CN114458646A - 一种翻车机液压系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种翻车机液压系统包括：动力源泵站、压车装置以及靠车装置，所述动力源泵站包括：设置有电磁截止阀及预压式空气滤清器的油箱、与油箱连接的回油滤油器、与油箱连接的蝶阀；电磁截止阀还设置有空气调节器。本发明通过交流伺服驱动器调节伺服电机的转速，驱动器根据系统的压力和转速反馈信号，控制调节泵组的压力和转速，输出系统所需的压力和流量。同时取消了冷却器、减压阀等主要元、附件，液压系统构成得以简化，为以后远程运维远程故障分析提供方便。本发明采用8个电磁截止阀取代1个电磁换向阀控制8个液控单向阀原理，可以独立动作提高系统可靠性。

Description

一种翻车机液压系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及散料装卸机械设备技术领域，具体而言，尤其涉及一种翻车机液压系统及其控制方法。

背景技术

翻车机是用来翻卸铁路敞开式车箱里的煤及矿石等散装货物的设备，主要应用于火力发电厂、钢厂和港口码头等单位。除部分全机械式翻车机系统外，大部分翻车机的主要的动作全部采用先进的液压系统控制，它具有整机运行自动化、压力低、对车皮损害小等优点。翻车机液压系统是翻车机的一个重要核心部件，它主要控制翻车机中压车机构和靠板机构，进而对车皮进行固定，完成翻转卸料工作。

目前国内市面较多企业应用最多、最普遍的机型为FZ1-2A型C型转子式单车翻车机，是一种扇形压车机构的翻车机，其配套液压系统动力源均采用三相异步电动机配合叶片泵或者柱塞泵原理，由于翻车机是一种典型周期性、重工作制工艺设备，在一个工作周期内，翻车机液压站处于80％周期内为卸荷状态，20％周期内为有效工作状态，系统在工作周期内长时间大排量低压卸荷，电能耗费高，发热超温现象尤其普遍，由于翻车机液压站置于主机本体上随设备175°转动，空间有限，普通的三相异步电机和泵组合也占地体积大，导致油箱设计不宜大，同时由于现场散料翻卸过程中含有大量粉尘，与除尘设备水汽混合后，即使增设风冷却设备，也在较短时间内让冷却设备堵塞失效，易引发设备停机，系统泄露也加大，影响主机作业效率，设备维护量巨大，电能损失大。另外，现有配套机型的液压压车控制原理，由1个大通径主阀集中控制，8支压车梁不能独立控制和锁闭，其8支压车油缸旁负责固定车皮保压的液控单向阀开启由动力源中双联泵中小泵配合1个电磁阀独立控制，其支路还包含1个精密控制节流阀，调节水平需求高，导致整个连锁程序较为复杂，稍有调试或者维护不当，1支油缸出现问题或电磁阀出现故障，直接引发车皮脱轨事故，经济损失严重，近些年频发脱轨事故较多为该原理配置。

发明内容

根据上述提出系统发热大，耗电高，维护难度大，维护方式不恰当可能会出现较严重的经济损失的技术问题，而提供一种翻车机液压系统及其控制方法。本发明主要通过交流伺服电机配齿轮泵组控制原理，属于电液伺服系统范畴，通过交流伺服驱动器调节伺服电机的转速，驱动器根据系统的压力和转速反馈信号，控制调节泵组的压力和转速，输出系统所需的压力和流量。当系统需要的流量发生变化时，伺服电机的转速随着流量命令的大小变化而改变，使得泵得排量发生变化，即做到翻车机在卸荷状态时，电机保持待机状态，使泵0排量输出，当执行压、靠车动作时，做到“要多少给多少”的控制，减少了高、低压溢流损失，不仅降低系统发热，还达到节约电能的效果。另外在压车控制原理上，采用8个电磁截止阀取代1个电磁换向阀控制8个液控单向阀原理，不仅8个压车油缸可以独立动作，八个压车梁因此可独立锁闭，车厢掉道故障可以得到有效解决，翻车机运行可靠性大大提升。

