CN101792092A - 液压系统热收缩补偿装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于补偿液压动力伸缩吊臂中的液体收缩的装置，可以包括：监测器，确定所述伸缩吊臂的抬升角，液压液体供应源和响应于所述监测器的液体控制器。当所述抬升角超过预定阈值角度时，所述液体控制器从上述供应源提供液压液体至控制伸缩吊臂伸展的液压缸，从而补偿液压液体的热收缩，并且由此防止未指令的吊臂回缩。还公开了根据本发明的方法。

Description

液压系统热收缩补偿装置和方法

本申请要求2009年1月21日提交的临时申请61/202,030的优先权，通过引用将其全文集及于此。

背景技术

负载升降设备(例如起重机，并且特别是移动式起重机)通常使用伸缩吊臂实现必要的高度提升。伸缩吊臂由彼此之间相对套叠以改变吊臂总长度的多个部分组成。通常通过作用于吊臂各部分的一个或多个液压装置(通常是液压缸)伸展移动式起重机的伸缩吊臂。液体被提供至液压缸或者从液压缸移除，由此使得活塞在所述液压缸内运动。活塞的运动使得负载升降设备的吊臂能够伸展或者收缩。

已知在伸缩吊臂中出现由支撑吊臂的液压缸中液体的热膨胀和随后收缩引起的自然现象。当负载升降设备操作持续一段时间，使得液压缸中的液体加热并且随后冷却时，可以观察到该自然现象。当液压液体受热时其会膨胀，而冷却时会收缩。在冷却所述液体期间，负载升降设备可以保持空闲一段时间。在上述时间期间，吊臂位于水平面之上的抬升角可以相对较低。在这种情况下，当液体冷却时，其会收缩，然而由于作用在各个吊臂部分之间的摩擦力，吊臂有时可能不会缩回。该现象取决于特定的吊臂结构、各个吊臂部分之间的摩擦力水平、各吊臂部分的润滑及其他可能的环境因素而变化。由此，即使各吊臂部分没有被液压缸中的液体完全地支撑，该伸缩吊臂也可能保持伸展。

在所描述的情况中，吊臂部分的相对位置可能由各个吊臂部分之间的摩擦力所支撑。如果起重机操作员从低抬升角位置升高吊臂，则对于特定的抬升角范围，所述吊臂将保持相同的吊臂长度。然而，如果操作员继续升高吊臂，则吊臂将最终达到各吊臂部分的重量或者各部分重量和任何其他负载的组合克服了各吊臂部分之间的摩擦力的抬升角。此时，吊臂可以回缩直至液压缸中的液体柱再次完全地支撑了各吊臂部分。可以理解，该未指令的吊臂回缩是不希望的。本发明提供了用于避免该不希望的情况的系统和方法。

发明内容

如所描述的，本发明的装置和方法补偿了液体冷却和收缩，同时避免了潜在的操作员的错误。本发明在不需要人工的操作员干预或者在不需要液压液体的高压源的情况下避免了未指令的吊臂回缩。此外，本发明还包括可以有利、方便地改进现有起重机的装置，或者其可以在初始制造时被集成到起重机中。

本发明仅仅需要相对低压的液压液体源，而该低压的液压液体源通常是现有起重机的一部分。本发明的液压源还可以被提供作为起重机的现有液压系统的补充和辅助。此外，由于本发明在没有改变吊臂的伸展的情况下在液压缸中再次填充液体，因此本发明的装置和方法避免了重新同步起重机各吊臂部分的需要。当吊臂最初伸展时恰当地同步各吊臂部分，并且当根据本发明再次填充液压缸中的液体时，吊臂伸展长度不会显著地发生变化。

根据本发明，一种用于补偿液压动力伸缩吊臂中的液体收缩的装置，可以包括，监测器，确定所述伸缩吊臂的抬升角，液压液体供应源，以及液体控制器，当吊臂抬升角超过预定阈值角度时，用于响应于所述监测器从所述供应源向液压缸或者控制伸缩吊臂的伸展的等效设备提供液压液体。根据本发明，水平面以上三十五度的阈值角度可以是典型的设置，这是由于其代表了这样的角度，在该角度之下，摩擦力对于在多种起重机中保持吊臂部分的相对位置是效果显著的，而在大于该角度时，摩擦力可能不再能够克服吊臂部分自身的重量和/或其他施加的负载而保持所述吊臂部分。

