一种全液压数字化协同联控吊管机的制作方法
【专利摘要】一种全液压数字化协同联控吊管机。提供了一种动作精度高、工作性能优、能耗低、操作性强和安全性高的全液压数字化协同联控吊管机。所述吊管机包括无线通信模块和电液控制系统，若干所述吊管机通过所述无线通信模块进行通信；所述电液控制系统包括DSP控制器、闭式行走系统、开式工作系统、风扇冷却及蓄能器充液系统。本发明能够对吊管机的工况进行实时监测：具有主机防倾翻报警、自动匹配配重开启角度实现最佳的动平衡状态，高精度的电比例信号使作业具有极佳的微动性；同时，通过无线通信模块，能够实现多机的联动协同作用。
【专利说明】
一种全液压数字化协同联控吊管机
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种全液压数字化协同联控吊管机。
【背景技术】
[0002]从近几年国内吊管机市场的反馈情况来看:石油、天然气、水利管道等的建设项目越来越多，规模越来越大，质量要求也越来越高，管道建设中仅依靠传统的起吊设备以及人工辅助安装，已经无法满足大型管道施工建设的进度要求和质量要求，因此对吊管机产品的需求量也相应增加。传统的人工辅助安装，无法满足大型管道施工建设的进度要求和质量要求，且容易造成安全事故。
[0003]目前，国内外的吊管机是在推土机的基础上进行二次开发，即采取机械传动驱动行走、开式定量液压系统驱动工作；其行走虽然继承了推土机速度快的特点，但同时也无法克服行走平稳性、操作舒适性差等机械传动特性，此外，由于过分突出次要参数行走速度，使其不得不加大发动机功率来实现；由于采用了定量液压系统来驱动工作，存在着功率利用率较低、复合动作工作精确度差的缺点。
[0004]同时，最初的风扇冷却系统采用皮带轮直接驱动风扇，无法满足实际所需的冷却功能，造成能量的浪费。
【发明内容】
[0005]本发明针对以上问题，提供了一种动作精度高、工作性能优、能耗低、操作性强和安全性高的全液压数字化协同联控吊管机。
[0006]本发明的技术方案是:所述吊管机包括无线通信模块和电液控制系统，
若干所述吊管机通过所述无线通信模块进行通信；
所述电液控制系统包括DSP控制器、闭式行走系统、开式工作系统、风扇冷却及蓄能器充液系统；
所述闭式行走系统包括左行走闭式泵、左行走闭式马达、右行走闭式泵、右行走闭式马达，所述左行走闭式泵与左行走闭式马达相连，所述右行走闭式泵和右行走闭式马达相连，所述DSP控制器分别控制左行走闭式泵和右行走闭式泵；
所述开式工作系统包括变量工作泵、电比例多路阀、起升卷扬机、变幅卷扬机和油缸，所述DSP控制器控制变量工作泵，所述变量工作泵为负载敏感柱塞泵；
所述电比例多路阀包括电比例多路阀一、电比例多路阀二和电比例多路阀三，所述变量工作泵通过所述电比例多路阀一与所述起升卷扬机相连，所述变量工作泵通过所述电比例多路阀二与所述变幅卷扬机相连，所述变量工作泵通过所述电比例多路阀三与所述油缸相连；
所述风扇冷却及蓄能器充液系统包括齿轮泵、风扇、风扇马达、蓄能器和优先充液阀，所述齿轮泵通过所述优先充液阀连接蓄能器，所述优先充液阀连接所述风扇马达，所述DSP控制器控制所述风扇马达，所述风扇马达连接所述风扇。
[0007]所述电比例多路阀一、电比例多路阀二和电比例多路阀三上均设置有压力补偿阀。
[0008]所述油缸设置有双向防爆阀。
[0009]所述左行走闭式泵和右行走闭式泵均连接设有外置补油泵。
[0010]所述蓄能器通过电磁换向阀连接所述起升卷扬机。
[0011]所述优先充液阀通过风扇换向阀连接所述风扇马达，所述优先充液阀和风扇换向阀之间设有溢流阀。
[0012]所述吊管机上设有称重传感器、角度传感器、吊钩高度传感器、距离传感器和北斗定位系统。
