凿岩机冲击锤的液压控制系统.pdf

本发明公开了一种凿岩机冲击锤的液压控制系统，属于液压控制技术领域，包括负载敏感泵，一个带压力传感组件的冲击锤控制阀、液压冲击锤、电机以及液压油箱，负载敏感泵由电机驱动，并且在负载敏感泵上集成有稳定流量输出的流量控制阀以及限定系统最高工作压力的压力控制阀，负载敏感泵的主进油口与冲击锤控制阀的主进油口连接，冲击锤控制阀的主回油口连接油箱，冲击锤控制阀的压力反馈信号与负载敏感泵的控制油口连接，冲击锤控制阀的工作油口A和B分别与液压冲击锤的主回油口和主进油口连接。本发明相对于DRG远程恒压控制方案，可以提高凿岩机冲击锤液压系统工作的可靠性、稳定性以及降低液压控制系统的能耗，并且系统简单、成本低廉。

1.  一种凿岩机冲击锤的液压控制系统，其特征在于包括负载敏感泵（1），一个带压力传感组件的冲击锤控制阀（2）、液压冲击锤（3）、电机（4）以及液压油箱（5），所述的负载敏感泵（1）由电机（4）驱动，并且在负载敏感泵（1）上集成有稳定流量输出的流量控制阀（11）以及限定系统最高工作压力的压力控制阀（12），所述的负载敏感泵（1）的主进油口与冲击锤控制阀（2）的主进油口连接，冲击锤控制阀（2）的主回油口连接油箱（5），冲击锤控制阀（2）的压力反馈Ls口与负载敏感泵（1）的控制油口X口连接，冲击锤控制阀（2）的工作油口A和B分别与液压冲击锤（3）的主回油口和主进油口连接。

2.  根据权利要求2所述的凿岩机冲击锤的液压控制系统，其特征在于所述的冲击锤控制阀（2）上设有两个工作位，分别为小冲击位和大冲击位，所述的小冲击位与冲击锤控制阀（2）旁边的90巴的二次溢流阀连通，大冲击位与冲击锤控制阀（2）旁边的130巴的二次溢流阀连通。

3.  根据权利要求3所述的凿岩机冲击锤的液压控制系统，其特征在于所述的压力控制阀（12）限定系统最高工作压力为210-230巴，流量控制阀（11）两端的液控口压差为18巴。

4.  根据权利要求4所述的凿岩机冲击锤的液压控制系统，其特征在于所述的冲击锤控制阀（2）上设有压力传感组件，该压力传感组件监测系统中的负载压力，并实时回馈至负载敏感泵（1）的控制油口X口，负载敏感泵（1）出口压力为，这样在流量控制阀（11）两端形成平衡关系，即值为恒定；根据节流阀流量公式不难得出结论，冲击锤控制阀（2）的输出流量q仅取决于流量控制阀（11）的开口面积，而与负载变化无关从而保证了系统工作的稳定性；该系统的能量损失主要来自于冲击锤控制阀处上的节流损失，其能量损失为，由于值较小，因此调速阀处的节流损失也较小，实现了冲击锤的低能耗控制。

凿岩机冲击锤的液压控制系统
技术领域
本发明涉及液压控制技术领域，尤其是一种用于凿岩机冲击锤的液压控制系统。
背景技术
凿岩机冲击锤主要应用于隧道钻爆法的机械化施工，为实现凿岩机在隧道中快速高效地掘进施工，寻找高效可靠的凿岩机冲击锤液压系统控制解决方案就显得尤为重要。
若需使凿岩机冲击锤工作在小冲击工况下，需将凿岩机冲击锤液压控制系统的工作压力和流量分别设定为90bar和90l/min；而要实现凿岩机的大冲击动作，则需将系统工作压力和流量分别设定为130bar和120l/min。因此不难发现，要实现凿岩机冲击锤的大、小冲击两档功能的正常切换，则既需要控制流入凿岩机冲击锤液压油的流量，也需要控制其工作压力。为实现凿岩机冲击锤的大、小冲击两档功能的低能耗正常切换，故不仅需要控制流入凿岩机液压油的流量，也需要控制其工作压力。
