電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統的制作方法

電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統的制作方法
【專利摘要】一種電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統，涉及液壓動力設備【技術領域】，所解決的是現有系統安全性低及占用空間大的技術問題。該系統包括電氣控制單元及動力輸出單元；所述動力輸出單元包括油箱、液壓泵、冗余閥、棘爪自鎖油缸、四位二通閥，液壓泵通過各個四位二通閥為各個棘爪自鎖油缸提供動力；各個動力輸出單元通過冗余閥互連；棘爪自鎖油缸包括缸筒，及安裝在缸筒中的主活塞，安裝在主活塞內腔中的副活塞，主活塞可通過棘齒條及棘爪的配合鎖定；所述電氣控制單元包括主控開關、主電源、發電機、控制器及備用電源，主電源、備用電源及發電機分三路為各個液壓泵供電。本發明提供的系統，系統安全性高且占用空間小。
【專利說明】電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及液壓動力設備技術，特別是涉及一種電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸 力補償系統的技術。

【背景技術】
[0002] 液壓鋼支撐系統是利用液壓油缸輸出動力的液壓動力輸出系統。現有的液壓鋼支 撐系統具有以下缺陷： 1) 現有的液壓鋼支撐系統都是采用單路電源為各個液壓泵供電的，一旦供電線路出現 故障，就會導致系統中的液壓泵失電停止運行，從而導致系統液壓管路失壓，導致整個系統 癱瘓，無法保證系統的安全運行； 2) 有些系統采用單個液壓泵為所有的液壓油缸提供動力，這種結構形式安全性較差， 一旦液壓泵出現問題，整個系統就癱瘓了，無法保證系統的安全運行； 3) 有些系統中配備有多個液壓泵，系統中的各個液壓油缸分成多組，每個液壓泵為其 中的一組液壓油缸提供動力，某一液壓泵出現問題，只會影響到其中一組液壓油缸的工作， 這種結構形式相對于采用單個液壓泵提供動力的方式，其安全性要高，但是受影響的液壓 油缸依然會影響系統的安全運行，其安全性依然有待提高； 4) 現有液壓鋼支撐系統都通過在液壓管路上設置由液控單向閥組成的液壓鎖來實現 液壓油缸的鎖定，以保證液壓油缸不會因系統故障而失穩。但是，這種采用液壓鎖來鎖定液 壓油缸的方式對液壓閥的精度要求較高，而且存在著液壓閥的閥芯內涉，無法實現對液壓 油缸的絕對鎖定，存在著鎖定可靠性差的缺陷，會影響系統的安全運行。現有液壓油缸的單 體輸出力也相對較低，在一些對輸出力要求較高的工況下（比如土建基坑施工)，往往需要 多個液壓油缸相互配合同時輸出動力，因而現有液壓鋼支撐系統中的液壓油缸數量相對較 多，系統占用空間也較大。


【發明內容】

[0003] 針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種系統安 全性高，且系統占用空間小的電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力 補償系統，包括電氣控制單元，及至少一個動力輸出單元； 所述動力輸出單元包括油箱、液壓泵，及至少一個棘爪自鎖油缸，至少一個四位二通 閥，其中的四位二通閥的數量與棘爪自鎖油缸的數量一致并一一對應，其中的液壓泵的吸 油口接到油箱，液壓泵的泵油口接到各個四位二通閥的壓力油口，液壓泵的泵油口與油箱 之間接有溢流安全閥，各個四位二通閥的回油口接到油箱，每個四位二通閥的兩個工作油 口均通過液壓鎖分別接到對應棘爪自鎖油缸的兩個工作腔； 其特征在于：所述電氣控制單元包括主控開關、主電源、發電機、控制器，及能儲蓄電能 的備用電源； 所述主電源及備用電源的輸入端均通過主控開關接到市政供電線路，主電源、備用電 源及發電機的輸出端各經一分控開關分別接到各個液壓泵的控制開關； 所述控制器具有多個控制信號輸出端，控制器的各個控制信號輸出端分別接到各個分 控開關的控制端； 所述動力輸出單元還包括一冗余閥，所述冗余閥為截止閥，冗余閥的兩個工作油口分 別為第一油口、第二油口； 每個動力輸出單元中的冗余閥的第一油口均接到本單元各個四位二通閥的壓力油口， 