[0013]本发明能够对吊管机的工况进行实时监测:具有主机防倾翻报警、自动匹配配重开启角度实现最佳的动平衡状态，高精度的电比例信号使作业具有极佳的微动性；同时，通过无线通信模块，能够实现多机的联动协同作用。
[0014]一、动作精确度高、性能优:
本发明中的电比例多路阀一 ~三上均设有压力补偿阀，确保阀前阀后压差是一定的。变量工作泵通过采集电比例多路阀的最大负载压力信号和负载敏感泵出口压力信号调节泵的排量以实现功率的最佳匹配，因此操作该吊管机时动作的快慢仅仅取决于整机的功率负荷和操作手柄的位置，各个动作之间不会相互干扰，大大提高了工作的精确度；
二、发动机功率利用率高:
由于本发明中的变量工作泵通过采集电比例多路阀的最大负载压力信号和各自的泵出口压力信号调节泵的排量，使泵能够根据工作具体需求提供流量达到功率的最佳匹配，避免了现有吊管机功率利用率低的现象，充分利用了发动机的功率；
三、节能减排:
电液控制系统中使用的负载敏感系统能大大降低油耗；风扇散热摆脱了传统的皮带式传动，由风扇马达驱动风扇，发动机水温传感器，液压油温传感器输入数字信号给DSP控制器，经DSP控制器输出给风扇马达，控制风扇的转速，实现风扇冷却系统的无极变化，降低了能耗；
四、处理速度快:
本发明采用数字型号处理器(DSP)，能够快速处理收集的信息，然后输出执行信号给执行部件，反应时间0.1-0.5s ；
五、安全系数高:
当吊管机的起吊力矩达到设定值时，DSP控制器会发出信号命令控制电比例多路阀一、二，切断危险方向油源；
当吊管机出现整机倾翻等紧急情况时，通过驾驶室内的紧急按钮命令电磁换向阀将蓄能器内的压力油引至起升卷扬机的离合器，从而使得起升卷扬机的马达与滚筒分离，这时吊起物便可自由落下并解除起吊力矩；
变幅卷扬机和起升卷扬机上均设置了单向平衡阀，使得两个卷扬机在二次起吊过程中只有进油压力达到一定值时才开始工作，保证了二次起吊的平稳性和安全性；
吊管机的电液控制系统还设置了外置补油泵和安全阀，既保护了液压组件，又消除了液压系统的气蚀和噪音。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构框图，
图2是本发明的液压系统原理图，
图3是图2中A处的局部放大图；
图中I是液压油油箱，2是左行走闭式泵，3是右行走闭式泵，4是解刹车电磁阀，5是外置补油泵，6是右行走闭式马达，7是左行走闭式马达，8是起升卷扬机，9是变幅卷扬机，10是电比例多路阀，101是电比例多路阀一，102是电比例多路阀—，103是电比例多路阀二，11是油缸，12是齿轮泵，13是蓄能器，14是优先充液阀，15是电磁换向阀，16是液压油油箱，17是风扇换向阀，18是风扇马达，19是风扇，20是溢流阀，21是变量工作泵，22是散热器，23是过滤器，24是压力补偿阀。
【具体实施方式】
[0016]本发明如图1-3所示，所述吊管机包括无线通信模块和电液控制系统，
若干所述吊管机通过所述无线通信模块进行通信；
所述电液控制系统包括DSP控制器、闭式行走系统、开式工作系统、风扇冷却及蓄能器充液系统；
所述闭式行走系统包括左行走闭式泵2、左行走闭式马达7、右行走闭式泵3、右行走闭式马达6，所述左行走闭式泵2与左行走闭式马达7相连，所述右行走闭式泵3和右行走闭式马达6相连，所述DSP控制器分别控制左行走闭式泵2和右行走闭式泵3 ；
所述开式工作系统包括变量工作泵21、电比例多路阀10、起升卷扬机8、变幅卷扬机9和油缸11，所述DSP控制器控制变量工作泵21，所述变量工作泵21为负载敏感柱塞泵；所述电比例多路阀10包括电比例多路阀一 101、电比例多路阀二 102和电比例多路阀三103，所述变量工作泵21通过所述电比例多路阀一 101与所述起升卷扬机8相连，所述变量工作泵21通过所述电比例多路阀二 102与所述变幅卷扬机9相连，所述变量工作泵21通过所述电比例多路阀三103与所述油缸11相连；
