组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统

摘要

一种组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统，涉及液压动力设备技术领域，所解决的是现有系统安全性低及占用空间大的技术问题。该系统包括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、冗余阀，及至少一个棘爪自锁油缸，至少一个四位二通阀，液压泵通过各个四位二通阀为各个棘爪自锁油缸提供动力；各个动力输出单元通过冗余阀互连；棘爪自锁油缸包括左右对接的主缸筒、副缸筒，及分别设置在主、副缸筒内的主活塞、副活塞；所述主、副缸筒的内腔由主缸筒的左缸盖左右隔开；所述主活塞右部的周面形成有棘齿条，主缸筒上枢设有与棘齿条配合的棘爪；所述副活塞紧抵住主活塞左端。本发明提供的系统，系统安全性高且占用空间小。

权利要求

1.一种组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统，包括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，及至少一个棘爪自锁油缸，至少一个四位二通阀，其中的四位二通阀的数量与棘爪自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵的吸油口接到油箱，液压泵的泵油口接到各个四位二通阀的压力油口，液压泵的泵油口与油箱之间接有溢流安全阀，各个四位二通阀的回油口接到油箱，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应棘爪自锁油缸的两个工作腔；

其特征在于：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四位二通阀的压力油口，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；

所述棘爪自锁油缸包括主缸筒、副缸筒、主活塞、副活塞，主缸筒的左右两端各由一缸盖封闭，副缸筒的左端封闭，副缸筒的右端与主缸筒的左端对接，副缸筒的内腔与主缸筒的内腔由主缸筒的左缸盖左右隔开，主活塞以滑动配合方式安装在主缸筒的内腔中，并将主缸筒的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，主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，主活塞的右部穿过主缸筒的右缸盖伸至主缸筒外部，主活塞与主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至少一条平行于主活塞滑动轴线的直线形棘齿条；

所述主缸筒上枢设有至少一个棘爪，各个棘爪能枢转至与主活塞周面的各个棘齿条分别啮合，并能枢转至与各个棘齿条脱离啮合；

所述副活塞以滑动配合方式安装在副缸筒的内腔中，且与主活塞同轴，副活塞的右端穿过主缸筒的左缸盖并紧抵住主活塞左端，副活塞与主缸筒左缸盖的结合部滑动配合并气密封，副活塞将副缸筒的内腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，其中的左子腔与主缸筒的无杆腔连通，其中的右子腔与主缸筒的有杆腔连通。

说明书

组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统

技术领域

[0001] 本发明涉及液压动力设备技术，特别是涉及一种组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统的技术。

背景技术

[0002] 液压钢支撑系统是利用液压油缸输出动力的液压动力输出系统，现有的液压钢支撑系统主要有以下两种结构形式：1）系统中所有的液压油缸都由同一个液压泵提供动力，这种结构形式安全性较差，一旦液压泵出现问题，整个系统就瘫痪了，无法保证系统的安全运行；2）系统中配备有多个液压泵，系统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系统的安全运行，其安全性依然有待提高。

[0003] 另外，现有液压钢支撑系统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系统故障而失稳。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，会影响系统的安全运行。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系统中的液压油缸数量相对较多，系统占用空间也较大。

发明内容

[0004] 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系统安全性高，且系统占用空间小的组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统，包括至少一个动力输出单元；

[0006] 所述动力输出单元包括油箱、液压泵，及至少一个棘爪自锁油缸，至少一个四位二通阀，其中的四位二通阀的数量与棘爪自锁油缸的数量一致并一一对应，其中的液压泵的吸油口接到油箱，液压泵的泵油口接到各个四位二通阀的压力油口，液压泵的泵油口与油箱之间接有溢流安全阀，各个四位二通阀的回油口接到油箱，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应棘爪自锁油缸的两个工作腔；

[0007] 其特征在于：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；

[0008] 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四位二通阀的压力油口，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；

[0009] 所述棘爪自锁油缸包括主缸筒、副缸筒、主活塞、副活塞，主缸筒的左右两端各由一缸盖封闭，副缸筒的左端封闭，副缸筒的右端与主缸筒的左端对接，副缸筒的内腔与主缸筒的内腔由主缸筒的左缸盖左右隔开，主活塞以滑动配合方式安装在主缸筒的内腔中，并将主缸筒的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，主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；

[0010] 所述主活塞为柱形活塞，主活塞的右端穿过主缸筒的右缸盖伸至主缸筒外部，主活塞与主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至少一条平行于主活塞滑动轴线的直线形棘齿条；

[0011] 所述主缸筒上枢设有至少一个棘爪，各个棘爪能枢转至与主活塞周面的各个棘齿条分别啮合，并能枢转至与各个棘齿条脱离啮合；

[0012] 所述副活塞以滑动配合方式安装在副缸筒的内腔中，且与主活塞同轴，副活塞的右端穿过主缸筒的左缸盖并紧抵住主活塞左端，副活塞与主缸筒左缸盖的结合部滑动配合并气密封，副活塞将副缸筒的内腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，其中的左子腔与主缸筒的无杆腔连通，其中的右子腔与主缸筒的有杆腔连通。

