。
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