本发明包含一种翻车机液压系统，包括：动力源泵站、压车装置以及靠车装置，所述动力源泵站包括：设置有电磁截止阀及预压式空气滤清器的油箱、与油箱连接的回油滤油器、与油箱连接的蝶阀；电磁截止阀还设置有空气调节器；

所述动力源泵站还设置有控制子单元；所述控制子单元包括：同步交流伺服电机、多个连接阀、与所述连接阀连接压力传感器以及伺服驱动器；所述动力源泵站通过所述伺服驱动器调节所述同步交流伺服电机的转速，并由所述交流伺服驱动器根据所述压力传感器采集的系统的压力和转速的反馈信号，控制调节多个连接阀进而实现对所述动力源泵站的压力和转速的调节以及输出所述系统所需的压力和流量的调节；

当所述系统流量变化时，所述伺服电机的转速随流量变化，进而使得所述动力源泵站的排量发生变化，即做到翻车机在卸荷状态时，电机保持待机状态，使所述动力源泵站的排量输出为零。

本发明还包含一种翻车机液压控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：系统通电，动力源泵站启动；

步骤S2：动力源泵站通过伺服驱动器调节所述同步交流伺服电机的转速；

步骤S3：所述交流伺服驱动器根据压力传感器采集的系统的压力和转速的反馈信号，控制调节多个连接阀进而实现对所述动力源泵站的压力和转速的调节以及输出所述系统所需的压力和流量的调节

当所述系统流量变化时，所述伺服电机的转速随流量变化，进而使得所述动力源泵站的排量发生变化，即做到翻车机在卸荷状态时，电机保持待机状态，使所述动力源泵站的排量输出为零。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明系统采用新颖的节能控制技术，构成同步交流伺服电机配齿轮泵组控制原理，通过交流伺服驱动器调节伺服电机的转速，驱动器根据系统的压力和转速反馈信号，控制调节泵组的压力和转速，输出系统所需的压力和流量。当系统需要的流量发生变化时，伺服电机的转速随着流量命令的大小变化而改变，使得泵得排量发生变化，即做到翻车机在卸荷状态时，电机保持待机状态，使泵0排量输出，当执行压、靠车动作时，做到“要多少给多少”的控制，减少了高、低压溢流损失，彻底解决了液压系统发热问题，避免了高温引起了液压系统的泄漏问题，作业环境污染减少，延长了液压系统各处密封的使用寿命，同时节约大量电能，达到了节能减排的综合效果，与国家绿色环保政策接轨。

2、本发明系统采用新颖的节能控制技术，液压系统原理上取消了冷却器、减压阀等主要元、附件，液压系统构成得以简化。由于同步交流伺服电机自身具有低转速大扭矩、待机、弱磁扩速、多级转速、高过载能力，因此液压系统的装机容量得以降低，泵规格得以降低，进而整个液压系统体积减小，生产制造效率提升，由于减少了冷风机元件，现场的维护量得到有效减轻。

3、本发明系统采用新颖的节能控制技术，为以后翻车机系统无人化运行方案奠定一定技术储备，为以后远程运维远程故障分析提供方便。

4、本发明系统在压车控制原理上，采用8个电磁截止阀取代1个电磁换向阀控制8个液控单向阀原理，不仅8个压车油缸可以独立动作，八个压车梁因此可独立锁闭，车厢掉道故障可以得到有效解决，翻车机运行可靠性大大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明翻车机液压系统原理图。

图中：1、油箱，2、空气调节器，3、电磁截止阀，4，预压式空气滤清器，5、回油滤油器，6、蝶阀，7、同步交流伺服电机，8、齿轮泵，9、单向阀，10、压力传感器，11、电磁溢流阀，12、电液换向阀，13、液控单向阀，14、顺序阀，15、补偿油缸，16、限位开关，17、压力传感器，18、节流阀，19、单向阀，20、调速阀，21、电磁截止阀，22、压车油缸，23、靠车油缸，24、伺服驱动器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明提供了一种翻车机液压系统，包括：动力源泵站、压车装置以及靠车装置，所述动力源泵站包括：设置有电磁截止阀3及预压式空气滤清器4的油箱1、与油箱1连接的回油滤油器5、与油箱1连接的蝶阀6；电磁截止阀3还设置有空气调节器2。

