专利名称：大容量多爪封闭式变频液压抓斗的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种作业运输领域用于起重机的载荷吊挂装置中的液压抓具，特别是涉及一种适合抓取各种碎料的封闭式爪具的大容量多爪封闭式变频液压抓斗。其与起重设备相配套，可广泛应用于码头装卸、垃圾处理和钢铁厂废钢碎铁处理等场合。
背景技术：
目前，广泛使用的多爪液压抓斗是一由吊环、支撑框架、液压站、液压缸和抓爪组成的整体装置。抓爪及油缸都与支承框架铰接相连，支撑框架上部内置液压站，下部为油箱；抓斗的每个抓爪由一台油缸铰接驱动，抓斗上部吊环与起重设备吊钩连接，并通过电缆与专用电控柜连接，其电控柜只能控制电机正反转和进行短路保护。
其液压系统的原理采用定量泵开式旁路溢流回路，由溢流阀限压溢流，通过单向节流阀节流实现油缸速度的调整，油泵输出流量是固定不变的。
通常反映液压抓具性能的重要参数有空载开闭时间、工作压力(液体压强)、电机功率和允许抓取物料密度等，其开闭时间是反映抓具作业效率的指标，一般工业要求闭合时间≤15秒；工作压力是决定抓爪抓取力的关键参数之一，一般取18-20MPa；压力和流量的乘积决定电机功率；允许物料密度是体现抓斗抓取物种能力的重要参数，对于包括废钢碎铁在内的不规则物料的物料密度应设为3000-3500kg/m3。在设计封闭式的抓斗时，确定了闭合时间、工作压力和允许物料密度后均希望油缸的缸径尽量加大，从而可保证爪子有足够的挖掘力。但是，油缸越大，流量就越大，电机功率也就越大，这对小容量抓斗(2.0m3以下)结构上还好办，但对于4m3以上大容量抓斗则就存在问题。按4m3封闭式抓斗计算，在每个爪尖挖掘力不小于45KN时，电机功率要选55kw，用这样大的电机去设计结构是很困难的。另一方面，从能量守恒分析，这种定量泵开式旁路溢流回路的油泵输出流量是不可变的，工作时其能量利用率很低(≤40％)，致使一半以上的能量通过节流损失和溢流损失转化为热，从而导致液压系统工作时不断升温，而影响抓具的连续作业。为了避免上述矛盾，通常只能以减小的油缸缸径减小抓爪挖掘力为代价来降低系统流量和电机功率。如此，就会经常出现爪子受阻而抓不动的情形。由此可见，上述现有的变频液压抓斗仍存在有诸多的缺陷，而丞待加以进一步改进。
有鉴于上述现有的封闭式变频液压抓斗存在的缺陷，本设计人基于丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
发明内容
本实用新型所要解决的主要技术问题在于，克服现有的变频液压抓斗存在的缺陷，而提供一种新型结构的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，使其能够克服现有大容量液压抓斗在物料密度为3500kg/m3时不能实现封闭爪形、能量效率低和液压系统发热的缺陷，令该抓具在物料密度为3500kg/m3时不仅能够抓取不规则物料，而且能抓取各类碎料；同时采用了变频控制，能够有效的避免系统发热，并实现智能控制，而对电机起到保护作用，从而具有更加适于实用的功效。
本实用新型解决其主要技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种大容量多爪封闭式变频液压抓斗，包括支撑框架、液压泵站、液压泵、液压缸、多个抓爪、控制液压泵工作的电机以及控制电机运转的变频电控柜；其中每个所述抓爪的横向形状呈扇叶形的铲板式结构，所述抓爪的纵向结构分别包括依次一体连接的直线段、圆弧段和直线弯曲端，各个抓爪闭合后形成下部封闭的容腔。
本实用新型解决其技术问题还可以采用以下技术措施来进一步实现。
前述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其中以所述的支撑框架为本体，其上下设有不同直径的金属筒体结构，下部筒体为油箱，上部筒体内装液压泵站；所述液压泵站由电动机、双向高压液压泵、集成控制阀块和油箱盖板组成一体，油箱盖板通过固定螺栓和密封圈使油箱密闭；上部筒体与上盖螺拴连接，上盖与吊环1销轴连接；下部筒体耳环通过第一销轴与抓爪支点铰接；油缸两端的耳环由第二销轴分别与上部筒体耳环和抓爪驱动点铰接；油缸保护架与支撑框架螺栓连接。
