基于大型工程机械扶梯升降控制的液压系统和方法

技术领域

本发明工程机械设备技术领域，具体涉及一种基于大型工程机械扶梯升降控制的液压系统和方法。

技术背景

大型工程机械是工程施工中的重要要机械设备，由于大型工程机械效率高，其市场占有率也在持续攀升。在大型行走工程机械中，其作业平台远高于地面，为方便工作人员上、下平台，一般会设置扶梯。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于大型工程机械扶梯升降控制的液压系统和方法。该液压系统相对主机液压系统独立，可以在主机不启动的情况下，控制扶梯上升、下降和停止等动作。

本发明通过以下技术方案实现：一种基于大型工程机械扶梯升降控制的液压系统，扶梯上端铰接在工作平台上端，扶梯与工作平台之间铰接有油缸；

第一动力单元、第二动力单元吸油口连接油箱，第一动力单元、第二动力单元出油口分别连接至第一电磁换向阀进油口，所述第一电磁换向阀出油口分别连接第二电磁换向阀、第三单向阀；所述第二电磁换向阀一个出油口连接至油缸小腔，第二电磁换向阀另一个出油口通过节流阀连接至油缸小腔；

所述第三单向阀连接至油缸大腔，第三单向阀并联有负载保持阀，负载保持阀先导控制口连接至油缸小腔；

主机液压系统连接第三电磁换向阀进油口，第三电磁换向阀出油口连接至油缸大腔；

油缸大腔通过截止阀连接至油箱。

其进一步是：所述第一动力单元、第二动力单元结构相同，第一动力单元包括油泵和用于带动油泵的直流电机。

所述第一动力单元出油口通过第一单向阀连接至第一电磁换向阀进油口；所述第二动力单元出油口通过第二单向阀连接至第一电磁换向阀进油口；所述第一单向阀、第二单向阀连接有安全阀，安全阀连接至油箱。

所述主机液压系统通过第四单向阀连接至第三电磁换向阀进油口。

一种基于大型工程机械扶梯升降控制的方法，

快速上升：

第一动力单元、第二动力单元同时工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀切换至D侧工作位，高压油分别通过第一单向阀、第二单向阀，合流后通过第一电磁换向阀；然后高压油通过第三单向阀，进入油缸大腔；

油缸小腔内的油液先通过第二电磁换向阀，再通过第一电磁换向阀返回油箱；油缸活塞杆伸出，带动扶梯上升；

慢速上升：

第一动力单元或第二动力单元单独工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀切换至D侧工作位，高压油通过第一单向阀或第二单向阀后再通过第一电磁换向阀；然后高压油通过第三单向阀，进入油缸大腔；

油缸小腔内的油液先通过第二电磁换向阀，再通过第一电磁换向阀返回油箱；油缸活塞杆伸出，带动扶梯上升；

上升缓冲：

第一动力单元或第二动力单元单独工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀切换至D侧工作位，第二电磁换向阀切换至E侧工作位；高压油通过第一单向阀或第二单向阀后再通过第一电磁换向阀；然后高压油通过第三单向阀，进入油缸大腔；

油缸小腔内的油液先通过节流阀，再通过第二电磁换向阀，最后通过第一电磁换向阀返回油箱；油缸活塞杆伸出，带动扶梯上升；

快速下降：

第一动力单元、第二动力单元同时工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀切换至C侧工作位，高压油分别通过第一单向阀、第二单向阀，合流后通过第一电磁换向阀；然后高压油通过第二电磁换向阀，进入油缸小腔；同时，高压油也进入负载保持阀先导控制口，负载保持阀开启；

油缸大腔内的油液先通过负载保持阀，再通过第一电磁换向阀返回油箱；油缸活塞杆缩回，带动扶梯下降；

慢速下降：

第一动力单元或第二动力单元单独工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀切换至C侧工作位，高压油通过第一单向阀或第二单向阀后再通过第一电磁换向阀，最后高压油通过第二电磁换向阀，进入油缸小腔；同时，高压油也进入负载保持阀先导控制口，负载保持阀开启；

