一种基于全液压恒流可调速控制装置及其控制系统

摘要

本发明涉及井下矿用混凝土搅拌车技术领域，具体是一种基于全液压恒流可调速控制装置及其控制系统。解决现有井下矿用混凝土搅拌车搅拌罐转速不能实现恒速控制的问题，阀块开设有油口①、油口②和油口③，上阀体外侧的螺纹与阀块螺纹连接，上阀体内部与阀芯通过螺纹连接，上阀体的底部通过螺纹连接有限位块，限位块同时卡在上阀体与阀芯对应的卡槽内，锁紧螺母与阀芯通过螺纹连接，调节手轮与阀芯通过过盈配合安装在一起，阀芯的密封槽里装有拉杆封，阀芯的下端卡有阀芯套，弹簧内套嵌在阀芯套的端部，弹簧套在弹簧内套上，滑套套在弹簧的外侧，挡圈安装在下阀体的卡槽里，固定密封I和固定密封II安装在下阀体的密封槽部位。

权利要求

1.一种基于全液压恒流可调速控制装置的控制系统，其特征在于：包括变量液压泵

（2.1）、梭阀组件（2.2）、先导控制阀组Ⅰ（2.3）、先导控制阀组Ⅱ（2.4）、全液压恒流可调速控制装置Ⅰ（2.5）、全液压恒流可调速控制装置Ⅱ（2.6）、减速机制动器（2.7）、手动换向阀（2.8）、定量液压马达（2.9）、吸油过滤器（2.10）和液压油箱（2.11），变量液压泵（2.1）接在柴油发动机的输出端连接口上，变量液压泵（2.1）S口通过吸油过滤器（2.10）接液压油箱（2.11），变量液压泵（2.1）的Y1、Y2口分别接梭阀组件（2.2）的P7、P6口，变量液压泵（2.1）Fa口与手动换向阀（2.8）P口相连，变量液压泵（2.1）A口与全液压恒流可调速控制装置Ⅰ（2.5）的油口①相连，变量液压泵（2.1）B口与全液压恒流可调速控制装置Ⅱ（2.6）的油口①相连，变量液压泵（2.1）T0口接液压油箱（2.11），梭阀组件（2.2）PL2、PF2口分别接先导控制阀组Ⅰ（2.3）的A、B油口，梭阀组件（2.2）PL1、PF1口分别接先导控制阀组Ⅱ（2.4）的A、B油口，梭阀组件（2.2）P4口接先导控制阀组Ⅰ（2.3）的P口，梭阀组件（2.2）P3口接先导控制阀组Ⅱ（2.4）的P口，梭阀组件（2.2）P5口接减速机制动器（2.7）的X口，梭阀组件（2.2）C7口是测压点，梭阀组件（2.2）PC2、PC1口分别接手动换向阀（2.8）的A、B油口，先导控制阀组Ⅰ（2.3）、先导控制阀组Ⅱ（2.4）、手动换向阀（2.8）的T口均接液压油箱（2.11），全液压恒流可调速控制装置Ⅰ（2.5）的③口与定量液压马达（2.9）的A口相连，全液压恒流可调速控制装置Ⅱ（2.6）的③口与定量液压马达（2.9）的B口相连，全液压恒流可调速控制装置Ⅰ（2.5）与全液压恒流可调速控制装置Ⅱ（2.6）的②口接液压油箱（2.11），定量液压马达（2.9）T0口接液压油箱（2.11），定量液压马达（2.9）连接在带制动功能的减速机上，