前述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其中所述的电机通过联轴器连接高压双向液压泵，所述液压泵插入油箱使两个吸油口侵入介质，所述液压泵的两个压力出口与集成控制阀块管路连接；集成控制阀块由两个溢流阀、两个单向阀和两个液控单向阀通过块体内部孔道连接组成；集成控制阀块的两个出口分别与高压胶管总成和油缸两腔管路连接，两个管路上各连接一个测压接头；六个油缸并联连接；所述集成控制阀块回油口T与回油过滤器和油箱管路连接。
前述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其中所述的液压抓斗通过四芯电缆与一变频电控柜连接，所述变频电控柜通过七芯电缆与操作盒连接，所述电控柜外接动力电源。
前述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其中所述的变频电控柜中的控制电路包括一台变频控制器、一个电流变送器、四个继电器、一个隔离变压器和相应的电流断路器元件；所述电控柜与一个带三位转换开关和指示灯的操作盒组成一套电控系统；用四芯电缆将所述变频电控系统与液压抓斗的电机连接。
前述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其中所述的变频器的电源输入端经过电流断路器与380V的交流电相连接，电源输出端与抓斗电机连接，其PE端保护接地，变频器控制连接到电流变送器的模拟量输入端，通过改变所述变频器的输出频率可控制电机的转速；所述的隔离变压器给电流变送器和整流电桥提供安全电源；所述电流变送器的模拟信号输入端与变频器模拟信号输出端连接，并数字显示电机电流；所述整流电桥提供24V的直流电源，所述整流电桥一方面为继电器与操作开关回路提供电源，另一方面为讯响器提供电源；在所述的四个继电器中，第一继电器控制电机右转运行，第二继电器控制电机左转运行，第三继电器控制变频后电机中速运行，第四继电器控制变频后的电机，保护其慢速运行；所述三位操作开关为自复位双层转换开关，其中在复中位时停电机，扳到右位时电机右转，扳到左位时电机左转；所述急停开关在遇到紧急情况时可切断变频器控制电源。前述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其中所述的抓爪为4-8个，最好为6个。
前述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其中所述的各抓斗闭合后的包容体积为4至5立方米。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本实用新型中，由于采用了封闭式抓斗，这样既可以抓取物料密度为3000kg/m3的不规则物料，又可以抓取物料密度为3500kg/m3的碎料。与同类产品比较，本实用新型容量更大，抓取力更强，能耗更低，且不发热。再者，电流变送器内的两个继电器控制变频点和电机保护点，当电机电流随负载增大到变频点时，一个继电器动作，控制变频器平滑减频使电机中速运转，当电机电流进一步增大达到保护点时，另一个继电器动作，控制变频器进一步平滑减频使电机低速运转。这样就构成了一个电机转速随负载变化的准交流变频电流负反馈控制系统，而能够避免系统发热，并可实现智能控制，对电机起到保护作用。
综上所述，本实用新型大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其在技术发展空间有限的领域中，不论在结构上或功能上皆有较大的改进，且在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本实用新型的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本实用新型所述液压抓斗的结构图。
图2是本使用新型的液压抓斗的气动连接原理图。
图3表示抓爪的横向示意图。
图4简要表示本使用新型所述液压抓斗与变频电控柜的连接示意图。
图5是本使用新型所述液压抓斗的电路控制方框图。
图6是本使用新型所述液压抓斗的电路控制原理图。
图7表示油泵流量与压力的关系曲线图。
图8表示本实用新型所述抓爪闭合时的顶视图。
