一种单轨吊机车起吊梁液压控制系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及单轨吊机车领域，尤其涉及到单轨吊机车起吊梁领域，具体是指一种单轨吊机车起吊梁液压控制系统及其工作方法。


背景技术：

2.随着煤矿井下辅助运输装备技术的发展，防爆柴油机单轨吊机车辅助运输系统越来越多地被应用到煤矿井下。起吊梁是配套单轨吊机车实现重物的起吊升降和承载运输功能的核心部件，其可根据提升动力的不同分为手拉葫芦起吊梁、气动葫芦起吊梁、马达起吊梁及油缸起吊梁。由于防爆柴油机单轨吊机车采用液压传动，而无机载气源（空气压缩机），影响气动葫芦起吊梁的使用，手拉葫芦起吊梁提升效率又太低，因此手拉葫芦起吊梁和气动葫芦起吊梁在单轨吊机车上的应用较少。马达起吊梁、油缸起吊梁等液压动力起吊梁，具有起重量大、起吊速度快、体积小、过载保护性能好等优点，在防爆柴油机单轨吊机车辅助运输系统中得到了广泛应用。马达起吊梁采用常闭式液压制动器实现重物的制动，而油缸起吊梁则采用平衡阀或液控单向阀（液压锁）等液压控制阀组实现重物的制动，这些液压动力起吊梁在工作过程中，突然失去外部动力（如单轨吊机车故障关机、起吊梁控制系统供油管路渗漏或爆裂等）及其他突发状况时，无法手动解除或打开液压制动器或液压控制阀组，将起吊梁吊挂着的重物靠其重力下降至地面，这不仅延误煤矿企业正常生产，而且处理不及时还有可能成为安全隐患。而且传统技术中防爆柴油机单轨吊机车起吊两只能在防爆柴油机保持在怠速时进行起吊操作，因受防爆柴油机怠速影响，起吊梁升降速度较慢，特别是大中型起吊梁，其升降速度对起吊作业时间的影响更大。又由于防爆柴油机单轨吊机车辅助运输系统常应用于煤矿井下坡度大、弯道多、波折起伏、路程远、路面潮湿易滑且巷道断面狭窄等复杂巷道内，因此如何在相关技术条件的前提下，使防爆柴油机单轨吊机车起吊梁控制系统实现起吊梁的安全操作、应急处理及其提速增效，成为本领域技术人员目前急需解决的一项技术问题。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术的不足，提供一种单轨吊机车起吊梁液压控制系统及其工作方法。
4.本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种单轨吊机车起吊梁液压控制系统，包括蓄能器人工充液回路、蓄能器自动充液回路和起吊梁供油回路；所述蓄能器人工充液回路包括蓄能器以及均与蓄能器连通的气动泵和手动泵；所述起吊梁供油回路包括二通插装阀ⅱ、二通插装阀ⅲ、电磁换向阀和手动换向球阀，所述二通插装阀ⅲ的工作口b与蓄能器连通，二通插装阀ⅱ的工作口b与起吊梁升降回路连通，二通插装阀ⅲ的工作口a和二通插装阀ⅱ的工作口a均与电磁换向阀的进油口连通，二通插装阀ⅲ的控制口c和二通插装阀ⅱ的控制口c分别与电磁换向阀的两个工作口连通，所述二通插装阀ⅲ的工作口a和二通插装阀ⅱ的工作口a均通过手动球阀与起吊梁升降
回路连通；所述蓄能器自动充液回路包括与防爆柴油机连接的辅助液压泵，所述二通插装阀ⅲ的工作口a和二通插装阀ⅱ的工作口a均与辅助液压泵的出油口连通。
5.作为优化，还包括蓄能器保压回路，所述蓄能器保压回路包括电磁换向球阀和二通插装阀ⅰ，所述蓄能器与二通插装阀ⅰ的工作口a、电磁换向球阀的油口p连通，二通插装阀ⅰ的控制口c与电磁换向球阀油口a相连，所述二通插装阀ⅰ的工作口b用于其他工作回路的供油。