每個動力輸出單元中的冗余閥的第二個油口均與其它動力輸出單元中的冗余閥的第二油 口連通； 所述棘爪自鎖油缸包括缸筒、主活塞、副活塞，缸筒的左右兩端各由一缸蓋封閉，主活 塞以滑動配合方式安裝在缸筒內腔中，并將缸筒內腔分隔成左右各一個相互獨立的工作 腔，其中的左工作腔為無桿腔，其中的右工作腔為有桿腔，缸筒的筒壁上開設有兩個工作油 口，其中的一個工作油口與無桿腔連通，另一個工作油口與有桿腔連通； 所述主活塞為柱形活塞，主活塞的右端穿過缸筒的右缸蓋伸至缸筒外部，主活塞與缸 筒右缸蓋的結合部滑動配合并氣密封，主活塞右部的周面形成有至少一條平行于主活塞滑 動軸線的直線形棘齒條； 所述缸筒上樞設有至少一個棘爪，各個棘爪能樞轉至與主活塞周面的各個棘齒條分別 嚙合，并能樞轉至與各個棘齒條脫離嚙合； 所述主活塞具有一與其同軸且整體封閉的柱形空腔，該柱形空腔為輔助腔，所述副活 塞以滑動配合方式安裝在輔助腔中，并將輔助腔分隔成左右各一個相互獨立的子腔，副活 塞的左端穿過輔助腔的左端腔壁伸入缸筒的無桿腔，副活塞與主活塞的結合部滑動配合并 氣密封，副活塞上具有一軸向貫通的軸孔，輔助腔的左子腔與副活塞上的軸孔相互隔斷，輔 助腔的右子腔通過副活塞上的軸孔連通缸筒的無桿腔。
[0005] 本發明提供的電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統，采用三路供電，在市 電短暫停電、長時間停電的狀況下均能保障各個液壓泵的正常運行，而且每個動力輸出單 元中均配備有液壓泵，一個動力輸出單元中的液壓泵發生故障時，其它單元可通過冗余閥 為故障單元提供動力，因而能保證系統的安全運行，具有系統安全性高的特點；進一步的， 各個棘爪自鎖油缸均可利用棘爪與棘齒條的配合可靠的鎖定，能進一步提高系統安全性； 另外，棘爪自鎖油缸運行時，副活塞會對主活塞產生一個復合推力，使得主活塞的輸出力得 到進一步的提升，在油缸壓力不變的情況下，主活塞的輸出力相比同規格的現有單活塞式 油缸可增加60%左右，棘爪自鎖油缸的單體輸出力較大，因此系統中所需配置的油缸數量 相對較少，系統占用空間也較小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本發明實施例的電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統的電氣控制 圖； 圖2是本發明實施例的電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統的液壓圖； 圖3是本發明實施例的電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統中的棘爪自鎖油 缸的主視剖切圖。

【具體實施方式】
[0007] 以下結合【專利附圖】

【附圖說明】對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限 制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。
[0008] 如圖1-圖2所示，本發明實施例所提供的一種電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力 補償系統，包括電氣控制單元，及三個動力輸出單元，該三個動力輸出單元分別為第一動力 輸出單元、第二動力輸出單元、第三動力輸出單元； 第一動力輸出單元包括油箱Y1、液壓泵D1、冗余閥S1，及三個棘爪自鎖油缸Ull、U12、 U13,三個四位二通閥Hll、H12、H13,其中的四位二通閥的數量與棘爪自鎖油缸的數量一致 并一一對應，其中的液壓泵D1的吸油口接到油箱Y1，液壓泵D1的泵油口接到各個四位二通 閥H11、H12、H13的壓力油口，液壓泵D1的泵油口與油箱Y1之間接有溢流安全閥，各個四位 二通閥H11、H12、H13的回油口接到油箱Y1，每個四位二通閥的兩個工作油口均通過液壓鎖 分別接到對應棘爪自鎖油缸的兩個工作腔；冗余閥S1為截止閥，冗余閥S1的兩個工作油口 分別為第一油口、第二油口； 第二動力輸出單元包括油箱Y2、液壓泵D2、冗余閥S2,及三個棘爪自鎖油缸U21、U22、 U23,三個四位二通閥H21、H22、H23,其中的四位二通閥的數量與棘爪自鎖油缸的數量一致 