所述动力源泵站还设置有控制子单元；所述控制子单元包括：同步交流伺服电机7、多个连接阀、与所述连接阀连接压力传感器10以及伺服驱动器24；所述动力源泵站通过所述伺服驱动器24调节所述同步交流伺服电机7的转速，并由所述交流伺服驱动器24根据所述压力传感器10采集的系统的压力和转速的反馈信号，控制调节多个连接阀进而实现对所述动力源泵站的压力和转速的调节以及输出所述系统所需的压力和流量的调节；当所述系统流量变化时，所述伺服电机7的转速随流量变化，进而使得所述动力源泵站的排量发生变化，即做到翻车机在卸荷状态时，电机保持待机状态，使所述动力源泵站的排量输出为零。

作为一种优选的实施方式，在本申请中，所述控制子单元中还具有齿轮泵8；

所述同步交流伺服电机7、所述齿轮泵8以及齿轮泵8构成闭环支路；所述同步交流伺服电机7自带旋转编码器；

当通过上位机PLC输入指令信号后，所述伺服驱动器24根据所述压力传感器压力10和同步交流伺服电机7自带的所述旋转编码器的反馈信号，控制调节所述齿轮泵8的压力和转速，输出系统实际所需的压力和流量。在伺服电机控制过程中，根据PID调节，在未达到设定压力之前伺服驱动器24执行速度闭环控制模式，同步交流伺服电机7以设定的最大转速跑动。当达到设定压力后，伺服驱动器24执行压力闭环控制模式，伺服系统只负责维持压力恒定，速度自适应。另外由于同步交流伺服电机7自身还具低转速、待机、弱磁扩速、多级转速、高过载能力、响应快等特性，因此在翻车机液压系统卸荷状态下，伺服电机待机停止转动，避免了大排量泵低压溢流工况。由于同步交流伺服电机7在短时间具有1.3倍高过载能力，而翻车机单次执行动作均小于8s，因此同步交流伺服电机7可周期性过载使用，因此功率要低于常规三相异步电动机的功率，液压系统装机容量也一定幅度降低，因此与齿轮泵8组成泵装置占地体积小，给油箱设计留出一定设计空间，增加油箱散热面积。同时由于压车动作与靠车动作所需流量不同，当系统需要的流量发生变化时，伺服电机的转速随着流量命令的大小变化而改变，流量自适应，这样可消除因不同动作流量差带来的高压溢流损失，从而压车与靠车原理中节流阀18.1～4、调速阀20.1～8仅为调节同步动作用，无需来限制系统需求流量用，因为伺服电机特性极为适合翻车机周期性动作工艺，进而消除了翻车机液压系统体积大、发热高，高耗能缺点。

在本实施方式中，所述压车装置通过多个电磁截止阀集成为阀组后把合于压车油缸22上；所述压车装置包括8个电磁截止阀，在油缸中，所述电磁截止阀分别对应的压车油缸有杆腔B连接；所述电磁截止阀中A腔与主控制阀组2B腔连接；当电磁截止阀7未得电时，所述压车油缸有杆腔锁闭，无法动作，仅当8个电磁截止阀同时得电时，配合主电液换向阀得电动作进而压车油缸动作。此时由于每个油缸可独立锁闭，进而不在和以往由1个电磁换向阀控制8个液控单向阀开启原理相同，当其控制油路的1个电磁换向阀故障或者控制油管堵塞时，不在影响液控单向阀的开启，翻车机压车梁不会松动，进而车皮不易出现脱轨事故，此时新方案由于取消了小泵控制回路，原理得到简化，保留主液控单向阀13.3～4分别用于压车油缸有、无杆腔保压作用，顺序阀14、补偿油缸15，限位开关16，压力传感器17组成卸荷回路，完成翻车过程中车箱转向架弹簧反力的卸荷作用，电液换向阀12.2用于控制切换压车油缸22主动作。

