CN101723271B - 起重机卷扬液压控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种起重机卷扬闭式液压控制系统在现有控制系统的基础上并联一个小流量比例系统，根据转速传感器所检测的马达轴转速信号实现起重机卷扬的精确控制。本方案增设的换向控制阀具有三个工作状态；换向控制阀处于第一工作状态，液压泵排油口与双向变量液压马达正向旋转的进油油路之间导通；当所述转速传感器检测的目标信号大于控制信号时，换向控制阀处于第二工作状态，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与回油油路之间导通；所述换向控制阀常态时处于第三工作状态，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与液压泵排油口和回油油路之间为非导通。本发明可有效提高卷扬操作控制的精确性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及起重机控制技术，具体涉及起重机卷扬液压控制系统。
背景技术
卷扬是起重机最重要的工作机构，在吊重运行过程中，尤其在精密部件装配、贵重物品的安装、或者重要工件翻转等使用工况，对于卷扬的工作效率、微动性和安全性均有较高的要求，以保证起重机的启动、运行和制动在平稳的控制中实现。全液压驱动控制系统具有布置空间灵活的优点，因此，起重机卷扬液压控制系统为全液压驱动，系统通过泵、控制阀与马达间的匹配完成起升、下降操作。
现有起重机卷扬液压控制系统分为开式系统和闭式系统，其中，开式系统中采用单向变量泵，它通过平衡阀的节流控制吸收卷扬下降产生的势能；闭式系统采用双向变量泵，它通过发动机吸收卷扬下降产生的热能。但是，上述两种起重机卷扬液压控制系统均存在控制精确性低的问题。由于泵与马达都为旋转泄漏元件，并且在不同的驱动转速、负载压力和温度下会表现不同的工作性能状态；同时控制阀在使用过程中也具有流量泄漏的环节，这样，在系统各部分都有泄漏发生时，控制信号与目标信号之间会有较大的偏差，进而影响卷扬操作控制的精确性，制约了起重机的控制性能。
另外，元件在长时间运转后，元件的磨损会使性能下降加剧，影响起重机的重要性能指标；由于泄漏的客观存在，在承载时，起升系统的重物下滑和失控难以避免，安全性无法得到有效保证。
因此，液压系统中的液压元件由于各类原因造成性能降低都会影响控制性能和安全性下降，在极端情况下存在严重的安全隐患；亟待研制开发出一种可精确控制起重机卷扬动作的控制系统。
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液压控制系统。
基于起重机卷扬闭式液压控制系统，本发明采用的技术方案为，包括双向变量液压马达、双向变量液压泵、转速传感器、液压泵和换向控制阀；其中，所述双向变量液压马达用于驱动卷扬的正、反转；所述双向变量液压泵用于驱动双向变量液压马达工作；所述转速传感器用于检测马达输出轴的转速；所述液压泵用于提供补偿油液；所述换向控制阀具有三个工作状态；在第一工作状态下，液压泵排油口与双向变量液压马达正向旋转的进油油路之间导通；在第二工作状态下，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与回油油路之间导通；在第三工作状态，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与液压泵排油口和回油油路之间为非导通；当所述转速传感器检测的目标信号小于控制信号时，换向控制阀处于第一工作状态；当所述转速传感器检测的目标信号大于控制信号时，换向控制阀处于第二工作状态。
优选地，所述换向控制阀采用伺服控制的三位三通换向阀或三位四通换向阀。
优选地，所述换向控制阀采用比例控制阀。
优选地，所述液压泵为恒压泵。