6.作为优化，所述蓄能器自动充液回路还包括连通在辅助液压泵出口管路上的单向阀、电磁卸荷溢流阀、管路过滤器和压力传感器ⅱ，还包括与蓄能器连通的压力传感器ⅰ。
7.作为优化，所述二通插装阀ⅱ的工作口b连通有压力传感器ⅲ、溢流阀ⅱ和机械式压力表ⅱ。
8.作为优化，所述蓄能器人工充液回路还包括与蓄能器连通的机械式压力表ⅰ、溢流阀ⅰ和安全阀。
9.一种单轨吊机车起吊梁液压控制系统的工作方法，包括如下步骤：a、蓄能器自动充液：防爆柴油机驱动辅助液压泵转动，电磁换向阀失电使辅助液压泵与二通插装阀ⅱ的控制口c连通，使二通插装阀ⅱ关闭，辅助液压泵通过二通插装阀ⅲ的工作口a流向工作口b,从而向蓄能器的工作腔自动充液；b、起吊梁自动起吊：防爆柴油机驱动辅助液压泵转动，电磁换向阀得电使辅助液压泵与二通插装阀ⅲ的控制口c连通，使二通插装阀ⅲ关闭，同时二通插装阀ⅱ打开，辅助液压泵通过二通插装阀ⅱ的工作口a流向工作口b, 通过二通插装阀ⅱ的工作口b与起吊梁升降回路连通，从而驱动起吊梁升降回路实现起吊梁的升降；c、起吊梁人工充液：单轨吊机车工作关机或非正常工作停机后造成单轨吊机车无法再次正常启动时，在起吊梁控制系统失去外部动力，利用气动泵或手动泵向蓄能器工作腔充液，为接下来的起吊梁应急操作做好准备；d、起吊梁人工起吊：单轨吊机车工作关机或非正常工作停机后造成单轨吊机车无法再次正常启动时，电磁换向阀处于失电状态，辅助液压泵与二通插装阀ⅱ的控制口c连通，使二通插装阀ⅱ关闭，二通插装阀ⅲ的控制口c与油箱连通，使蓄能器通过二通插装阀ⅱ的工作口b流向工作口a 并与手动球阀进口连通，人工开启手动球阀后，起吊梁即可进行应急操作，当蓄能器压力低于起吊梁控制压力后，人工关闭手动球阀，利用气动泵或手动泵向蓄能器充液，待蓄能器压力升高至适合压力后，人工开启手动球阀，进行再次起吊梁应急操作，依次循环，直至将起吊梁吊挂重物下放至地面为止，完成起吊梁应急处理；e、二通插装阀ⅱ的工作口b和手动球阀的出口均与起吊梁升降回路连通，当二通插装阀ⅱ的工作口b和手动球阀的出口存在油压时，单轨吊机车的行走马达不工作。
10.本发明的有益效果为：本发明的一种单轨吊机车起吊梁液压控制系统及其工作方法，相比目前传统防爆柴油机单轨吊机车起吊梁液压控制技术，为油缸起吊梁增加了应急处理功能，填补了行业空白；传统技术马达起吊选用带手动盘车功能的液压葫芦，因单轨吊机车起吊梁具有起重量大、过载保护性能好、液压马达工作转矩大等优点，采用人工手动盘车时马达起吊梁减速机手动盘车齿轮系必须有足够的大传动比来克服重物的自重，并转化为普通人员可以承受力矩，因此对于大中型马达起吊梁进行人工手动盘车时，操作工人的
劳动强度较大，工作效率低下，且安全性较差，处理不当或处理及时还有可能成为安全隐患。本发明在满足防爆柴油机单轨吊机车起吊梁安全使用相关技术条件下，基于液压传动控制技术和电气控制技术，优化单轨吊机车起吊梁控制系统，增加起吊梁应急处理功能，提高单轨吊机车起吊梁控制系统安全性，节约起吊梁应急处理工作时间，降低起吊梁应急处理操作工人劳动强度，使单轨吊机车更适于在煤矿井下坡度大、弯道多、波折起伏、路程远、路面潮湿易滑且巷道断面狭窄等复杂巷道内工作；提高了起吊梁过载保护性能，改善了起吊梁控制系统可靠性，实现起吊时防爆柴油机的油门控制，提高起吊梁的升降速度，缩短起吊梁升降作业时间，提高防爆柴油机单轨吊机车的工作效率。