所述风扇冷却及蓄能器充液系统包括齿轮泵12、风扇19、风扇马达18、蓄能器13和优先充液阀14，所述齿轮泵12通过所述优先充液阀14连接蓄能器13，所述优先充液阀14连接所述风扇马达18，所述DSP控制器控制所述风扇马达18，所述风扇马达18连接所述风扇19，齿轮泵12和优先充液阀14连接液压油油箱16。
[0017]液压系统内的油路同时通过散热器22连接液压油油箱1，液压油油箱I连接过滤器23，便于散热、过滤。无线通信模块连接DSP控制器，通过DSP控制器发出控制指令，实现无线通信的联控动作。
[0018]所述电比例多路阀一 101、电比例多路阀二 102和电比例多路阀三103上均设置有压力补偿阀24。
[0019]所述油缸11设置有双向防爆阀，保证安全性。
[0020]所述左行走闭式泵2和右行走闭式泵3均连接设有外置补油泵5，起保护作用。
[0021]所述蓄能器13通过电磁换向阀15连接所述起升卷扬机8。当吊管机出现整机倾翻等紧急情况时，通过驾驶室内的紧急按钮命令电磁换向阀将蓄能器内的压力油引至起升卷扬机的离合器，从而使得起升卷扬机的马达与滚筒分离，这时吊起物便可自由落下并解除起吊力矩；
所述优先充液阀14通过风扇换向阀17连接所述风扇马达18，所述优先充液阀14和风扇换向阀17之间设有溢流阀20，便于风扇的正反转。
[0022]本发明中的液压系统包括三大部分:
一、闭式行走系统:左行走闭式泵2与左行走闭式马达7，右行走闭式泵3与右行走闭式马达6构成的闭式系统负责吊管机的行走，左行走闭式泵2和右行走闭式泵3由DSP控制器直接控制，控制电流14~85mA ；本发明中闭式行走系统相对于开式系统中行走马达必须配置平衡阀，同时增加两片换向阀，节省了成本；闭式行走系统可以承受很高的工作压力，提供足够的行走功率；闭式行走系统没有大的换向阀，所以发热量少，没有换向冲击，体积小，布置方便，需要的油箱体积小的多。
[0023]二、开式工作系统:该系统系一种负载敏感系统。变量工作泵21为负载敏感柱塞泵，通过电比例多路阀10分别与起升卷扬机8、变幅卷扬机9、油缸11连接，负责吊管机的工作部分；
三、风扇冷却系统以及蓄能器充液系统:该系统均由齿轮泵12提供油源，经优先充液阀14首先给蓄能器13充液，达到蓄能器设定压力值后，供风扇马达18工作。风扇马达18配有风扇换向阀17，可自由实现风扇的正反转。
[0024]该液压系统具有以下特征:
I.行走系统为闭式系统，散热量小，额定压力高，工作扭矩大。
[0025]I1.工作系统为开式系统，该系统系一种负载敏感系统，电比例多路阀一~三均设置有压力补偿阀24。
[0026]II1.起升卷扬机8，变幅卷扬机9均设置有单向平衡阀；油缸11设置有双向防爆阀。
[0027]IV.风扇散热系统:相比于传统的皮带轮直接驱动风扇，该散热系统由风扇马达18驱动风扇19，并且可实现风扇的正反转，方便风扇的清洗。系统中的各温度与转速传感器信号，能通过控制器进行处理，实现风扇冷却系统的无极变化。
[0028]V.蓄能器:蓄能器13的作用是当吊管机吊重时发生侧翻且停车的情况下，可利用蓄能器储存的压力油打开起升卷扬机8的制动装置，实现紧急抛钩。
[0029]V1.闭式行走泵的进油由外置补油泵提供，避免闭式泵吸空造成泵的损伤的问题。
[0030]电控系统(DSP控制器)包括四大部分:
一、起动系统:负责发动机起动以及吊管机照明，雨刮器，喇叭的工作；
二、50针控制器部分:负责吊管机的行走，起升卷扬，变幅卷扬，油缸的工作；以及部分传感器信息的搜集；
三、24针控制器部分:负责风扇散热的工作；以及部分传感器信息的搜集；