图9表示现有技术中抓爪闭合时的顶视图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的大容量多爪封闭式变频液压抓斗其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1所示，本实用新型大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其包括支撑框架3、液压泵18、液压缸4、多个抓爪9、控制液压缸工作的电机10以及控制电机运转的变频电控柜19；其中，每个所述抓爪9为扇叶形的铲板式结构(参见图3)，各个抓爪9闭合后形成下部封闭的容腔(参见图7)。而且抓爪优选为4-8个，最好为6个。可将六个抓爪设计成封闭形(闭合后)，其包容体积4立方米至5立方米。对于4立方米抓斗，油缸4的缸径为φ110毫米，对于5立方米抓斗，油缸4的缸径为φ125毫米。
仍然参照图1所示，以支撑框架3为本体，做成上下不同直径金属筒体结构，下部筒体为油箱，上部筒体内装液压泵站5。液压泵站5由电动机11、双向高压液压泵18、集成控制阀块和油箱盖板组成一体，油箱盖板通过固定螺栓和密封圈使油箱密闭，倾翻时不会漏油，拧出盖板固定螺栓液压泵站就可脱离本体。上部筒体与上盖2螺拴连接，上盖2与吊环1销轴连接。下部筒体耳环通过销轴7与抓爪9支点铰接。油缸4两端耳环由销轴8分别与上部筒体耳环和抓爪9驱动点铰接。通过油缸活塞杆的伸缩驱动就可以实现抓爪的闭合和张开。油缸保护架6与支撑框架3螺栓连接。
支撑框架3下部设置六个抓爪9，每个抓爪主体由钢板焊接而成，上部有一个支点耳环孔和一个驱动点耳环孔，下部爪尖为合金钢(42Mn2V)材料。抓爪9纵向剖视后，其铲板分别为直线段、圆弧段和直线弯曲端，其横向视图为扇叶形，六个抓爪闭合后形成下部封闭容腔，容积≥4立方米。
请参阅图2所示，通过联轴器连接电机11和高压双向液压泵18，液压泵18插入油箱使两个吸油口侵入介质，双向液压泵18的两个压力出口P1和P2与集成控制阀块管路连接。集成控制阀块由两个溢流阀12、两个单向阀13和两个液控单向阀14通过块体(钢件)内部孔道连接组成。集成控制阀块出口A和B分别与高压胶管总成15和油缸4两腔管路连接，两个管路上各连接一个测压接头16。六个油缸4并联连接。集成控制阀块回油口T与回油过滤器17和油箱管路连接。以电机11驱动双向高压泵18为心脏，使其正反转来控制油缸4换向。由单向阀13和液控单向阀14完成抓爪闭合和张开后的保压，溢流阀12这时只起二次安全保护作用，设定值高于p2点。各液压件按该图2所示油路连接。
请参阅图4所示，用四芯电缆将液压抓斗与变频电控柜19连接，用七芯电缆将变频电控柜19与操作盒20连接，电控柜19外接动力电源。操作操作盒20就可以智能控制抓斗张开和闭合，抓紧后可以停电机，液压系统能自动锁紧抓爪。
请参阅图4、图5所示，在电控柜19中以一台变频控制器(西门子MDV-3000/3)为核心器件，同时配置一个电流变送器、四个继电器、一个隔离变压器和相应的电流断路器等元件，外接一个带三位转换开关和指示灯的操作盒组成一套电控系统，用四芯电缆将变频电控系统与液压抓斗9的电机11连接。
由电工学得知，交流三相异步电动机的转速与交流电的频率成正比关系，改变频率可以改变电机的转速，从而可以改变泵的输出流量。
利用变频控制器检测电机11工作电流，并按比例以4～20mA电流模拟量信号送到电流变送器，利用电流变送器内的两个继电器控制变频点和电机保护点，当电机电流随负载增大到变频点时，一个继电器动作，控制变频器平滑减频使电机中速运转，当电机电流进一步增大达到保护点时，另一个继电器动作，控制变频器进一步平滑减频使电机低速运转。这样就构成了一个电机转速随负载变化的准交流变频电流负反馈控制系统。
在上述原理的基础上，抓爪1的闭合过程为板动操作盒20开关，变频器柔性启动电机11，抓爪9开始闭合，如果未接触到物料，电机11空载高速运转，油泵18低压大流量输出，油液经控制阀块A口进入油缸无杆腔，抓爪9快速闭合。同时，油缸4油杆腔中的油液经控制阀块B口、回油过滤器流回油箱。当抓爪9接触到物料逐渐抓紧时，油泵18压力逐渐升高，电机11电流也逐渐增大。当压力达到设定点p1(参照图7所示的曲线)时即电流达到变频点时，变频器开始平滑减频，电机11进入中速运转，泵18的流量随之减小；随着抓爪9的进一步抓紧，压力继续升高，当达到上限点p2时即电流达到保护点时，变频器进入保护状态，电机1 1平滑进入低速运转。在抓紧物料过程中，如果压力受负载影响在p1与p2点之间变化，则泵18流量在Q1与Q2点之间随之改变。形成了压力与流量的准恒功率控制，不会出现节流和溢流发热能量损失。也就是说，实现了柔性启动，平滑变频，过流保护的智能控制。因此，对于大容量封闭式抓斗可以既不增加电机功率，又保证抓爪有足够的挖掘力。