全液压恒流可调速控制装置Ⅰ（2.5）和全液压恒流可调速控制装置Ⅱ（2.6）包括阀块

（1）、下阀体（2）、上阀体（3）、锁紧螺母（4）、调节手轮（5）、阀芯（6）、拉杆封（7）、O型圈（8）、限位块（9）、阀芯套（10）、弹簧内套（11）、固定密封I（12）、弹簧（13）、滑套（14）、挡圈（15）和固定密封II（16），阀块（1）开设有油口①、油口②和油口③，油口①位于阀块（1）的底部，与下阀体（2）的底部中心相通，一直贯穿到阀芯，油口②位于阀块（1）的右下侧，与下阀体（2）相连通，油口③位于阀块（1）的左上侧，与下阀体（2）相连通，上阀体（3）外侧的螺纹与阀块（1）螺纹连接，上阀体（3）与阀块（1）连接的表面上套有O型圈（8），上阀体（3）内部与阀芯（6）通过螺纹连接，上阀体（3）的底部通过螺纹连接有限位块（9），限位块（9）同时卡在上阀体（3）与阀芯（6）对应的卡槽内，锁紧螺母（4）与阀芯（6）通过螺纹连接，调节手轮（5）与阀芯（6）通过过盈配合安装在一起，阀芯（6）的密封槽里装有拉杆封（7），阀芯（6）的下端卡有阀芯套（10），弹簧内套（11）嵌在阀芯套（10）的端部，弹簧（13）套在弹簧内套（11）上，滑套（14）套在弹簧（13）的外侧，挡圈（15）安装在下阀体（2）的卡槽里，固定密封I（12）和固定密封II（16）安装在下阀体（2）的密封槽部位，下阀体（2）与上阀体（3）螺纹连接。

说明书

一种基于全液压恒流可调速控制装置及其控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及井下矿用混凝土搅拌车技术领域，具体是一种基于全液压恒流可调速控制装置及其控制系统。

背景技术

[0002] 矿用混凝土搅拌车的工作内容主要包括加料过程、运料过程、卸料过程、空筒回程过程这4个工序。由于受到井下巷道路面条件的影响，混凝土搅拌车井下在运输途中随时需要停车、刹车、启动、转弯、加速、减速等动作，在这些操作过程中势必将会引起混凝土搅拌车上搅拌罐转动时快时慢，进而影响到混凝土的品质。随着井下矿用混凝土搅拌车的广泛使用，如何让混凝土搅拌车上搅拌罐匀速运转，不受混凝土搅拌车柴油发动机转速和车辆行驶速度的影响，避免运输途中因车速频繁变化而使搅拌罐转速频繁变化，从而保证运输过程中混凝土的品质，就成为矿用混凝土搅拌车设计的主要考虑因素。

[0003] 通用的混凝土搅拌车，其罐体的旋转液压系统采用闭式液压变量泵和液压定量马达组成的闭式回路。罐体旋转的速度和方向由变量泵调控。由于变量泵是与发动机连接的，因此运输车在行走过程中发动机速度的变化会影响变量泵调定位置的输出流量，引起罐体转速的变化。目前，实现搅拌罐的恒流量控制主要有4种方式，即：（1）配置单独驱动搅拌罐的发动机，通过调节发动机输出功率来满足不同工况下搅拌罐的转速要求。（2）采用常规液压传动系统方案，通过控制先导阀改变闭式液压变量泵斜盘的角度，实现双向无级变速，在DA技术控制下，实现液压泵输出流量与输入转速成正比。（3）采用电子恒速传动(CSD)方式，通过控制电流量来控制液压泵输出的流量，使搅拌罐转速与要求所确定的流量一致。（4）采用液压恒速阀控制(CSV)方式，通过附加在液压变量泵上的恒速阀来控制泵的斜盘角度，使其输出流量与搅拌罐转速所要求的流量一致。这4种恒流量控制各有千秋。

[0004] 方式（1）一般用在搅拌罐容积大的场合，这种方式的搅拌罐恒速控制效果好，但费用很高。方式（2）一般用在搅拌罐容积小，对搅拌罐转速控制要求不高的场合。方式（3）是通过改造液压泵形式，液压泵体积变大，价格较贵，不具有通用性，安装调试条件差，维修费用高，并且受液压泵性能影响，系统能量损耗大，流量输出不平稳。方式（4）具有良好的平稳性和较高的控制精度，但费用也相对较高，且电控元件没有煤安认证，不能在煤矿井下使用。