所述装置还可以包括控制阀，其被配置为当吊臂的抬升角超过阈值角度时，响应于监测器产生的信号向液压缸提供液压液体。

所述装置可以进一步包括压力传感器，监测提供至所述液压缸的液体的压力并且响应于检测到液体压力下降到低于最小压力而产生信号。进一步的，还可以包括如下装置，其响应于所述压力传感器产生的信号产生操作员可感知的信号。在一个优选实施例中，可以期望使用压力传感器，除非所监测的压力超过所期望的最小值，否则该压力传感器持续地闭合电路。

本发明提出了一种液压液体供应源，其以至少足够高以支撑所述吊臂的适当的压力向所述装置提供液体。在典型的应用中，该压力可以是约200PSI。该供应源还可以是液压回路，其为作为通常吊臂伸展的一部分的套叠伸展液压缸提供动力，或者其可以是不同的或者辅助的液压供应源。在一个实例中，液压液体的供应源可以是向风速指示器提供液压液体的液压回路。

所述装置还可以包括减压释放阀，其控制本发明提供的液体的压力。这可以通过释放一部分液压液体回到液压液体储罐来实现。

所述装置可以进一步包括单向阀，其流体地连接到所述装置的输出端口。这防止了液体的回流，并且由此将本发明的补偿功能与例如伸展和回缩的所述伸缩吊臂的正常操作相互隔离。

根据本发明，一种补偿液压动力伸缩吊臂中液体收缩的方法可以包括监测所述伸缩吊臂的抬升角，并且当所述抬升角超过预定阈值角度时，向控制所述伸缩吊臂的伸展的液压缸提供液体。所述阈值角度可以被设置为水平面以上三十五度或者适合于各个起重机的其他角度。

所述方法可以进一步包括当所述吊臂的抬升角超过所述阈值角度时产生信号，并且响应于所述信号为控制阀提供能量以向液压缸提供液压液体。在一个实施例中，所述方法还可以打开控制阀控制的进入液压缸的液体连接。可以通过经由释放阀释放液体从而控制向所述液压缸提供的液体的压力。

所述方法还可以包括监测被提供至所述液压缸的液压液体的任何压力下降，并且响应于所检测的压力下降产生信号。可以响应于所述低压信号产生操作员可感知的通知。在一个有益的实施例中，除非被提供至所述液压缸的液压液体的压力超过了期望的最小值，否则可以持续地产生所述信号。可以提供单向阀以防止在本发明的设备和方法中的液体的反向流动。

根据本发明的设备的优点在于，其容易地改进了具有液压动力伸缩吊臂的升降设备。本发明的设备可以包括例如泵的压力源，或者其可以利用已经位于起重机适当位置的部件。

上述内容是简要说明，并且因此毫无疑问地包含细节的简化、概括和省略。因此，本领域技术人员将理解上述简要说明仅仅是说明性的，并且不意图以任何方式进行限制。在此处阐述的教导中，本发明的设备和/或方法的其他方面、特征和优点将变得清楚。

附图说明

根据以下说明书和所附的权利要求书，结合所附的附图，本发明的上述及其他特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1示出了起重机的伸缩吊臂的示意性实例；

图2示出了根据本发明示例性实施例的补偿装置的示意图；

图3示出了液压缸的示意性实例；

图4示出了根据本发明的补偿装置的实施方式的实例；

图5示出了描述根据本发明示例性实施例的处理的流程图；

图6示出了描述根据本发明一方面的处理步骤的实例的流程图；以及

图7示出了描述根据本发明实例的检测系统故障的处理的流程图。

具体实施方式

图1示出了伸缩吊臂110的实例。以套叠结构配置各吊臂部分120，并且通过一个或多个液压缸可以伸展和回缩该吊臂部分120，仅仅示出了一个液压缸130。吊臂伸展控制器140控制各个液压缸130的致动，用于实现期望的吊臂伸展长度以及适当的伸展顺序。伸缩吊臂110被显示为以水平面以上的特定抬升角被抬升。根据本发明，补偿装置100对可能导致未指令的吊臂回缩的液压液体冷却进行补偿。