[0013] 本发明提供的组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统，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，能保证系统的安全运行，具有系统安全性高的特点，而且各个棘爪自锁油缸均可利用棘爪与棘齿条的配合可靠的锁定，能进一步提高系统安全性；另外，棘爪自锁油缸运行时，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，棘爪自锁油缸的单体输出力较大，因此系统中所需配置的油缸数量相对较少，系统占用空间也较小。

附图说明

[0014] 图1是本发明实施例的组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统的液压图；

[0015] 图2是本发明实施例的组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统中的棘爪自锁油缸的主视剖切图。

具体实施方式

[0016] 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。

[0017] 如图1所示，本发明实施例所提供的一种组合式棘爪自锁的液压冗余钢支撑轴力补偿系统，包括三个动力输出单元，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；

[0018] 第一动力输出单元包括油箱Y1、液压泵D1、冗余阀S1，及三个棘爪自锁油缸U11、U12、U13，三个四位二通阀H11、H12、H13，其中的四位二通阀的数量与棘爪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的泵油口接到各个四位二通阀H11、H12、H13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，各个四位二通阀H11、H12、H13的回油口接到油箱Y1，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应棘爪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；

[0019] 第二动力输出单元包括油箱Y2、液压泵D2、冗余阀S2，及三个棘爪自锁油缸U21、U22、U23，三个四位二通阀H21、H22、H23，其中的四位二通阀的数量与棘爪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的泵油口接到各个四位二通阀H21、H22、H23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，各个四位二通阀H21、H22、H23的回油口接到油箱Y2，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应棘爪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；

[0020] 第三动力输出单元包括油箱Y3、液压泵D3、冗余阀S3，及三个棘爪自锁油缸U31、U32、U33，三个四位二通阀H31、H32、H33，其中的四位二通阀的数量与棘爪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的泵油口接到各个四位二通阀H31、H32、H33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，各个四位二通阀H31、H32、H33的回油口接到油箱Y3，每个四位二通阀的两个工作油口均通过液压锁分别接到对应棘爪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；

[0021] 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四位二通阀的压力油口，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；

[0022] 如图2所示，所述棘爪自锁油缸包括主缸筒1、副缸筒2、主活塞3、副活塞4，主缸筒1的左右两端各由一缸盖5封闭，副缸筒2的左端封闭，副缸筒2的右端与主缸筒1的左端对接，副缸筒2的内腔与主缸筒1的内腔由主缸筒的左缸盖5左右隔开，主活塞3以滑动配合方式安装在主缸筒1的内腔中，并将主缸筒1的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，主缸筒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；

[0023] 所述主活塞3为柱形活塞，主活塞3的右端穿过主缸筒的右缸盖5伸至主缸筒外部，主活塞3与主缸筒右缸盖5的结合部滑动配合并气密封，主活塞3右部的周面形成有至少一条平行于主活塞滑动轴线的直线形棘齿条6；

[0024] 所述主缸筒1上枢设有至少一个棘爪7，各个棘爪7能枢转至与主活塞周面的各个棘齿条6分别啮合，并能枢转至与各个棘齿条6脱离啮合；

[0025] 所述副活塞4以滑动配合方式安装在副缸筒2的内腔中，且与主活塞3同轴，副活塞4的右端穿过主缸筒的左缸盖5并紧抵住主活塞3左端，副活塞4与主缸筒左缸盖5的结合部滑动配合并气密封，副活塞4将副缸筒2的内腔分隔成左右各一个相互独立的子腔，其中的左子腔与主缸筒的无杆腔11连通，其中的右子腔与主缸筒的有杆腔12连通。

[0026] 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棘爪自锁油缸及四位二通阀的数量也可以是2个或3个以上。

[0027] 本发明实施例的工作原理如下：

[0028] 系统正常运行时，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棘爪自锁油缸提供动力，通过本单元中的各个四位二通阀来控制本单元中各个棘爪自锁油缸运行；

[0029] 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棘爪自锁油缸能正常的运行。

[0030] 本发明实施例中的棘爪自锁油缸的工作原理如下：

[0031] 利用外置的驱动部件9（传统油缸）驱使各个棘爪枢转至与各个棘齿条脱离啮合，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，从而推动主活塞向右滑动，使得主活塞向右伸出，与此同时，无杆腔内的压力油进入副缸筒的左子腔，从而推动副活塞向右滑动，使得副活塞向右推顶主活塞，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，利用外置的驱动部件驱使各个棘爪枢转至与主活塞周面的各个棘齿条分别啮合，即可将主活塞牢靠的锁定，再度利用外置的驱动部件驱使各个棘爪枢转至与各个棘齿条脱离啮合后，即可将主活塞解除锁定，主活塞解除锁定后，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，有杆腔内的压力油也一并注入副缸筒的右子腔，从而推动主活塞及副活塞一并向左滑动，即可使得主活塞及副活塞向左缩回。