油缸大腔内的油液先通过负载保持阀，再通过第一电磁换向阀返回油箱；油缸活塞杆缩回，带动扶梯下降；

下降缓冲：

第一动力单元或第二动力单元单独工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀切换至C侧工作位，第二电磁换向阀切换至E侧工作位；高压油通过第一单向阀或第二单向阀后再通过第一电磁换向阀，最后高压油再依次通过第二电磁换向阀和节流阀，进入油缸小腔；同时，高压油也进入负载保持阀先导控制口，负载保持阀开启；

油缸大腔内的油液先通过负载保持阀，再通过第一电磁换向阀返回油箱；油缸活塞杆缩回，带动扶梯下降。

其进一步是：手动下降：

当液压系统出现故障，扶梯无法自动下降时，截止阀手动开启；由于扶梯重力势能作用，油缸大腔油液受到压力，通过截止阀返回油箱；同时，油缸小腔产生负压，油箱中的油液先通过第一电磁换向阀，然后通过第二电磁换向阀，进入油缸小腔，扶梯下降。

主机液压系统启动后，

快速上升：

主机液压系统输入高压油，高压油先通过第四单向阀，再通过第三电磁换向阀进入油缸大腔；

油缸小腔内的油液先通过第二电磁换向阀，再通过第一电磁换向阀返回油箱；油缸活塞杆伸出，带动扶梯上升；

上升缓冲：

主机液压系统输入高压油，同时，第二电磁换向阀切换至E侧工作位；高压油先通过第四单向阀，然后通过第三电磁换向阀进入油缸大腔；

油缸小腔内的油液先通过节流阀，再通过第二电磁换向阀，最后通过第一电磁换向阀返回油箱；油缸活塞杆伸出，带动扶梯上升；

锁止：

当油缸完全伸出，或者扶梯接触上端机械限位后，第三电磁换向阀切换至F侧；主机液压系统的高压油先通过第四单向阀，再通过第三电磁换向阀进入油缸大腔；

油缸小腔内的油液先通过第二电磁换向阀，再通过第一电磁换向阀返回油箱，油缸始终产生伸出力，扶梯处于锁止状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

液压系统可以在主机不启动的情况下，实现扶梯快速上升、快速下降、缓冲锁死、快速下降、慢速下降、上升缓冲、下降缓冲和手动下降等功能，并且可以调节其速度，降低机械冲击；同时可以在任意位置停止、启动和上升极限位置锁止；

液压系统功率密度比较高，可以减少空间占用率，方便布置、维修安装，具有成本较低、可靠性高的优点，适合推广普及；

该液压系统相对主机液压系统独立，只需要接入主系统的油箱即可；同时主机的先导系统也可提供压力源，但所需流量非常小，不影响其他系统功能的流量需求，具有极好的可扩展性。

附图说明

图1所示本发明扶梯结构图及其液压系统原理图；

图中：1、第一动力单元；2、第二动力单元；3、第一单向阀；4、第二单向阀；5、安全阀；6、第一电磁换向阀；7、第二电磁换向阀；8、节流阀；9、第三电磁换向阀；10、截止阀；11、第三单向阀；12、负载保持阀；13、油缸；14、第四单向阀；15、扶梯；16、工作平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

结合图1所示，一种基于大型工程机械扶梯升降控制的液压系统，扶梯15上端铰接在工作平台16上端，扶梯15与工作平台16之间铰接有油缸13；通过油缸13的伸缩来控制扶梯15的升降。

第一动力单元1、第二动力单元2结构相同，第一动力单元1包括油泵和用于带动油泵的直流电机，油泵从油箱中吸油。第一动力单元1、第二动力单元2出油口分别对应连接第一单向阀3、第二单向阀4。第一单向阀3连接至第一电磁换向阀6进油口，第二单向阀4连接至第一电磁换向阀6进油口；第一单向阀3、第二单向阀4同时连接至安全阀5，安全阀5连接至油箱。安全阀5防止动力单元出口油液压力过高，保护人员和设备的安全。

