一种采用多泵组合技术的井下防爆提升机液压控制系统

摘要

本发明公开了一种采用多泵组合技术的井下防爆提升机液压控制系统，包括泵控马达主回路、补油回路、热交换回路、安全回路及制动回路。泵控马达主回路由三个小排量比例变量泵并联组合驱动两个定量马达，带动滚轮主轴驱动提升机升降，由速度传感器实时检测滚轮转速来改变变量泵排量，实现系统精确控制；补油回路可补充主回路泄漏和热交换时的油液损失；热交换回路由液控阀、背压溢流阀和冷却器组成完成闭式系统热交换工作；安全回路由两组高压溢流阀与单向阀组合保护系统；制动回路可实现马达的正常工作或制动。与传统液压防爆提升机相比，由于采用多泵组合技术及根据转速要求实时控制主驱动泵的排量，系统节能效果好、故障率低，控制精度高。

说明书

技术领域

本发明涉及流体控制系统，尤其涉及一种采用多泵组合技术的井下防爆提升机液压控制系统。

背景技术

井下防爆提升机是井下防爆运输的主要设备之一，在矿山及工程领域作提升、下放人员及物料用。目前井下防爆提升机主要有电控井下防爆提升机和液压井下防爆提升机两种。电控井下防爆提升机主要特点是主机结构紧凑，运输安全方便，传动效率较高；但其电控设备制造成本很高，价格昂贵；电控设备体积庞大，维修复杂；速度调节有限，冲击大，低速运行性能较差。液压井下防爆提升机主要特点是采用液压传动，减少了产生火花的元件；空载直接起动，完全由液压系统实现调速，使电气控制设备简单，便于防爆，安全可靠；具有无级调速，起动换向平稳，低速运转性能良好，因而得到广泛应用。

传统的液压井下防爆提升机电液速度伺服控制系统一般由比例减压阀、比例油缸、机动伺服阀、变量液压缸、主驱动变量泵、定量马达等组成，采用远距离液控操纵方式。司机通过操纵减压式比例先导阀给系统大流量主驱动变量泵的比例液压缸输入一个逐渐由低到高的压力油，推动伺服换向阀动作，控制变量液压缸位移而改变主驱动变量泵斜盘的倾角来改变主驱动变量泵的流量，从而改变液压马达的转速，使提升机起动、加速运转。司机将减压式比例先导阀的手柄扳动不同的角度，就可使主驱动变量泵输出不同的流量，从而使提升机获得不同的提升速度。由于受比例减压阀死区及比例油缸摩擦力的影响，该控制系统是一个开环系统，控制精度较差、操作不灵敏，提升速度与操作手柄的摆角不能完全保持成比例关系，不能实现自动控制；另外，由于系统没有液压马达输出速度反馈控制系统，因而不能自动消除由于负载变化而引起的液压马达输出速度误差。

现有的液压井下防爆提升机的主驱动变量泵是一个大流量手动操作式的轴向柱塞泵，该泵排量大，提升机上行时可工作在高负载工况，但提升机下行时则会给系统带来很大的功率损失，系统节能效果差；而且出故障时系统只能停机检修，可靠性低，故障率较高。

发明内容

为了克服背景技术所述的液压井下防爆提升机工作时存在的问题及更好的满足井下防爆输送任务，本发明的目的在于提供一种采用多泵组合技术的井下防爆提升机液压控制系统，能较好的解决目前液压井下防爆提升机存在的液压控制系统节能效果差、可靠性低、控制精度不高以及不易操作等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：