根据新原理特性，靠车控制支路不需增设减压阀，由于采用伺服电机闭环系统，通过上位机PLC输入指令信号后，根据实际靠车需求提供与之适应的流量与压力，因此减少了减压阀的压差损失，减少了系统发热。回路中电液换向阀12.1用于控制切换靠车油缸23主动作，液控单向阀13.1～2分别用于靠车油缸有、无杆腔保压作用，调速阀20.1～8用于靠车板的同步调节，不在用于限定支路总流量。

本发明还包含一种翻车机液压控制方法，包括以下步骤：

步骤S1:系统通电，动力源泵站启动；

步骤S2：动力源泵站通过伺服驱动器调节所述同步交流伺服电机的转速；上位机PLC可编程控制器输出液压系统所需的数字压力、流量控制信号，采用专业电控转换模块，通过D/A转换功能转换成数字信号后输入给伺服驱动器24，同时通过D/A转换功能转成数字信号后输入给压力传感器10，伺服驱动器24控制伺服电机7的转速，从而实现对齿轮泵转速的控制，最终实现流量的控制。压力传感器10将即时检测泵出口压力信号，同时实现系统输出压力最高限制。给定电磁电液换向阀12.1或12.2控制信号，控制换向阀换向，实现压、靠车的伸出、缩回动作。压力传感器将即时检测到的泵出口压力信号通过A/D转换功能转换成数字信号以及伺服电机7的旋转编码器检测到的伺服电机7转速信号，同时反馈给PLC可编程控制器，经过PID逻辑运算后输出控制信号，最终实现压、靠车动作的速度与压力闭环控制。工作过程中，压车油缸22和靠车油缸23伸出与缩回过程为速度控制，当其进行压力保持过程中为压力控制。

步骤S3：所述交流伺服驱动器根据压力传感器采集的系统的压力和转速的反馈信号，控制调节多个连接阀进而实现对所述动力源泵站的压力和转速的调节以及输出所述系统所需的压力和流量的调节；

当所述系统流量变化时，所述伺服电机的转速随流量变化，进而使得所述动力源泵站的排量发生变化，即做到翻车机在卸荷状态时，电机保持待机状态，使所述动力源泵站的排量输出为零。

实施例一：

作为本申请一种实施例，结合图一，具体的在控制中：上位机PLC给伺服驱动器24输入压力P1、流量Q1指令,电磁铁YH1、YH3得电，靠车油缸伸出，根据PID调节，在未达到设定压力之前伺服驱动器24执行速度闭环控制模式，同步交流伺服电机7以设定的最大转速跑动，当靠车油缸伸出到设定位置，限位开关发出信号该信号作为翻车机翻车联锁信号，YH1、YH3失电，靠车油缸停止动作。电磁铁YH1、YH6、YH7-1、YH7-2、YH7-3、YH7-4、YH7-5、YH7-6、YH7-7、YH7-8得电，根据PID调节，在未达到设定压力之前伺服驱动器24执行速度闭环控制模式，同步交流伺服电机7以设定的最大转速跑动，压车油缸22.1～8开始夹紧，当系统压力达到压力传感器17调定压力时，压力传感器17发出信号，该信号作为翻车联锁信号，同时也作为压力检测信号，当达到设定压力后，伺服驱动器24执行压力闭环控制模式，伺服系统只负责维持压力恒定，速度自适应，当YH7-1、YH7-2、YH7-3、YH7-4、YH7-5、YH7-6、YH7-7、YH7-8失电时，检测终止。当翻车机翻转到一定角度时，电磁铁YH1、YH2、YH6失电。翻车机翻转过程中，补偿缸15完成补偿后，缩回到后限位，限位开关16.1发出信号，电磁铁YH7-1、YH7-2、YH7-3、YH7-4、YH7-5、YH7-6、YH7-7、YH7-8失电。若翻车机翻转到110°时，补偿缸16.1还没有缩回到后限位开关处，则由主令控制器发出信号，强令电磁铁YH7-1、YH7-2、YH7-3、YH7-4、YH7-5、YH7-6、YH7-7、YH7-8失电。翻车机翻转过程中，若由于某种原因，系统压力降低，低于压力传感器17调定值，即压力检测信号中断。此时，电磁铁YH7-1、YH7-2、YH7-3、YH7-4、YH7-5、YH7-6、YH7-7、YH7-8应立即失电。此时上位机PLC给伺服驱动器24输入待机指令,也就是翻车机在110°至175°直至返回至0°过程中，同步交流伺服电机7待机，停止转动，因而齿轮泵8零流量输出，达到卸荷过程零溢流损失，翻车机返回至0位后，然后电磁铁YH1、YH5、YH7-1、YH7-2、YH7-3、YH7-4、YH7-5、YH7-6、YH7-7、YH7-8得电，压车油缸松开，回到原位后，限位开关发出信号，YH1、YH5、YH7-1、YH7-2、YH7-3、YH7-4、YH7-5、YH7-6、YH7-7、YH7-8失电。电磁铁YH1、YH4得电，靠车油缸缩回原位。从此刻开始至下一个工作序开始，上位机PLC给伺服驱动器24输入待机指令,整个等待过程中同步交流伺服电机7待机，无任何低压大排量溢流损失。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种翻车机液压系统，其特征在于，包括：动力源泵站、压车装置以及靠车装置，所述动力源泵站包括：设置有电磁截止阀(3)及预压式空气滤清器(4)的油箱(1)、与油箱(1)连接的回油滤油器(5)、与油箱(1)连接的蝶阀(6)；电磁截止阀(3)还设置有空气调节器(2)；

