CN114810875A - 一种多模式气压制动***及起重机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工程机械技术，具体涉及一种多模式气压制动***及起重机，包括通过多个储气筒分别连接的制动回路，每个制动回路上并联多个制动单元，并与制动总泵串联；制动单元包括继动阀和制动气室，继动阀的控制口与制动总泵的出气口连接，继动阀的进气口与每个制动回路上储气筒连接；制动总泵的进气口与制动回路上储气筒连接；在制动单元上安装气室数量控制单元和/或在制动回路上安装压力调节单元；控制器的输入端与压力传感器连接，输出端与电磁阀、电磁比例阀连接。本发明具有多种制动模式，适用于不同的行驶工况；且可根据不同的行驶状态手动调制动模式；或者根据悬挂压力等信息，自动切换多种制动模式；同时，具备机械式应急操纵功能。

Description

一种多模式气压制动***及起重机
技术领域
本发明属于工程机械技术，具体涉及一种多模式气压制动***及起重机。
背景技术
全地面起重机会有多种行驶状态，例如上牌状态(车重≤55t)、轴荷12t状态、重载转场状态；进一步的，重载转场状态又有多种，例如带全主臂+全支腿行驶状态，带全主臂+支腿+配重行驶状态、带全主臂+支腿+超起行驶状态、带全主臂+支腿+风电臂行驶状态等等。不同行驶状态下，各桥桥荷、整机质心高度及总重各不相同，对制动能力的要求也不相同。同时，全地面起重机的作业场地比较复杂，有路况较好的沥青水泥路面，也有路况较差的泥泞路面，相同车辆状态在不同的路况条件下，对制动的需求也不同。
制动性能是行驶安全性的重要指标，制动***的好坏关系着车辆的制动效能、制动方向稳定性，同时，又会影响车辆的制造成本及使用成本。制动能力与车辆状态或者路况不匹配时，会带来制动车轮异常抱死、制动距离大等问题，影响行驶安全性；同时，会带来车辆用气量大干燥器更换频率提高、轮胎磨损严重等问题，增加客户的用车成本。
目前，行业内的全地面起重机，采用常规的制动能力不可调节的气压制动***，其制动气室的数量、最大制动气压等均不可调节；其制动***只有一种模式，只能保证既定的行驶状态，无法兼顾多种行驶状态。
上述的行车制动方案，虽然可以实现行车制动，但是，制动力是固定的(制动总泵上制动角度一定的情况下，制动力固定)，无法适应多种工况。具体存在以下不足：
1)对于轻载工况：①制动力富余，易出现轮胎抱死、方向不可控等危险；②
用气量大，对空压机、干燥器等损耗大，使用维护成本高。
2)对于重载工况：①制动力不足，制动距离大，易出现制动安全事故。
目前，还存在一种感载比例制动***，主要采用感载比例阀或者相近功能的装置，其可根据车身变形来调整制动***的压力，进而调整车辆的制动能力。感载比例阀两端一般安装到可相对变形的两个部件上，例如一端固定到车架上，一端固定到车桥上，车辆载荷不同，其悬架(例如板簧等)受载变形量不同，以这个变形量来控制感载比例阀的输出压力。全地面起重机底盘采用油气悬架***，而油气悬架本身并不能直观衡量车辆载荷变化情况，同时，油气悬架可以根据驾驶员意图或者工况需求主动或被动调节车架高度，以获得更好的行驶通过性。所以常规的感载比例制动***不能直接应用在配置上述悬架的车辆上。
发明内容