附图说明
11.图1为本发明液压原理图；图2为本发明蓄能器人工充液回路、蓄能器自动充液回路和起吊梁供油回路的液压原理图；图3为本发明行走供油泵总成的液压原理图；图中所示：1、液压油箱，2、气动泵，3、手动泵，4、辅助液压泵，5、补油泵，6、液压变量柱塞泵，7、防爆柴油机，8、梭阀，9、液控换向阀，10、比例减压阀，11、比例减压阀过滤器，12、手动球阀，13、溢流阀，14、压力传感器，15、机械式压力表，16、二通插装阀，17、多路换向阀，18、液控单向阀，21、液压制动器，22、液压马达，23、阻尼元件，24、电磁换向球阀，25、电磁换向阀，26、蓄能器，27、安全阀，28、单向阀，29、电磁卸荷溢流阀，30、管路过滤器，31、补油泵过滤器，8-1、梭阀ⅰ，8-2、梭阀ⅱ，13-1、溢流阀ⅱ，13-2、溢流阀ⅰ，14-5、压力传感器ⅲ，14-6、压力传感器ⅰ，14-7、压力传感器ⅱ，15-1、机械式压力表ⅱ，15-2、机械式压力表ⅰ，16-1、二通插装阀ⅱ，16-2、二通插装阀ⅰ，16-3、二通插装阀ⅲ，19-1、液压油缸ⅰ，19-2、液压油缸ⅱ，20-1、平衡阀ⅰ，20-2、平衡阀ⅱ，601、切断阀，602、da控制阀，603、补油溢流阀，604、高压溢流阀，605、变量活塞组件，606、伺服换向阀。
具体实施方式
12.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
13.如图1~3所示，本发明的一种单轨吊机车起吊梁液压控制系统，包括起吊梁升降回路、蓄能器人工充液回路、蓄能器自动充液回路、起吊梁供油回路、蓄能器保压回路和行走供油泵总成。
14.如图1所示，起吊梁升降回路为起吊梁实现升降操作的执行机构，根据不同起吊梁的结构进行设置，本实施例中的起吊梁升降回路包括多路换向阀17、油缸起吊梁控制阀组或马达起吊梁控制阀组，多路换向阀17为起吊梁实现升降操作的换向阀组，具有结构紧凑、管路布置简单、压力损失小和便于安装等优点，多路阀中每一个换向阀成为联，各联换向阀之间可以是并联、串联或串并联混合，多路换向阀的联数根据液压系统执行元件的数量进行设置，至少为一联；为防止液压泵超载，在多路换向阀进油腔设置主安全阀，作为整个起吊梁控制系统的总安全阀，而且可以根据不同液压系统的要求，还可以集成单向阀、过载阀、分流阀、制动阀等功能阀组。
15.油缸起吊梁控制阀组有两种常用形式，其一为采用液控单向阀18所组成的控制阀组，其可以根据功能需要可以选用单向液压控单向阀，亦可选用双向液控单向阀；如图1所示的液控单向阀18控制液压油缸ⅰ19-1。
16.其二为采用平衡阀组成控制阀组，其可以根据功能需要可以选用单向平衡阀，亦可选用双向平衡阀；无论是液控单向阀式控制阀组，还是平衡阀式控制阀组，其都是用于液压油缸工作腔的锁紧，确保液压油缸工作腔无泄漏。如图1所示的平衡阀ⅰ20-1控制液压油缸ⅱ19-2。
17.马达起吊梁控制阀组是由梭阀、平衡阀及液压制动器组成的阀组，其制动器采用常闭式制动结构，梭阀可将液压马达两侧油口的高压侧压力取出，并将压力传递至制动器，使制动器解除制动状态；平衡阀的功能是在液压马达的回油管路中建立背压，使液压马达在负载变化时仍能平稳运动，以防止液压马达出现“飞速”现象，如图1所示的梭阀ⅱ8-2、平衡阀ⅱ20-2、液压制动器21和液压马达22。