第一电磁换向阀6出油口分别连接第二电磁换向阀7、第三单向阀11。第二电磁换向阀7一个出油口连接至油缸13小腔，第二电磁换向阀7另一个出油口通过节流阀8连接至油缸13小腔。

第三单向阀11连接至油缸13大腔，第三单向阀11并联有负载保持阀12，负载保持阀12先导控制口连接至油缸13小腔。

主机液压系统连接至第四单向阀14，第四单向阀14连接第三电磁换向阀9进油口，第三电磁换向阀9出油口连接至油缸13大腔。

油缸13大腔通过截止阀10连接至油箱。

本实施例中，第一、二动力单元输出压力油，输出压力油，通过第一电磁换向阀6切换流向，控制油缸13伸出、缩回，从而控制扶梯15上升和下降.另外，通过控制第二电磁换向阀7的工作位置，控制油缸13小腔与节流阀8的通断状态，改变油缸13小腔油液的流动速度，调节油缸13的速度，从而控制扶梯15的速度。其中，第一单向阀3、第二单向阀4、第三单向阀11、第四单向阀14单向阀防止油液倒流；安全阀5防止系统过载；电磁换向阀9可控制油缸13大腔油液与主系统的通断；负载保持阀12可防止油缸13在扶梯重力势能的作用下自动缩回，还可建立背压，使油缸13平稳缩回；截止阀10可手动开启，使扶梯借助重力势能，自动下降。

实施例二

一种基于大型工程机械扶梯升降控制的方法，在上述实施例一的基础上，包括如下步骤；

主机液压系统停止时，

快速上升：

第一动力单元1、第二动力单元2同时工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀6切换至D侧工作位，高压油分别通过第一单向阀3、第二单向阀4，合流后通过第一电磁换向阀6；然后高压油通过第三单向阀11，进入油缸13大腔；

油缸13小腔内的油液先通过第二电磁换向阀7，再通过第一电磁换向阀6返回油箱；油缸13活塞杆伸出，带动扶梯15上升。由于此状态下，两个动力单元同时输出高压油，且油缸进、出油均无节流作用，扶梯上升速度较快，为快速上升状态。

慢速上升：

第一动力单元1或第二动力单元2单独工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀6切换至D侧工作位，高压油通过第一单向阀3或第二单向阀4后再通过第一电磁换向阀6；然后高压油通过第三单向阀11，进入油缸13大腔；

油缸13小腔内的油液先通过第二电磁换向阀7，再通过第一电磁换向阀6返回油箱；油缸13活塞杆伸出，带动扶梯15上升。由于此状态下，只有单个动力单元输出高压油，且油缸进、出油均无节流作用，扶梯上升速度慢，为慢速上升状态。

上升缓冲：

第一动力单元1或第二动力单元2单独工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀6切换至D侧工作位，第二电磁换向阀7切换至E侧工作位；高压油通过第一单向阀3或第二单向阀4后再通过第一电磁换向阀6；然后高压油通过第三单向阀11，进入油缸13大腔；

油缸13小腔内的油液先通过节流阀8，再通过第二电磁换向阀7，最后通过第一电磁换向阀6返回油箱；油缸13活塞杆伸出，带动扶梯15上升。由于此状态下，只有单个动力单元输出高压油，且油缸出油有节流作用，扶梯上升速度很慢，为上升缓冲状态。

快速下降：

第一动力单元1、第二动力单元2同时工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀6切换至C侧工作位，高压油分别通过第一单向阀3、第二单向阀4，合流后通过第一电磁换向阀6；然后高压油通过第二电磁换向阀7，进入油缸13小腔；同时，高压油也进入负载保持阀12先导控制口，负载保持阀12开启；

油缸13大腔内的油液先通过负载保持阀12，再通过第一电磁换向阀6返回油箱；油缸13活塞杆缩回，带动扶梯15下降。由于此状态下，两个动力单元同时输出高压油，且油缸进、出油均无节流作用，扶梯下降速度较快，为快速下降状态。

慢速下降：

第一动力单元1或第二动力单元2单独工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀6切换至C侧工作位，高压油通过第一单向阀3或第二单向阀4后再通过第一电磁换向阀6，最后高压油通过第二电磁换向阀7，进入油缸13小腔；同时，高压油也进入负载保持阀12先导控制口，负载保持阀12开启；