图2示意性地示出了补偿装置100的示例性实施例。抬升角监测器200检测伸缩吊臂110位于水平面以上的抬升角。当所述抬升角超过预定阈值时，其向液体控制器220提供信号。液体控制器220可以被实现为通常闭合位置的双向电磁阀。由此，当闭合时，所述阀防止供应源210提供的任何液压液体到达伸展和回缩吊臂的液压回路的其余部分。

一旦抬升角监测器200向液体控制器220提供信号，该控制器打开来自供应源210的液体连接。例如，如果220是电磁阀，则这可以通过简单地致动电磁线圈来实现。如图2所示，可以通过减压装置230调节回路中液体的压力。减压装置230可以是释放阀，其被配置为释放超过预定压力阈值的液体，或者减压装置230可以是提供相同功能的任何装置。

在示例性实施例中，减压阀可以被设置为200PSI(磅/平方英寸)。由此，以高于200PSI的压力提供的液压液体将被释放到储罐240中。储罐240是液压液体的溢流储罐，随着液压液体被再次加压并在整个系统中循环，能够在液压回路中再次使用该液压液体。由此，储罐240可以提供返回到供应源210的液体。

阀230下游的液压液体被调节至期望的压力，在给定实例中为大约200PSI。当然，应当理解200PSI是在以特定起重机配置实现的示例性实施例中使用的值，其并不是以任何方式进行限制。对于不同的起重机配置，可以试验性地或者通过建模来确定适当的压力。

所述示例性实施例使用200PSI作为至液压缸的再填充压力。通过实验得出该值，从而确定在吊臂伸展组态下支撑吊臂重量的值，并且在没有特定的吊臂伸展指令的情况下，该值不会使得进一步伸展液压缸或者吊臂。可以理解，摩擦力在本系统中扮演了非常重要的角色。因此，在示例性实施例中，200PSI不足以克服各吊臂部分之间的摩擦力，且因此不能使吊臂伸展。另一方面，该压力足以支撑已经伸展的现有组态下的吊臂。

图2所示的供应源210是加压的液压液体源。其可以从各种源获得。供应源210可以是来自起重机的摆动、转向和辅助的多支管件上的摆动停车制动释放功能的液压管线。该供应源还可以是在起重机具备风速指示器时被用于向风速指示器提供动力的源。然而，这并不仅仅将所述源限制为上述选择，而是其可以由起重机上已经存在的多种其他高压液压液体供应源提供动力，或者由连接到液压液体储罐的专用泵提供动力。使用在起重机启动时立即被加压的液压液体源是有益的。该类型的液体源将立即提供压力而无需任何操作员输入，因此避免了操作员错误地忘记启动补偿装置的可能性。

一旦启动起重机的引擎，则供应源210可以以高于补偿装置所需要的、来自另一液压源的压力提供液体，即，以250PSI提供液体。因此，当启动所述引擎时，液体控制器220将立即接收恒定的高压液压液体源。实际上，这是有益的，因为当启动引擎时立即自动地启动了所述系统，而这是操作起重机时总是最先做的事情。

抬升角监测器200监测伸缩吊臂位于水平面以上的抬升角。抬升角监测器200可以被实现为模拟传感器、数字传感器或者起重机控制计算机的输出。特定的实施方式并不是限制性的。抬升角监测器200连续地检测吊臂抬升角，并且当超过了预定的抬升角阈值时命令液体控制器220向回路的其余部分提供液体。因此，在低于阈值角度的抬升角处，液体控制器220保持关闭，并且不向回路的其余部分提供液体。然而，一旦超过了阈值角度，液体控制器220打开，并且向回路的其余部分提供液体，由此通过单向阀260向为伸缩吊臂提供动力的液压缸提供再充填液体。如果存在为吊臂提供动力的多个液压缸，则可以相应地提供多个阀260，每个阀对应于一个液压缸。

