CN104088858B - 电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿*** - Google Patents

Abstract

一种电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***，涉及液压动力设备技术领域，所解决的是现有***安全性低及占用空间大的技术问题。该***包括电气控制单元及动力输出单元；所述动力输出单元包括油箱、液压泵、冗余阀、螺纹自锁油缸、油缸驱动阀，液压泵通过各个油缸驱动阀为各个螺纹自锁油缸提供动力；各个动力输出单元通过冗余阀互连；螺纹自锁油缸包括缸筒，及安装在缸筒中的主活塞，安装在主活塞内腔中的副活塞，缸筒上置有环形齿轮，主活塞可由环形齿轮通过螺纹锁定，所述电气控制单元包括主控开关、主电源、发电机、控制器及备用电源，主电源、备用电源及发电机分三路为各个液压泵供电。本发明提供的***，***安全性高且占用空间小。

Description

电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***

技术领域

本发明涉及液压动力设备技术，特别是涉及一种电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***的技术。

背景技术

液压钢支撑***是利用液压油缸输出动力的液压动力输出***。现有的液压钢支撑***具有以下缺陷：

1）现有的液压钢支撑***都是采用单路电源为各个液压泵供电的，一旦供电线路出现故障，就会导致***中的液压泵失电停止运行，从而导致***液压管路失压，导致整个***瘫痪，无法保证***的安全运行；

2）有些***采用单个液压泵为所有的液压油缸提供动力，这种结构形式安全性较差，一旦液压泵出现问题，整个***就瘫痪了，无法保证***的安全运行；

3）有些***中配备有多个液压泵，***中的各个液压油缸分成多组，每个液压泵为其中的一组液压油缸提供动力，某一液压泵出现问题，只会影响到其中一组液压油缸的工作，这种结构形式相对于采用单个液压泵提供动力的方式，其安全性要高，但是受影响的液压油缸依然会影响***的安全运行，其安全性依然有待提高；

4）现有液压钢支撑***都通过在液压管路上设置由液控单向阀组成的液压锁来实现液压油缸的锁定，以保证液压油缸不会因***故障而失稳。但是，这种采用液压锁来锁定液压油缸的方式对液压阀的精度要求较高，而且存在着液压阀的阀芯内涉，无法实现对液压油缸的绝对锁定，存在着锁定可靠性差的缺陷，会影响***的安全运行。现有液压油缸的单体输出力也相对较低，在一些对输出力要求较高的工况下（比如土建基坑施工），往往需要多个液压油缸相互配合同时输出动力，因而现有液压钢支撑***中的液压油缸数量相对较多，***占用空间也较大。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种***安全性高，且***占用空间小的电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***，包括电气控制单元，及至少一个动力输出单元；

所述动力输出单元包括油箱、液压泵，及至少一个螺纹自锁油缸，至少一个油缸驱动阀，其中的油缸驱动阀的数量与螺纹自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的油缸驱动阀为四位二通阀，液压泵的吸油口接到油箱，液压泵的泵油口接到各个油缸驱动阀的压力油口，液压泵的泵油口与油箱之间接有溢流安全阀，各个油缸驱动阀的回油口接到油箱，每个油缸驱动阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应螺纹自锁油缸的两个工作腔；

其特征在于：所述电气控制单元包括主控开关、主电源、发电机、控制器，及能储蓄电能的备用电源；

所述主电源及备用电源的输入端均通过主控开关接到市政供电线路，主电源、备用电源及发电机的输出端各经一分控开关分别接到各个液压泵的控制开关；

所述控制器具有多个控制信号输出端，控制器的各个控制信号输出端分别接到各个分控开关的控制端；

所述动力输出单元还包括一冗余阀，所述冗余阀为截止阀，冗余阀的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

每个动力输出单元中的冗余阀的第一油口均接到本单元各个油缸驱动阀的压力油口，每个动力输出单元中的冗余阀的第二个油口均与其它动力输出单元中的冗余阀的第二油口连通；

所述螺纹自锁油缸包括缸筒、主活塞、副活塞，缸筒的左右两端各由一缸盖封闭，主活塞以滑动配合方式安装在缸筒内腔中，并将缸筒内腔分隔成左右各一个相互独立的工作腔，其中的左工作腔为无杆腔，其中的右工作腔为有杆腔，缸筒的筒壁上开设有两个工作油口，其中的一个工作油口与无杆腔连通，另一个工作油口与有杆腔连通；

