电液伺服集成式卷扬机液压系统及其控制方法

1.本发明电液伺服集成式卷扬机液压系统及其控制方法，涉及液压控制系统技术领域，尤其涉及一种电液伺服集成式卷扬机液压系统及其控制方法。


背景技术：

2.卷扬机在机械领域中得到了广泛的应用，卷扬机一般由电机减速器或液压系统驱动，传统的卷扬机液压系统由电动机驱动液压泵，通过伺服阀控制液压油的方向和流速。这种液压系统根据功能往往存在着多个换向阀，在液压油清洁度不够高使容易使换向阀磨损出现密封不严的现象，且因其换向阀密封不严而使液压系统的内部泄漏严重、效率降低，同时多个换向阀的存在使液压系统电控部分的控制对象增加，控制难度增大，增加了液压系统的故障机率。
3.卷扬机的换向动作通常由三位四通换向阀控制，而三位四通换向阀的机能和密封等性能影响着卷扬机的运动特性和灵活性，同时三位四通换向阀的存在使卷扬机的液压系统管路变得复杂，增加卷扬机电控部分的控制难度，在对卷扬机进行集成化设计的时候会增大卷扬机泵站模块的体积。同时因为卷扬机的单向受力性，卷扬机液压系统需要对卷扬机的放绳动作做出限制。
4.针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的电液伺服集成式卷扬机液压系统及其控制方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。


