CN102815633B - 液压绞车的控制装置和工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压绞车的控制装置和工程机械。控制装置包括马达、背压阀和流量调节阀；马达与液压绞车连接，马达包括负载腔和下降腔；负载腔依次与背压阀、流量调节阀和油箱连接。本发明中的控制装置通过其流量调节阀来调节马达的负载腔所排出的液压油的流量，从而实现了对下降速度的控制，使慢速下降的速度得到了稳定的控制，在控制上更加稳定、可靠。

Description

液压绞车的控制装置和工程机械

技术领域

本发明涉及液压领域，更具体地，涉及一种液压绞车的控制装置和工程机械。

背景技术

竖向的土石方开挖施工(例如从地表向下钻进、掘进等)需要对钻进/掘进的速度、钻进/掘进工作装置(即负载)对地底的压力加以控制。当钻进/掘进工作装置由液压绞车悬吊时，钻进/掘进的速度、钻进/掘进工作装置对地底的压力控制可以通过控制液压绞车的放绳速度(即下降速度)和绳上的拖力得以实现。

图1示出了现有技术中的一种液压绞车的控制装置的液压原理图。如图1所示，液压绞车40的卷筒通过减速机110与马达10连接，马达10包括负载腔11和下降腔12，马达10依次通过负载平衡阀120和换向阀130与压力油源140连接。其中，负载平衡阀120包括阀121。

当需要负载起升时，负载平衡阀120的阀121位于左工位，此时，换向阀130使压力油源140输出的压力油经过阀121左工位的单向阀流入马达10的负载腔，从而实现起升的功能。当需要负载下降时，负载平衡阀120的阀121位于右工位，此时，换向阀130使压力油源140输出的压力油进入马达10的下降腔12，同时，负载平衡阀120的阀121工作在右工位。此时，阀121处于节流状态，使来自负载腔11的高压油得到释放。如果下降的速度过快以致马达10的流量需求超过了下降腔12的供油量，那么下降腔12被吸空，于是负载平衡阀120的阀121在弹簧的作用下由右工位变为左工位，以减小负载腔11的高压油的释放速度，从而实现下降速度与供给流量的匹配以及负载的力平衡。也就是说，现有技术中的液压绞车的慢速放绳是通过减小提供给马达的液压油流量实现的。

由于放绳的速度大小是通过调整供给马达的液压油流量实现的，只有提供给马达的液压油流量本身稳定才能保证放绳速度的稳定。然而，现有技术中对液压油流量的控制一般通过油泵与阀的配合实现，其流量的稳定性并不高。现有技术中的液压绞车的液压马达及减速机是为实现快速起升、下降而设计的，当用于慢速放绳时，马达的转速极慢，转速难以稳定控制。特别地，放绳速度的稳定还通过负载平衡阀的局部闭环反馈控制实现。在慢速放绳时，局部闭环反馈控制的性能极差，容易产生控制抖动，从而影响放绳速度的稳定性。

进一步地，钻进/掘进工作装置的触地力的大小调节功能、以及防止液压绞车上的绳索过放功能是通过液压绞车的反卷实现的。由于放绳采用向下降腔主动供油的操作模式，因此，液压马达由正向下放切换到反卷时，需要复杂的电气、液压结构才能实现。

发明内容

本发明旨在提供一种液压绞车的控制装置和钻机，以解决现有技术中慢速放绳时速度不稳定的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种液压绞车的控制装置，控制装置包括马达、背压阀和流量调节阀；马达与液压绞车连接，马达包括负载腔和下降腔；负载腔依次与背压阀、流量调节阀和油箱连接。

进一步地，控制装置还包括第一补油部，第一补油部包括压力源和单向阀，压力源通过单向阀与负载腔连接。

进一步地，压力源为油泵或蓄能器。

进一步地，第一补油部还包括用于设定补油压力的第一溢流阀。

进一步地，控制装置还包括与下降腔连接的防吸空补油回路，防吸空补油回路包括用于设定防吸空补油压力的第二溢流阀。

进一步地，控制装置还包括控制器，与背压阀和流量调节阀连接，用于控制背压阀的背压和流量调节阀的开度。

进一步地，控制装置还包括用于控制液压绞车的制动器，控制装置还包括用于控制制动器的刹车释放单元，刹车释放单元包括减压阀和第一换向阀，负载腔依次通过减压阀和第一换向阀与制动器连接，控制装置还包括用于检测负载腔的压力的压力检测元件，压力检测元件与控制器连接，控制器根据压力检测元件检测到的压力控制第一换向阀的换向。