所述主活塞为柱形活塞，主活塞的右端穿过缸筒的右缸盖伸至缸筒外部，主活塞与缸筒右缸盖的结合部滑动配合并气密封，主活塞右部的周面形成有以主活塞中心轴线为螺旋轴线的外螺纹；

所述缸筒上置有一驱动电机、一可转动的环形齿轮，所述驱动电机的动力输出轴与环形齿轮啮合，所述环形齿轮的轮心轴线与主活塞中心轴线重合，环形齿轮的内圈具有与主活塞右部的外螺纹啮合的内螺纹；

所述主活塞具有一与其同轴且整体封闭的柱形空腔，该柱形空腔为辅助腔，所述副活塞以滑动配合方式安装在辅助腔中，并将辅助腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，副活塞的左端穿过辅助腔的左端腔壁伸入缸筒的无杆腔，副活塞与主活塞的结合部滑动配合并气密封，副活塞上具有一轴向贯通的轴孔，辅助腔的左子腔与副活塞上的轴孔相互隔断，辅助腔的右子腔通过副活塞上的轴孔连通缸筒的无杆腔。

本发明提供的电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***，采用三路供电，在市电短暂停电、长时间停电的状况下均能保障各个液压泵的正常运行，而且每个动力输出单元中均配备有液压泵，一个动力输出单元中的液压泵发生故障时，其它单元可通过冗余阀为故障单元提供动力，因而能保证***的安全运行，具有***安全性高的特点；进一步的，各个螺纹自锁油缸均可利用环形齿轮与主活塞周面外螺纹的配合可靠的锁定，能进一步提高***安全性；另外，螺纹自锁油缸运行时，副活塞会对主活塞产生一个复合推力，使得主活塞的输出力得到进一步的提升，在油缸压力不变的情况下，主活塞的输出力相比同规格的现有单活塞式油缸可增加60%左右，螺纹自锁油缸的单体输出力较大，因此***中所需配置的油缸数量相对较少，***占用空间也较小。

附图说明

图1是本发明实施例的电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***的电气控制图；

图2是本发明实施例的电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***的液压图；

图3是本发明实施例的电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***中的螺纹自锁油缸的主视剖切图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1-图2所示，本发明实施例所提供的一种电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***，包括电气控制单元，及三个动力输出单元，该三个动力输出单元分别为第一动力输出单元、第二动力输出单元、第三动力输出单元；

第一动力输出单元包括油箱Y1、液压泵D1、冗余阀S1，及两个螺纹自锁油缸U11、U12，两个油缸驱动阀H11、H12，其中的油缸驱动阀的数量与螺纹自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵D1的吸油口接到油箱Y1，液压泵D1的泵油口接到各个油缸驱动阀H11、H12的压力油口，液压泵D1的泵油口与油箱Y1之间接有溢流安全阀，各个油缸驱动阀H11、H12的回油口接到油箱Y1，每个油缸驱动阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应螺纹自锁油缸的两个工作腔；冗余阀S1为截止阀，冗余阀S1的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

第二动力输出单元包括油箱Y2、液压泵D2、冗余阀S2，及两个螺纹自锁油缸U21、U22，两个油缸驱动阀H21、H22，其中的油缸驱动阀的数量与螺纹自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵D2的吸油口接到油箱Y2，液压泵D2的泵油口接到各个油缸驱动阀H21、H22的压力油口，液压泵D2的泵油口与油箱Y2之间接有溢流安全阀，各个油缸驱动阀H21、H22的回油口接到油箱Y2，每个油缸驱动阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应螺纹自锁油缸的两个工作腔；冗余阀S2为截止阀，冗余阀S2的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

第三动力输出单元包括油箱Y3、液压泵D3、冗余阀S3，及两个螺纹自锁油缸U31、U32，两个油缸驱动阀H31、H32，其中的油缸驱动阀的数量与螺纹自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵D3的吸油口接到油箱Y3，液压泵D3的泵油口接到各个油缸驱动阀H31、H32的压力油口，液压泵D3的泵油口与油箱Y3之间接有溢流安全阀，各个油缸驱动阀H31、H32的回油口接到油箱Y3，每个油缸驱动阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应螺纹自锁油缸的两个工作腔；冗余阀S3为截止阀，冗余阀S3的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