重要的是，抬升角监测器200不过早地命令打开阀220，这是因为已经示出了，即使非常小的压力量(小于15PSI)也足以在非常小的抬升角处使伸缩吊臂伸展。因此，抬升角监测器200不应当允许流量通过补偿系统的其余部分直至达到了预定的抬升角。在特定的起重机装置中，已经确定在35°的抬升角处以200PSI提供补偿液体流会支撑已经伸展的组态下的吊臂，而不会进一步伸展所述伸缩吊臂。任意特定的起重机中适于实现该平衡的特定角度将取决于起重机各吊臂部分的质量、作用在相邻的伸缩吊臂部分之间的摩擦力、可用于补偿系统的液体的压力和期望的工作压力及影响各个型号的起重机的其他要素。应当为每个型号的起重机经验地确定将由监测器200检测的阈值角度，并且调整为以如下抬升角启动本发明的补偿装置，所述抬升角为，在所述抬升角处，吊臂被支撑但不会不期望地伸展。

通常在超过水平面以上60°的吊臂抬升角处观察到未指令的吊臂回缩。由此，在几乎任意起重机中，补偿装置开始提供再填充液体的阈值角度必须低于60°。为了最小化吊臂回缩的可能性，应当将阈值角度设置在如下角度处，所述角度是再填充液体(可用的或者规定压力的)在没有来自起重机控制器的特定吊臂伸展命令的情况下不会伸展吊臂的最小角度。因此，在一个优选实施例中，阈值角度被设置为35°。

单向阀260确保再灌注回路提供的液体仅仅在一个方向上流动，即，从所述再灌注/补偿回路到吊臂液压缸。随后输出端口270向液压缸130提供液体。如图1所示，补偿装置可以与吊臂伸展控制器140共用一个液体连接。由此，在吊臂伸展控制器140伸展吊臂时，单向阀260防止了液压液体通过再灌注回路回流，且由此将通常的吊臂控制功能与本发明的操作相隔离。进一步，如图2所示，在对于相关起重机合适时，再灌注回路可以包括多个单向阀和多个输出端口。

如上所述，输出端口270流体地(fluidly)连接到液压缸130，并且该连接可以与吊臂伸展控制器140共用。可选地，端口270可以通过液压缸130的活塞侧上的专用端口连接到液压缸。

图2所示的再灌注回路还可以包括压力传感器开关250。压力传感器开关250可以被实现为通常关闭的压力开关，在检测到大于特定阈值的压力时该压力开关使电连接开路。由此，压力传感器开关250保持闭合(保持电连接闭合)除非其检测到大于阈值的压力。压力传感器开关250的电输出可以连接到输出可感知信号的信号装置，所述信号例如是可由操作员感知的声音或者光信号。由此，利用可感知的信号通知起重机的操作员压力传感器开关250检测的压力低于阈值压力。有利的是使用通常闭合的压力开关，这是由于其相对于压力监测系统的故障来说非常鲁棒性。换言之，只有在压力监测系统检测到大于阈值的压力时其才向操作员指出故障。由此，如果压力传感器开关250故障(由此使得其不再能够恰当地检测压力)，则其仍然将向操作员指出故障。

图3示出了控制伸缩吊臂伸展的液压缸130的实例。活塞侧310通过端口接收液压液体用以控制液压缸的伸展和收缩。杆侧320也可以接收液压液体，以便控制液压缸的收缩。尽管图3中仅仅示出了两个端口，然而应当理解在液压缸中可以存在其他的端口。如上所述，用于补偿热收缩的液体通常被输入到活塞侧310，以便保持吊臂的伸展状态。

图4示出了容纳在紧凑的铝多支管件中的本发明的补偿装置的实施方式的实例。如图4所示，多支管件壳体400可以是简单的箱形并且包括多个开口。液体控制器220连接到这些开口中的一个。减压装置230(被实现为减压阀)连接到另一个开口，并且包括可流体地连接到储罐240的端口。进一步，压力传感器开关250连接到还一个开口，并被配置为检测多支管件400内部的压力。通过多支管件400中的另外的开口配置一个或多个输出端口270。多支管件400还包括流体地与供应源210相连的供应源输入410。进一步，多支管件还包括供应源返回420，其输出通过供应源输入410提供的液体。由此，有利的是，多支管件400可以串联地与现有的液压液体管路相连接，而对现有的液压液体管路的影响最小。此外，多支管件400还可以包括一个或多个诊断端口430，其使得能够监测多支管件400内部压力和/或温度。