油缸13大腔内的油液先通过负载保持阀12，再通过第一电磁换向阀6返回油箱；油缸13活塞杆缩回，带动扶梯15下降。由于此状态下，只有单个动力单元输出高压油，油缸进、出油均无节流作用，扶梯下降速度慢，为慢速下降状态。

下降缓冲：

第一动力单元1或第二动力单元2单独工作，输出高压油；同时，第一电磁换向阀6切换至C侧工作位，第二电磁换向阀7切换至E侧工作位；高压油通过第一单向阀3或第二单向阀4后再通过第一电磁换向阀6，最后高压油再依次通过第二电磁换向阀7和节流阀8，进入油缸13小腔；同时，高压油也进入负载保持阀12先导控制口，负载保持阀12开启；

油缸13大腔内的油液先通过负载保持阀12，再通过第一电磁换向阀6返回油箱；油缸13活塞杆缩回，带动扶梯15下降。由于此状态下，只有单个动力单元输出高压油，且油缸进油有节流作用，扶梯下降速度很慢，为下降缓冲状态。

手动下降：

当液压系统出现故障，扶梯15无法自动下降时，截止阀10手动开启；由于扶梯15重力势能作用，油缸13大腔油液受到压力，通过截止阀10返回油箱；同时，油缸13小腔产生负压，油箱中的油液先通过第一电磁换向阀6，然后通过第二电磁换向阀7，进入油缸13小腔，扶梯15下降。

主机液压系统启动后，

快速上升：

主机液压系统输入高压油，高压油先通过第四单向阀14，再通过第三电磁换向阀9进入油缸13大腔；

油缸13小腔内的油液先通过第二电磁换向阀7，再通过第一电磁换向阀6返回油箱；油缸13活塞杆伸出，带动扶梯15上升。由于此状态下，主机液压系统输入高压油流量大，且油缸进、出油均无节流作用，扶梯上升速度较快，为快速上升状态。

上升缓冲：

主机液压系统输入高压油，同时，第二电磁换向阀7切换至E侧工作位；高压油先通过第四单向阀14，然后通过第三电磁换向阀9进入油缸13大腔；

油缸13小腔内的油液先通过节流阀8，再通过第二电磁换向阀7，最后通过第一电磁换向阀6返回油箱；油缸13活塞杆伸出，带动扶梯15上升。此状态下，虽然主机液压系统可输入大流量的高压油，但是，油缸出油有节流作用，扶梯上升速度很慢，为上升缓冲状态。

锁止状态：

当油缸13完全伸出，或者扶梯13接触上端机械限位后，第三电磁换向阀9切换至F侧；主机液压系统的高压油先通过第四单向阀14，再通过第三电磁换向阀9进入油缸13大腔；

油缸13小腔内的油液先通过第二电磁换向阀7，再通过第一电磁换向阀6返回油箱，油缸13始终产生伸出力，从而保证扶梯15不会因重力势能作用而下降，此状态为锁止状态。

上述各种功能中未提及的动力单元均停止工作，电磁换向阀保持初始状态。

本实施例中，主机液压系统停止后，由蓄电池提供电源，可分别驱动两组的直流电机，分别带动两个动力单元，输出高压油，通过第一电磁换向阀6的切换高压油流向，控制油缸伸出、缩回，进一步控制扶梯上升和下降。进一步可通过第二电磁换向阀切换，控制油缸小腔的进、出油是否经过节流阀，从而控制油液进、出油缸小腔的速度，从而控制油缸伸出、缩回的速度。主机液压系统启动后，只能通过控制第三电磁换向阀9，控制油缸大腔输入液压油，油缸小腔的第二电磁换向阀7控制其输出油液是否通过节流阀，从而控制油缸小腔的出油速度，此时油缸只能伸出，扶梯只能上升或锁止。

本发明可实现扶梯快速上升、快速下降、锁死、快速下降、慢速下降和手动下降的功能，同时可以在任意位置停止、启动、保持位置。