为克服上述技术问题，本发明提供一种多模式气压制动***及起重机，该气压制动***具有多种制动模式，适用于不同的行驶工况。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多模式气压制动***，包括依次连接的空压机、干燥器、多回路阀，所述多回路阀通过第一制动回路储气筒、第二制动回路储气筒分别连接第一制动回路、第二制动回路，所述每个制动回路上并联多个制动单元，并每个制动回路串联制动总泵；所述制动单元包括继动阀和多个制动气室，所述多个制动气室串联并联成一组，与继动阀出气口连接；所述继动阀的控制口与制动总泵的出气口连接，继动阀的进气口与制动回路上储气筒连接；所述制动总泵的进气口与制动回路上的储气筒连接；所述气压制动***至少在一个制动单元上安装气室数量控制单元和/或至少在一个制动回路上安装压力调节单元；所述气室数量控制单元由电磁阀构成，所述压力调节单元由电磁比例阀构成；所述气压制动***还包括控制器和压力传感器，所述控制器的输入端与压力传感器连接，控制器的输出端与电磁阀、电磁比例阀连接，所述压力传感器安装在车桥与车架之间的支撑油缸上。
进一步的，所述气室数量控制单元由并联的电磁阀和机械阀构成，所述压力调节单元由并联的电磁比例阀和机械调压阀构成。
进一步的，所述气室数量控制单元安装在继动阀的控制口，或继动阀的进气口，或继动阀的出气口，或制动气室进气口；所述压力调节单元安装在制动总泵的进气口，或制动总泵出气口，或继动阀进气口，或制动气室进气口，或各制动回路储气筒进气口。
进一步的，所述起重机采用多模式气压制动***。
进一步的，一种多模式气压制动***的控制方法，所述控制方法为电控执行模式，具体如下：
通过安装在车桥与车架之间的支撑油缸上的压力传感器采集桥荷数据，经控制器分析，根据桥荷数据的大小，输出控制信号控制电磁阀或/和电磁比例阀工作，自动调整制动气室数量或/和制动压力；
其中，制动气室数量的控制原理：控制器输出控制信号控制制动单元上的电磁阀的通断，进而控制继动阀的通断，控制制动气室工作的数量。
制动压力调整的控制原理：控制器输出控制信号控制制动回路上的电磁比例阀工作，进而控制制动回路上的制动压力。
进一步的，所述控制方法还可以设置路况信息，控制器根据压力传感器信息和输入的路况信息，控制电磁阀或/和电磁比例阀工作，自动控制制动气室数量或/和制动压力。
进一步的，所述电控执行模式根据气压制动***常见的工况，设置多种固定模式，通过布置到驾驶室内部的控制旋钮，进行手动调整；控制旋钮的控制优先级高于自动控制。
进一步的，所述控制方法还包括手控执行模式，通过设置与电磁阀并联连接的机械阀和与电磁比例阀并联连接的机械调压阀，手动控制机械阀或/和机械调压阀，调整制动气室数量或/和制动压力。
本发明提供了一种多模式气压制动***及其使用该***的起重机。本气压制动***具有多种制动模式，适用于不同的行驶工况；且可根据不同的行驶状态手动调制动模式；或者根据悬挂压力等信息，自动切换多种制动模式；同时，具备机械式应急操纵功能。
上述所示的行车制动方案，通过控制最大制动压力以及起作用的制动气室数量，来控制车辆的制动能力。可以带来以下有益效果：
1)可根据不同的车辆状态，进行制动能力调整，保证发挥出最佳的制动效能：轻载的情况下，可降低***最大压力，减少制动气室数量；重载的情况下，可提高***最大压力，增加制动气室数量；在前轻后重或者前重后轻的请款下，可以单独调整该部分的气室数量或者***最大压力。
2)可根据不同的路面状态，进行制动能力调整，保证发挥出最佳的制动效能：路况较好的情况下，例如干燥的沥青路面或者水泥路面，可以通过提高***最大压力或者增加制动气室数量，来提高车辆的制动能力；路况较差的情况下，例如湿滑路面或者松软的泥土路面，可以降低***最大压力或者减少制动气室数量，来降低制动能力，减小车辆抱死，及车辆制动打滑。
3)车辆轻载状态或者路况较差的情况下，适当降低制动能力，可以减少车辆抱死的风险，减少轮胎抱死磨损；降低制动***用气量，提高制动***使用寿命及减少维护保养次数，例如提高空压机使用寿命，降低干燥器更换次数。
4)车辆重载状态或者路况较好的情况下，适当提高制动能力，可以提高制动效能，减少制动距离，提高行驶安全性。
附图说明
图1：现有行车制动***控制方案示意图；
图2：现有技术八桥起重机气压制动***结构示意图；