如从图2和4可以理解的，补偿装置可以被实现为对现有起重机进行改进的设备或者装备。进一步，如图4所示的示例性实施例的制造是有益地鲁棒性的、紧凑的和高效的。毫无疑问，补偿装置不以任何方式被图4所示的实施方式所限制，而是可以适用于未来的特定应用、被改进的相关起重机或者制造和/或安装中的便利性。

图5示意性地示出了在液压动力伸缩吊臂中补偿液体收缩的处理的步骤。在步骤S500中，检测吊臂的抬升角。在步骤S510中，将抬升角与预定阈值相比较。在一个示例性实施方式中，所述阈值角度是水平面以上35°。如果抬升角不超过所述预定阈值角度，则处理返回到检测吊臂抬升角。由此，连续地监测抬升角。当抬升角超过阈值时，在步骤S520，液体被提供至液压缸。在液体被提供至液压缸之后，再次检测吊臂的抬升角，并且连续地监测。由此，如果吊臂的抬升角降低至低于阈值，则停止向液压缸提供液体。

图6示出了步骤S520的更多细节。在步骤S600，控制信号被传送至液体控制器220，并且在示例性实施例中，为控制阀提供能量。在步骤S610中，液体控制器220打开从供应源210到补偿装置的其余部分的液体连接。进一步，在步骤S620中，将压力控制(并且可以利用例如减压释放阀230的减压装置减小)至预定的压力水平。在示例性实施例中，压力水平可以被设置为200PSI，由此将在步骤S630中从补偿装置输出的压力限制到200PSI。进一步，在步骤S630中，可以控制液体的输出，由此使得在单个流动方向上输出液体，并且(例如通过利用例如260的单向阀)防止相反的流动方向。

进一步，图7示出了在补偿装置中监测压力的处理。在步骤S700中，检测到液体压力的下降。响应于所检测的液体压力下降，在步骤S710中产生信号。进一步，在步骤S720中，输出可感知的通知。在某些实施方式中，有利的是，除非所检测的压力上升到预定阈值以上或者直到该时刻才在步骤S710中连续地产生通知信号。例如，这可以通过利用通常闭合的开关来实现，该通常闭合的开关在压力上升到所述阈值以上时打开。

上文的详细描述通过使用框图、流程图和/或实例阐述了设备和/或处理的各种实施例。如上所述，在包含一个或多个功能和/或操作的上述框图、流程图和/或实例的范围内，本领域技术人员将会理解上述框图、流程图和/或实例内的各个功能和/或操作可以通过各种具体的实施方式单独和/或共同地实现。由此，示例性实施方式不是限制性的，而是示出了发明人所提出的为解决问题所构想的方案。

本领域技术人员将认识到，以此处阐述的方式描述设备和/或处理是本领域中常见的，并且此后利用工程实践将所描述的设备和/或处理集成到大系统或者多个系统中。即，通过合理的实验量，此处描述的设备和/或处理至少一部分可以被集成到机械系统中。

相对于此处使用术语的基本上任意复数和/或单数，如果在上下文和/或应用中合适的话，本领域技术人员能够将其从复数转化为单数和/或从单数转化为复数。为清晰起见，这里可以明确地阐述各种单/复数的置换。

尽管此处已经公开了各种方面和实施例，然而对本领域技术人员来说其他方面和实施例也是清楚的。此处公开的各个方面和实施例是说明性的而非限制性的，其实际的保护范围和精神由以下权利要求书所给出。

Claims (21)