发明内容

[0005] 本发明为了解决现有井下矿用混凝土搅拌车搅拌罐转速因受技术和成本等因素影响不能实现恒速控制的情况，提供一种全液压恒流可调速控制装置及系统。

[0006] 本发明采取以下技术方案：一种全液压恒流可调速控制装置，包括阀块、下阀体、上阀体、锁紧螺母、调节手轮、阀芯、拉杆封、O型圈、限位块、阀芯套、弹簧内套、固定密封I、弹簧、滑套、挡圈和固定密封II，阀块开设有油口①、油口②和油口③，油口①位于阀块的底部，与下阀体的底部中心相通，一直贯穿到阀芯，油口②位于阀块的右下侧，与下阀体相连通，油口③位于阀块的左上侧，与下阀体相连通，上阀体外侧的螺纹与阀块螺纹连接，上阀体与阀块连接的表面上套有O型圈，上阀体内部与阀芯通过螺纹连接，上阀体的底部通过螺纹连接有限位块，限位块同时卡在上阀体与阀芯对应的卡槽内，锁紧螺母与阀芯通过螺纹连接，调节手轮与阀芯通过过盈配合安装在一起，阀芯的密封槽里装有拉杆封，阀芯的下端卡有阀芯套，弹簧内套嵌在阀芯套的端部，弹簧套在弹簧内套上，滑套套在弹簧的外侧，挡圈安装在下阀体的卡槽里，固定密封I和固定密封II安装在下阀体的密封槽部位，下阀体与上阀体螺纹连接。

[0007] 工作原理是：当通过转动调节手轮将阀芯调到一定高度位置时，拧紧锁紧螺母。高压液压油从阀块的①口进入到下阀体1孔时，当高压液压油压力与滑套下端表面面积的乘积（即液压力）小于或等于弹簧的弹簧力时，液压油从油口①经过弹簧内套、阀芯套，到达阀芯套与阀芯结合的空隙处，形成固定尺寸的节流面积，液压油直接从阀块③口流出。

[0008] 一种基于全液压恒流可调速控制装置的控制系统，包括变量液压泵、梭阀组件、先导控制阀组Ⅰ、先导控制阀组Ⅱ、全液压恒流可调速控制装置Ⅰ、全液压恒流可调速控制装置Ⅱ、减速机制动器、手动换向阀、定量液压马达、吸油过滤器和液压油箱，变量液压泵接在柴油发动机的输出端连接口上，变量液压泵S口通过吸油过滤器接液压油箱，变量液压泵的Y1、Y2口分别接梭阀组件的P7、P6口，变量液压泵Fa口与手动换向阀P口相连，变量液压泵A口与全液压恒流可调速控制装置Ⅰ的油口①相连，变量液压泵B口与全液压恒流可调速控制装置Ⅱ的油口①相连，变量液压泵T0口接液压油箱，梭阀组件PL2、PF2口分别接先导控制阀组Ⅰ的A、B油口，梭阀组件PL1、PF1口分别接先导控制阀组Ⅱ的A、B油口，梭阀组件P4口接先导控制阀组Ⅰ的P口，梭阀组件P3口接先导控制阀组Ⅱ的P口，梭阀组件P5口接减速机制动器的X口，梭阀组件C7口是测压点，梭阀组件PC2、PC1口分别接手动换向阀的A、B油口，先导控制阀组Ⅰ、先导控制阀组Ⅱ、手动换向阀的T口均接液压油箱，全液压恒流可调速控制装置Ⅰ的③口与定量液压马达的A口相连，全液压恒流可调速控制装置Ⅱ的③口与定量液压马达的B口相连，全液压恒流可调速控制装置Ⅰ与全液压恒流可调速控制装置Ⅱ的②口接液压油箱，定量液压马达T0口接液压油箱，定量液压马达连接在带制动功能的减速机上。