所述动力源泵站还设置有控制子单元；所述控制子单元包括：同步交流伺服电机(7)、多个连接阀、与所述连接阀连接压力传感器(10)以及伺服驱动器(24)；所述动力源泵站通过所述伺服驱动器(24)调节所述同步交流伺服电机(7)的转速，并由所述交流伺服驱动器(24)根据所述压力传感器(10)采集的系统的压力和转速的反馈信号，控制调节多个连接阀进而实现对所述动力源泵站的压力和转速的调节以及输出所述系统所需的压力和流量的调节；

当所述系统流量变化时，所述伺服电机(7)的转速随流量变化，进而使得所述动力源泵站的排量发生变化，即做到翻车机在卸荷状态时，电机保持待机状态，使所述动力源泵站的排量输出为零。

2.根据权利要求1所述的一种翻车机液压系统，其特征在于，所述控制子单元中还具有齿轮泵(8)；

所述同步交流伺服电机(7)、所述齿轮泵(8)以及齿轮泵(8)构成闭环支路；所述同步交流伺服电机(7)自带旋转编码器；

当通过上位机PLC输入指令信号后，所述伺服驱动器(24)根据所述压力传感器压力(10)和同步交流伺服电机(7)自带的所述旋转编码器的反馈信号，控制调节所述齿轮泵(8)的压力和转速，输出系统实际所需的压力和流量。

3.根据权利要求1所述的一种翻车机液压系统，其特征在于，

所述压车装置通过多个电磁截止阀集成为阀组后把合于压车油缸(22)上；所述压车装置包括8个电磁截止阀，在油缸中，所述电磁截止阀分别对应的压车油缸有杆腔B连接；所述电磁截止阀中A腔与主控制阀组2B腔连接；当电磁截止阀(21)未得电时，所述压车油缸有杆腔锁闭，无法动作，仅当8个电磁截止阀同时得电时，配合主电液换向阀得电动作进而压车油缸动作。

4.一种翻车机液压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：系统通电，动力源泵站启动；

S2：动力源泵站通过伺服驱动器调节所述同步交流伺服电机的转速；

S3：所述交流伺服驱动器根据压力传感器采集的系统的压力和转速的反馈信号，控制调节多个连接阀进而实现对所述动力源泵站的压力和转速的调节以及输出所述系统所需的压力和流量的调节

当所述系统流量变化时，所述伺服电机(7)的转速随流量变化，进而使得所述动力源泵站的排量发生变化，即做到翻车机在卸荷状态时，电机保持待机状态，使所述动力源泵站的排量输出为零。

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