一种基于电液集成推杆水平运输设备的锁紧系统及方法与流程

本发明涉及一种基于电液集成推杆水平运输设备的锁紧系统及方法，属于特种装备运输技术领域。

背景技术：

在特种运输车辆领域，为了保证横向水平运输的重型设备的平稳性、安全性，需要对重载运输设备在运输前进行锁紧。随着特种运输车辆的智能化、自动化水平的提高，传统的手动机械锁紧机构存在锁紧力大小不能控制，操控缺乏柔性，且多个锁紧机构同时用于锁紧时无法实现多个锁紧机构的锁紧力均衡输出，容易导致设备出现损坏和局部锁紧不到位的现象。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于电液集成推杆水平运输设备的锁紧系统及方法，解决了现有机械锁紧机构锁紧力大小不能控制，操控缺乏柔性，且多个锁紧机构同时用于锁紧时无法实现多个锁紧机构的锁紧力均衡输出的问题。

本发明的技术方案是：

一种基于电液集成推杆水平运输设备的锁紧系统，包括：导向固定结构、推杆机构、卷筒机构；

运输设备通过导向固定结构固定在运输车辆上，所述运输设备的一端固定推杆机构和卷筒机构；

所述推杆机构用于提供锁紧运输设备所需推力；所述卷筒机构用于增加所述运输设备与所述推杆机构之间的预紧力；

所述导向固定结构用于使推杆机构提供的推力与运输设备运动方向相反；

所述卷筒机构包括：驱动电机、钢丝绳；所述钢丝绳的一端连接运输设备，所述钢丝绳的另一端连接驱动电机，所述驱动电机固定在运输车辆上。

所述推杆机构包括：液压控制系统和液压缸；

所述液压缸包括：有杆腔和无杆腔；所述有杆腔设置有推杆和用于测量推杆位移的位移传感器；

液压控制系统包括：闭式油箱、第一单向阀、第二单向阀、步进电机、双向齿轮泵、压力传感器、第三液压锁、第一液压锁、第二液压锁、高压溢流阀；

闭式油箱的出油口通过两条管路分别连接第二单向阀的进油口和第一单向阀的进油口，第一单向阀的出油口连接有杆腔输油口B；第二单向阀的出油口通过管路分别连接无杆腔的输油口A和闭式油箱的回油口，第二单向阀连接无杆腔的管路上设置有压力传感器、第一液压锁、第二液压锁，第二单向阀连接闭式油箱的管路上设置有第三液压锁；高压溢流阀的两端分别通过管路连接闭式油箱的回油口和液压缸的无杆腔输油口A；第二单向阀出油口和第一单向阀的出油口分别通过管路连接双向齿轮泵；所述步进电机用于驱动双向齿轮泵使管路中的液压油流动。

所述液压控制系统还包括：第一低压溢流阀、第二低压溢流阀、第一测压接头、第二测压接头；

第一低压溢流阀的两端分别连接第一单向阀的出油口和闭式油箱的回油口；第二低压溢流阀的两端分别连接第二单向阀的出油口和闭式油箱的回油口；第一单向阀连接有杆腔之间的管路设置有用于检测管路油压的第一测压接头；第二单向阀连接无杆腔之间的管路设置有用于检测管路油压的第二测压接头。

所述运输设备上固定有两套推杆机构，所述两套推杆机构共同作用，使所述运输设备受到的推力与运输设备运动方向相反。

所述推杆机构提供锁紧运输设备所需的推力，具体为：

双向齿轮泵驱动管路中的液压油流动，有杆腔内的液压油从有杆腔输油口B流出经过双向齿轮泵后从无杆腔输油口A流入无杆腔，同时，闭式油箱内的液压油依次经过第一单向阀、双向齿轮泵、第二液压锁、第一液压锁后从无杆腔输油口A流入无杆腔；有杆腔内的推杆在油压的作用下向外伸出，提供锁紧运输设备所需的推力。

一种利用上述一种基于电液集成推杆水平运输设备的锁紧系统进行锁紧的方法，包括步骤如下：

1)利用液压控制系统驱动液压缸的推杆推出，推杆顶紧运输设备；

2)使用压力传感器监测液压缸无杆腔内的油压，直至压力传感器监测到的液压缸无杆腔内的油压达到接触压力设计值P1后进入步骤3)；

3)使用驱动电机拉紧与运输设备相连的钢丝绳，直至压力传感器监测到的液压缸无杆腔内的油压达到预紧压力设计值P2后，锁紧钢丝绳的伸出长度，进入步骤4)；

4)使用压力传感器监测液压缸无杆腔内的油压，直至压力传感器监测到的液压缸无杆腔内的油压达到锁紧压力设计值P3后，使用第一液压锁和第二液压锁关闭与液压缸无杆腔相通的管路，使推杆顶紧运输设备；所述P3＞P2＞P1＞0；