电机I、II、III、IV，双向比例变量泵I、II、III，伺服换向阀I、II、III，双出杆液压缸I、II、III，位置传感器I、II、III，比例放大器I、II、III，积分放大器I、II、III，单向阀I、II、III、IV、V，压力继电器，溢流阀I、II，冷却器，可调节流阀I、II，二位二通电磁换向阀，高压溢流阀I、II，三位三通液控换向阀，背压溢流阀，双向定量马达，盘形制动器，滚轮主轴，齿轮副I、II，深度传感器，行程开关I、II、III，速度传感器，球阀I、II、III，单向节流阀I、II，机动换向阀，二位三通电磁换向阀，减压阀，出油过滤器，定量泵，吸油过滤器，油箱。电机IV与定量泵通过联轴器刚性连接，定量泵的吸油口与球阀III出油口连通，球阀III进油口与吸油过滤器出油口连通，吸油过滤器进油口直接连油箱，定量泵出油口与出油过滤器进油口连通，出油过滤器出油口分别与单向阀V进油口和溢流阀II进油口连通，单向阀V出油口分别与减压阀进油口、二位三通电磁换向阀进油口、单向阀I进油口、单向阀II进油口、压力继电器进油口及溢流阀I进油口相连通，溢流阀II的出油口直接连油箱，二位三通电磁换向阀出油口与机动换向阀进油口连通，二位三通电磁换向阀回油口与可调节流阀II进油口连通，可调节流阀II出油口直接连油箱，机动换向阀回油口直接连油箱，机动换向阀出油口与单向节流阀II进油口连通，单向节流阀II出油口分别与单向节流阀I进油口、球阀I进油口相连通，单向节流阀I出油口与球阀II进油口连通，球阀I出油口和球阀II出油口分别与盘形制动器连通，滚轮主轴与双向定量马达I和II的主轴刚性连接，齿轮副I和II与双向定量马达II的主轴通过花键连接，减压阀出油口分别与伺服换向阀I、II、III的进油口P口相连，伺服换向阀I的出油口A口和B口分别与双出杆液压缸I的进出油口相连通，伺服换向阀I的回油口T口直接连油箱，双出杆液压缸I的活塞杆与双向比例变量泵I的斜盘相连，电机I通过联轴器与双向比例变量泵I刚性连接，伺服换向阀II的出油口A口和B口分别与双出杆液压缸II的进出油口相连通，伺服换向阀II的回油口T口直接连油箱，双出杆液压缸II的活塞杆与双向比例变量泵II的斜盘相连，电机II通过联轴器与双向比例变量泵II刚性连接，伺服换向阀III的出油口A口和B口分别与双出杆液压缸III的进出油口相连通，伺服换向阀III的回油口T口直接连油箱，双出杆液压缸III的活塞杆与双向比例变量泵III的斜盘相连，电机III通过联轴器与双向比例变量泵III刚性连接，双向比例变量泵I、II、III进出油口分别与单向阀I出油口、单向阀II出油口、可调节流阀I进油口、二位二通电磁换向阀出油口、高压溢流阀I进油口、高压溢流阀II进油口、单向阀III出油口、单向阀IV出油口、液控换向阀进油口及双向定量马达I和II的进出油口连接，液控换向阀出油口与背压溢流阀进油口连通，背压溢流阀出油口与冷却器进油口相通，冷却器出油口直接与油箱连接，溢流阀I出油口与冷却器进油口连通，可调节流阀I出油口与二位二通电磁换向阀进油口连通，高压溢流阀I出油口与单向阀III进油口连通，高压溢流阀II出油口与单向阀IV进油口连通，位置传感器I、II、III内置式固定安装在双出杆液压缸I、II、III活塞杆上，深度传感器安装在齿轮副II输出轴上，速度传感器安装在齿轮副I输出轴上，比例放大器I、II、III固定安装在控制柜内，积分放大器I、II、III固定安装在控制柜内。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

(1)系统主驱动回路采用三个小排量双向比例变量泵并联组合驱动两个定量马达，其控制系统独立，根据系统工况要求可驱动其中的一组、两组或三组主驱动泵，实现了系统功率匹配，提高了系统工作效率，系统节能效果好。另外，当某一个小泵出现故障时，系统仍能保持正常工作，因而提高了系统的可靠性，系统故障率低，特别适合于井下工作条件恶劣的场合。

(2)采用带位置环的泵控马达速度控制系统，通过位置传感器实时检测双作用液压缸的位移来精确控制主驱动泵排量的变化，另外通过速度传感器实时检测滚轮主轴的转速，可控制主驱动变量泵出口流量跟随负载变化，通过位置小闭环和速度大闭环控制，提高了系统的控制精度，且对防爆提升机的操作者要求也不高，可使其快速适应岗位。