18.如图2所示，所述蓄能器人工充液回路包括蓄能器26以及均与蓄能器26连通的气动泵2和手动泵3，所述蓄能器人工充液回路还包括与蓄能器26连通的机械式压力表ⅰ15-2、溢流阀ⅰ13-2和安全阀27。
19.单轨吊机车工作关机或非正常工作停机后造成单轨吊机车无法再次正常启动时，在起吊梁控制系统失去外部动力，利用气动泵2或手动泵3向蓄能器26工作腔充液，为接下来的起吊梁应急操作做好准备。
20.在蓄能器充液过程中可通过机械式压力表ⅰ15-2观察蓄能器压力数值，溢流阀ⅰ13-2用于设定蓄能器工作压力，安全阀27用于保护蓄能器26，防止溢流阀ⅰ13-2出现故障时，过度充液造成蓄能器26的损坏。
21.所述起吊梁供油回路包括二通插装阀ⅱ16-1、二通插装阀ⅲ16-3、电磁换向阀25和手动换向球阀12，所述二通插装阀ⅲ16-3的工作口b与蓄能器26连通，二通插装阀ⅱ16-1的工作口b与起吊梁升降回路连通，二通插装阀ⅲ16-3的工作口a和二通插装阀ⅱ16-1的工作口a均与电磁换向阀25的进油口连通，二通插装阀ⅲ16-3的控制口c和二通插装阀ⅱ16-1的控制口c分别通过阻尼元件后与电磁换向阀25的两个工作口连通，所述二通插装阀ⅲ16-3的工作口a和二通插装阀ⅱ16-1的工作口a均通过手动球阀12与起吊梁升降回路连通。
22.各阻尼元件用于调整所述二通插装阀各开启或关闭速度，减小液压冲击。
23.所述二通插装阀ⅱ16-1的工作口b连通有压力传感器ⅲ14-5、溢流阀ⅱ13-1和机械式压力表ⅱ15-1。
24.所述蓄能器自动充液回路包括与防爆柴油机7连接的辅助液压泵4，所述二通插装阀ⅲ16-3的工作口a和二通插装阀ⅱ16-1的工作口a均与辅助液压泵4的出油口连通。所述蓄能器自动充液回路还包括连通在辅助液压泵4出口管路上的单向阀28、电磁卸荷溢流阀29、管路过滤器30和压力传感器ⅱ14-7，还包括与蓄能器26连通的压力传感器ⅰ14-6。
25.防爆柴油机7驱动辅助液压泵4转动，辅助液压泵4吸油口与液压油箱1相连，辅助液压泵4出口依次与管路过滤器30、单向阀28、起吊控制回路二通插装阀ⅲ16-3和蓄能器26工作腔相连，电磁换向阀25失电状态下，在防爆柴油机7驱动下，利用辅助液压泵4向蓄能器26工作腔自动充液，并通过压力传感器ⅰ14-6实时监测蓄能器压力数值，当蓄能器压力值达到设定值后，防爆柴油机单轨吊机车电控系统发送指令，使电磁卸荷溢流阀29的电磁铁失
电，将辅助液压泵4进行卸荷，减少防爆柴油机液压系统高压溢流所造成的能量损失，实现防爆柴油机单轨吊机车的节能控制。压力传感器ⅱ14-7实时监测辅助液压泵4输出口压力数值，并将压力数值实时传递至防爆柴油机单轨吊机车控制系统，提高防爆柴油机单轨吊机车控制系统的可靠性。
26.蓄能器自动充液回路还可以实现起吊梁自动起吊：防爆柴油机7驱动辅助液压泵4转动，电磁换向阀25得电使辅助液压泵4与二通插装阀ⅲ16-3的控制口c连通，使二通插装阀ⅲ16-3关闭，同时二通插装阀ⅱ16-1打开，辅助液压泵4通过二通插装阀ⅱ16-1的工作口a流向工作口b, 通过二通插装阀ⅱ16-1的工作口b与起吊梁升降回路连通，从而驱动起吊梁升降回路实现起吊梁的升降。