5)在运输所述运输设备的过程中，持续使用压力传感器监测液压缸无杆腔内的油压，若压力传感器监测到的液压缸无杆腔内的油压达到推杆的最大安全锁紧力时，高压溢流阀自动开启；同时，停止运输车辆，利用液压控制系统液压缸的推杆收回。

所述步骤1)利用液压控制系统驱动液压缸的推杆推出的方法，具体为：

开启双向齿轮泵驱动有杆腔内的液压油从有杆腔输油口B流出经过双向齿轮泵从无杆腔输油口A流入无杆腔，同时开启第一单向阀，闭式油箱内的液压油依次经过第一单向阀、双向齿轮泵、第二液压锁、第一液压锁从无杆腔输油口A流入无杆腔；有杆腔内的推杆在油压的作用下推出。

所述步骤5)利用液压控制系统驱动液压缸的推杆收回的方法，具体为：

打开第一液压锁、第二液压锁、第三液压锁，开启双向齿轮泵驱动无杆腔内的液压油从无杆腔输油口A流出，无杆腔输油口A流出的液压油分为两路，一路液压油依次经过第一液压锁、第二液压锁、双向齿轮泵从有杆腔输油口B流入有杆腔，另一路液压油依次经过第一液压锁、第二液压锁、第三液压锁流入闭式油箱。

利用液压控制系统驱动液压缸的推杆推出时还利用第二测压接头检测管路油压，并使用第二低压溢流阀限制管路油压。

利用液压控制系统驱动液压缸的推杆收回时，还利用第一测压接头检测管路油压，并使用第一低压溢流阀限制管路油压。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本发明采用电液集成推杆进行锁紧，与现有的采用纯机械手动式推杆进行锁紧相比，提高了系统的自动化程度，锁紧力的大小可以按照实际运输设备的锁紧需要进行调节，既提高了产品的自动化程度又能够准确设定锁紧力值，提高了产品的锁紧力控制精确性；

2)本发明采用2个电液集成推杆进行锁紧，通过锁紧力调节设置达到两边锁紧力均衡，且可以在运输使用过程中进行力的均衡调节，相比传统机械式锁紧后不能调整，本发明提高了产品的运输安全性；

3)本发明内部设置有最高压力下的安全溢流阀，使系统具有锁紧力过载自保护功能，而传统机械式锁紧机构，其锁紧力不能调节，不具备锁紧力过载自保护功能，因此在出现锁紧力过载时容易导致锁紧机构推杆受力变形等事故。

附图说明

图1为本发明锁紧系统示意图；

图2为本发明液压控制系统原理图。

具体实施方式

为提高特种运输系统的智能化水平，克服传统的手动机械锁紧机构操控缺乏柔性，且多个锁紧机构同时用于锁紧时无法实现多个锁紧机构的锁紧力均衡输出，容易导致设备出现损坏和局部锁紧不到位的现象。本发明提出一种能够实现锁紧力可调节控制、锁紧性能安全可靠，能够满足智能化运输车辆的在线监控等功能的自动锁紧设备。本发明用于执行锁紧的机构为具有冗余锁紧功能的电液集成推杆。这种电液集成推杆将步进电机、控制阀组、双向齿轮泵、液压油缸、压力传感器、位移传感器集成于一体，并且在控制阀组中对实现液压缸行程的回收方向锁紧的回路采用液压冗余锁紧设计，即在回路上设计采用双道液压锁。工作时，该电液集成推杆可实现伸收时的位移检测、速度控制和锁紧压力检测，既提高了电液集成推杆的锁紧可靠性、安全性，又能够实现对锁紧力的实时监测和高精度控制。应用于对横向水平运输的高精密产品进行可靠锁紧、防止因突然刹车而造成高精密产品出现大惯性前冲。确保特种运输车辆在水平运输时的内部设备的平稳性与安全性。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明一种基于电液集成推杆水平运输设备的锁紧系统，包括：导向固定结构1、推杆机构3、卷筒机构；所述运输设备2上固定有两套推杆机构3，所述两套推杆机构3共同作用，使所述运输设备2受到的推力与运输设备2运动方向相反。