图3：本发明制动***控制方案示意图；
图4：本发明的八桥全地面起重机车辆上的气压制动***结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
缩略语和关键术语定义
汽车起重机：装在普通汽车底盘或者特制底盘上的一种起重机(可在一定范围内进行垂直提升和水平搬运等多动作的起重机械)，可迅速移动，机动性好。
制动***：当外界对车辆的某个部分施加力或力矩时，能够产生一定程度的强制制动效果的一套专用***。
气压制动***：以压缩空气为制动源，制动踏板控制压缩空气进入车轮制动器，形成制动。
制动效能：制动***的评价指标，一般包含制动距离与制动减速度两项指标。
行驶工况：车辆行驶过程中面临的不同工作环境，例如载荷、车速、路面附着情况等。
悬架***：车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力装置的总称。把路面作用于车轮上的受力传递至车架(或承载式车身)。根据弹性元件的不同，又分为钢板弹簧式、空气弹簧式、油气悬架式等。
感载比例阀：指一种油压或者气压调节装置，包含金属导杆，导杆连接在车架上，可以实现输出口压力随导杆位移变化。
制动总泵：行车制动***的操纵机构，一般设置在驾驶室内。其将踏板位移信号转化为气压信号，进而控制制动的执行与释放。
继动阀：气压制动***的一部分，可起到缩短反应时间的作用。其进气口连接储气筒(包括间接连接)，出气口连接制动气室(包括间接连接)，控制口连接制动总泵(包括间接连接)。出气口气压随控制口气压正向变化；控制口没气时，出气口与进气口断开；控制口气压升高时，出气口与进气口之间的阀门逐渐打开。
制动气室：将压缩空气的压力转变成机械力，推动制动器动作，实现车辆制动。其机械力与输入气压成正比关系。又叫作制动分泵。
控制器：作为控制中心，一方面负责接收信号(如压力传感器信号、控制旋钮信号等)，另一方面负责向电磁阀、电磁比例阀下发制动指令。
如图1所示，目前行业内的全地面起重机的行车制动***控制方案均采用常规的制动能力不可调节的气压制动***，其制动气室的数量、最大制动气压等均不可调节；其制动***只有一种模式，只能保证既定的行驶状态，无法兼顾多种行驶状态。
如图2所示，以八桥全地面起重机为例，进行现有技术方案实例介绍。某八桥全地面起重机行车制动***的布置方案，该***包括制动总泵10、空压机11、干燥器12、多回路阀13、第一制动回路储气筒14、第二制动回路储气筒15、弹簧储能制动气室21，膜片制动气室22、继动阀31至继动阀36等元气件。其作用机理如下：
驾驶员脚踩制动踏板，控制制动总泵10出气口压力，进而控制继动阀(包括继动阀31至继动阀36)进气口和出气口接通，出气口气压进入制动气室(包括弹簧储能制动气室21，膜片制动气室22)，制动气室推动制动器(与车桥相连，图中未体现)动作，实现整机行车制动。
驾驶员未踩下制动踏板时，制动总泵10出气口、继动阀的出气口、制动气室中气压均为零；此时，制动***不工作，即没有制动。当司机踩下制动踏板时，制动总泵10出气口(与各继动阀控制口相连)气压值升高，各继动阀的出气口打开，向各桥的制动气室2供气，实现车辆制动。
现有行车制动***中，在***压力一定，制动踏板踩下角度一定的情况下，各制动气室2中的气体压力是恒定的，不可调的；且当制动踏板踩下后，继动阀均打开，保证了所有制动气室均通气，故起作用的制动气室的数量是恒定。故此制动***的制动能力及分布是不可调整，不能很好的适用不同的行驶工况。
本发明提供一种多模式气压制动***及起重机，该气压制动***具有多种制动模式，适用于不同的行驶工况；且可根据不同的行驶状态手动调制动模式；或者根据悬挂压力等信息，自动切换多种制动模式；同时，具备机械式应急操纵功能。
