CN101734565B - 起重机卷扬控制***及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种起重机卷扬控制***，包括双向变量泵、双向变量马达、电液比例控制阀、输入装置和控制器；还包括两个进油口分别与双向变量泵的两个出油口连通的梭阀，和设置在梭阀的出液油路上压力传感器，用于采集双向变量泵输出压力油的压力信号并输出至控制器；控制器的预值设定单元用于预先设定并储存发动机功率与转速之间对应关系的关系表；其计算单元用于根据接收的压力信号及双向变量泵的转速和排量计算得出双向变量泵的输出功率；其比较单元用于将计算得出的双向变量泵的输出功率和预值设定单元中的与其转速相对应的发动机功率进行比较，输出控制双向变量泵排量的控制信号。在此基础上，本发明还提供一种具有该卷扬控制***的起重机。

Description

起重机卷扬控制***及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及起重机卷扬控制***及起重机。

背景技术

按照控制原理的不同，液压控制***可分为阀控***和泵控***。现有的液压控制的起重机卷扬***通常采用阀控***，如图1所示，利用主多路换向阀30控制起升物体的方向及速度，当换向阀30处于右位时，液压马达60正转并通过减速器10驱动卷筒20提升重物G，实现吊重上升；当换向阀30处于左位时，液压马达60反转并驱动卷筒20下放重物G，实现负重下降，此时，起升平衡阀40起平稳作用；当换向阀30处于中位时，回路实现承重静止。其中，常闭式制动液压缸70用于实现卷筒20的制动；在通往制动缸的支路上设有单向节流阀50，确保液压马达60产生一定的驱动力矩后制动液压缸70才彻底拉开制动闸瓦，从而可避免在马达驱动力矩充分形成前重物G向下溜滑，同时，液压马达60在结束负重下降后，即换向阀30回复中位时，阀50的单向阀使得制动缸下腔的油液迅速排出，确保制动闸瓦快速制动，避免重物G继续下降。

换向阀换向过程中，由于中位向左位或右位换向时液流突然受阻，不仅会产生液压冲击，而且还存在原理性的节流损失。特别是对于大吨位的起重机来说，上述问题表现得更加明显。

众所周知，发生液压冲击时，由于瞬间的压力峰值比正常的工作压力大好几倍，因此对密封元件、管道和液压元件都有损坏作用，还会引起设备振动，产生很大的噪声。产生节流损失时，***发热量较大，因此，尽管采用恒功率变量泵作为动力源，整个控制***还是存在着效率降低的问题；另外，温度升高后，液压油液粘度的降低会引起内泄增加，进而导致起升平衡阀无法控制重物下滑，存在不安全的隐患。

随着起重机开发吨位越来越大，基于阀控***所存在液压冲击和能量损失的问题，亟待提高其起重机卷扬起升***的高效率及安全可靠性。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种起重机卷扬控制***及起重机。

本发明提供的起重机卷扬控制***，包括双向变量泵、双向变量马达、电液比例控制阀、输入装置和控制器；其中，所述双向变量马达的两个进油口分别与所述双向变量泵的两个出油口连通，该双向变量马达的第一进油口进液时，卷扬卷筒收绳；该双向变量马达的第二进油口进液时，卷扬卷筒放绳；所述电液比例控制阀与所述双向变量泵相连，用于控制双向变量泵输出压力油的作用方向和排量；所述输入装置用于输入控制卷扬动作的命令；所述控制器接收输入装置的控制命令，并输出用于控制电液比例控制阀的控制信号。

优选地，还包括梭阀和压力传感器；其中，所述梭阀的两个进油口分别与所述双向变量泵的两个出油口连通；所述压力传感器设置在所述梭阀的出液油路上，用于采集双向变量泵输出压力油的压力信号并输出至所述控制器。所述控制器包括预值设定单元、计算单元和比较单元；其中，所述预值设定单元用于预先设定并储存发动机功率与转速之间对应关系的关系表；所述计算单元用于根据接收的压力信号及双向变量泵的转速和排量计算得出所述双向变量泵的输出功率；所述比较单元用于将计算得出的双向变量泵的输出功率和预值设定单元中的与其转速相对应的发动机功率进行比较，若所述双向变量泵的输出功率大于与其相对应的发动机功率，则输出减小所述双向变量泵排量的控制信号；若所述双向变量泵的输出功率小于与其相对应的发动机功率，则输出增加所述双向变量泵排量的控制信号。