基于起重机卷扬开式液压控制系统，本发明采用的技术方案为，包括双向变量液压马达、单向变量液压泵、液比例换向阀、转速传感器、液压泵和换向控制阀；其中，所述双向变量液压马达用于驱动卷扬的正、反转；所述单向变量液压泵用于驱动双向变量液压马达工作；所述液比例换向阀具有三个工作状态，在第一工作状态，单向变量液压泵的排液口与双向变量液压马达正向旋转的进油油路之间导通；在第二工作状态，单向变量液压泵的排液口与双向变量液压马达反向旋转的进油油路之间导通；在第三工作状态，单向变量液压泵的排液口与双向变量液压马达的进油油路之间非导通；所述转速传感器用于检测马达输出轴的转速；所述液压泵用于提供补偿油液；所述换向控制阀，具有三个工作状态；在第一工作状态下，液压泵排油口与双向变量液压马达正向旋转的进油油路之间导通；在第二工作状态下，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与回油油路之间导通；在第三工作状态，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与液压泵排油口和回油油路之间为非导通；当所述转速传感器检测的目标信号小于控制信号时，换向控制阀处于第一工作状态；当所述转速传感器检测的目标信号大于控制信号时，换向控制阀处于第二工作状态。
优选地，所述换向控制阀采用伺服控制的三位三通换向阀或三位四通换向阀。
优选地，所述换向控制阀采用比例控制阀。
优选地，所述液压泵为恒压泵。
本发明提供的起重机卷扬液压控制系统与现有技术相比，在现有起重机卷扬液压控制系统的基础上，本发明并联有一个小流量比例系统，并通过转速传感器检测马达输出轴的转速，将控制信号与检测到的目标信号进行比较，从而建立马达转速的闭环控制。
在所述液压马达驱动卷扬起升过程中，当所检测到的目标信号小于控制信号时，控制换向控制阀实现液压泵补充压力油液至马达正转进油油路，以补偿系统泄漏流量，因此，可有效提高卷扬操作控制的精确性；当所检测到的目标信号大于控制信号时，控制换向控制阀实现马达正转进油油路与回油油路导通，分流系统的部分流量，动态补偿控制信号与目标信号的差值，因此，可有效解决比例流量输出线性不理想的问题；在承载作业时，能够避免由于元件泄漏所存在的重物下滑和失控等安全隐患。
本发明的优选方案中，所述换向控制阀采用比例控制阀，根据伺服控制信号微调所述换向控制阀的开度，进一步提高精确控制的精度，可以使吊钩的位移达到甚至肉眼无法察觉的细微程度，从而可降低对于液压件的加工精度要求和工作过程中产生的频响。
在本发明的另一优选方案中，用于提供补偿油液的液压泵采用恒压泵，以降低能耗、获得较高的工作效率。
附图说明
图1是本发明所提供的起重机卷扬闭式液压控制系统的原理图；
图2是本发明所提供的起重机卷扬开式液压控制系统的原理图。
图中：
11、21-换向控制阀；12、22-液压泵；13、23-转速传感器；14、24-双向变量液压泵；15、25-双向变量液压马达；151、251-马达输出轴；26-液比例换向阀。
具体实施方式
本发明的核心思想是利用系统反馈闭环控制技术提升控制性能和安全性能，在现有起重机卷扬液压控制系统的基础上并联一个小流量比例系统，根据转速传感器所检测的马达轴转速信号(目标信号)实现起重机卷扬的精确控制。
下面结合说明书附图具体说明闭式和开式系统两种实施方式。
参见图1，该图是本发明所提供的起重机卷扬闭式液压控制系统的原理图。
如图1所示，所述起重机卷扬闭式液压控制系统，包括双向变量液压马达15、双向变量液压泵14、转速传感器13、液压泵12和换向控制阀11。
其中，所述双向变量液压马达15将液压能转换为机械能驱动卷扬正、反转；所述双向变量液压泵14输出压力油液驱动双向变量液压马达15工作，构成闭式液压控制系统；需要说明的是，本方案是在现有起重机卷扬闭式液压控制系统的基础作出的改进设计，对原有闭式控制系统中的其它元件没有作更进一步的说明，比如，用于实现液压马达制动的相关元件的构成及作用关系，本领域的普通技术人员基于现有技术完全可以实现，故在此不予赘述。