如图3和图4所示，本发明的多模式气压制动***主要包含控制器1、制动气室2(包括弹簧储能制动气室21、膜片制动气室22)、继动阀3、电磁阀5(包括电磁阀Ⅰ51、电磁阀Ⅱ52)、电磁比例阀7(包括第一制动回路电磁比例阀71、第二制动回路电磁比例阀72)、压力传感器9、制动总泵10，以及空压机11、干燥器12、多回路阀13、储气筒(包括第一制动回路储气筒14、第二制动回路储气筒15)等常规制动***元气件以及管路、电线。其中，空压机11、干燥器12、多回路阀13依次连接，多回路阀13通过第一制动回路储气筒14、第二制动回路储气筒15分别连接第一制动回路、第二制动回路，制动回路上并联多个制动单元，并与制动总泵10串联；制动总泵10的进气口与制动回路上的储气筒连接；制动单元包括继动阀3和多个制动气室2，制动气室2并联成一组，与继动阀3出气口连接；控制器1的输入端与压力传感器9连接，控制器1的输出端与电磁阀5、电磁比例阀7连接，压力传感器9安装在车桥与车架之间的支撑油缸上。
压力传感器9通过检测液压油的压力，来计算出此处的簧上质量，簧上质量+簧下质量，为该车桥处轮胎的总承载，即此处的桥荷。一根车桥的左右两侧各布置一个压力传感器；整台车至少在前面一根车桥左右两侧各布置一个压力传感器和后面一根车桥左右两侧各布置一个压力传感器。其他桥也可布置压力传感器，越多的车桥布置传感器，其桥荷计算的越准确。通过液压***设计，可以保证左前、右前、左后、右后的多个支撑油缸的压力相等，或近似相等。
本发明的气压制动***中，工作的制动气室的数量及最大制动压力限值均可调节，两者组合，可以实现多种制动模式，以此满足不同的车辆行驶状态，电磁阀5为气室数量控制单元安装在制动单元上控制制动气室的数量，电磁比例阀7为压力调节单元安装在制动回路上控制制动压力。
本发明的气压制动***的多种制动模式的选择，通过安装在车桥与车架之间的支撑油缸上的压力传感器9监控到的桥荷数据，经控制器1分析，根据桥荷数据的大小，输出控制信号控制电磁阀5或/和电磁比例阀7工作，完成制动气室2数量和/或制动压力的调整，实现模式的自动调整。例如当行驶路面为水泥沥青路面时，轴荷12t行驶状态,调整制动压力为8bar,制动气室数量为16个；轴荷16t行驶状态，调整制动气压为10bar,制动气室数量为16个；轴荷21t行驶状态，调整制动气压为10bar,制动气室数量为20个。同时，根据气压制动***常见的工况，设置多种固定模式，例如：模式1设置为制动气压为8bar,制动气室数量为16个；模式2设置为制动气压为10bar,制动气室数量为16个；模式3设置为制动气压为10bar,制动气室数量为20个。通过布置到驾驶室内部的控制旋钮4，进行手动调整；控制旋钮4的控制优先级高于自动控制。以上控制方式均通过电气元件(例如电磁阀5、电磁比例阀7等)执行操作，称为电控执行模式。
进一步的，为提高制动***对工况控制的精准性，还可以在压力传感器9采集桥荷数据的基础上，人工设置路况信息，控制器1根据压力传感器信息和输入的路况信息，控制电磁阀5或/和电磁比例阀7工作，自动调整制动气室数量和/或制动压力。例如，轴荷监控到21t,水泥路面或者沥青路面时，调整制动气压为10bar,制动气室数量为20个；轴荷监控到21t,泥泞路面，调整气压为9bar,制动气室的数量为16个。
进一步的，为提高制动***的安全性，增加了通过机械阀6(包括机械阀
Ⅰ61、机械阀Ⅱ62)、机械调压阀8(包括第一制动回路机械调压阀81、第二制动回路机械调压阀82)操作的手控执行模式，机械阀6与电磁阀5并联，构成气室数量控制单元，机械调压阀8与电磁比例阀7并联，构成压力调节单元。当电控执行模式失效时，通过手控执行模式实现制动模式的设置，安全可靠。