优选地，还包括转速传感器，该转速传感器用于采集双向变量马达的转速信号并输出至所述控制器；所述输入装置为控制手柄，可根据所述控制手柄位置的变化输出相应的控制信号；所述控制器的计算单元还用于根据接收的控制信号计算双向变量马达的理论转速值；所述控制器的比较单元还用于将所述转速传感器采集的双向变量马达的转速信号与理论转速值进行比较，若采集的双向变量马达的转速信号大于理论转速值，则输出减小所述双向变量泵排量的控制信号。

优选地，所述控制器输出控制信号将双向变量泵的排量减小为零时，若转速传感器采集的双向变量马达的转速信号大于理论转速值，则输出改变所述双向变量泵压力油方向的控制信号。

优先地，还包括补油泵、第一平衡阀、第二平衡阀和溢流阀；其中，第一平衡阀和第二平衡阀的第一油口均与所述补油泵的压力油出口连通；第一平衡阀和第二平衡阀的第二油口分别与所述双向变量泵的两个出油口连通；所述溢流阀设置在所述补油泵的压力油出口与油箱之间。

优选地，还包括补油单向阀，其进油口与所述补油泵的压力油出口连通，其出油口与所述双向变量马达的第二进油口连通。

优选地，还包括单作用制动油缸和电磁换向阀；所述单作用制动油缸用于控制常闭式制动器；所述电磁换向阀具有两个工作位置，该电磁换向阀失电时处于左位，所述单作用制动油缸的有杆腔与油箱连通，该电磁换向阀得电时处于右位，所述单作用制动油缸的有杆腔与补油泵的压力油出口连通。

优选地，还包括压力继电器，设置在双向变量马达第二进油口的进液油路上，当双向变量马达第二进油口的进液压力小于该压力继电器的工作压力时，输出信号至所述电磁换向阀的控制信号接收端，所述电磁换向阀失电。

优选地，所述控制器还包括存储单元，用于存储提升时压力传感器采集的最大压力信号；当重物在空中需再次提升或下降时，所述控制器的比较单元将压力传感器采集的压力信号与存储单元中存储的最大压力信号进行比较，若采集的压力信号大于存储单元中存储的最大压力信号时，输出控制信号至电磁换向阀，所述电磁换向阀得电。

本发明提供的起重机卷扬控制***，采用双向变量泵和双向变量马达构成泵控***。在工作状态下，操作者根据操作需要操纵输入装置发出控制卷扬动作的命令，所述控制器接收输入装置的控制命令并输出控制信号至电液比例控制阀，以控制双向变量泵输出压力油的作用方向和排量，从而为***提供可满足使用需要的压力油液。

由于本发明的技术方案直接利用双向变量泵控制双向变量马达的转动方向和速度，与现有阀控***相比，本发明所述控制***在马达换向过程中没有液压冲击，因此，可大大提高液压元件及管路的使用寿命，降低整机维修成本；另外，本发明所述控制***中没有控制阀产生的节流损失，从而避免了现有阀控***的节流损失，因此，可保证***具有较高的效率。

本发明的优选方案中，在所述双向变量泵的两个出油口之间设置有梭阀，在所述梭阀的出液油路上设置有压力传感器；由于所述梭阀的两个进油口分别与双向变量泵的两个出油口连通，这样，梭阀出油口的压力始终为***工作压力。在工作状态下，所述压力传感器能够实时检测到双向变量泵输出至***的压力油液的压力值，并输出该压力信号至所述控制器；所述控制器根据该压力信号及泵的转速和排量计算得出所述双向变量泵的输出功率，并将该输出功率和预先设定的与该转速对应的发动机功率进行比较，若所述双向变量泵的输出功率大于与其相对应的发动机功率，则输出控制信号以减小所述双向变量泵的排量，从而提高***工作效率，确保发动机与液压***协调工作。

本发明的另一优选方案中，还包括用于采集双向变量马达转速信号的转速传感器；所述控制器的计算单元根据接收的控制信号计算双向变量马达的理论转速值；所述控制器的比较单元将所述转速传感器采集的双向变量马达的转速信号与理论转速值进行比较，若采集的双向变量马达的转速信号大于理论转速值，则输出减小所述双向变量泵排量的控制信号，以消除失速现象。进一步地，若所述控制器输出控制信号将双向变量泵的排量减小为零时，还没有消除失速现象，则控制器输出改变所述双向变量泵压力油方向的控制信号，此时，双向变量泵反向供油作为电控平衡阀进行功率的吸收。