[0009] 与现有技术相比，本发明通过液压传动控制原理设计出可根据不同工况进行搅拌罐转速控制的全液压恒流可调速控制系统，能够实现运料过程和空筒回程过程搅拌罐恒速转动，加料过程和卸料过程根据工况可以对搅拌罐转速进行速度快慢调节控制，能够实现搅拌罐顺时针和逆时针两个方向旋转。

附图说明

[0010] 图1是全液压恒流可调速控制装置的结构图；

[0011] 图2是本发明的液压系统原理图；

[0012] 图3是全液压恒流可调速控制装置的阀体图。

[0013] 图中：1-阀块，2-下阀体，3-上阀体，4-锁紧螺母，5-调节手轮，6-阀芯，7-拉杆封，8-O型圈，9-限位块，10-阀芯套，11-弹簧内套，12-固定密封1,13-弹簧，14-滑套，15-挡圈，
16-固定密封2，2.1-简称变量液压泵，2.2-梭阀组件，2.3-先导控制阀组Ⅰ，2.4-先导控制阀组Ⅱ，2.5-全液压恒流可调速控制装置Ⅰ，2.6-全液压恒流可调速控制装置Ⅱ，2.7-减速机制动器， 2.8-手动换向阀，2.9-定量液压马达，2.10-吸油过滤器，2.11-液压油箱。

具体实施方式

[0014] 参照图1～图3对本发明做进一步阐述。如图1所示，全液压恒流可调速控制装置，包括：阀块1，下阀体2，上阀体3，锁紧螺母4，调节手轮5，阀芯6，拉杆封7，O型圈8，限位块9，阀芯套10，弹簧内套11，固定密封I12,弹簧13，滑套14，挡圈15和固定密封II16。恒流可调速控制装置连接方式是：锁紧螺母4与阀芯6通过螺纹连接，上阀体3与阀芯6通过螺纹连接，调节手轮5与阀芯6通过过盈配合安装在一起，以手动控制方式调节阀芯6的伸出长度，O型圈8套在上阀体3与阀块1连接的表面上，起到密封作用，拉杆封7装在阀芯6的密封槽里，限位块9通过螺纹连接安装在上阀体3的底部，阀芯套10卡在阀芯6的下端，弹簧内套11嵌在阀芯套
10的端部，弹簧13套在弹簧内套11上，滑套14套在弹簧13的外侧，挡圈15安装在下阀体2的卡槽里，固定密封I12和固定密封II16安装在下阀体2的密封槽部位，下阀体2与上阀体螺纹连接，阀块1开设有油口①、油口②、油口③，阀块1内部按照恒流可调控制装置阀体外形加工，恒流可调控制装置的阀体通过上阀体3外侧的螺纹与阀块1螺纹连接。

[0015] 如图2所示，全液压恒流可调速装置的控制系统，包括变量液压泵2.1、梭阀组件2.2、先导控制阀组Ⅰ2.3、先导控制阀组Ⅱ2.4、全液压恒流可调速控制装置Ⅰ2.5、全液压恒流可调速控制装置Ⅱ2.6、减速机制动器2.7、手动换向阀2.8、定量液压马达2.9、吸油过滤器2.10和液压油箱2.11。其连接关系是：变量液压泵接在柴油发动机的输出端连接口上，变量液压泵S口接吸油过滤器2口，变量液压泵Y1、Y2口分别接梭阀组件P7、P6口，变量液压泵Fa口与手动换向阀P口相连，变量液压泵A口与全液压恒流可调速控制装置Ⅰ油口①相连，变量液压泵B口与全液压恒流可调速控制装置Ⅱ油口①相连，变量液压泵T0口接液压油箱
2.11，梭阀组件PL2、PF2口分别接先导控制阀组Ⅰ的A、B油口，梭阀组件PL1、PF1口分别接先导控制阀组Ⅱ的A、B油口，梭阀组件P4口接先导控制阀组Ⅰ的P口，梭阀组件P3口接先导控制阀组Ⅱ的P口，梭阀组件P5口接减速机制动器的X口，梭阀组件C7口是测压点，梭阀组件PC2、PC1口分别接手动换向阀的A、B油口，先导控制阀组Ⅰ、先导控制阀组Ⅱ、手动换向阀的T口都接液压油箱2.11，全液压恒流可调速控制装置Ⅰ的③口与定量液压马达的A口相连，全液压恒流可调速控制装置Ⅱ的③口与定量液压马达的B口相连，全液压恒流可调速控制装置Ⅰ与全液压恒流可调速控制装置Ⅱ的②口接液压油箱2.11，定量液压马达T0口接液压油箱
2.11，定量液压马达连接在带制动功能的减速机上，吸油过滤器1口接液压油箱2.11。