每个动力输出单元中的冗余阀的第一油口均接到本单元各个油缸驱动阀的压力油口，每个动力输出单元中的冗余阀的第二个油口均与其它动力输出单元中的冗余阀的第二油口连通；

所述电气控制单元包括主控开关K10、主电源J1、发电机J3、控制器J0，及能储蓄电能的备用电源J2；

所述主电源J1及备用电源J2的输入端均通过主控开关K10接到市政供电线路；主电源J1的输出端经一分控开关K11分别接到各个液压泵D1、D2、D3的控制开关K21、K22、K23；备用电源J2的输出端经一分控开关K12分别接到各个液压泵D1、D2、D3的控制开关K21、K22、K23；发电机J3的输出端经一分控开关K13分别接到各个液压泵D1、D2、D3的控制开关K21、K22、K23；

所述控制器J0具有多个控制信号输出端，控制器J0的各个控制信号输出端分别接到各个分控开关K11、K12、K13的控制端；

如图3所示，所述螺纹自锁油缸包括缸筒1、主活塞2、副活塞3，缸筒1的左右两端各由一缸盖4封闭，主活塞2以滑动配合方式安装在缸筒1内腔中，并将缸筒1内腔分隔成左右各一个相互独立的工作腔，其中的左工作腔为无杆腔11，其中的右工作腔为有杆腔12，缸筒1的筒壁上开设有两个工作油口，其中的一个工作油口与无杆腔11连通，另一个工作油口与有杆腔12连通；

所述主活塞2为柱形活塞，主活塞2的右端穿过缸筒的右缸盖4伸至缸筒外部，主活塞2与缸筒右缸盖4的结合部滑动配合并气密封，主活塞2右部的周面形成有以主活塞中心轴线为螺旋轴线的外螺纹；

所述缸筒1上置有一驱动电机5、一可转动的环形齿轮6，所述驱动电机5的动力输出轴与环形齿轮6啮合，所述环形齿轮6的轮心轴线与主活塞中心轴线重合，环形齿轮6的内圈具有与主活塞2右部的外螺纹啮合的内螺纹；

所述主活塞2具有一与其同轴且整体封闭的柱形空腔，该柱形空腔为辅助腔21，所述副活塞3以滑动配合方式安装在辅助腔21中，并将辅助腔21分隔成左右各一个相互独立的子腔，副活塞3的左端穿过辅助腔21的左端腔壁伸入缸筒的无杆腔11，副活塞3与主活塞2的结合部滑动配合并气密封，副活塞3上具有一轴向贯通的轴孔31，辅助腔21的左子腔与副活塞上的轴孔31相互隔断，辅助腔21的右子腔通过副活塞上的轴孔31连通缸筒的无杆腔11。

本发明实施例中，所述控制器J0、备用电源J2均为现有技术，控制器J0采用的是型号为SNAP-PAC-S1的PLC控制器，备用电源J2采用的是型号为CP/DC/UPS-24V-40A的UPS电源。

本发明其它实施例中，动力输出单元的数量也可以是2个或3个以上，单个动力输出单元中的螺纹自锁油缸及油缸驱动阀的数量也可以是2个以上。

本发明实施例的工作原理如下：

在正常状况下，分控开关K11闭合，分控开关K12、K13断开，由主电源J1为各个液压泵D1、D2、D3供电，同时备用电源J2储蓄电能；

当市政供电线路发生故障时，控制器J0先控制分控开关K12闭合，此时由备用电源J2为各个液压泵D1、D2、D3供电，如果备用电源J2储蓄的电能用完而市政供电线路未恢复供电，控制器J0随即控制分控开关K13闭合，此时由发电机J3为各个液压泵D1、D2、D3供电，当市政供电线路恢复供电后，控制器J0随即控制分控开关K11闭合，并控制分控开关K12、K13断开，从而恢复至由主电源J1为各个液压泵D1、D2、D3供电的正常状况；

