一种气液混合式快速起竖系统

1.本发明属于起竖技术领域，具体涉及一种气液混合式快速起竖系统。


背景技术：

2.大负载起竖的快速性是特种车辆的重要性能指标之一，传统液压起竖技术通常采用单一液压起竖方案，使用电机泵组直接从油箱为多级液压缸供油，液压油经比例阀进入多级液压缸的无杆腔，推动多级液压缸活塞杆伸出。这种单一普通的液压起竖方式，起竖速度慢、起竖时间耗时较长，且使用阀控方式控制液压缸伸出速度，阀控环节效率损失严重，起竖效率低，无法满足起竖快速性的要求，同时传统液压起竖系统模块化程度低，存在易漏油，难维护，易失效等问题。郭绍波公开了《一种多缸协同起竖液压系统》，使用电机泵组为液压缸供油，采用开式阀控起竖回路控制液压缸起竖，虽然能够较好地完成起竖动作，但该液压系统结构复杂，有明显的缺点，一是起竖速度慢，仅依靠电机泵组为液压缸供油，难以满足快速起竖所需的大功率要求，同时电机泵组响应慢；二是起竖效率低，在整个液压系统中，使用比例阀对油路流量进行控制，比例阀效率损失大，系统起竖效率较低；三是整个液压系统设计分散，各个液压阀分布于系统各处，没有进行模块化设计，整个系统体积大，维护保养较为困难。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种气液混合式快速起竖系统，用于实现特种车辆的快速起竖，具有起竖速度快，效率高，安全可靠，模块化程度高，便于维护等显著优点。
4.实现本发明的技术解决方案为：一种气液混合式快速起竖系统，包括液压源、控制插装阀组、蓄能器辅助动力源、蓄能器控制阀组、保护阀组、无杆腔阀组、有杆腔阀组、多级液压缸和油箱。液压源通过管路分别与控制插装阀组和蓄能器控制阀组连接，控制插装阀组经蓄能器控制阀组与保护阀组，无杆腔阀组和有杆腔阀组连接，蓄能器辅助动力源通过管路与蓄能器控制阀组连接，保护阀组经无杆腔阀组与多级液压缸无杆腔连接，保护阀组经有杆腔阀组与多级液压缸有杆腔连接，油箱通过管路同时与液压源、蓄能器辅助动力源和保护阀组连接。
5.液压源为系统提供负载所需的压力与流量，同时兼顾蓄能器充油的功能；蓄能器辅助动力源为系统提供高压大流量油液，推动多级液压缸活塞杆快速伸出，达到快速起竖的目的；使用插装阀组成的控制模块，避免了使用传统平衡阀锁止带来的节流损失，有效提高系统的液压效率和锁止的可靠性，同时插装阀安装方便，便于系统维护。
6.与现有技术相比，本发明有益效果如下：（1）采用蓄能器作高压辅助动力源，大幅缩短了特种车辆的起竖时间，有效解决了传统液压起竖方案无法满足起竖快速性的问题，同时设计的气液混合式快速起竖系统能够对蓄能器直接充油，提高了系统的使用效率。
7.（2）起竖过程中，油液直接经插装阀进入多级液压缸的无杆腔，中途不经过比例阀
等传统液压起竖技术的阀控环节，避免了液压阀的油液泄漏以及效率损失。同时采用闭式回路设计，减少了整个系统中液压油的需求，有利于整个液压系统的轻量化设计。
8.（3）所设计的气液混合式液压回路在实际应用中，平衡阀与液控方向阀模块化集总设计安装，避免了传统液压阀易漏油的缺点，减少了油液泄漏与污染，可靠性大幅提高，易于维护。
附图说明
9.图1是气液混合式快速起竖系统原理图。
具体实施方式
10.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的一部分实施例，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创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
11.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明地描述中，“多个”地含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体地限定。
12.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
13.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。
14.结合图1，本发明所述的气液混合式快速起竖系统，用于特种车辆的快速起竖，同时具有蓄能器充油，回路保护和快速锁止功能，包括液压源1、控制插装阀组2、蓄能器辅助动力源3、蓄能器控制阀组4、保护阀组5、无杆腔阀组6、有杆腔阀组7、多级液压缸8和油箱9；其中：液压源1通过管路分别与控制插装阀组2和蓄能器控制阀组4连接，控制插装阀组2经蓄能器控制阀组4与保护阀组5，无杆腔阀组6和有杆腔阀组7连接，蓄能器辅助动力源3通过管路与蓄能器控制阀组4连接，保护阀组5经无杆腔阀组6与多级液压缸8无杆腔连接，保护阀组5经有杆腔阀组7与多级液压缸8有杆腔连接，油箱9通过管路同时与液压源1、蓄能器辅助动力源3和保护阀组5连接。