27.管路过滤器30设置有滤芯污染堵塞发讯器及旁通阀，提供液压控制系统的可靠性，当滤芯被污染物堵塞或系统油温过低时，流量脉动等因素造成进油压力超过发讯装置设定值时，发讯器便发出讯号至防爆柴油机单轨吊机车控制系统，提示应及时更换滤芯或辅助提高液压油温度。若此时不能马上处理这些故障时，过滤器旁通阀便自动开启，以保护管路过滤器30及防爆柴油机单轨吊拆解后液压系统正常工作。
28.如图2所示，所述蓄能器保压回路包括电磁换向球阀24和二通插装阀ⅰ16-2，所述蓄能器26与二通插装阀ⅰ16-2的工作口a、电磁换向球阀24的油口p连通，二通插装阀ⅰ16-2的控制口c经阻尼元件23-1与电磁换向球阀24油口a相连，所述二通插装阀ⅰ16-2的工作口b用于其他工作回路的供油。
29.在电磁换向球阀24电磁铁不得电时，使二通插装阀ⅰ16-2油口c与蓄能器26工作腔相连，因二通插装阀ⅰ16-2各工作腔的承压面积为sa sb=sc，因此在蓄能器压力下使二通插装阀ⅰ16-2油口a与油口b之间不通，且油口a无泄漏，并与单轨吊机车起吊控制二通插装阀ⅱ16-1、起吊应急手动球阀12及蓄能器自动充液回路的单向阀28共同工作，将液压油牢牢地困在蓄能器工作腔及相关高压软管内，为接下来的起吊梁应急操作做好准备，同时解决传统技术中单轨吊机车工作关机或非正常工作停机后，因蓄能器相关滑阀式换向阀内泄而造成蓄能器压力自动降低难题，改善蓄能器保压效果，节约蓄能器充液所消耗的时间和人力。
30.如图3所示，所述行走供油泵总成包括防爆柴油机7、液压变量柱塞泵6、补油泵5、补油过滤器31、比例减压阀10、比例阀过滤器11、梭阀ⅰ8-1、液控换向阀9及多个压力传感器组成，液压变量柱塞泵6主轴前端通过联轴器与防爆柴油机7曲轴相连接，并在防爆柴油机驱动下向单轨吊机车行走回路供油，主轴后端通过花键套与补油泵5主轴相连接，补油泵5从液压油箱1吸油，在防爆柴油机7驱动下向液压变量柱塞泵6供油，为确保液压油精度满足液压变量柱塞泵6的工作要求，在补油泵5的出口至液压变量柱塞泵6补油口中间设置有补油过滤器31。
31.液压变量柱塞泵6为闭式变量泵，其由压力切断阀601、da控制阀602、补油溢流阀603、高压溢流阀604、变量活塞组件605及伺服换向阀606等组成，伺服换向阀606控制变量活塞组件605来实现液压变量柱塞泵6的换向，补油泵5的油压通过比例减压阀10的减压后输入伺服换向阀606，从而提供动力。
32.伺服换向阀606位于中位时液压变量柱塞泵6无流量输出，伺服换向阀606位于左位或右位时实现液压变量柱塞泵6的正反转，从而驱动行走马达的行走。
33.液控换向阀9的进油口通过梭阀ⅰ8-1与伺服换向阀606的两个控制进口连通，液控换向阀9的一个出油口连通至液压油箱1，另一个出油口封闭，液控换向阀9的控制口连通至二通插装阀ⅱ16-1的工作口b和手动球阀12的出口，当二通插装阀ⅱ16-1的工作口b和手动球阀12的出口存在油压时，液控换向阀9出油口与液压油箱1连通，从而使伺服换向阀606两端工作油口与液压油箱1接通，伺服换向阀606失去油压，使伺服换向阀606位于中位，液压变量柱塞泵6无流量输出，单轨吊机车的行走马达不工作，确保单轨吊机车起吊操作安全。
34.在防爆柴油机单轨吊机车处于待机状态时，比例减压阀10两端电磁铁ya2和ya3均处于失电状态，比例减压阀10处于中位，其两侧输出口压力大小相等，即作用在液压变量柱塞泵伺服换向阀606两侧的压力大小相等，使变量伺服换向阀606及变量活塞组件605保持在中位，此时液压变量柱塞泵6无流量输出，补油泵5向液压变量柱塞泵6的供油经补油溢流阀603溢流至柱塞泵泵壳内，再经液压油管流向单轨吊机车液压油散热器进行散热。