目前国内外厂家大都采用A10VSO变量泵的DRG远程恒压控制技术方案来满足凿岩机冲击锤的压力流量匹配需求，如图4所示，该系统方案由一个A10VSODRG远程恒压控制泵、冲击锤控制主阀、5个溢流阀组成的压力控制阀组、2个节流阀组成的节流阀组、一个用于监测冲击压力的压力表、液压冲击锤、两个0.8mm的阻尼孔、电机以及油箱等液压件组成。其中，在负载敏感泵上集成有流量控制阀⑾以及限定泵最高工作压力的压力控制阀。
启动电机，使A10VSODRG变量泵向系统供油并扳动冲击锤控制主阀手柄使阀芯位置处在工作位置①小冲击位上，系统主油路c经过主阀后将一部分油通过油路a并经0.8mm的阻尼孔回油箱，另一部分压力油则经节流阀组流向冲击锤使冲击锤产生动作，为使冲击锤产生小冲击的动作，需调节流经节流阀组中节流阀2的流量并使用于监测冲击压力的压力表值显示为90bar，此时压力控制阀组中阀1和阀2的液控口分别经油路b与油路a通入压力油并使阀1和阀2换向，这样系统便工作在90bar恒定压力下，满足了凿岩机冲击锤小冲击动作时所需的工作压力（90bar）和流量（90l/min是）之间的匹配关系。继续扳动冲击锤控制主阀手柄使阀芯位置处在工作位置②大冲击位上，系统油路全部经节流阀组通往凿岩机冲击锤，同理，为使凿岩机冲击锤工作在大冲击位，需调节流经节流阀组的流量并使压力表的压力值显示为130bar，压力控制阀组中阀1的液控口经油路b接通压力油使得阀1换向，而阀2的液控口因油路a无压力油通过使得阀2无法换向，这样系统便工作在130bar的恒定压力下，实现了凿岩机冲击锤大冲击动作所需的工作压力（130bar）和流量（120l/min是）之间的匹配关系。虽然该方案可实现凿岩机冲击锤的大、小冲击动作的切换，但系统采用了较多的液压件，增加了系统的复杂性与故障点，从而降低了系统的可靠性。
此外，DRG远程恒压控制技术在冲击锤控制主阀处存在不可控制的节流损失。当A10VSODRG变量泵向系统供油并驱动冲击锤动作时，压力控制阀组中阀4或阀5的调定压力Py将加载在A10VSODRG变量泵X口（控制口/外控口）处，由于流量控制阀2两边控制油路的压差恒定（即液压泵出口与X口压差恒定，约为18bar左右），泵输出的压力Pb在不高于限定泵最高工作压力的压力控制阀1（210bar）的情况下工作时，根据泵出口压力Pb计算公式（Pb=Py+?P）不难发现，泵输出压力Pb将处在一个恒定值下工作且不受负载P_L变化的影响。但根据节流阀流量公式（q=K×A×(Pb－P_L)^k,k为流量系数）不难发现，输入冲击锤的流量q不仅取决于节流阀组中节流阀的开口面积A，还与冲击锤负载压力P_L变化有关，当P_L发生变化时，输入冲击锤的流量q也会跟随变化进而影响了冲击锤工作的稳定性。
若忽略液压泵与冲击锤的效率损失，DRG远程压力控制系统的能量损失主要为节流阀组处的节流损失，系统效率为P_L/Pb，由于泵输出的压力Pb由压力控制阀组中阀4或阀5的调定压力Py确定，因此系统的效率主要由冲击锤负载压力P_L决定。当负载P_L值接近与泵输出的压力Pb时系统效率较高，然而实际冲击锤负载压力P_L值是一个实时变化的值，当负载压力P_L值远小于液压泵口输出压力值Pb时，系统的工作效率就会随着降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种凿岩机冲击锤的液压控制系统，该系统相对于国内外厂家采用A10泵的DRG远程恒压控制方案，可以提高凿岩机冲击锤液压系统工作的可靠性、稳定性以及降低液压控制系统的能耗，并且系统简单、成本低廉。