运输设备2通过导向固定结构1固定在运输车辆上，所述运输设备2的一端固定推杆机构3和卷筒机构；

所述推杆机构3用于提供锁紧运输设备2所需推力；所述卷筒机构用于增加所述运输设备2与所述推杆机构3之间的预紧力；

所述导向固定结构1用于使推杆机构3提供的推力与运输设备2运动方向相反；

所述卷筒机构包括：驱动电机42、钢丝绳43；所述钢丝绳43的一端连接运输设备2，所述钢丝绳43的另一端连接驱动电机42，所述驱动电机42固定在运输车辆上。

所述推杆机构3包括：液压控制系统和液压缸33；

如图2所示，所述液压缸33包括：有杆腔和无杆腔；所述有杆腔设置有推杆31和用于测量推杆31位移的位移传感器；液压缸33为双作用非对称液压缸，在推杆伸出时有杆腔内的油液少于无杆腔内的油液，齿轮泵需要额外从油箱中吸取一部分液压油用于补充两腔容积差。在推杆收回时则多余的油液需要从第三液压锁7-1流回油箱。

液压控制系统包括：闭式油箱1-1、第一单向阀2-1、第二单向阀2-2、步进电机3-3、双向齿轮泵4-4、第一低压溢流阀5-1、第二低压溢流阀5-2、第一测压接头6-1、第二测压接头6-2、第三液压锁7-1、第一液压锁7-3、第二液压锁7-2、高压溢流阀8-8、压力传感器9-9。

为了实现锁紧时的高可靠性和持续性，在液压控制阀组中，其无杆腔连接油路上设置了双道液压锁，即第一液压锁7-3、第二液压锁7-2，实现了系统的冗余锁紧。当第一道液压锁失效时，第二道液压锁同样能够达到同等大小的锁紧力，提高了系统的可靠性。闭式油箱1-1的出油口通过两条管路分别连接第二单向阀2-2的进油口和第一单向阀2-1的进油口，第一单向阀2-1的出油口连接有杆腔输油口B；第二单向阀2-2的出油口通过管路分别连接无杆腔的输油口A和闭式油箱1-1的回油口，第二单向阀2-2连接无杆腔的管路上设置有压力传感器9-9、第一液压锁7-3、第二液压锁7-2，第二单向阀2-2连接闭式油箱1-1的管路上设置有第三液压锁7-1；高压溢流阀8-8的两端分别通过管路连接闭式油箱1-1的回油口和液压缸33的无杆腔输油口A；第二单向阀2-2出油口和第一单向阀2-1的出油口分别通过管路连接双向齿轮泵4-4；所述步进电机3-3用于驱动双向齿轮泵4-4使管路中的液压油流动。图1中第二液压锁7-2和第一液压锁7-3的虚线指的是可用于使液压油反向流过液压锁的控制流路，高压溢流阀8-8的虚线指的是控制高压溢流阀8-8开启的液压控制油口油路。

设置第一低压溢流阀5-1、第二低压溢流阀5-2是防止在运动过程中因出现较大负载力施加在推杆31上。第一低压溢流阀5-1的两端分别连接第一单向阀2-1的出油口和闭式油箱1-1的回油口；第二低压溢流阀5-2的两端分别连接第二单向阀2-2的出油口和闭式油箱1-1的回油口；第一单向阀2-1连接有杆腔之间的管路设置有用于检测管路油压的第一测压接头6-1；第二单向阀2-2连接无杆腔之间的管路设置有用于检测管路油压的第二测压接头6-2。

所述推杆机构3提供顶紧运输设备2所需的推力，具体为：

双向齿轮泵4-4驱动管路中的液压油流动，有杆腔内的液压油从有杆腔输油口B流出经过双向齿轮泵4-4后从无杆腔输油口A流入无杆腔，同时，闭式油箱1-1内的液压油依次经过第一单向阀2-1、双向齿轮泵4-4、第二液压锁7-2、第一液压锁7-3后从无杆腔输油口A流入无杆腔；有杆腔内的推杆31在油压的作用下向外伸出，提供顶紧运输设备2所需的推力。

一种利用上述的一种基于电液集成推杆水平运输设备的锁紧系统进行锁紧的方法，包括步骤如下：

1)首先在指定位置安预先安装两套推杆机构3，推杆31处于回收到位的状态，待运输设备2安放到位后，控制这两套推杆机构3的推杆31同时伸出，在伸出过程中，通过检测两个推杆机构3位移传感器反馈的位移变化量使两套推杆机构3的推杆31同步伸出。利用液压控制系统驱动液压缸33的推杆31推出，推杆31顶紧运输设备2；其中，利用液压控制系统驱动液压缸33的推杆31推出的方法具体为：