15.液压源1包括伺服电机1a、液压泵1b、滤油器1c和第一压力检测计1d；伺服电机1a与液压泵1b同轴连接，液压泵1b的a口通过管路分别与控制插装阀组2和蓄能器控制阀组4连接，为系统提供负载所需的压力与流量，液压泵1b为双作用液压泵，液压泵1b的b口与控制插装阀组2连接，同时液压泵1b的b口通过滤油器1c与油箱9连接，滤油器1c用来过滤油液杂质，油箱9起到储存液压油及散热的作用，第一压力检测计1d放置于液压泵1b的b口处，用来监测液压泵1bb口处的实时压力。
16.控制插装阀组2包括第一插装阀2a、第一电磁换向阀2b、第二插装阀2c和第二电磁换向阀2d；第一电磁换向阀2b的p口与第一插装阀2a的b口连通，第一电磁换向阀2b的a口与第一插装阀2a的c口连通，第一电磁换向阀2b的t口通过管路接回油箱9，第一电磁换向阀2b用来控制第一插装阀2a的开闭；第二电磁换向阀2d的p口与第二插装阀2c的b口连通，第二电磁换向阀2d的a口与第二插装阀2c的c口连通，第二电磁换向阀2d的t口通过管路接回油箱9，第二电磁换向阀2d用来控制第二插装阀2c的开闭；第一插装阀2a的a口与液压泵1b的a口和蓄能器控制阀组4直接连通，第一插装阀2a的b口与蓄能器控制阀组4、保护阀组5和无杆腔阀组6连接，第二插装阀2c的a口与液压泵1b的b口直接连通，第二插装阀2c的b口通过管路与保护阀组5和有杆腔阀组7连接；控制插装阀组2用来进行起竖功能与蓄能器充油功能的切换。
17.蓄能器辅助动力源3包括蓄能器3a、第二压力检测计3b和第一溢流阀3c；蓄能器3a的出油口通过管路直接与蓄能器控制阀组4连接，蓄能器3a为系统提供高压大流量油液，推动多级液压缸8活塞杆快速伸出，达到快速起竖的目的；第一溢流阀3c串联在蓄能器3a和油箱9之间，是蓄能器辅助动力源3的安全阀，当系统超压时，第一溢流阀3c打开，蓄能器3a的高压油液直接流回油箱9，系统卸荷，第二压力检测计3b接在蓄能器3a的出口处检测蓄能器3a出口压力。
18.蓄能器控制阀组4包括第三插装阀4a、第三电磁换向阀4b、第四插装阀4c和第四电磁换向阀4d；第三电磁换向阀4b的p口与第三插装阀4a的b口连通，第三电磁换向阀4b的a口与第三插装阀4a的c口连通，第三电磁换向阀4b的t口通过管路接回油箱9，第三电磁换向阀4b用来控制第三插装阀4a的开闭；第四电磁换向阀4d的p口与第四插装阀4c的b口连通，第四电磁换向阀4d的a口与第四插装阀4c的c口连通，第四电磁换向阀4d的t口通过管路接油箱9，第四电磁换向阀4d用来控制第四插装阀4c的开闭；第三插装阀4a的b口通过管路与第四插装阀4c的a口连通，第三插装阀4a的a口通过管路与第一插装阀2a的a口连通，同时第三插装阀4a的a口通过管路与液压泵1b的a口连接，第四插装阀4c的b口通过管路与第一插装阀2a的b口连通， 同时第四插装阀4c的b口与保护阀组5和无杆腔阀组6连接；第四插装阀4c的a口通过管路与蓄能器3a连通，蓄能器控制阀组4用来控制蓄能器辅助动力源3的充放油进程。
19.保护阀组5包括第一液控方向阀5a、第二液控方向阀5b、第一平衡阀5c、第二平衡阀5d、第二溢流阀5e和第三溢流阀5f；第一液控方向阀5a的a口与第二平衡阀5d先导口c口连通，第一液控方向阀5a的t口通过管路接油箱9；第二液控方向阀5b的a口与第一平衡阀5c先导口c口连通，第二液控方向阀5b的t口通过管路接回油箱9，第一平衡阀5c和第二平衡阀5d用于减小起竖过重心后的压力突变，同时保证回平时的系统安全；第二溢流阀5e串联在无杆腔阀组6和油箱9之间，限制多级液压缸8无杆腔的工作压力，在系统超压时打开卸荷；第三溢流阀5f串联在有杆腔阀组7和油箱9之间，限制多级液压缸8有杆腔的工作压力，在系统超压时打开卸荷；第一液控方向阀5a的p口、第一平衡阀5c的a口、第二溢流阀5e的进油口与第一插装阀2a的b口、第四插装阀4c的b口和无杆腔阀组6连通，第二液控方向阀5b的p口、第二平衡阀5d的a口、第三溢流阀5f的进油口与第二插装阀2c的b口和有杆腔阀组7连通。
20.无杆腔阀组6包括第五插装阀6a、第五电磁换向阀6b和第一节流孔6c；第一节流孔6c串联在第五插装阀6a的c口和第五电磁换向阀6b的a口之间，第五电磁换向阀6b的p口与