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种凿岩机冲击锤的液压控制系统，其特征在于包括负载敏感泵，一个带压力传感组件的冲击锤控制阀、液压冲击锤、电机以及液压油箱，所述的负载敏感泵由电机驱动，并且在负载敏感泵上集成有稳定流量输出的流量控制阀以及限定系统最高工作压力的压力控制阀，所述的负载敏感泵的主进油口与冲击锤控制阀的主进油口连接，冲击锤控制阀的主回油口连接油箱，冲击锤控制阀的压力反馈Ls（Loadsensing,负载敏感）口与负载敏感泵的控制油口X口连接，冲击锤控制阀的工作油口A和B分别与液压冲击锤的主回油口和主进油口连接。
对上述结构作进一步补充，所述的冲击锤控制阀上设有两个工作位，分别为小冲击位和大冲击位，所述的小冲击位与冲击锤控制阀旁边的90巴的二次溢流阀连通，大冲击位与冲击锤控制阀旁边的130巴的二次溢流阀连通。
对上述结构作进一步补充，所述的压力控制阀限定系统最高工作压力为210-230巴，流量控制阀两端的液控口压差为18巴。
对上述结构作进一步补充，所述的冲击锤控制阀上设有压力传感组件，该压力传感组件监测系统中的负载压力，并实时回馈至负载敏感泵的控制油口X口，负载敏感泵出口压力为，这样在流量控制阀两端形成平衡关系，即值为恒定；根据节流阀流量公式不难得出结论，冲击锤控制阀的输出流量q仅取决于流量控制阀的开口面积，而与负载变化无关从而保证了系统工作的稳定性；该系统的能量损失主要来自于冲击锤控制阀处上的节流损失，其能量损失为，由于值较小，因此调速阀处的节流损失也较小，实现了冲击锤的低能耗控制。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明与现在的液压控制系统相比，其结构组成要简单，减少了一些不必要的液压件，比如节流阀组和压力控制阀组等，实现了冲击锤控制阀的输出流量与负载无关，从而提高了液压控制系统的可靠性与稳定性。此外，该系统控制方案相较于传统方案控制阀口处的节流损失要小，因此，该系统的有效地降低了能耗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明液压控制系统方案；
图2是图1中冲击锤控制阀的图形符号；
图3是图1中负载敏感泵的图形符号；
图4是凿岩机冲击锤的原液压控制系统方案；
图5是液压泵的工作特性曲线；
其中：1、负载敏感泵，2、冲击锤控制阀，3、液压冲击锤，4、电机，5、液压油箱，6、压力控制阀组，7、压力表，8、阻尼孔，9、节流阀组，11、流量控制阀，12、压力控制阀。
具体实施方式
根据附图1-3可知，本发明具体涉及一种凿岩机冲击锤的液压控制系统，该系统包括负载敏感泵1，一个带压力传感组件的冲击锤控制阀2、液压冲击锤3、电机4以及液压油箱5，负载敏感泵1由电机4驱动，并且在负载敏感泵1上集成有稳定流量输出的流量控制阀11以及限定系统最高工作压力的压力控制阀12，负载敏感泵1的主进油口与冲击锤控制阀2的主进油口连接，冲击锤控制阀2的主回油口连接油箱5，冲击锤控制阀2的压力反馈Ls口与负载敏感泵1的控制油口X口连接，冲击锤控制阀2的工作油口A和B分别与液压冲击锤3的主回油口和主进油口连接。本发明方案采用液压负载敏感控制技术简单实现了凿岩机冲击锤所需的工作压力与流量匹配需求，相较于传统DRG远程恒压控制技术，该方案因简化了系统液压件的数量从而提高了凿岩机冲击锤液压控制系统的可靠性。此外，方案中的负载敏感技术有效地降低了阀口处的节流损失，从而实现了凿岩机冲击锤低能耗控制。