[0016] 全液压恒流可调速控制装置的工作原理是：当通过转动调节手轮将阀芯调到一定高度位置时，拧紧锁紧螺母。高压液压油从阀块的油口①进入到下阀体1孔时，当高压液压油压力与滑套下端表面面积的乘积（即液压力）小于或等于弹簧的弹簧力时，液压油从油口①经过弹簧内套、阀芯套，到达阀芯套与阀芯结合的空隙处，形成固定尺寸的节流面积，液压油直接从阀块油口③流出。

[0017] 根据节流孔（口）流量计算公式：

[0018]

[0019] 其中：Q-经过节流孔（口）的流量；

[0020]      A-节流口的开口面积；

[0021]       -节流口的前后压差， ；

[0022]      ρ-液压油密度；

[0023]      α-流量系数，取决于节流口，一般取0.62～0.75。

[0024] 在节流口的开口面积（A）、液压油密度（ρ）和流量系数（α）三个参数不变的情况下，当通过阀块①口到达下阀体1孔的流量增加时，根据上述公式可知，节流口前后的压差（ ）必然增大，由于液压系统的工作压力取决于外负载，在节流口后面的负载不变时，即从阀块③口流出的液压油压力值不变，势必节流口前面的压力（ ）增加，即从阀块①口流入的液压油压力增加。此时，从阀块①口进入的液压油油压与滑套下端表面面积的乘积（即液压力）大于弹簧的弹簧力，推动滑套向上移动，弹簧被压缩，弹簧形成作用力向下的弹簧力。

[0025] 此时，设滑套下端表面面积为 ，滑套上端表面面积为 ，从阀块①口流出的液压油油压和流量分别为 和 ，从阀块②口流出的液压油油压和流量分别为 和 ，从阀块③口流出的液压油油压和流量分别为 和 ，阀体2孔与滑套下端形成的节流口开口面积为 ，阀体3孔与滑套上端形成的节流口开口面积为 ，阀芯套与阀芯形成的节流口面积为 。

[0026] 当 时，滑套不再向上移动，处于某一受力平衡位置状态，此时，距离滑套下端表面与下阀体之间最近的小圆孔（2孔）和阀块②口直接与油箱相连通，没有节流阻力，有部分液压油液从阀块②口流出，增加或多余的液压油从阀块②流出。
此时，由于2孔与1孔相连通， 始终与外负载压力一样，不变。

[0027] 即从阀块②口流出的液压油流量 ：

[0028]

[0029] 从阀块③口流出的液压油流量是经过阀芯套与阀芯形成的节流口和阀体3孔与滑套上端形成的节流口二次节流后得到的流量 ：

[0030]

[0031] 若下阀体上面的小圆孔2和3通径一样大，滑套被向上推动时， 减小的数值和增加的数值是一样的。

[0032] 比较初始态从阀块③口流出的液压油流量 ：

[0033]