其中，工作的制动气室数量的控制原理：在继动阀3控制口增加电磁阀5和/或机械阀6，来控制继动阀3的通断，进而控制制动气室2的数量。电磁阀5和机械阀6为并联连接，并作为整体连接在继动阀3控制口，其中电磁阀5可以实现电动控制，机械阀6可以实现应急手动控制。进一步的，电磁阀5和机械阀6也可以布置在继动阀3的进气口，也可以布置在继动阀3的出气口，也可以布置在制动气室2进气口。
制动压力调整的控制原理：在制动总泵10进气口增加电磁比例阀7和/或机械调压阀8，控制制动总泵10进气口的压力，进而控制整个***的工作压力。电磁比例阀7和机械调压阀8为并联连接，并作为整体连接在制动总泵10进气口。其中电磁比例阀7可以实现电动控制，机械调压阀8可以实现应急手动控制。进一步的，电磁比例阀7和机械调压阀8也可以布置在制动总泵10出气口控制制动总泵10出气口的压力，也可以布置在继动阀3进气口控制继动阀3进气口的压力，也可以布置在制动气室2进气口控制制动气室2的压力，也可以布置在储气筒进气口控制储气筒的压力。
如图4所示，本实施例以八桥全地面起重机为例，对本发明的技术方案进行实例介绍。
本发明的气压制动***的作用机理如下：驾驶员脚踩制动踏板，控制制动总泵10出气口压力，进而控制继动阀3进气口和出气口接通，继动阀3出气口气压进入制动气室2，制动气室2推动制动器(与车桥相连，图中未体现)动作，实现整机行车制动。
同时，本发明的气压制动***通过电磁比例阀71或者机械调压阀81来调整制动总泵10的进气压力，进而控制第一制动回路的压力；同理，通过电磁比例阀72或者机械调压阀82来控制第二制动回路的压力。通过此控制逻辑，可以控制本发明的气压制动***的最大工作压力。
本发明的气压制动***通过电磁阀5或者机械阀6控制继动阀3管路的通断。当气室数量控制单元Ⅰ的电磁阀Ⅰ51、机械阀Ⅰ61至少一个接通后，制动总泵10就可控制气室数量控制单元Ⅰ所在制动单元的继动阀3动作，使与继动阀3连接的膜片制动气室22工作；当两者都断开后，制动总泵10不再控制继动阀3的动作，与继动阀3连接的膜片制动气室22停止工作。同理，气室数量控制单元Ⅱ的电磁阀Ⅱ52、机械阀Ⅱ62具备相同的功能，控制与气室数量控制单元Ⅱ所在制动单元的继动阀3连接的膜片制动气室22的工作状态。通过此控制逻辑，可以控制工作的制动气室2的数量。
在本发明的气压制动***的具体设计过程中，可进行以下相应调整：
1.图4所示的气室数量控制单元数量可以为2个，也可以是1个或者其他数量，具体根据实际需求来设置。
注：电磁阀51Ⅰ和机械阀Ⅰ61为气室数量控制单元Ⅰ，电磁阀Ⅱ52、机械阀Ⅱ62为气室数量控制单元Ⅱ。
2.图4所示的压力调节单元数量可以为2个，也可以是1个或者其他数量，具体根据实际需求来设置。
注：第一制动回路电磁比例阀71和第一制动回路机械调压阀81为压力调节单元Ⅰ，第二制动回路电电磁比例阀72和第二制动回路电机械调压阀82为另压力调节单元Ⅱ。
3.气室数量控制单元可以布置在继动阀3的控制口(如图4所示)，也可以布置在继动阀3的进气口，也可以布置在继动阀3的出气口，也可以布置到制动气室2的进气口，也可以灵活布置到其他位置，具体根据实际需求来设置。
4.压力调节单元可以布置在制动总泵10的进气口(如图4所示)，也可以布置在制动总泵10的出气口，也可以布置在储气筒进气口，也可以布置在继动阀3的进气口；也可以布置在制动气室2的进气口；也可以灵活的布置到其他位置，具体根据实际需求来设置。
5.气室数量控制单元，可以是图4所示形式，也可以采用两个电磁阀5并联或者两个机械阀6并联的形式；进一步的，电磁阀5可以换成其他的电控通断阀，同时机械阀6可以换成其他的手控开关阀。
6.压力调节单元可以是图4所示形式，也可以采用两个电磁比例阀7并联或者两个机械调压阀8并联的形式；进一步的，电磁比例阀7可以换成其他的电控调压装置，同时机械调压阀8可以换成其他的手控调压装置。