1.一种用于补偿液压动力伸缩吊臂中的液体收缩的装置，包括：

监测器，确定所述伸缩吊臂的抬升角；

液压液体供应源；以及

液体控制器，当所述抬升角超过预定阈值角度时，响应于所述监测器用于从供应源向控制所述伸缩吊臂伸展的液压装置提供液压液体。

2.根据权利要求1的装置，其中所述液体控制器包括：

控制阀，被配置为当所述吊臂的抬升角超过所述阈值角度时，响应于所述监测器产生的信号向所述液压装置提供液压液体。

3.根据权利要求1的装置，其中所述监测器确定所述吊臂的抬升角何时为水平面以上至少三十五度的抬升。

4.根据权利要求1的装置，进一步包括：

压力传感器，监测提供至所述液压缸的液体的压力，所述压力传感器响应于检测到液体压力下降到低于最小压力而产生信号；以及

信号设备，响应于所述压力传感器产生的信号并且在所述压力低于所述最小压力时产生操作员可感知的信号。

5.根据权利要求4的装置，其中所述压力传感器包括：

在所监测的压力小于所述最小压力时连续地闭合电路的装置。

6.根据权利要求1的装置，其中

液压液体供应源是响应于吊臂套叠命令正常地向所述液压装置提供加压的液压液体的液压回路。

7.根据权利要求1的装置，其中

所述液压液体供应源是辅助的液压回路，其与正常地向所述液压装置提供加压的液压液体的回路分离。

8.根据权利要求1的装置，进一步包括：

单向阀，连接到所述装置的输出端口，所述单向阀防止液体从所述控制伸缩吊臂伸展的液压装置流动回到所述装置。

9.根据权利要求1的装置，进一步包括：

释放阀，其控制从所述装置提供到控制所述伸缩吊臂伸展的液压装置的液体的压力。

10.一种补偿液压动力伸缩吊臂中液体收缩的方法，所述方法包括：

监测所述伸缩吊臂的抬升角；以及

当所述抬升角超过预定阈值角度时，向控制所述伸缩吊臂的伸展的液压装置提供液体。

11.根据权利要求10的方法，包括在所述吊臂的抬升角为水平面以上至少三十五度抬升时向控制伸缩吊臂伸展的液压装置提供液体。

12.根据权利要求10的方法，进一步包括：

在所述吊臂的抬升角超过阈值角度时产生信号；以及

响应于所述信号执行控制以向所述液压装置提供液压液体。

13.根据权利要求12的方法，进一步包括：

打开液体连接以允许液体流入所述液压装置中；以及

控制提供至所述液压装置的液体的压力。

14.根据权利要求12的方法，进一步包括：

监测提供至所述液压装置的液体的压力；

在所述液体的压力低于最小压力时产生压力信号；以及

响应于所述压力信号产生操作员可感知的通知。

15.根据权利要求10的方法，进一步包括当所述抬升角超过预定阈值角度时，在一个流动方向上向控制伸缩吊臂伸展的液压装置提供液体，以及防止液体在与所述流动方向相反的方向上流动。

16.一种用于补偿起重机的液压动力伸缩吊臂中的液体收缩的补偿装置，所述起重机包括可伸展的吊臂和用于伸展所述吊臂的液压装置，所述补偿装置包括：

监测器，确定所述伸缩吊臂的抬升角；

加压的液压液体的供应源，包括液压液体的储罐；

入口，能够连接至所述加压的液压液体的供应源；

液体控制器，控制通过所述入口并且响应于确定所述伸缩吊臂的抬升角的监测器的液体流；

出口，能够连接至所述液压装置并且向所述液压装置提供通过所述入口和液体控制器接收的加压的液压液体；以及

第二连接，其能够连接至液压液体的储罐，并且建立允许提供至液压装置的液体的一部分返回到所述储罐的返回流动路径。

17.根据权利要求16的补偿装置，其中

所述液体控制器包括：阀，响应于所述监测器并且控制从所述入口至所述起重机的液压装置的液体流，以及

当所述抬升角超过预定阈值角度时，所述液体控制器能够使得液体流动至所述液压装置。

18.根据权利要求16的补偿装置，进一步包括：

压力传感器，其监测所述入口和所述液压装置之间的液压液体的压力，并且当所述压力低于最小压力时产生压力信号；以及

报警装置，响应于所述压力传感器产生的信号产生操作员可感知的信号。

19.根据权利要求16的补偿装置，进一步包括：

单向检验阀，位于所述入口和所述液压装置之间，用于防止液体从所述液压装置流回所述入口。

20.根据权利要求16的补偿装置，进一步包括：

阀，操作地连接到所述第二连接器，用于选择性地允许加压的液压液体流动至所述第二连接器和所述储罐。

21.根据权利要求20的补偿装置，其中所述阀是减压阀，用于限制提供至所述液压装置的加压的液压液体的压力。

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