并一一對應，其中的液壓泵D2的吸油口接到油箱Y2,液壓泵D2的泵油口接到各個四位二通 閥H21、H22、H23的壓力油口，液壓泵D2的泵油口與油箱Y2之間接有溢流安全閥，各個四位 二通閥H21、H22、H23的回油口接到油箱Y2,每個四位二通閥的兩個工作油口均通過液壓鎖 分別接到對應棘爪自鎖油缸的兩個工作腔；冗余閥S2為截止閥，冗余閥S2的兩個工作油口 分別為第一油口、第二油口； 第三動力輸出單元包括油箱Y3、液壓泵D3、冗余閥S3,及三個棘爪自鎖油缸U31、U32、 U33,三個四位二通閥H31、H32、H33,其中的四位二通閥的數量與棘爪自鎖油缸的數量一致 并一一對應，其中的液壓泵D3的吸油口接到油箱Y3,液壓泵D3的泵油口接到各個四位二通 閥H31、H32、H33的壓力油口，液壓泵D3的泵油口與油箱Y3之間接有溢流安全閥，各個四位 二通閥H31、H32、H33的回油口接到油箱Y3,每個四位二通閥的兩個工作油口均通過液壓鎖 分別接到對應棘爪自鎖油缸的兩個工作腔；冗余閥S3為截止閥，冗余閥S3的兩個工作油口 分別為第一油口、第二油口； 每個動力輸出單元中的冗余閥的第一油口均接到本單元各個四位二通閥的壓力油口， 每個動力輸出單元中的冗余閥的第二個油口均與其它動力輸出單元中的冗余閥的第二油 口連通； 所述電氣控制單元包括主控開關K10、主電源J1、發電機J3、控制器J0,及能儲蓄電能 的備用電源J2 ; 所述主電源J1及備用電源J2的輸入端均通過主控開關K10接到市政供電線路；主電 源J1的輸出端經一分控開關K11分別接到各個液壓泵D1、D2、D3的控制開關K21、K22、K23 ; 備用電源J2的輸出端經一分控開關Κ12分別接到各個液壓泵Dl、D2、D3的控制開關Κ21、 Κ22、Κ23 ;發電機J3的輸出端經一分控開關Κ13分別接到各個液壓泵Dl、D2、D3的控制開 關 Κ21、Κ22、Κ23 ; 所述控制器J0具有多個控制信號輸出端，控制器J0的各個控制信號輸出端分別接到 各個分控開關K11、K12、K13的控制端； 如圖3所示，所述棘爪自鎖油缸包括缸筒1、主活塞2、副活塞3,缸筒1的左右兩端各 由一缸蓋4封閉，主活塞2以滑動配合方式安裝在缸筒1的內腔中，并將缸筒1的內腔分隔 成左右各一個相互獨立的工作腔，其中的左工作腔為無桿腔11，其中的右工作腔為有桿腔 12,缸筒1的筒壁上開設有兩個工作油口，其中的一個工作油口與無桿腔11連通，另一個工 作油口與有桿腔12連通； 所述主活塞2為柱形活塞，主活塞2的右端穿過缸筒的右缸蓋4伸至缸筒外部，主活塞 2與缸筒右缸蓋4的結合部滑動配合并氣密封，主活塞2右部的周面形成有至少一條平行于 主活塞滑動軸線的直線形棘齒條6 ; 所述缸筒1上樞設有至少一個棘爪5,各個棘爪5能樞轉至與主活塞周面的各個棘齒條 6分別嚙合，并能樞轉至與各個棘齒條6脫離嚙合； 所述主活塞2具有一與其同軸且整體封閉的柱形空腔，該柱形空腔為輔助腔21，所述 副活塞3以滑動配合方式安裝在輔助腔21中，并將輔助腔21分隔成左右各一個相互獨立 的子腔，副活塞3的左端穿過輔助腔21的左端腔壁伸入缸筒的無桿腔11，副活塞3與主活 塞2的結合部滑動配合并氣密封，副活塞3上具有一軸向貫通的軸孔31，輔助腔21的左子 腔與副活塞上的軸孔31相互隔斷，輔助腔21的右子腔通過副活塞上的軸孔31連通缸筒的 無桿腔11。
[0009] 本發明實施例中，所述控制器J0、備用電源J2均為現有技術，控制器J0采用的是 型號為SNAP-PAC-S1的PLC控制器，備用電源J2采用的是型號為CP/DC/UPS-24V-40A的 UPS電源。
[0010] 本發明其它實施例中，動力輸出單元的數量也可以是2個或3個以上，單個動力輸 出單元中的棘爪自鎖油缸及四位二通閥的數量也可以是2個或3個以上。