7.压力调节单元与气室数量控制单元可以单独使用，也可以组合使用。

Claims (8)

1.一种多模式气压制动***，包括依次连接的空压机(11)、干燥器(12)、多回路阀(13)，所述多回路阀(13)通过第一制动回路储气筒(14)、第二制动回路储气筒(15)分别连接第一制动回路、第二制动回路，所述每个制动回路上并联多个制动单元，并每个制动回路串联制动总泵(10)；
所述制动单元包括继动阀(3)和多个制动气室(2)，所述多个制动气室(2)串联并联成一组，与继动阀(3)出气口连接；
所述继动阀(3)的控制口与制动总泵(10)的出气口连接，继动阀(3)的进气口与制动回路上储气筒连接；
所述制动总泵(10)的进气口与制动回路上的储气筒连接；
其特征在于：
所述气压制动***至少在一个制动单元上安装气室数量控制单元和/或至少在一个制动回路上安装压力调节单元；
所述气室数量控制单元由电磁阀(5)构成，所述压力调节单元由电磁比例阀(7)构成；
所述气压制动***还包括控制器(1)和压力传感器(9)，所述控制器(1)的输入端与压力传感器(9)连接，控制器(1)的输出端与电磁阀(5)、电磁比例阀(7)连接，所述压力传感器(9)安装在车桥与车架之间的支撑油缸上。
2.根据权利要求1所述的一种多模式气压制动***，其特征在于：所述气室数量控制单元由并联的电磁阀(5)和机械阀(6)构成，所述压力调节单元由并联的电磁比例阀(7)和机械调压阀(8)构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种多模式气压制动***，其特征在于：所述气室数量控制单元安装在继动阀(3)的控制口，或继动阀(3)的进气口，或继动阀(3)的出气口，或制动气室(2)进气口；所述压力调节单元安装在制动总泵(10)的进气口，或制动总泵(10)出气口，或继动阀(3)进气口，或制动气室(2)进气口，或各制动回路储气筒进气口。
4.一种全地面起重机，其特征在于：所述起重机采用如权利要求1-3任一项所述的多模式气压制动***。
5.一种权利要求1所述多模式气压制动***的控制方法，其特征在于，所述控制方法为电控执行模式，具体如下：
通过安装在车桥与车架之间的支撑油缸上的压力传感器(9)采集的桥荷数据，经控制器(1)分析，根据桥荷数据的大小，输出控制信号控制电磁阀(5)或/和电磁比例阀(7)工作，自动控制制动气室数量和/或制动压力；
其中，制动气室数量的控制原理：控制器(1)输出控制信号控制制动单元上的电磁阀(5)的通断，进而控制继动阀(3)的通断，控制制动气室(2)工作的数量；
制动压力调整的控制原理：控制器(1)输出控制信号控制制动回路上的电磁比例阀(7)工作，进而控制制动回路上的制动压力。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还可以设置路况信息，控制器(1)根据压力传感器信息和输入的路况信息，控制电磁阀(5)或/和电磁比例阀(7)工作，自动控制制动气室数量和/或制动压力。
7.根据权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于：所述电控执行模式根据气压制动***常见的工况，设置多种固定模式，通过布置到驾驶室内部的控制旋钮(4)，进行手动调整；控制旋钮(4)的控制优先级高于自动控制。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括手控执行模式，通过设置与电磁阀(5)并联连接的机械阀(6)和与电磁比例阀(7)并联连接的机械调压阀(8)，手动控制机械阀(6)或/和机械调压阀(8)，调整制动气室数量和/或制动压力。
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