其中，所述转速传感器13用于检测马达输出轴151的转速，即用于与控制信号进行比较的目标信号，可以理解的是，所述转速传感器需要具备双向判断功能，以适应双向变量马达的需要。
其中，所述液压泵12和所述换向控制阀11构成与原系统并联一个小流量比例系统。所述液压泵12提供系统补偿用的油液；所述换向控制阀11具有三个工作状态；在第一工作状态下，液压泵排油口与双向变量液压马达15正向旋转的进油油路之间导通；在第二工作状态下，双向变量液压马达15正向旋转的进油油路与回油油路之间导通；在第三工作状态，双向变量液压马达15正向旋转的进油油路与液压泵排油口和回油油路之间为非导通；工作过程中，在常态时所述换向控制阀11处于第三工作状态；当所述转速传感器13检测的目标信号小于控制信号时，所述换向控制阀11处于第一工作状态，液压泵12补充压力油液至双向变量液压马达15正向旋转的进油油路，确保目标信号与控制信号相吻合；当所述转速传感器13检测的目标信号大于控制信号时，所述换向控制阀11处于第二工作状态，双向变量液压马达11正向旋转的进油油路与系统回油油路导通，确保目标信号与控制信号相吻合，这样，起重机在卷扬承受正向负载起升时，可根据受载情况和系统特点进行正向流量补偿。而起重机在卷扬带载下放出现超越负载力时，系统根据需要对油路进行双向补偿，系统具有判断能力，当控制信号到达流量非饱和状态时，取消补偿，恢复成为正常系统控制状态。马达转速传感器有方向判断功能，识别安全故障，在流量饱和时，当出现一定偏差时进行卷扬制动保护。
进一步地，如图1所示，所述换向控制阀为伺服控制的三位四通换向阀，可以理解的是，选用三位三通换向阀即可满足本系统的使用需要。
特别说明的是，所述换向控制阀11采用比例控制阀，可根据伺服控制信号微调所述换向控制阀的开度，进一步提高精确控制的精度，可以使吊钩的位移达到甚至肉眼无法察觉的细微程度，从而可降低对于液压件的加工精度要求和工作过程中产生的频响。实际上，所述换向控制阀可以高速开关阀，以提高控制灵敏性，避免出现控制滞后现象。
特别说明的是，由于补油所需油量较小，因此，为了降低能耗、提高系统工作效率，所述液压泵采用恒压泵为最佳方案。
参见图2，该图是本发明所提供的起重机卷扬开式液压控制系统的原理图。
如图2所示，所述起重机卷扬开式液压控制系统，包括双向变量液压马达25、单向变量液压泵24、液比例换向阀26、转速传感器23、液压泵22和换向控制阀21。
其中，所述双向变量液压马达25将液压能转换为机械能驱动卷扬的正、反转；所述单向变量液压泵24输出压力油液，并通过液比例控制阀26控制双向变量液压马达25工作，构成开式液压控制系统；所述液比例换向阀26具有三个工作状态，在第一工作状态，单向变量液压泵24的排液口与双向变量液压马达25正向旋转的进油油路之间导通，此时双向变量液压马达25正转；在第二工作状态，单向变量液压泵24的排液口与双向变量液压马达25反向旋转的进油油路之间导通，此时双向变量液压马达25反转；在第三工作状态，单向变量液压泵24的排液口与双向变量液压马达25的进油油路之间非导通。同样，需要说明的是，本方案是在现有起重机卷扬开式控制系统的基础作出的改进设计，对原有开式控制系统中的其它元件没有作更进一步的说明，比如，与马达匹配的平衡阀、用于实现液压马达制动的相关元件的构成及作用关系，本领域的普通技术人员基于现有技术完全可以实现，故在此不予赘述。
其中，所述转速传感器23用于检测马达输出轴251的转速，即用于与控制信号进行比较的目标信号，同样，所述转速传感器需要具备双向判断功能。
其中，所述液压泵22用于提供补偿油液；所述换向控制阀21具有三个工作状态；在第一工作状态下，液压泵排油口与双向变量液压马达25正向旋转的进油油路之间导通；在第二工作状态下，双向变量液压马达25正向旋转的进油油路与回油油路之间导通；在第三工作状态，双向变量液压马达25正向旋转的进油油路与液压泵排油口和回油油路之间为非导通；当所述转速传感器23检测的目标信号小于控制信号时，换向控制阀21处于第一工作状态；当所述转速传感器23检测的目标信号大于控制信号时，换向控制阀21处于第二工作状态。