技术实现要素：

5.根据上述现有技术提出的传统液压控制系统对油液清洁度要求高、换向阀容易出现密封不严、内部泄漏严重、效率低，液压系统电控部分控制对象多等技术问题，而提供一种电液伺服集成式卷扬机液压系统及其控制方法。本发明主要利用伺服电机直接驱动双向液压泵，改变液压油流速和方向，从而达到取消伺服卷扬机液压系统伺服换向阀、减少电控部分控制对象的目的。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种电液伺服集成式卷扬机液压系统包括：伺服电机、双向液压泵、二位四通电磁换向阀、顺序阀、液压马达、油箱、主油路a、主油路b、液压锁、补油阀和安全阀；
8.进一步地，伺服电机的输出轴与双向液压泵的输入端相连接；
9.进一步地，双向液压泵的两个油口分别通过主油路a和主油路b与液压马达的两个油口相连接；
10.进一步地，顺序阀设置于主油路b上；
11.进一步地，油箱与主油路a和主油路b相连接；
12.进一步地，液压锁设置于主油路a和主油路b上；
13.进一步地，二位四通电磁换向阀与主油路a、油箱和液压锁相连接；
14.进一步地，补油阀串联在双向液压泵两个油口和油箱之间；
15.进一步地，安全阀串联在双向液压泵两侧油口和油箱之间。
16.进一步地，液压锁包括：液控单向阀a和液控单向阀b；
17.进一步地，液控单向阀a设置于主油路a上；
18.进一步地，液控单向阀b设置于主油路b上。
19.进一步地，二位四通电磁换向阀的两个进油口分别主油路a和油箱相连接，一个出油口堵死，另一个出油口连接液控单向阀b的控制油口；使液压锁的其中一个控制口可以在通高压油和通油箱之间切换。
20.进一步地，补油阀包括：单向阀a和单向阀b；
21.进一步地，单向阀a串联在双向液压泵的a油口和油箱之间；
22.进一步地，单向阀b串联在双向液压泵的b油口和油箱之间；
23.进一步地，使从油箱向双向液压泵输入油路的液压油可以自由流通；当液压系统出现泄漏等情况，使管路中的液压油减少时，双向液压泵吸油口可以经过补油阀从油箱对管路进行补油。
24.进一步地，安全阀包括：溢流阀a和溢流阀b；
25.进一步地，溢流阀a串联在主油路a和油箱之间；
26.进一步地，溢流阀b串联在主油路b和油箱之间；
27.进一步地，调整溢流阀a和溢流阀b至合适的开启压力，当卷扬机负荷过大时，双向液压泵排油经过溢流阀a和溢流阀b回到油箱，保护油路。
28.进一步地，顺序阀作为平衡阀，串联在液控单向阀b和液压马达之间，当液压马达驱动卷扬机放绳时，该油口作为液压马达的排油口，此时顺序阀可以限制卷扬机放绳速度，防止卷扬机超速。
29.进一步地，液压马达进出油口处设置有压力传感器，可以实时向控制系统反馈液压马达进/排油压力，控制系统可根据需要，以液压马达进/排油压力为依据对伺服电机进行控制或发出警报。
30.进一步地，电液伺服集成式卷扬机液压系统的控制方法分为三个过程：卷扬机收绳过程、卷扬机放绳过程和卷扬机放绳动作结束；
31.进一步地，卷扬机收绳过程为：二位四通电磁换向阀右侧得电，二位四通电磁换向阀右位通，液控单向阀b的控制口与主油路a相通；双向液压泵向主油路b排油，高压油使液控单向阀a和液控单向阀b开启，高压油无阻碍的通过顺序阀后进入液压马达，驱动液压马达带动卷扬机进行收绳；
32.进一步地，卷扬机放绳过程为：二位四通电磁换向阀右侧得电，二位四通电磁换向阀右位通，液控单向阀b的控制口与主油路a相通；双向液压泵向主油路a排油，高压油使液控单向阀a和液控单向阀b开启，高压油进入液压马达后驱动液压马达带动卷扬机进行放绳；此时液压马达出口的顺序阀防止液压马达的转速超速；
33.进一步地，卷扬机放绳动作结束；二位四通电磁换向阀电圈失电，二位四通电磁换向阀在弹簧的作用下左位通；此时液控单向阀b控制口通向油箱，液控单向阀b在液压马达排油压力的作用下迅速关死，使液压马达迅速停止转动，避免卷扬机发生溜绳现象。
34.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
35.1、本发明提供的电液伺服集成式卷扬机液压系统，由伺服电机直接控制液压系统
的速度和方向，降低液压系统各电控部分协同控制的难度；
36.2、本发明提供的电液伺服集成式卷扬机液压系统，采用伺服电机直接控制液泵的转速和转向，使液压系统获得较大的变速范围和较快的响应速度；
37.3、本发明提供的电液伺服集成式卷扬机液压系统，通过伺服电机取代伺服换向阀的功能，减少了卷扬机液压系统电控部分的控制对象，降低控制系统的复杂程度；
38.4、本发明提供的电液伺服集成式卷扬机液压系统，通过取消伺服换向阀，降低液压系统对液压油清洁度的要求，提高了液压系统的可靠性，减少了液压系统的内部泄漏，提高了卷扬机液压系统的效率；
39.5、本发明提供的电液伺服集成式卷扬机液压系统，由二位四通电磁换向阀控制液压锁的控制油腔进行卸油，使卷扬机能在放绳结束时使液压马达迅速停止转动，防止溜绳。
40.综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的传统液压控制系统对油液清洁度要求高、换向阀容易出现密封不严、内部泄漏严重、效率低，液压系统电控部分控制对象多等问题。
附图说明
41.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。
42.图1为本发明收放绳状态下的电液伺服系统图；
43.图2为本发明放绳动作结束时的电液伺服系统图。
44.图中：1、伺服电机 2、双向液压泵 3、单向阀a 4、溢流阀a 5、液控单向阀a 6、单向阀b 7、溢流阀b 8、液控单向阀b 9、二位四通电磁换向阀 10、顺序阀 11、液压马达 12、压力传感器 13、油箱14、油路a15、主油路b。
具体实施方式
45.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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，都属于本发明保护的范围。
47.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
48.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表
达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
50.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
51.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
52.如图1、2所示，本发明提供了一种电液伺服集成式卷扬机液压系统包括：伺服电机1、双向液压泵2、二位四通电磁换向阀9、顺序阀10、液压马达11、油箱13、主油路a14、主油路b15、液压锁、补油阀和安全阀；伺服电机1的输出轴与双向液压泵2的输入端相连接；双向液压泵2的两个油口分别通过主油路a14和主油路b15与液压马达11的两个油口相连接；顺序阀10设置于主油路b15上；油箱13与主油路a14和主油路b15相连接；液压锁设置于主油路a14和主油路b15上；二位四通电磁换向阀9与主油路a14、油箱13和液压锁相连接；补油阀串联在双向液压泵2两个油口和油箱13之间；安全阀串联在双向液压泵2两侧油口和油箱13之间。
53.液压锁包括：液控单向阀a5和液控单向阀b 8；液控单向阀a5设置于主油路a5上；液控单向阀b8设置于主油路b 8上。
54.二位四通电磁换向阀的两个进油口分别主油路a14和油箱13相连接，一个出油口堵死，另一个出油口连接液控单向阀b8的控制油口；使液压锁的其中一个控制口可以在通高压油和通油箱之间切换。
55.补油阀包括：单向阀a3和单向阀b6；单向阀a3串联在双向液压泵2的a油口和油箱13之间；单向阀b 6串联在双向液压泵2的b油口和油箱13之间；使从油箱13向双向液压泵2输入油路的液压油可以自由流通；当液压系统出现泄漏等情况，使管路中的液压油减少时，
双向液压泵2吸油口可以经过补油阀从油箱对管路进行补油。
56.安全阀包括：溢流阀a4和溢流阀b7；溢流阀a4串联在主油路a14和油箱13之间；溢流阀b7串联在主油路b15和油箱13之间；调整溢流阀a4和溢流阀b7至合适的开启压力，当卷扬机负荷过大时，双向液压泵2排油经过溢流阀a4和溢流阀b7回到油箱13，保护油路。
57.顺序阀10作为平衡阀，串联在液控单向阀b6和液压马达11之间，当液压马达11驱动卷扬机放绳时，该油口作为液压马达11的排油口，此时顺序阀10可以限制卷扬机放绳速度，防止卷扬机超速。
58.液压马达11进出油口处设置有压力传感器12，可以实时向控制系统反馈液压马达11进/排油压力，控制系统可根据需要，以液压马达11进/排油压力为依据对伺服电机1进行控制或发出警报。
59.电液伺服集成式卷扬机液压系统的控制方法分为三个过程：卷扬机收绳过程、卷扬机放绳过程和卷扬机放绳动作结束；
60.卷扬机收绳过程为：二位四通电磁换向阀9右侧得电，二位四通电磁换向阀9右位通，液控单向阀b8的控制口与主油路a14相通；双向液压泵2向主油路b15排油，高压油使液控单向阀a5和液控单向阀b8开启，高压油无阻碍的通过顺序阀10后进入液压马达11，驱动液压马达11带动卷扬机进行收绳；
61.卷扬机放绳过程为：二位四通电磁换向阀9右侧得电，二位四通电磁换向阀9右位通，液控单向阀b8的控制口与主油路a14相通；双向液压泵2向主油路a排油，高压油使液控单向阀a5和液控单向阀b8开启，高压油进入液压马达11后驱动液压马达11带动卷扬机进行放绳；此时液压马达11出口的顺序阀10防止液压马达11的转速超速；
62.卷扬机放绳动作结束；二位四通电磁换向阀9电圈失电，二位四通电磁换向阀9在弹簧的作用下左位通；此时液控单向阀b8控制口通向油箱13，液控单向阀b8在液压马达11排油压力的作用下迅速关死，使液压马达11迅速停止转动，避免卷扬机发生溜绳现象。
63.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。