进一步地，刹车释放单元还包括第二换向阀，减压阀通过第二换向阀与第一换向阀连接。

进一步地，流量调节阀为节流阀、流量阀、或负载平衡阀。

进一步地，背压阀为溢流阀或顺序阀。

进一步地，背压阀为内控外泄溢流阀或为内控外泄顺序阀。

根据本发明的第二个方面，提供了一种工程机械，包括液压绞车、钻具和用于控制液压绞车的控制装置，钻具与液压绞车连接，该控制装置是上述的控制装置。

进一步地，控制装置的马达通过减速机与液压绞车连接，减速机是双输入减速机，双输入减速机的一端与控制装置的马达连接，另一端依次通过另一个马达、负载平衡阀、换向阀与压力油源连接。

进一步地，工程机械是钻机或铣槽机。

本发明中的控制装置通过其流量调节阀来调节马达的负载腔所排出的液压油的流量，从而实现了对下降速度的控制，使慢速下降的速度得到了稳定的控制，在控制上更加稳定、可靠。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有技术中的一种液压绞车的控制装置的液压原理图；

图2示意性示出了本发明中的一个实施例中的控制装置的液压原理图；以及

图3示意性示出了本发明中的另一个实施例中的控制装置的液压原理图。

图中附图标记：10、马达；10、马达’；11、负载腔；11’、负载腔；12、下降腔；12’、下降腔；20、背压阀；30、流量调节阀；40、液压绞车；50、油箱；60、第一补油部；61、压力源；62、单向阀；63、第一溢流阀；70、防吸空补油回路；71、第二溢流阀；80、控制器；90、制动器；101、减压阀；102、第一换向阀；103、压力检测元件；104、第二换向阀；110、减速机；120、负载平衡阀；121、阀；130、换向阀；140、压力油源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的第一方面，提供了一种液压绞车的控制装置。如图2和图3所示，该控制装置包括马达10、背压阀20和流量调节阀30；马达10与液压绞车40连接，马达10包括负载腔11和下降腔12；负载腔11依次与背压阀20、流量调节阀30和油箱50连接。优选地，马达10通过减速机110与液压绞车40的卷筒连接，因此，在需要慢速下降的场合，使用减速比越大的减速机，越容易实现慢速下降。

马达10驱动液压绞车40的卷筒转动，从而将负载(例如钻具等工作装置)提升或下降。特别地，通过对液压绞车40的卷筒的速度控制实现慢速放绳，以控制负载在慢速放绳时具有稳定的速度，并相应的控制对负载的拖力大小，以控制负载的触地力的大小。

请结合图2和图3，由于背压阀20和流量调节阀30与马达10的负载腔11串联地连接，由负载腔11流出的液压油依次流经背压阀20和流量调节阀30，然后再流回油箱50。在此期间，负载下降所释放的势能也同时被背压阀20和流量调节阀30转化为热能。

其中，背压阀20可用于设定负载下降时所受到的拖力大小(以钻具等工作装置为例，可实现对工作装置的触地力的控制)，优选地，背压阀20为溢流阀或顺序阀，进一步地，背压阀20为内控外泄溢流阀或为内控外泄顺序阀。采用这些形式的背压阀，可以使由负载腔11流出的压力油几乎不受阻碍地经过背压阀，防止背压阀对其下游的流量调节阀30产生干扰。这样，钻进/掘进工作装置的触地力的大小调节就可以通过背压阀20来实现，不需要象现有技术中那样通过液压绞车的反卷实现，不需要复杂的电气、液压结构。

流量调节阀30用于设定马达10的负载腔11的排油的速度，也即设定负载的下降速度，优选地，流量调节阀30为节流阀、流量阀、或负载平衡阀。

这样，只有当马达10的负载腔11的压力达到背压阀20的设定值时，负载腔11的压力油才允许经过背压阀20流向流量调节阀30。压力油流经流量调节阀30时，流量越大、阻力越大，从而使负载的最大下降速度得到限制。优选地，流量调节阀30可以是比例流量调节阀，以使负载的下降速度得到更加精确的控制。

可见，由于背压阀20与流量调节阀30依次串联地设置，首先保证了马达10的负载腔的压力，也就是保证了作用在绳上的拖力。由于拖力是保证钻进/掘进的垂直度、保护工作装置上的刀具、传动箱的关键参数，因此，对拖力的有效控制，可以提高钻进/掘进的垂直度，延长工作装置上的刀具及传动箱的使用寿命。

本发明中的控制装置通过其流量调节阀30来调节马达10的负载腔11所排出的液压油的流量，从而实现了对下降速度的控制，使慢速下降的速度得到了稳定的控制，在控制上更加稳定、可靠。