四、控制器:负责油门电机的工作。
[0031]该电控系统特征:
1.控制器均采用数字型号处理器(DSP)，32位定点-DSP运算频率达150MHz。
[0032]I1.50针控制器负责防过卷开关、变幅限位开关、左手手柄(行走手柄)、右手手炳(起升卷扬，变幅卷扬)、油滤、PVRE手柄(配重手柄)、称重传感器、自由落钩(紧急抛钩)、强制操作、角度传感器(吊臂变幅)、发动机转速、高/低速开关、刹车制动开关、机油压力的信号收集，经处理后输出给各个执行部件。
[0033]II1.24针控制器负责风扇换向开关、油温传感器、水温传感器的信号收集，经处理后输出给风扇比例阀，风扇换向阀，实现风扇的正反转，以及无极变速。
[0034]IV.控制器负责电机位置反馈的信号收集，经处理后输出给油门降及油门升。
[0035]V.发动机启动设有防二次启动，避免操作员的误操作。
[0036]V1.左手柄，右手柄的传感器类型为冗余霍尔效应传感器，输出模拟量:
0.5-4.5Vdc，两个手柄均带有操作员在位按钮，防止操作员的误操作。
[0037]W.50针控制器收集的称重传感器、角度传感器数字信息，经计算处理可与吊管机的起吊曲线进行实时的比较，给操作员操作提示:当超过90%时报警，超过120%系统自动停止危险方向运动。
[0038]VID.可实现吊管机原地转向的功能。
[0039]该电控系统的为数字化系统，信号的收集，处理，执行周期速度快、安全性高、防干扰能力强、操作简单，使用寿命长。
[0040]实际工作中，闭式行走系统:左行走闭式泵2与左行走闭式马达7，右行走闭式泵3与右行走闭式马达6构成的闭式系统负责吊管机的行走，左行走闭式泵2和右行走闭式泵3由DSP (50针控制器)直接控制。DSP的信号由左手手柄输入，手柄的传感器类型为冗余霍尔效应传感器，输出模拟量:0.5-4.5Vdc，手柄带有操作员在位按钮，以及原地转向按钮。经DSP控制器输出控制左行走闭式泵2和右行走闭式泵3，实现单手柄控制吊管机的前进，后退，转弯以及原地转向。
[0041]在闭式行走系统中，左行走闭式泵2的进油管与左行走闭式马达7的回油管相连，右行走闭式泵3的进油管与右行走闭式马达6的回油管相连，液压油在系统的管路中进行封闭循环，无需换向阀，通过调节变量工作泵的斜盘的角度来转变泵的流量及压力油的方向，从而改变马达的转速和旋转方向。变量工作泵的流量随斜盘摆角变更可从零增添到最大值。当斜盘摆过中位，可以安稳转变液体流动方向，因此微动性好，且工作安稳。
[0042]闭式系统结构较为紧凑，不口空气接触机会较少，空气不易渗入系统，故传动的平稳性好。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了在开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。
开式工作系统:该系统系一种负载敏感系统。变量工作泵21为负载敏感柱塞泵，通过电比例多路换向阀一与起升卷扬8、电比例多路换向二与变幅卷扬9、电比例多路换向阀三与油缸11连接，负责吊管机的工作部分。电比例多路阀10由DSP (50针控制器)直接控制。DSP的信号由右手手柄输入，手柄的传感器类型为冗余霍尔效应传感器，输出模拟量:
0.5-4.5Vdc，手柄带有操作员在位按钮。经DSP控制器输出控制电比例多路阀10，实现起升卷扬机8、变幅卷扬机9和油缸11的工作。
[0043]开式工作系统是负载敏感液压系统，减小了吊管机的发动机功率，降低了油耗并提高了它的动作精确性和操作舒适性，大大提高了它的工作性能。