35.在防爆柴油机单轨吊机车切换至起吊状态后，比例减压阀10两端电磁铁ya2和ya3继续保持在失电状态，电磁换向阀25电磁铁得电，二通插装阀ⅱ16-1油口c经电磁换向阀25左位与液压油箱1相连，使二通插装阀ⅱ16-1的流动方向从油口a至油口b，并流向起吊回路的起吊梁控制多路换向阀17及防爆柴油机单轨吊机车行走供油泵总成液控换向阀9，在蓄能器压力下，将比例减压阀10及液压变量柱塞泵伺服换向阀606两端工作油口与液压油箱1接通，确保单轨吊机车起吊操作安全，防止比例减压阀10两端电磁铁ya2或ya3因控制故障而得电造成的溜车现象的发生。又因比例减压阀10两端电磁铁ya2和ya3控制液压变量柱塞泵6供油方向，即实现防爆柴油机单轨吊机车行驶方向的控制，作用在比例减压阀10电磁铁ya2或ya3上的工作电流与防爆柴油机油门控制相关联，因此在确保液控换向阀9可以正常工作前提下，亦可通过人为使比例减压阀10两端电磁铁ya2或ya3得电，以提高起吊时防爆柴油机7的油门开度和转速，增大辅助液压泵4输出流量，提高起吊梁升降速度，缩短起吊梁升降作业时间，提高起吊梁工作效率。
36.一种单轨吊机车起吊梁液压控制系统的工作方法，包括如下步骤：a、蓄能器自动充液：防爆柴油机7驱动辅助液压泵4转动，电磁换向阀25失电使辅助液压泵4与二通插装阀ⅱ16-1的控制口c连通，使二通插装阀ⅱ16-1关闭，辅助液压泵4通过二通插装阀ⅲ16-3的工作口a流向工作口b,从而向蓄能器26的工作腔自动充液；b、起吊梁自动起吊：防爆柴油机7驱动辅助液压泵4转动，电磁换向阀25得电使辅助液压泵4与二通插装阀ⅲ16-3的控制口c连通，使二通插装阀ⅲ16-3关闭，同时二通插装阀ⅱ16-1打开，辅助液压泵4通过二通插装阀ⅱ16-1的工作口a流向工作口b, 通过二通插装阀ⅱ16-1的工作口b与起吊梁升降回路连通，从而驱动起吊梁升降回路实现起吊梁的升降；c、起吊梁人工充液：单轨吊机车工作关机或非正常工作停机后造成单轨吊机车无法再次正常启动时，在起吊梁控制系统失去外部动力，利用气动泵2或手动泵3向蓄能器26工作腔充液，为接下来的起吊梁应急操作做好准备；d、起吊梁人工起吊：单轨吊机车工作关机或非正常工作停机后造成单轨吊机车无法再次正常启动时，电磁换向阀25处于失电状态，辅助液压泵4与二通插装阀ⅱ16-1的控制口c连通，使二通插装阀ⅱ16-1关闭，二通插装阀ⅲ16-3的控制口c与油箱连通，使蓄能器26通过二通插装阀ⅱ16-1的工作口b流向工作口a 并与手动球阀12进口连通，人工开启手动
球阀12后，起吊梁即可进行应急操作，当蓄能器压力低于起吊梁控制压力后，人工关闭手动球阀12，利用气动泵2或手动泵3向蓄能器充液，待蓄能器压力升高至适合压力后，人工开启手动球阀12，进行再次起吊梁应急操作，依次循环，直至将起吊梁吊挂重物下放至地面为止，完成起吊梁应急处理；e、二通插装阀ⅱ16-1的工作口b和手动球阀12的出口均与起吊梁升降回路连通，当二通插装阀ⅱ16-1的工作口b和手动球阀12的出口存在油压时，单轨吊机车的行走马达不工作。
37.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。