[0034] 根据公式

[0035] 式中：

[0036] 滑阀下端有效作用面积；

[0037] k -；弹簧预压缩量；

[0038] x2-滑阀位移量。

[0039] 在阀芯套与阀芯形成的节流口面积为 不变的情况下，通过比较可知， ，可而实现了到工作机构的流量始终不变。

[0040] 当通过转动调节手轮将阀芯向上移动时，阀芯套与阀芯形成的节流口面积增大，根据节流孔（口）流量计算公式可知， 工作机构的流量增加，从而使工作机构的运动速度加快。

[0041] 当通过转动调节手轮将阀芯向下移动时，阀芯套与阀芯形成的节流口面积减小，根据节流孔（口）流量计算公式可知， 工作机构的流量减小，从而使工作机构的运动速度降低。

[0042] 矿用混凝土搅拌罐全液压恒流可调速控制系统的工作原理是：当启动柴油发动机后，变量液压泵1在怠速情况下运行，操作手动换向阀8手柄选择驾驶室操作还是非驾驶室操作，手柄操作后，减速机制动器7是弹簧制动液压释放型安全型制动器，此时，变量液压泵1的Fa口油液经过手动换向阀8的P口通过A口或者B口流到梭阀组件2的PC1或者PC2口到P5口，进入到减速机制动器7的X口，减速机制动器7处于解制动状态。手动操作先导控制阀组Ⅰ或者先导控制阀组Ⅱ（即驾驶室操作还是非驾驶室操作）的先导手柄，向前推使变量液压泵的A口是高压油、B口是低压油，向后推使变量液压泵的B是高压油、A是低压油。若操作先导控制阀组的先导手柄向前推时，液压油从变量液压泵1的A口进入到恒流可调速控制装置Ⅰ的①口，从恒流可调速控制装置Ⅰ的③口流到定量液压马达的A口，使马达旋转运动，油液从定量液压马达的B口流到恒流可调速控制装置Ⅱ的③口。高速运转的定量液压马达联接带有制动器的减速机上，减速机联接混凝土搅拌罐，此时混凝土搅拌罐顺时针匀速转动。恒流可调速控制装置Ⅱ的③口油液流到①口，再流向变量液压泵的B口，变量液压泵1和定量液压马达的T0口通过壳体泄油流回油箱。此时，形成一个闭式循环液压系统。当驾驶人员加大油门行驶车辆时，柴油发动机的转速变大，使变量液压泵的转速提高，从而使泵输出的流量增加，经过全液压恒流可调速控制装置Ⅰ后，使流入定量液压马达的A口的液压油流量与柴油机发动机怠速时保持一样，即混凝土搅拌罐实现了恒速运转。手动操作手动换向阀的手柄置于中位，减速机制动器的X口腔油液从梭阀组件的P5口经过PC1或者PC2口到达手动换向阀的A口或者B口，经过T口流到液压油箱，使减速机制动器处于制动状态。此时，混凝土搅拌罐停止运转。若操作先导控制阀组的先导手柄向后推时，反向运行过程同上。

[0043] 当需要改变混凝土搅拌罐运行速度时，只需要调节全液压恒流可调速控制装置Ⅰ或者全液压恒流可调速控制装置Ⅱ的手轮即可，逆时针转动是使阀芯向上移动，提高混凝土搅拌罐运行速度，顺时针转动是使阀芯向下移动，降低混凝土搅拌罐运行速度。

[0044] 本发明涉及防爆柴油机车辆技术领域，解决现有井下矿用混凝土搅拌车搅拌罐转速因受技术和成本等因素影响不能实现恒速控制的情况，通过液压传动控制原理设计出可根据不同工况进行搅拌罐转速控制的全液压恒流可调速控制系统，能够实现运料过程和空筒回程过程搅拌罐恒速转动，加料过程和卸料过程根据工况可以对搅拌罐转速进行速度快慢调节控制，能够实现搅拌罐顺时针和逆时针两个方向旋转。