同样，所述换向控制阀21可以采用伺服控制的三位三通换向阀或三位四通换向阀。
所述换向控制阀21采用比例控制阀，以微调换向控制阀的开度，进一步提高精确控制的精度。或者采用高速开关阀，以提高控制灵敏性，避免出现控制滞后现象。
其中，所述液压泵22优选为恒压泵。
综上，本发明提供的两种起重机卷扬液压控制系统建立了马达转速的闭环控制系统，通过比较目标信号与控制信号的差值，输出控制信号至换向控制阀调整其工作位置，转速低时，液压泵补充压力油液至马达正转进油油路补偿系统泄漏流量，以提高卷扬操作控制的精确性；转速高时，马达正转进油油路与回油油路导通，分流系统的部分流量，以解决比例流量输出线性不理想的问题；在承载作业过程中，能够避免由于元件泄漏所存在的重物下滑和失控等安全隐患。
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 (8)
1.起重机卷扬闭式液压控制系统，包括：
双向变量液压马达，用于驱动卷扬的正、反转；和
双向变量液压泵，用于驱动双向变量液压马达工作；其特征在于，还包括：
转速传感器，用于检测马达输出轴的转速；
液压泵，用于提供补偿油液；和
换向控制阀，具有三个工作状态；在第一工作状态下，液压泵排油口与双向变量液压马达正向旋转的进油油路之间导通；在第二工作状态下，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与回油油路之间导通；在第三工作状态，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与液压泵排油口和回油油路之间为非导通；
当所述转速传感器检测的目标信号小于控制信号时，换向控制阀处于第一工作状态；当所述转速传感器检测的目标信号大于控制信号时，换向控制阀处于第二工作状态。
2.根据权利要求1所述的起重机卷扬闭式液压控制系统，其特征在于，所述换向控制阀采用伺服控制的三位三通换向阀或三位四通换向阀。
3.根据权利要求1所述的起重机卷扬闭式液压控制系统，其特征在于，所述换向控制阀采用比例控制阀。
4.根据权利要求1所述的起重机卷扬闭式液压控制系统，其特征在于，所述液压泵为恒压泵。
5.起重机卷扬开式液压控制系统，包括：
双向变量液压马达，用于驱动卷扬的正、反转；
单向变量液压泵，用于驱动双向变量液压马达工作；和
液比例换向阀，具有三个工作状态，在第一工作状态，单向变量液压泵的排液口与双向变量液压马达正向旋转的进油油路之间导通；在第二工作状态，单向变量液压泵的排液口与双向变量液压马达反向旋转的进油油路之间导通；在第三工作状态，单向变量液压泵的排液口与双向变量液压马达的进油油路之间非导通，其特征在于，还包括：
转速传感器，用于检测马达输出轴的转速；
液压泵，用于提供补偿油液；和
换向控制阀，具有三个工作状态；在第一工作状态下，液压泵排油口与双向变量液压马达正向旋转的进油油路之间导通；在第二工作状态下，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与回油油路之间导通；在第三工作状态，双向变量液压马达正向旋转的进油油路与液压泵排油口和回油油路之间为非导通；
当所述转速传感器检测的目标信号小于控制信号时，换向控制阀处于第一工作状态；当所述转速传感器检测的目标信号大于控制信号时，换向控制阀处于第二工作状态。
6.根据权利要求5所述的起重机卷扬开式液压控制系统，其特征在于，所述换向控制阀采用伺服控制的三位三通换向阀或三位四通换向阀。
7.根据权利要求5所述的起重机卷扬开式液压控制系统，其特征在于，所述换向控制阀采用比例控制阀。
8.根据权利要求5所述的起重机卷扬开式液压控制系统，其特征在于，所述液压泵为恒压泵。
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