针对起重机负重下载工况，本发明的又一优选方案在双向变量马达第二进油口的进液油路上设置有压力继电器，用于检测该口的进油压力；并且采用电磁换向阀控制制动油缸的工作状态。常态时，所述电磁换向阀处于左位，所述单作用油缸的有杆腔与油箱连通，即制动状态；起重机处于正常工作时，所述电磁换向阀得电处于右位，所述单作用制动油缸的有杆腔与补油泵的压力油出口连通，即非制动状态。在起重机负重失速时，双向变量马达的排量增加，其第二进油口的进液压力小于该压力继电器的工作压力，此时，压力继电器输出信号至所述电磁换向阀的控制信号接收端，所述电磁换向阀失电，该电磁换向阀失电，通过制动油缸强行制动，从而避免了失速带来的安全隐患。

本发明的再一个优选方案具有防止二次下滑的功能，所述控制器还包括用于存储提升时压力传感器采集的最大压力信号的存储单元；当重物在空中需再次提升或下降时，若采集的压力信号大于存储单元中存储的最大压力信号时，输出控制信号至电磁换向阀，所述电磁阀得电；即，若二次启动时，只有***压力足以使得马达具有克服重物的驱动力矩时，才打开制动器。

本发明还提供了一种起重机，具有控制卷扬作业的控制***，所述控制卷扬作业的控制***采用如前所述的起重机卷扬控制***。

附图说明

图1是现有阀控起重机卷扬控制***的液压原理图；

图2是本发明所述起重机卷扬控制***的液压原理图；

图3是本发明所述起重机卷扬控制***的控制单元框图。

图2-图3中：

双向变量泵1、双向变量马达2、电液比例控制阀3、输入装置4、控制器5、预值设定单元51、计算单元52、比较单元53、存储单元54、梭阀6、压力传感器7、转速传感器8、补油泵9、第一平衡阀11、第二平衡阀12、溢流阀13、补油单向阀14、制动油缸15、电磁换向阀16、压力继电器17、蓄能器18。

具体实施方式

本发明的核心在于无需控制阀，直接利用双向变量泵输出压力油的方向和排量来控制双向变量马达的转动方向和速度，工作过程中，可避免液压冲击及节流损失的发生，从而提高液压元件及管路的使用寿命，确保***具有较高的效率。

下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

本发明提供的起重机卷扬控制***，包括双向变量泵1、双向变量马达2、电液比例控制阀3、输入装置4和控制器5。

参见图2，该图是本发明所述起重机卷扬控制***的液压原理图。

如图2所示，双向变量马达2的两个进油口分别与所述双向变量泵1的两个出油口连通，该双向变量马达2的第一进油口A进液时，卷扬卷筒(图中未示出)收绳，实现起重机起升作业；该双向变量马达2的第二进油口B进液时，卷扬卷筒放绳，实现起重机下降作业。

电液比例控制阀3与所述双向变量泵1相连，用于控制双向变量泵1输出压力油的作用方向和排量；从而控制双向变量马达2的转动方向和转速。

参见图3，该图是本发明所述起重机卷扬控制***的控制单元框图。

如图3所示，输入装置4用于输入控制卷扬动作的命令；控制器5接收输入装置4的控制命令，并输出用于控制电液比例控制阀3的控制信号。具体地，所述输入装置4为控制手柄，内置有两个双向角度传感器，可根据所述控制手柄位置的变化输出相应的脉宽调制控制信号，控制器5将该信号进行放大处理后输出至电液比例控制阀3，控制电液比例控制阀3的先导压力油输出压力，从而控制双向变量泵1的排量。

为更好的控制双向变量泵的输出功率与发动的功率相匹配，提高***的效率，进一步地，本发明还包括梭阀6和压力传感器7。

梭阀6的两个进油口分别与所述双向变量泵1的两个出油口连通；所述压力传感器7设置在所述梭阀6的出液油路上，用于采集双向变量泵1输出压力油的压力信号并输出至所述控制器5。由于压力传感器7与所述梭阀6的出液口连通，因此，该压力传感器7采集的压力信号始终为工作压力。