为使液压负载敏感控制技术实现凿岩机冲击锤所需的工作压力与流量匹配需求，本方案选择了图2所示的冲击锤控制阀2，在冲击锤控制阀2上设有两个工作位，分别为小冲击位和大冲击位，小冲击位与冲击锤控制阀2旁边的90巴的二次溢流阀连通，大冲击位与冲击锤控制阀2旁边的130巴的二次溢流阀连通，通过切换冲击位来切换冲击锤的大小冲击动作，其中，冲击锤控制阀的工作位置①的额定流量和安全压力分别设计为90l/min，90bar；工作位置②的额定流量和安全压力分别设计为120l/min，130bar。
如图1所示，一个A10VSODFR负载敏感泵以及一个带压力传感组件的冲击锤控制阀即可组成一个负载敏感液压控制系统。其中，在负载敏感泵上集成有稳定流量输出的流量控制阀11以及限定泵最高工作压力的压力控制阀12。当系统工作时，带压力传感组件的冲击锤控制阀2通过压力传感装置将负载压力回馈至负载敏感泵控制油口，处并在泵的流量控制阀11两端形成一个平衡关系，即值恒定为18bar。
因此，根据节流阀流量公式不难得出结论，冲击锤控制阀的输出流量q仅取决于阀的开口面积，而与负载变化无关从而保证了系统工作的稳定性。系统的能量损失主要来自于冲击锤控制阀处上的节流损失，其能量损失为，由于值较小（约为18bar），因此调速阀处的节流损失也较小，实现了冲击锤的低能耗控制。
本发明在具体使用时，首先启动电机，扳动冲击锤控制阀手柄，使其工作在小冲击位①，液压泵将根据冲击锤控制主阀位①所需的额定流量90l/min经油路a对凿岩机冲击锤进行供油，根据冲击锤冲击压力与流量关系可知，系统便产生90bar的冲击压力，这一冲击压力经油路c1反馈给泵的X口，使泵的出口输出压力P_b略大于冲击油路的压力P_L(P_b=P_L+18bar)，图5为A10VSODFR变量泵的工作特性曲线，系统此在小冲击工况时将工作在图5的A点位置，从图中特性曲线不难看出。当冲击压力出现变化时，泵口的输出压力也跟随着变化，使加在多路阀的压差18bar始终保持不变，这样便使得90l/min输出流量不受冲击锤负载变化的影响从而提高了系统工作的稳定性。再次扳动多路阀手柄，使其从小冲击位①切换到到大冲击位②时，液压泵将根据冲击锤控制主阀位②所需的额定流量120l/min经油路a对凿岩机冲击锤进行供油，根据图1中的冲击压力与流量关系图可知，120l/min的液压油流入冲击锤装置时将会产生130bar的冲击压力，这一冲击压力经油路c1反馈给泵的X口，使泵的出口输出压力接近于冲击油路的压力，而此时系统将工作在图5的B点位置。此外，由于泵的出口输出压力略大于冲击油路的压力，因此流经阀口处的前后压差较小，根据节流损失公式△P=△p*q可知，阀口处造成的节流损失也较小，所以该系统方案能耗较小。
由以上分析可知，采用负载敏感液压控制系统方案简单的实现了凿岩机冲击锤的动作功能，较少液压件使用数量组成的液压控制系统大大提高了系统工作的可靠性。此外，性能上相较于传统的DRG远程恒压控制技术方案在以下两个方面得到了提高：一是节流阀组处的节流损失较小，因此能耗较小；二是节流阀组处输出的流量q不随负载变化的影响，因此系统工作稳定性较好。