(3)与传统液压防爆提升机相比，由于省去了许多阀组及管件，液压系统结构简单紧凑，出故障时更容易查找原因。

附图说明

附图是本发明的结构原理示意图。

图中：电机I(1a)、II(1b)、III(1c)、IV(35)，双向比例变量泵I(2a)、II(2b)、III(2c)，伺服换向阀I(3a)、II(3b)、III(3c)，双出杆液压缸I(4a)、II(4b)、III(4c)，位置传感器I(5a)、II(5b)、III(5c)，比例放大器I(6a)、II(6b)、III(6c)，积分放大器I(7a)、II(7b)、III(7c)，单向阀I(8a)、II(8b)、III(15a)、IV(15b)、V(31)，压力继电器(9)，溢流阀I(10)、II(32)，冷却器(11)，可调节流阀I(12)、II(29)，二位二通电磁换向阀(13)，高压溢流阀I(14a)、II(14b)，三位三通液控换向阀(16)，背压溢流阀(17)，双向定量马达I(18a)、II(18b)，盘形制动器(19)，滚轮主轴(20)，齿轮副I(21a)、II(21b)，深度传感器(22)，行程开关I(23a)、II(23b)、III(23c)，速度传感器(24)，球阀I(25a)、II(25b)、III(25c)，单向节流阀I(26a)、II(26b)，机动换向阀(27)，二位三通电磁换向阀(28)，减压阀(30)，纸芯式过滤器(33)，单向定量泵(34)，网式过滤器(36)，油箱(37)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如附图所示，本发明中的电机35与定量泵34通过联轴器刚性连接，定量泵34的吸油口与球阀25c出油口连通，球阀25c进油口与吸油过滤器36出油口连通，吸油过滤器36进油口直接连油箱37，定量泵34出油口与出油过滤器33进油口连通，出油过滤器33出油口分别与单向阀31进油口和溢流阀32进油口连通，单向阀31出油口分别与减压阀30进油口、二位三通电磁换向阀28进油口、单向阀8a进油口、单向阀8b进油口、压力继电器9进油口及溢流阀10进油口相连通，溢流阀32的出油口直接连油箱，二位三通电磁换向阀28出油口与机动换向阀27进油口连通，二位三通电磁换向阀28回油口与可调节流阀29进油口连通，可调节流阀29出油口直接连油箱，机动换向阀27回油口直接连油箱，机动换向阀27出油口与单向节流阀26b进油口连通，单向节流阀26b出油口分别与单向节流阀26a进油口、球阀25a进油口相连通，单向节流阀26a出油口与球阀25b进油口连通，球阀25a出油口和球阀25b出油口分别与盘形制动器19连通，滚轮主轴20与双向定量马达18a和18b的主轴刚性连接，齿轮副21a和21b与双向定量马达18b的主轴通过花键连接。减压阀30出油口分别与伺服换向阀3a、3b、3c的进油口P口相连，伺服换向阀3a的出油口A口和B口分别与双出杆液压缸4a的进出油口相连通，伺服换向阀3a的回油口T口直接连油箱，双出杆液压缸4a的活塞杆与双向比例变量泵2a的斜盘相连，电机1a通过联轴器与双向比例变量泵2a刚性连接，伺服换向阀3b的出油口A口和B口分别与双出杆液压缸4b的进出油口相连通，伺服换向阀3b的回油口T口直接连油箱，双出杆液压缸4b的活塞杆与双向比例变量泵2b的斜盘相连，电机1b通过联轴器与双向比例变量泵2b刚性连接，伺服换向阀3c的出油口A口和B口分别与双出杆液压缸4c的进出油口相连通，伺服换向阀3c的回油口T口直接连油箱，双出杆液压缸4c的活塞杆与双向比例变量泵2c的斜盘相连，电机1c通过联轴器与双向比例变量泵2c刚性连接，双向比例变量泵2a、2b、2c进出油口分别与单向阀8a出油口、单向阀8b出油口、可调节流阀12进油口、二位二通电磁换向阀13出油口、高压溢流阀14a进油口、高压溢流阀14b进油口、单向阀15a出油口、单向阀15b出油口、液控换向阀16进油口及双向定量马达18a和18b的进出油口连接，液控换向阀16出油口与背压溢流阀17进油口连通，背压溢流阀17出油口与冷却器11进油口相通，冷却器11出油口直接与油箱连接，溢流阀10出油口与冷却器11进油口连通，可调节流阀12出油口与二位二通电磁换向阀13进油口连通，高压溢流阀14a出油口与单向阀15a进油口连通，高压溢流阀14b出油口与单向阀15b进油口连通。位置传感器5a、5b、5c内置式固定安装在双出杆液压缸4a、4b、4c活塞杆上，深度传感器22安装在齿轮副21b输出轴上，速度传感器24安装在齿轮副21a输出轴上，比例放大器6a、6b、6c固定安装在控制柜内，积分放大器7a、7b、7c固定安装在控制柜内。