抓爪张开过程与闭合过程一样，只是变化不那么明显。液压系统溢流阀这时只起二次安全保护作用，设定值高于p2点。
下面参照图6详细说明本实用新型所采用的电流连接关系，从图中可以看出，本实用新型所述的变频液压抓斗中所采用的控制电路包括一个变频器MDV-****/3、一个隔离变压器TC1、一个电流变送器PA、一个整流电桥VC1、四个继电器KA1，KA2，KA3，KA4、一个三路电流断路器QM1、一个双路电流断路器QF1、两个单路电流断路器QF2、QF4、一个急停开关SB1、一个电源指示灯HL1、一个三位操作开关SA1和一个讯响器HA1。除了操作开关和讯响器放在操作盒内，其余部件全部均设置在变频电控柜体内。
变频器MDV-****/3为核心器件，电源输入端L1、L2、L3经过电流断路器QM1与38 0V的交流电连接，电源输出端U、V、W、PE与抓斗电机M1连接，PE保护接地。变频器控制口12、13为模拟量4～20mA输出端，连接到电流变送器PA模拟量输入端1、2；变频器控制口5、6、7、8、9、16为开关量输入端，其中控制口9为公共电源+15V接口，在该控制口9与控制公用点之间串接急停开关SB1。公用点与控制口5之间连接继电器KA1的常开触点KA1.1；公用点与控制口6之间连接继电器KA2的常开触点KA2.1；公用点与控制口7之间串接继电器KA3的常闭触点KA3.1和继电器KA4的常闭触点KA4.1；公用点与控制口8之间串接继电器KA3的常开触点KA3.2和继电器KA4的常闭触点KA4.2；公用点与控制口16之间串接继电器(KA3)的常开触点KA3.3和继电器KA4的常开触点KA4.3。
隔离变压器TC1是给电流变送器PA和整流电桥VC1提供安全电源，输入端AC380V与电流断路器QM1两相连接，其间串连双路电流断路器QF1；交流电源AC220V输出端与电流变送器PA电源端口15、16连接，其中一路串连单路电流断路器QF2，在电源端口15、16端口并联一个控制电源指示灯HL1；隔离变压器AC25V输出端与整流电桥VC1输入端连接，其中一路串连单路电流断路器QF4。
整流电桥VC1提供24V的直流电源，一方面供给继电器与操作开关回路，即D/6连接B/5、B/6连接A/5；另一方面供给讯响器HA1，即讯响器串接继电器(KA4)的常开触点KA4.4后与直流电源DC24V连接。
电流变送器PA模拟信号输入端1、2与变频器模拟信号输出端12、13连接，数字显示电机电流。变送器内置两个继电器K1和K2，分别控制变频点和电机保护点，K1一端13与直流电源DC24V负极B/5连接，一端12与操作开关的端子3和4连线连接；K2一端6与DC24V负极B/5连接，另一端与继电器K4线圈和DC24V的正极A/5串连接。
继电器KA1控制电机右转运行，带一个常开触点KA1.1，连接在变频器控制端5与9之间；继电器KA2控制电机左转运行，带一个常开触点KA2.1，连接在变频器控制端6与9之间；继电器KA3控制变频后电机中速运行，带一个常闭触点KA3.1和三个常开触点KA3.2、KA3.3、KA3.，而且触点KA3.1、KA3.2和KA3.3分别连接在变频器控制端7与9、8与9和16与9之间，触点KA3.4并联在电流变送器的继电器K1两端；继电器KA4控制变频后的电机，保护其慢速运行，两个常闭触点KA4.1、KA4.2和两个常开触点KA4.3、KA4.4、KA4.1串连在变频器控制端7与触点KA3.1之间，触点KA4.2串连在变频器控制端8与触点KA3.2之间，触点KA4.3串连在变频器控制端16与触点KA3.3之间，触点KA4.4串连在讯响器与整流电桥DC24V回路中。
操作开关SA1为自复位双层转换开关，复中位时停电机，扳到右位时端子2与2接通、4与4接通，电机右转；扳到左位时端子1与1接通、3与3接通，电机左转。操作开关第一层上侧1和2连接，并与24V直流电源的负极B/5连接。第一层下侧端子2串连接继电器KA1线圈与24V直流电源的正极A/5连接，第一层下侧端子1串连接继电器KA2线圈与24V直流电源正极A/5连接。第二层上侧3和4连接，并与电流变送器PA的继电器K1的一端12连接，第二层下侧端子3和4连接后再串连接继电器KA3线圈与DC24V正极A/5连接。