为了防止内泄漏，控制装置还包括第一补油部60，第一补油部60包括压力源61和单向阀62，压力源61通过单向阀62与负载腔11连接。这样，当发生了内泄漏时，可通过压力源61经过单向阀62向负载腔11补充液压油。优选地，压力源61为油泵或蓄能器，当然，压力源61也可以是其它形式的压力源。

特别地，第一补油部60还包括用于设定补油压力的第一溢流阀63，优选地，第一溢流阀63是旁通溢流阀。单向阀62可防止负载腔11的压力油通过第一溢流阀63泄漏。优选地，第一溢流阀63的设定压力与背压阀20的设定压力相等或相近似。由于采用了第一溢流阀63，当采用油泵等作为压力源61时，可以防止向负载腔11内补入过高的压力油。当采用蓄能器作为压力源61时，可以不需要使用第一溢流阀63。

为了防止马达10的下降腔12吸空，控制装置还包括与下降腔12连接的防吸空补油回路70，例如，防吸空补油回路70可以与任何压力油源连接。优选地，防吸空补油回路70包括用于设定防吸空补油压力的第二溢流阀71，以防止补入压力过高的液压油。

请参考图2和图3，优选地，控制装置还包括控制器80，与背压阀20和流量调节阀30连接，用于控制背压阀20的背压和流量调节阀30的开度。通过控制器80可以设定和调整背压阀20的压力设定值，以实现对拖力的调节；同时还能调节流量调节阀30的开度，以实现对下降速度的调节。优选地，背压阀此时为电液比例溢流阀或电液比例顺序阀，进一步地，可以是内控外泄式的电液比例溢流阀或电液比例顺序阀。优选地，流量调节阀30可以为电液比例流量阀。例如，操作人员可以根据地层的情况调节背压的大小和下降的速度，例如，地层较软时需要较大的背压，可以通过输入装置(例如旋钮等)对背压阀20的压力设定值和流量调节阀30的开度进行设定。然后，控制器80获取操作人员的相关设定值，并同时通过压力检测元件103的大小对背压进行实时检测。这样，便可通过压力检测元件103检测到的压力反馈值对背压阀20的压力设定值和流量调节阀30的开度进行设定和调整，以使背压达到预定的值。也就是说，利用压力检测元件103的压力反馈值可实现拖力(即背压)的闭环控制。此外，还可利用压力检测元件103的压力反馈值进行故障诊断。例如，当发生爆管故障时，压力检测元件103始终检测不到压力，并且无论如何调节背压阀20和流量调节阀30，也建立不起压力，此时可判断发生爆管故障。当背压阀20的阀芯卡住时，通过压力检测元件103检测到压力升高，但无论如何调节背压阀20，也不能使压力降低，此时可判断背压阀20发生故障。

在一个实施例中，如图2和图3所示，控制装置还包括用于控制液压绞车40的制动器90，控制装置还包括用于控制制动器90的刹车释放单元，刹车释放单元包括减压阀101和第一换向阀102，负载腔11依次通过减压阀101和第一换向阀102与制动器90连接，控制装置还包括用于检测负载腔11的压力的压力检测元件103，压力检测元件103与控制器80连接，控制器80根据压力检测元件103检测到的压力控制第一换向阀102的换向。这样，可利用压力检测元件103检测负载腔11的压力，只要当负载腔11的压力达到预定值后，控制器80才会控制第一换向阀102换向(例如，第一换向阀102位于右工位)，以利用来自负载腔11的压力油控制刹车释放单元允许卷筒开始转动，防止在未建立压力的情况下，就启动卷筒。

优选地，刹车释放单元还包括第二换向阀104，减压阀101通过第二换向阀104与第一换向阀102连接。第二换向阀104在由减压阀101输出的压力油作用下换向，起到了延时的作用。这样，在负载腔11已经建立压力的情况下，会再经过第二换向阀104的延时，从而进一步保证了刹车释放单元在正确的时机(即已经完全建立压力的情况下)允许卷筒转动，提高了***的可靠性。

在图3所示的实施例中，减速机110可以采用双输入的减速机。该减速机具有两种减速比和两个马达接入端，其中一个马达接入端可以用于快速起升和下降，另一个马达接入端可用于慢速起升和下降。特别地，在同一时间，只允许使用其中的一个马达，未被使用的马达的一端的制动器必须可靠制动。由于整个控制装置同时具备慢速和快速下降的功能，因此，可以根据不同的工况选择使用不同的速度，既提高了工作效率，又保证了慢速运动时的稳定性。