本发明的工作原理如下：

系统工作时，三个小排量比例变量泵并联组合驱动，其控制系统独立，可根据系统工况要求驱动其中的一组、两组或三组主驱动泵。以第一组主驱动系统为例，电机1a拖动双向比例变量泵2a转动，伺服换向阀3a和双出杆液压缸4a、位置传感器5a、比例放大器6a、积分放大器7a组成了双向比例变量泵的变量控制机构，可根据位置传感器5a实时检测到的位移量精确控制双向比例变量泵2a的排量，保证系统稳定供油。单向定量泵34输出的油液经过减压阀30输送到伺服换向阀3a的进油口P口，通过伺服换向阀3a比例电磁铁的得失电来改变双出杆液压缸4a的运动方向，从而驱动双向比例变量泵2a正反转。由速度传感器24检测到的滚轮主轴20转速信号，经积分放大器7a运算后，输出的信号差控制伺服换向阀3a两端的比例电磁铁，进而控制伺服换向阀3a阀芯的开度，驱动双出杆液压缸4a活塞杆比例运动，带动双向比例变量泵2a斜盘倾角比例变化，形成根据滚轮主轴20转速实时变化的速度大闭环控制。当深度指示器22行程撞块碰到减速点行程开关23b时，操作人员减小控制面板上的电位器电压设定值U_g，使提升机速度减慢；当深度指示器22行程撞块碰到停止点行程开关23a，操作人员按下控制面板上的停止按钮，使提升机停止升降。通过位置小闭环和速度大闭环这两个闭环控制系统，能根据滚轮主轴转速精确控制比例变量泵的排量，提高了控制精度，避免了传统的比例减压阀的死区影响；另外实现了功率自适应，系统节能效果好。

系统安全回路由正反向各一组的高压溢流阀14a与单向阀15a组合、高压溢流阀14b与单向阀15b组合组成。当负载过大引起系统油压过高而超过预调压力时，高压溢流阀14a或14b动作，主回路高压侧向低压侧溢流，以免油压过高对系统造成破坏。可调节流阀12及二位二通电磁换向阀13用于提升机停止或制动时，连通高低压端管路，释放主回路中的峰值高压，保护双向比例变量泵2a、2b、2c和双向定量马达18a、18b。

系统补油回路由吸油过滤器36、球阀25c、定量泵34、出油过滤器33、单向阀31、8a、8b，压力继电器9及溢流阀10组成。单向定量泵34输出的补充油，因其油压低于主回路高压侧油压，而高于低压侧油压，所以经单向阀8a或8b输入主回路低压侧，以补充主系统因热交换及泄漏而流失的油液，完成补油工作。在补油回路中设有压力继电器9，用以保证一定的补油压力，如果补油压力低于设定值，压力继电器9断开，电控回路使系统电机1a、1b、1c断电，系统停止工作。该回路中还设有溢流阀10，用来控制补油压力，使多余的油液经冷却器11流回油箱。

系统热交换回路由液控换向阀16、背压溢流阀17及冷却器11组成。受主回路中高、低压侧油压控制，液控换向阀16使主回路低压侧与背压溢流阀17连通，主回路中低压侧油液打开背压溢流阀17，通过冷却器11流回油箱，完成热交换工作。背压溢流阀17调定压力限定了主回路中低压侧压力即背压压力。

系统制动回路由吸油过滤器36、球阀25a、25b、25c、定量泵34、出油过滤器33、单向阀31、二位三通电磁换向阀28、可调节流阀29、机动换向阀27、单向节流阀26a、26b及盘形制动器19组成。

正常开车时，机动换向阀27不动作，二位三通电磁换向阀28右端电磁铁得电工作，二位二通电磁换向阀13右端得电工作，由定量泵34输出的压力油经出油过滤器33、单向阀31、二位三通电磁换向阀28、机动换向阀27、单向节流阀26a和26b分别到达盘形制动器19的两端，盘形制动器19打开，提升机开始工作。单向节流阀26a使盘形制动器延缓工作，以与主回路压力建立时间相协调，防止重车启动时瞬时下滑。

正常停车时，操作人员按下停止按钮，二位二通电磁换向阀13和二位三通电磁换向阀28失电，盘形制动器19油液经节流阀26a、机动换向阀27、二位三通电磁换向阀28、可调节流阀29回油箱，盘形制动器19抱闸制动。单向节流阀26b使盘形制动器19延缓制动，减小制动冲击，实现两级制动。

当电源突然断电导致非正常制动时，盘形制动器19油液经节流阀26a、26b、机动换向阀27、二位三通电磁换向阀28、可调节流阀29回油箱，盘形制动器19抱闸制动。通过调整可调节流阀29的节流量来设定其制动减速度，实现方位制动。

当提升机发生意外时，脚踏机动换向阀27，一方面，行程开关23c动作，二位二通电磁换向阀13断电回位，盘形制动器19回油抱闸制动；另一方面，机动换向阀27回油侧导通，实现盘形制动器回油制动。