急停开关SB1是在遇到紧急情况时切断变频器控制电源，从而切断一切操作。它连接在变频器控制电源端9与控制公用点之间。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其包括支撑框架、液压泵站、液压泵、液压缸、多个抓爪、控制液压泵工作的电机以及控制电机运转的变频电控柜；其特征在于每个所述抓爪的横向形状呈扇叶形的铲板式结构，所述抓爪的纵向结构分别包括依次一体连接的直线段、圆弧段和直线弯曲端，各个抓爪闭合后形成下部封闭的容腔。
2.根据权利要求1所述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其特征在于所述的支撑框架为本体，其上下设有不同直径的金属筒体结构，下部筒体为油箱，上部简体内装液压泵站；所述液压泵站由电动机、双向高压液压泵、集成控制阀块和油箱盖板组成一体，油箱盖板通过固定螺栓和密封圈使油箱密闭；上部筒体与上盖螺拴连接，上盖与吊环销轴连接；下部筒体耳环通过第一销轴与抓爪支点铰接；油缸两端的耳环由第二销轴分别与上部筒体耳环和抓爪驱动点铰接；油缸保护架与支撑框架螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其特征在于所述的电机通过联轴器连接高压双向液压泵，所述液压泵插入油箱使两个吸油口侵入介质，所述液压泵的两个压力出口与集成控制阀块管路连接；集成控制阀块由两个溢流阀、两个单向阀和两个液控单向阀通过块体内部孔道连接组成；集成控制阀块的两个出口分别与高压胶管总成和油缸两腔管路连接，两个管路上各连接一个测压接头，六个油缸并联连接；所述集成控制阀块回油口T与回油过滤器和油箱管路连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其特征在于所述的液压抓斗通过四芯电缆与一变频电控柜连接，所述变频电控柜通过七芯电缆与操作盒连接，所述电控柜外接动力电源。
5.根据权利要求4所述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其特征在于所述变频电控柜中的控制电路包括一台变频控制器、一个电流变送器、四个继电器、一个隔离变压器和相应的电流断路器元件；所述电控柜与一个带三位转换开关和指示灯的操作盒组成一套电控系统；用四芯电缆将所述变频电控系统与液压抓斗的电机连接。
6.根据权利要求5所述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其特征在于所述变频器的电源输入端经过电流断路器与380V的交流电连接，电源输出端与抓斗电机连接，其PE端保护接地，变频器控制连接到电流变送器的模拟量输入端，通过改变所述变频器的输出频率可控制电机的转速；所述的隔离变压器为给电流变送器和整流电桥提供安全电源的装置；所述电流变送器的模拟信号输入端与变频器模拟信号输出端连接，并数字显示电机电流；所述整流电桥提供24V的直流电源，所述整流电桥一方面为继电f器与操作开关回路提供电源，另一方面为讯响器提供电源；在所述四个继电器中，第一继电器控制电机右转运行，第二继电器控制电机左转运行，第三继电器控制变频后电机中速运行，第四继电器控制变频后的电机，保护其慢速运行；所述三位操作开关为自复位双层转换开关；所述急停开关为遇到紧急情况时可切断变频器控制电源的开关。
7.根据权利要求6所述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其特征在于所述抓爪为4-8个。
8.根据权利要求7所述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其特征在于所述抓爪为6个。
9.根据权利要求8所述的大容量多爪封闭式变频液压抓斗，其特征在于所述各抓斗闭合后的包容体积为4至5立方米。
专利摘要一种大容量多爪封闭式变频液压抓斗，包括支撑框架、液压泵站、液压泵、液压缸、多个抓爪、控制液压泵工作的电机以及控制电机运转的变频电控柜；每个所述抓爪的横向形状呈扇叶形的铲板式结构，所述抓爪的纵向结构分别包括依次一体连接的直线段、圆弧段和直线弯曲端，各个抓爪闭合后形成下部封闭的容腔。该抓具在物料密度为3500kg/m3时不仅能抓取不规则物料，而且能抓取各类碎料。同时能避免系统发热，并实现智能控制，对电机起到保护作用。
文档编号B66C3/00GK2548986SQ02209249
公开日2003年5月7日 申请日期2002年4月30日 优先权日2002年4月30日
发明者丁晓东, 宋宇, 卢山, 雷宝君, 刘国华 申请人:丁晓东, 宋宇, 卢山, 雷宝君, 刘国华