第五插装阀6a的b口连通，用来控制第五插装阀6a的开闭；第五插装阀6a的a口通过管路分别与第一插装阀2a的b口、第四插装阀4c的b口、第一液控方向阀5a的p口、第一平衡阀5c的a口和第二溢流阀5e的进油口连接，第五插装阀6a的b口通过管路与多级液压缸8的无杆腔连接，无杆腔阀组6用来控制多级液压缸8无杆腔油路的开断。
21.有杆腔阀组7包括第六插装阀7a、第六电磁换向阀7b和第二节流孔7c；第二节流孔7c串联在第六插装阀7a的c口和第六电磁换向阀7b的a口之间，第六电磁换向阀7b的p口与第六插装阀7a的b口连通，用来控制第六插装阀7a的开闭；第六插装阀7a的a口通过管路分别与第二插装阀2c的b口、第二液控方向阀5b的p口、第二平衡阀5d的a口和第三溢流阀5f的进油口连接，第六插装阀7a的b口通过管路与多级液压缸8的有杆腔连接，有杆腔阀组7用来控制多级液压缸8有杆腔油路的开断。多级液压缸8是系统的执行机构，多级液压缸8的无杆腔通过管路与第五插装阀6a的b口连接，多级液压缸8的有杆腔通过管路与第六插装阀7a的b口连接。
22.所述气液混合快速起竖系统的所有电磁换向阀均为二位三通电磁换向阀，由电信号直接进行控制，电磁换向阀控制其所连通的插装阀的开闭，当电磁换向阀的a口与t口连通时，插装阀打开；当电磁换向阀的p口与a口连通时，插装阀关闭。
23.设计的液压源1可以单独实现系统的起竖与回平，在蓄能器辅助动力源3故障时也可以仅依靠液压源1实现起竖动作，实现了冗余安全保障设计，同时液压源1也可以为蓄能器3a充油，提高了系统的使用效率。
24.结合附图1，气液混合式快速起竖系统工作过程说明如下。
25.起竖过程如下：伺服电机1a驱动液压泵1b工作，第一插装阀2a，第二插装阀2c，第五插装阀6a和第六插装阀7a打开，液压泵1b提供的油液依次经第一插装阀2a和第五插装阀6a进入多级液压缸8的无杆腔，同时第三插装阀4a关闭，油液不会经第三插装阀4a流失，第四插装阀4c打开，蓄能器3a的高压油液依次经第四插装阀4c和第五插装阀6a进入多级液压缸8的无杆腔，推动多级液压缸8活塞杆快速伸出，从而实现快速起竖；多级液压缸8有杆腔油液依次经第六插装阀7a和第二插装阀2c回到液压泵1b的b口，形成一个闭式回路；当起竖过重心时，为防止过冲，第四插装阀4c关闭，蓄能器3a停止向多级液压缸8供油，仅依靠液压源1提供动力完成起竖；当起竖到位后，第五插装阀6a和第六插装阀7a关闭，多级液压缸8锁止，系统保压，第一插装阀2a和第二插装阀2c关闭同时伺服电机1a转速归零，完成起竖动作。
26.回平过程如下：第五插装阀6a和第六插装阀7a打开，解除多级液压缸8锁止状态，液压泵1b反作用，多级液压缸8有杆腔进油，负载下降，多级液压缸8无杆腔的油液依次经第五插装阀6a和第一插装阀2a流回液压泵1b的a口，同时第一平衡阀5c建立先导压力后导通，多余的流量从第一平衡阀5c泄流至油箱9，第一平衡阀5c保证系统平稳回平；负载下降至底端后，第五插装阀6a和第六插装阀7a关闭，多级液压缸8锁止，第一插装阀2a和第二插装阀2c关闭同时伺服电机1a转速归零。
27.蓄能器充油过程如下：对蓄能器3a充油时，第三插装阀4a打开，其他所有插装阀均关闭，伺服电机1a驱动液压泵1b工作，油箱9中油液经第三插装阀4a进入蓄能器3a，开始充油。
28.结合附图1，系统的锁止可靠性说明如下，当伺服电机1a失效或在任意工况下需要
自锁时，第五插装阀6a和第六插装阀7a关闭，多级液压缸8的进油路与回油路被迅速切断，系统保压，实现多级液压缸8在任意位置的锁止，同时第一插装阀2a与第四插装阀4c分别控制液压源1和蓄能器3a的油路断开，伺服电机1a转速归零，系统停止向多级液压缸8供油，保证系统安全。使用插装阀组成的控制模块，避免了使用传统平衡阀锁止带来的节流损失，有效提高系统的液压效率和锁止的可靠性，同时插装阀安装方便，便于系统维护。
29.系统的安全性说明如下：系统设置有溢流阀，当系统压力超过溢流阀设定的额定压力时，溢流阀打开，油液经溢流阀直接流回油箱，保证系统不超压；平衡阀模块保障了带载回平的安全性，回平时第一平衡阀5c建立先导压力后导通，多级液压缸8无杆腔侧多余的流量从第一平衡阀5c泄流至油箱9，若在回平过程中多级液压缸8失控，多级液压缸8有杆腔的压力下降甚至出现负压，在有杆腔侧压力低于第一平衡阀5c设置的先导压力时，第一平衡阀5c关闭，多级液压缸8的无杆腔侧多余流量将导致有杆腔侧的压力上升，从而阻止多级液压缸8的失控下降，保证平稳回收。