[0044]风扇散热系统:相比于传统的皮带轮直接驱动风扇，该散热系统由风扇马达18驱动风扇19，并且通过风扇换向阀17实现风扇的正反转，方便风扇的清洗。发动机水温传感器，液压油温传感器输入数字信号给DSP (24针控制器)，经DSP控制器输出给风扇马达18，控制风扇的转速，实现风扇冷却系统的无极变化，降低了能耗。
[0045]蓄能器的使用:当出现起吊倾翻，且吊管机停车时，可利用储存在蓄能器里面的液压能经电磁换向阀15，打开起升卷扬机8的离合装置，实现紧急抛钩。该措施提高了操作员的安全性。
本发明操作简单方便，单手柄(左手手柄)可实现吊管机的自由行走，单手柄(右手手柄)可实现吊管机的工作，实现人性化的单手柄操控模式；同时，运用北斗定位技术和信号传输技术，来实现多机的联动协同作业功能。
[0046]每台吊管机上均装有称重传感器、角度传感器、力矩、吊钩高度传感器、距离传感器、北斗定位系统和RS485无线通信模块。RS485无线通讯模块实现了每台吊管机的信息互通。互通的信息包括:吊重质量、吊臂角度、吊钩离地高度、配重展开角度、每台吊管机的前后距离和力矩大小。
[0047]每台吊管机均可作为主机，以主机为基准，互通的信息输入给DSP控制器，经过控制器的分析判断发出信息指令，由RS485无线通讯模块发送给每台吊管机，完成实时的动作。
[0048]该吊管机机组没有数量上的限制，该机组可以大大提高工作效率，保障施工安全。
【主权项】
1.一种全液压数字化协同联控吊管机；其特征在于，所述吊管机包括无线通信模块和电液控制系统， 若干所述吊管机通过所述无线通信模块进行通信； 所述电液控制系统包括DSP控制器、闭式行走系统、开式工作系统、风扇冷却及蓄能器充液系统； 所述闭式行走系统包括左行走闭式泵、左行走闭式马达、右行走闭式泵、右行走闭式马达，所述左行走闭式泵与左行走闭式马达相连，所述右行走闭式泵和右行走闭式马达相连，所述DSP控制器分别控制左行走闭式泵和右行走闭式泵； 所述开式工作系统包括变量工作泵、电比例多路阀、起升卷扬机、变幅卷扬机和油缸，所述DSP控制器控制变量工作泵，所述变量工作泵为负载敏感柱塞泵； 所述电比例多路阀包括电比例多路阀一、电比例多路阀二和电比例多路阀三，所述变量工作泵通过所述电比例多路阀一与所述起升卷扬机相连，所述变量工作泵通过所述电比例多路阀二与所述变幅卷扬机相连，所述变量工作泵通过所述电比例多路阀三与所述油缸相连； 所述风扇冷却及蓄能器充液系统包括齿轮泵、风扇、风扇马达、蓄能器和优先充液阀，所述齿轮泵通过所述优先充液阀连接蓄能器，所述优先充液阀连接所述风扇马达，所述DSP控制器控制所述风扇马达，所述风扇马达连接所述风扇。2.根据权利要求1所述的一种全液压数字化协同联控吊管机，其特征在于，所述电比例多路阀一、电比例多路阀二和电比例多路阀三上均设置有压力补偿阀。3.根据权利要求1所述的一种全液压数字化协同联控吊管机，其特征在于，所述油缸设置有双向防爆阀。4.根据权利要求1所述的一种全液压数字化协同联控吊管机，其特征在于，所述左行走闭式泵和右行走闭式泵均连接设有外置补油泵。5.根据权利要求1所述的一种全液压数字化协同联控吊管机，其特征在于，所述蓄能器通过电磁换向阀连接所述起升卷扬机。6.根据权利要求1所述的一种全液压数字化协同联控吊管机，其特征在于，所述优先充液阀通过风扇换向阀连接所述风扇马达，所述优先充液阀和风扇换向阀之间设有溢流阀。7.根据权利要求1所述的一种全液压数字化协同联控吊管机，其特征在于，所述吊管机上设有称重传感器、角度传感器、吊钩高度传感器、距离传感器和北斗定位系统。
【文档编号】B66C23/88GK106032259SQ201510120007
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月18日
【发明人】吴汶龙, 王汉成, 王鑫
【申请人】江苏天普重工有限公司