如图3所示，所述控制器5包括预值设定单元51、计算单元52和比较单元53；其中，所述预值设定单元51用于预先设定并储存发动机功率与转速之间对应关系的关系表；所述计算单元52用于根据接收的压力信号及双向变量泵1的转速和排量计算得出所述双向变量泵1的输出功率；所述比较单元53用于将计算得出的双向变量泵1的输出功率和预值设定单元51中的与其转速相对应的发动机功率进行比较，若所述双向变量泵1的输出功率大于与其相对应的发动机功率，则输出减小所述双向变量泵排量的控制信号；若所述双向变量泵1的输出功率小于与其相对应的发动机功率，则输出增加所述双向变量泵排量的控制信号，以确保双向变量泵1的输出功率与发动机功率相匹配。

为防止卷扬机构在起重机负重下降时出现失速现象，进一步地，本发明还包括转速传感器8，该转速传感器8用于采集双向变量马达2的转速信号并输出至所述控制器5；所述控制器1的计算单元52还用于根据接收的控制信号计算双向变量马达2的理论转速值；所述控制器5的比较单元53还用于将所述转速传感器8采集的双向变量马达2的转速信号与理论转速值进行比较，若采集的双向变量马达2的转速信号大于理论转速值，则输出减小所述双向变量泵排量的控制信号，以减少双向变量马达的吸油量，避免失速所存在的安全隐患。更进一步地，所述控制器5输出控制信号将双向变量泵1的排量减小为零时，若转速传感器8采集的双向变量马达2的转速信号大于理论转速值，则输出改变所述双向变量泵压力油方向的控制信号。

在工作中不断有油液泄漏，为了补充这些泄漏的消耗，维持***正常工作，必须给***及时补充油液。进一步地，本发明还包括排量和压力小于主泵的补油泵9，用于选择补油方向的第一平衡阀11和第二平衡阀12以及溢流阀13。为***补充油液的补油泵8可增加主泵1进油口处压力，防止大流量时产生气蚀，以避免***内泄所带来的双向变量泵1吸空现象，提高工作寿命。

其中，第一平衡阀11和第二平衡阀12的第一油口均与所述补油泵9的压力油出口连通；第一平衡阀11和第二平衡阀12的第二油口分别与所述双向变量泵1的两个出油口连通，以向主油路的低压侧补油，补偿由于泵、马达容积损失所泄漏的流量。

所述溢流阀13设置在所述补油泵9的压力油出口与油箱之间，防止泵和双向变量泵1超载。

另外，还包括补油单向阀14，其进油口与所述补油泵9的压力油出口连通，其出油口与所述双向变量马达2的第二进油口连通，为避免起重机马达失速提供补充油液，保证重物下降速度平稳可靠，提高作业的安全性。

在起重机负重下降工况，若出现失速较严重的情况，补油泵9无法提供满足需要的补充油液。进一步地，本发明还包括单作用制动油缸15和电磁换向阀16；所述单作用制动油缸15用于控制常闭式制动器(图中未示出)；所述电磁换向阀16具有两个工作位置，该电磁换向阀16失电时处于左位，所述单作用制动油缸15的有杆腔与油箱连通，即制动状态；该电磁换向阀16得电时处于右位，所述单作用制动油缸15的有杆腔与补油泵9的压力油出口连通，即非制动状态。

压力继电器17设置在双向变量马达2第二进油口的进液油路上，当双向变量马达2第二进油口的进液压力小于该压力继电器17的工作压力时，输出信号至所述电磁换向阀16的控制信号接收端，所述电磁换向阀16失电，此时制动器处于制动状态，进一步提高了安全性能。

如图2所示，还包括蓄能器18，其进油口与所述补油泵9的压力油出口连通，以存储能量、消除脉动。

如图3所示，所述控制器5还包括存储单元54，用于存储提升时压力传感器7采集的最大压力信号；当重物在空中需再次提升或下降时，所述控制器5的比较单元53将压力传感器7采集的压力信号与存储单元54中存储的最大压力信号进行比较，若采集的压力信号大于存储单元54中存储的最大压力信号时，输出控制信号至电磁换向阀16，所述电磁换向阀16得电。当重物在空中需再次提升或下降时，***压力必须达到记忆存储的最大压力才能动作，即只有***压力足以使得马达具有克服重物的驱动力矩时，才打开单作用油缸解除制动；重物着地时，人工或自动清除记忆值。

特别说明的是，本发明所述双向变量泵1、梭阀6、第一平衡阀11、第二平衡阀12和溢流阀13等部件可集成设计，以获得更好的匹配性能及装配工艺性，只要满足使用需要均在本专利的保护范围内。