***正常运行时，各个动力输出单元各自独立运行，每个动力输出单元通过本单元的液压泵为本单元中的各个螺纹自锁油缸提供动力，通过本单元中的各个油缸驱动阀来控制本单元中各个螺纹自锁油缸运行；

当某一动力输出单元（比如第一动力输出单元）中的液压泵发生故障时，其它动力输出单元（比如第二、第三动力输出单元）中的液压泵通过冗余阀为故障单元提供动力，以保证故障单元的各个螺纹自锁油缸能正常的运行。

本发明实施例中的螺纹自锁油缸的工作原理如下：

将有杆腔侧的工作油口接通回油管道，将压力油通过无杆腔侧的工作油口注入无杆腔，同时利用驱动电机驱使环形齿轮正转，即可推动主活塞向右滑动，使得主活塞向右伸出，与此同时，无杆腔内的压力油通过副活塞上的轴孔进入辅助腔的右子腔，从而对主活塞产生一个复合推力，使得主活塞的输出力得到进一步的提升，在油缸压力不变的情况下，主活塞的输出力相比同规格的现有单活塞式油缸可增加60%左右，主活塞滑动到位后，驱动电机停转，环形齿轮也随之停转，此时环形齿轮即可通过螺纹啮合方式将主活塞牢靠的锁定；

将无杆腔侧的工作油口接通回油管道，将压力油通过有杆腔侧的工作油口注入有杆腔，同时利用驱动电机驱使环形齿轮反转，即可推动主活塞向左滑动，使得主活塞向左缩回。

Claims (1)

1.一种电源及液压冗余的螺纹自锁型轴力补偿***，包括电气控制单元，至少一个动力输出单元；

所述动力输出单元包括油箱、液压泵、至少一个螺纹自锁油缸、至少一个油缸驱动阀，其中的油缸驱动阀的数量与螺纹自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的油缸驱动阀为三位四通阀，液压泵的吸油口接到油箱，液压泵的泵油口接到各个油缸驱动阀的压力油口，液压泵的泵油口与油箱之间接有溢流安全阀，各个油缸驱动阀的回油口接到油箱，每个油缸驱动阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应螺纹自锁油缸的两个工作腔；

其特征在于：所述电气控制单元包括主控开关、主电源、发电机、控制器、能储蓄电能的备用电源；

所述主电源及备用电源的输入端均通过主控开关接到市政供电线路，主电源、备用电源及发电机的输出端各经一分控开关分别接到各个液压泵的控制开关；

所述控制器具有多个控制信号输出端，控制器的各个控制信号输出端分别接到各个分控开关的控制端；

所述动力输出单元还包括一冗余阀，所述冗余阀为截止阀，冗余阀的两个工作油口分别为第一油口、第二油口；

每个动力输出单元中的冗余阀的第一油口均接到本单元各个油缸驱动阀的压力油口，每个动力输出单元中的冗余阀的第二油口均与其它动力输出单元中的冗余阀的第二油口连通；

所述螺纹自锁油缸包括缸筒、主活塞、副活塞，缸筒的左右两端各由一缸盖封闭，主活塞以滑动配合方式安装在缸筒内腔中，并将缸筒内腔分隔成左右各一个相互独立的工作腔，其中的左工作腔为无杆腔，其中的右工作腔为有杆腔，缸筒的筒壁上开设有两个工作油口，其中的一个工作油口与无杆腔连通，另一个工作油口与有杆腔连通；

所述主活塞为柱形活塞，主活塞的右端穿过缸筒的右缸盖伸至缸筒外部，主活塞与缸筒右缸盖的结合部滑动配合并气密封，主活塞右部的周面形成有以主活塞中心轴线为螺旋轴线的外螺纹；

所述缸筒上置有一驱动电机、一可转动的环形齿轮，所述驱动电机的动力输出轴与环形齿轮啮合，所述环形齿轮的轮心轴线与主活塞中心轴线重合，环形齿轮的内圈具有与主活塞右部的外螺纹啮合的内螺纹；

所述主活塞具有一与其同轴且整体封闭的柱形空腔，该柱形空腔为辅助腔，所述副活塞以滑动配合方式安装在辅助腔中，并将辅助腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，副活塞的左端穿过辅助腔的左端腔壁伸入缸筒的无杆腔，副活塞与主活塞的结合部滑动配合并气密封，副活塞上具有一轴向贯通的轴孔，辅助腔的左子腔与副活塞上的轴孔相互隔断，辅助腔的右子腔通过副活塞上的轴孔连通缸筒的无杆腔。