如图3所示，液压绞车40的卷筒通过双输入的减速机110与两个马达10和10’连接。与图2相比，图3增加了液压绞车40右侧的部分，以实现快速下降的功能。马达10’包括负载腔11’和下降腔12’，马达10’依次通过负载平衡阀120和换向阀130与压力油源140连接。其中，负载平衡阀120包括阀121。

当需要负载起升时，负载平衡阀120的阀121位于左工位，此时，换向阀130使压力油源140输出的压力油经过阀121左工位的单向阀流入马达10的负载腔11’，从而实现起升的功能。当需要负载下降时，负载平衡阀120的阀121位于右工位，此时，换向阀130使压力油源140输出的压力油进入马达10’的下降腔12’，同时，负载平衡阀120的阀121工作在右工位。此时，阀121处于节流状态，使来自负载腔11’的高压油得到释放。如果下降的速度过快以致马达10’的流量需求超过了下降腔的供油量，那么下降腔被吸空，于是负载平衡阀120的阀121在弹簧的作用下由右工位变为左工位，以减小负载腔的高压油的释放速度，从而实现下降速度与供给流量的匹配以及负载的力平衡。

作为本发明的第二方面，提供了一种工程机械，包括液压绞车、钻具和用于控制液压绞车的控制装置，钻具与液压绞车连接，该控制装置是上述的控制装置。优选地，该工程机械可以是钻机或铣槽机等。

优选地，控制装置的马达10通过减速机110与液压绞车连接，减速机110是单输入减速机，以实现慢速下降的功能。

控制装置的马达10通过减速机110与液压绞车连接，减速机110是双输入减速机，双输入减速机的一端与控制装置的马达10连接，另一端依次通过另一个马达10’、负载平衡阀120、换向阀130与压力油源140连接。这样，便可同时实现快速与慢速下降的功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种液压绞车的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括马达(10)、背压阀(20)和流量调节阀(30)；所述马达(10)与所述液压绞车(40)连接，所述马达(10)包括负载腔(11)和下降腔(12)；所述负载腔(11)依次与所述背压阀(20)、所述流量调节阀(30)和油箱(50)连接，所述背压阀(20)用于设定负载下降时所受到的拖力大小，所述流量调节阀(30)用于设定所述负载腔(11)的排油的速度。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括第一补油部(60)，所述第一补油部(60)包括压力源(61)和单向阀(62)，所述压力源(61)通过所述单向阀(62)与所述负载腔(11)连接。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述压力源(61)为油泵或蓄能器。

4.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一补油部(60)还包括用于设定补油压力的第一溢流阀(63)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括与所述下降腔(12)连接的防吸空补油回路(70)，所述防吸空补油回路(70)包括用于设定防吸空补油压力的第二溢流阀(71)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括控制器(80)，与所述背压阀(20)和所述流量调节阀(30)连接，用于控制所述背压阀(20)的背压和所述流量调节阀(30)的开度。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括用于控制所述液压绞车(40)的制动器(90)，所述控制装置还包括用于控制所述制动器(90)的刹车释放单元，所述刹车释放单元包括减压阀(101)和第一换向阀(102)，所述负载腔(11)依次通过所述减压阀(101)和所述第一换向阀(102)与所述制动器(90)连接，所述控制装置还包括用于检测所述负载腔(11)的压力的压力检测元件(103)，所述压力检测元件(103)与所述控制器(80)连接，所述控制器(80)根据所述压力检测元件(103)检测到的压力控制所述第一换向阀(102)的换向。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述刹车释放单元还包括第二换向阀(104)，所述减压阀(101)通过所述第二换向阀(104)与所述第一换向阀(102)连接。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述流量调节阀(30)为节流阀、流量阀、或负载平衡阀。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述背压阀(20)为溢流阀或顺序阀。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述背压阀(20)为内控外泄溢流阀或为内控外泄顺序阀。

12.一种工程机械，包括液压绞车、钻具和用于控制所述液压绞车的控制装置，所述钻具与所述液压绞车连接，其特征在于，所述控制装置是权利要求1至11中任一项所述的控制装置。

13.根据权利要求12所述的工程机械，其特征在于，所述控制装置的马达(10)通过减速机(110)与所述液压绞车连接，所述减速机(110)是双输入减速机，所述双输入减速机的一端与所述控制装置的马达(10)连接，另一端依次通过另一个马达(10’)、负载平衡阀(120)、换向阀(130)与压力油源(140)连接。

14.根据权利要求12所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械是钻机或铣槽机。