[0011] 本發明實施例的工作原理如下： 在正常狀況下，分控開關K11閉合，分控開關K12、K13斷開，由主電源J1為各個液壓泵 D1、D2、D3供電，同時備用電源J2儲蓄電能； 當市政供電線路發生故障時，控制器J0先控制分控開關K12閉合，此時由備用電源J2 為各個液壓泵D1、D2、D3供電，如果備用電源J2儲蓄的電能用完而市政供電線路未恢復供 電，控制器J0隨即控制分控開關K13閉合，此時由發電機J3為各個液壓泵D1、D2、D3供電， 當市政供電線路恢復供電后，控制器J0隨即控制分控開關K11閉合，并控制分控開關K12、 K13斷開，從而恢復至由主電源J1為各個液壓泵D1、D2、D3供電的正常狀況； 系統正常運行時，各個動力輸出單元各自獨立運行，每個動力輸出單元通過本單元的 液壓泵為本單元中的各個棘爪自鎖油缸提供動力，通過本單元中的各個四位二通閥來控制 本單元中各個棘爪自鎖油缸運行； 當某一動力輸出單元（比如第一動力輸出單元）中的液壓泵發生故障時，其它動力輸出 單元（比如第二、第三動力輸出單元）中的液壓泵通過冗余閥為故障單元提供動力，以保證 故障單元的各個棘爪自鎖油缸能正常的運行。
[0012] 本發明實施例中的棘爪自鎖油缸的工作原理如下： 利用外置的驅動部件9 (傳統油缸）驅使各個棘爪樞轉至與各個棘齒條脫離嚙合，將有 桿腔側的工作油口接通回油管道，將壓力油通過無桿腔側的工作油口注入無桿腔，從而推 動主活塞向右滑動，使得主活塞向右伸出，與此同時，無桿腔內的壓力油通過副活塞上的軸 孔進入輔助腔的右子腔，從而對主活塞產生一個復合推力，使得主活塞的輸出力得到進一 步的提升，在油缸壓力不變的情況下，主活塞的輸出力相比同規格的現有單活塞式油缸可 增加60%左右，主活塞滑動到位后，利用外置的驅動部件驅使各個棘爪樞轉至與主活塞周 面的各個棘齒條分別嚙合，即可將主活塞牢靠的鎖定，再度利用外置的驅動部件驅使各個 棘爪樞轉至與各個棘齒條脫離嚙合后，即可將主活塞解除鎖定，主活塞解除鎖定后，將無桿 腔側的工作油口接通回油管道，將壓力油通過有桿腔側的工作油口注入有桿腔，從而推動 主活塞向左滑動，即可使得主活塞向左縮回。
【權利要求】
1. 一種電源及液壓冗余的棘爪自鎖型軸力補償系統，包括電氣控制單元，及至少一個 動力輸出單元； 所述動力輸出單元包括油箱、液壓泵，及至少一個棘爪自鎖油缸，至少一個四位二通 閥，其中的四位二通閥的數量與棘爪自鎖油缸的數量一致并一一對應，其中的液壓泵的吸 油口接到油箱，液壓泵的泵油口接到各個四位二通閥的壓力油口，液壓泵的泵油口與油箱 之間接有溢流安全閥，各個四位二通閥的回油口接到油箱，每個四位二通閥的兩個工作油 口均通過液壓鎖分別接到對應棘爪自鎖油缸的兩個工作腔； 其特征在于：所述電氣控制單元包括主控開關、主電源、發電機、控制器，及能儲蓄電能 的備用電源； 所述主電源及備用電源的輸入端均通過主控開關接到市政供電線路，主電源、備用電 源及發電機的輸出端各經一分控開關分別接到各個液壓泵的控制開關； 所述控制器具有多個控制信號輸出端，控制器的各個控制信號輸出端分別接到各個分 控開關的控制端； 所述動力輸出單元還包括一冗余閥，所述冗余閥為截止閥，冗余閥的兩個工作油口分 別為第一油口、第二油口； 每個動力輸出單元中的冗余閥的第一油口均接到本單元各個四位二通閥的壓力油口， 每個動力輸出單元中的冗余閥的第二個油口均與其它動力輸出單元中的冗余閥的第二油 口連通； 所述棘爪自鎖油缸包括缸筒、主活塞、副活塞，缸筒的左右兩端各由一缸蓋封閉，主活 塞以滑動配合方式安裝在缸筒內腔中，并將缸筒內腔分隔成左右各一個相互獨立的工作 腔，其中的左工作腔為無桿腔，其中的右工作腔為有桿腔，缸筒的筒壁上開設有兩個工作油 口，其中的一個工作油口與無桿腔連通，另一個工作油口與有桿腔連通； 所述主活塞為柱形活塞，主活塞的右端穿過缸筒的右缸蓋伸至缸筒外部，主活塞與缸 筒右缸蓋的結合部滑動配合并氣密封，主活塞右部的周面形成有至少一條平行于主活塞滑 動軸線的直線形棘齒條； 所述缸筒上樞設有至少一個棘爪，各個棘爪能樞轉至與主活塞周面的各個棘齒條分別 嚙合，并能樞轉至與各個棘齒條脫離嚙合； 所述主活塞具有一與其同軸且整體封閉的柱形空腔，該柱形空腔為輔助腔，所述副活 塞以滑動配合方式安裝在輔助腔中，并將輔助腔分隔成左右各一個相互獨立的子腔，副活 塞的左端穿過輔助腔的左端腔壁伸入缸筒的無桿腔，副活塞與主活塞的結合部滑動配合并 氣密封，副活塞上具有一軸向貫通的軸孔，輔助腔的左子腔與副活塞上的軸孔相互隔斷，輔 助腔的右子腔通過副活塞上的軸孔連通缸筒的無桿腔。
【文檔編號】F15B15/26GK104088834SQ201410316617
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月6日 優先權日:2014年7月6日
【發明者】李斌, 馮琪, 權江輝, 裴國金 申請人:上海宏信設備工程有限公司