开启双向齿轮泵4-4驱动有杆腔内的液压油从有杆腔输油口B流出经过双向齿轮泵4-4从无杆腔输油口A流入无杆腔，同时开启第一单向阀2-1，闭式油箱1-1内的液压油依次经过第一单向阀2-1、双向齿轮泵4-4、第二液压锁7-2、第一液压锁7-3从无杆腔输油口A流入无杆腔；有杆腔内的推杆31在油压的作用下推出。

同时，利用液压控制系统驱动液压缸33的推杆31推出时还利用第二测压接头6-2检测管路油压，并使用第二低压溢流阀5-2限制管路油压。

2)在推杆31伸出过程中，通过检测位移传感器反馈的位移变化量使两个推杆31同步伸出，使用压力传感器9-9监测液压缸33无杆腔内的油压，直至压力传感器9-9监测到的液压缸33无杆腔内的油压达到接触压力设计值P1后，判定推杆31已与待运输设备2接触，进入步骤3)；本发明实施例中接触压力设计值P1＝1.2Mpa；

3)使用驱动电机42拉紧与运输设备2相连的钢丝绳43，直至压力传感器9-9监测到的液压缸33无杆腔内的油压达到预紧压力设计值P2后，锁紧钢丝绳43的伸出长度，进入步骤4)；本发明实施例中预紧压力设计值P2＝2.0Mpa；

4)使用压力传感器9-9监测液压缸33无杆腔内的油压，直至压力传感器9-9监测到的液压缸33无杆腔内的油压达到锁紧压力设计值P3后，使用第一液压锁7-3和第二液压锁7-2关闭与液压缸33无杆腔相通的管路，使推杆31顶紧运输设备2；所述P3＞P2＞P1＞0；本发明实施例中锁紧压力设计值P3＝2.5Mpa，即如果压力值在2.5±0.1MPa时，判定锁紧力合格，可以进行下一步工作。这样做使设备具有一定的预锁紧力，避免运输过程中产品窜动，预紧力值F的确定方法，具体为：其中，p为液压缸33无杆腔的压力，D为液压缸33的内腔直径即缸径。

5)在运输所述运输设备2的过程中，持续使用压力传感器9-9监测液压缸33无杆腔内的油压，若压力传感器9-9监测到的液压缸33无杆腔内的油压达到推杆31的最大安全锁紧力时，则表明已出现锁紧力过载，高压溢流阀8-8自动开启，使推杆31缓慢收回，用于保护推杆31，避免超范围锁紧力使推杆31过载；同时，停止运输车辆，利用液压控制系统驱动液压缸33的推杆31收回，检测运输设备2。本发明实施例中最大安全锁紧力设置为150kN。在水平运输过程中，实时无杆腔压力和位移值，如果出现超过最大锁紧力150kN。对应的压力值，则表明已出现锁紧力过载，需立刻停车进行检查，并根据实际情况调整设备位置。如果过载后造成推杆31位移变化量超过5mm，则要使推杆31收回并重新进行一次锁紧工作。

其中，利用液压控制系统驱动液压缸33的推杆31收回的方法，具体为：

打开第一液压锁7-3、第二液压锁7-2、第三液压锁7-1，开启双向齿轮泵4-4驱动无杆腔内的液压油从无杆腔输油口A流出，无杆腔输油口A流出的液压油分为两路，一路液压油依次经过第一液压锁7-3、第二液压锁7-2、双向齿轮泵4-4从有杆腔输油口B流入有杆腔，另一路液压油依次经过第一液压锁7-3、第二液压锁7-2、第三液压锁7-1流入闭式油箱1-1。使推杆31收回，检测位移传感器位移值，当收回到指定位移值时，使电机停止运行，表明推杆31已收回到位。可以开展后续工作。

同时，利用液压控制系统驱动液压缸33的推杆31收回时，还利用第一测压接头6-1检测管路油压，并使用第一低压溢流阀5-1限制管路油压。

在电液集成推杆的液压缸33内集成了位移传感器，并在无杆腔回路上设置了压力传感器9-9。这样，通过伸收时的位移检测和伸出时的压力检测并结合步进电机的驱动控制就可以实现推杆31的位移和输出锁紧力的精确控制。

该产品进行了电机运行精度测试、正反腔压力密封试验、带载运行精度测试、环境试验等试验测试环节，实验结果表明系统安全可靠，各项指标均满足使用要求。产品目前已在某特种水平运输车上成功使用，累计运输工作时间超过2500h，并进行了功能、性能及可靠性验证，产品使用性能较好，实现了固锁时锁紧力的高精度、可靠控制。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。