本实施方式还提供了一种起重机，具有控制卷扬作业的控制***，所述控制卷扬作业的控制***采用如前所述的起重机卷扬控制***。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.起重机卷扬控制***，其特征在于，包括：

双向变量泵；

双向变量马达，其两个进油口分别与所述双向变量泵的两个出油口连通，该双向变量马达的第一进油口进液时，卷扬卷筒收绳；该双向变量马达的第二进油口进液时，卷扬卷筒放绳；

电液比例控制阀，与所述双向变量泵相连，用于控制双向变量泵输出压力油的作用方向和排量；

输入装置，用于输入控制卷扬动作的命令；

梭阀，其两个进油口分别与所述双向变量泵的两个出油口连通；

压力传感器，设置在所述梭阀的出液油路上，用于采集双向变量泵输出压力油的压力信号并输出至控制器；和

控制器，接收输入装置的控制命令，并输出用于控制电液比例控制阀的控制信号；且所述控制器包括：

预值设定单元，用于预先设定并储存发动机功率与转速之间对应关系的关系表；

计算单元，用于根据接收的压力信号及双向变量泵的转速和排量计算得出所述双向变量泵的输出功率；和

比较单元，用于将计算得出的双向变量泵的输出功率和预值设定单元中的与其转速相对应的发动机功率进行比较，若所述双向变量泵的输出功率大于与其相对应的发动机功率，则输出减小所述双向变量泵排量的控制信号；若所述双向变量泵的输出功率小于与其相对应的发动机功率，则输出增加所述双向变量泵排量的控制信号。

2.根据权利要求1所述的起重机卷扬控制***，其特征在于，还包括：

转速传感器，用于采集双向变量马达的转速信号并输出至所述控制器；且

所述输入装置为控制手柄，可根据所述控制手柄位置的变化输出相应的控制信号；且

所述控制器的计算单元还用于根据接收的控制信号计算双向变量马达的理论转速值；所述控制器的比较单元还用于将所述转速传感器采集的双向变量马达的转速信号与理论转速值进行比较，若采集的双向变量马达的转速信号大于理论转速值，则输出减小所述双向变量泵排量的控制信号。

3.根据权利要求2所述的起重机卷扬控制***，其特征在于，所述控制器输出控制信号将双向变量泵的排量减小为零时，若转速传感器采集的双向变量马达的转速信号大于理论转速值，则输出改变所述双向变量泵压力油方向的控制信号。

4.根据权利要求2所述的起重机卷扬控制***，其特征在于，还包括：

补油泵；

第一平衡阀和第二平衡阀，两者的第一油口均与所述补油泵的压力油出口连通；两者的第二油口分别与所述双向变量泵的两个出油口连通；和

溢流阀，设置在所述补油泵的压力油出口与油箱之间。

5.根据权利要求4所述的起重机卷扬控制***，其特征在于，还包括：

补油单向阀，其进油口与所述补油泵的压力油出口连通，其出油口与所述双向变量马达的第二进油口连通。

6.根据权利要求4所述的起重机卷扬控制***，其特征在于，还包括：

单作用制动油缸，用于控制常闭式制动器；和

电磁换向阀，具有两个工作位置，该电磁换向阀失电时处于左位，所述单作用制动油缸的有杆腔与油箱连通，该电磁换向阀得电时处于右位，所述单作用制动油缸的有杆腔与补油泵的压力油出口连通。

7.根据权利要求6所述的起重机卷扬控制***，其特征在于，还包括：

压力继电器，设置在双向变量马达第二进油口的进液油路上，当双向变量马达第二进油口的进液压力小于该压力继电器的工作压力时，输出信号至所述电磁换向阀的控制信号接收端，所述电磁换向阀失电。

8.根据权利要求6所述的起重机卷扬控制***，其特征在于，所述控制器还包括存储单元，用于存储提升时压力传感器采集的最大压力信号；当重物在空中需再次提升或下降时，所述控制器的比较单元将压力传感器采集的压力信号与存储单元中存储的最大压力信号进行比较，若采集的压力信号大于存储单元中存储的最大压力信号时，输出控制信号至电磁换向阀，所述电磁换向阀得电。

9.起重机，具有控制卷扬作业的控制***，其特征在于，所述控制卷扬作业的控制***采用如权利要求1至8中任一权利要求所述的起重机卷扬控制***。

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