CN102336372A - 起重机及其卷扬装置的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卷扬装置的液压控制系统，包括驱动卷筒的马达和制动卷筒的油缸；还包括具有两个工作位置的液动换向阀和蓄能器：液动换向阀设置在换向阀的与马达的卷扬收绳进液口连通的油口和油缸的解除制动进液口之间；在第一工作位置，换向阀的与马达的卷扬收绳进液口连通的油口与油缸的解除制动进液口导通；在第二工作位置，油缸的解除制动进液口与回油油路导通；马达的卷扬收绳进液口至蓄能器的油口之间单向导通；且换向阀的与马达的卷扬收绳进液口与阀芯的一端所在的腔室连通，并推动阀芯产生向第一工作位置滑动的趋势；蓄能器的油口与阀芯的另一端所在的腔室连通，并推动阀芯产生向第二位置滑动的趋势。本发明还提供采用该液压控制系统的起重机。

Description

起重机及其卷扬装置的液压控制系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种起重机及其卷扬装置的液压控制系统。

背景技术

在起重机正常作业过程中，利用卷扬马达与制动油缸的配合动作对重物进行提升、下放是起重机的主要功能之一。具体而言，卷扬处于非工作状态时，油控卷扬制动器处于常闭状态；卷扬起升重物时，液压系统通常同时供油至液压马达和卷扬制动器油缸，从而释放卷扬制动器，使得卷扬可以无障碍转动。

实际吊装过程中，许多工况经常需要将重物在某个高度停留一段时间，然后再继续起升；即二次起升操作。现有技术中，重物在空中的停留保持是依靠安装在液压马达上的平衡阀以及安装在卷扬内部的油控卷扬制动器对卷扬机构进行制动来实现的，在进行二次起升操作时，由于重物产生的阻力矩的存在，且液压马达需要足够的时间去建立起足够大的起升力矩以克服重物产生的阻力矩，因此，在二次起升操作的启动瞬间，马达产生的力矩不足已使重物继续向上起升，反而会在重物力矩的作用下出现重物下滑的现象，从而产生不可控制的危险；即二次下滑现象。显然，在给液压马达供油的同时能够确保卷扬制动器不能被打开，就可以有效控制此工况下不会出现二次下滑现象。

针对上述问题，现有技术采用电气控制式压力记忆技术，利用压力记忆阀和PLC逻辑控制的密切配合，通过PLC控制程序实时检测起升过程中的压力变化和负载大小，并计算出液压马达需要产生多大的起升力矩以克服负载力矩，从而去控制压力记忆阀内部的电磁阀何时开启和关闭，进而达到精确控制卷扬制动器打开和关闭时间的目的，以消除二次下滑的现象。该方案的工作原理如图1所示。

该方案虽然能解决二次起升下滑问题，但受电气控制自身特点的限制，仍然存在以下两方面的问题：

(1)电气控制式压力记忆阀结构复杂，价格昂贵，成本高；

(2)系统出现压力冲击时，压力继电器会记录此冲击值，造成误计。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对卷扬装置的液压控制系统进行优化设计，以有效克服现有技术所存在的上述缺陷。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种卷扬装置的液压控制系统，以在有效降低制造成本的基础上，提高系统工作的可靠性。在此基础上，本发明还提供一种采用该液压控制系统的起重机。

本发明提供的卷扬装置的液压控制系统，包括驱动卷筒的马达和制动卷筒的油缸，在所述马达与液压泵和油箱之间设置有换向阀；还包括液动换向阀和蓄能器：所述液动换向阀设置在所述换向阀的与所述马达的卷扬收绳进液口连通的油口和所述油缸的解除制动进液口之间；所述液动换向阀具有两个工作位置：在第一工作位置，所述换向阀的与所述马达的卷扬收绳进液口连通的油口与所述油缸的解除制动进液口导通；在第二工作位置，所述油缸的解除制动进液口与回油油路导通；所述马达的卷扬收绳进液口至所述蓄能器的油口之间单向导通；且所述换向阀的与所述马达的卷扬收绳进液口与所述阀芯的一端所在的腔室连通，并推动阀芯产生向第一工作位置滑动的趋势；所述蓄能器的油口与所述阀芯的另一端所在的腔室连通，并推动阀芯产生向第二位置滑动的趋势。

优选地，所述液动换向阀具体为液动二位三通换向阀；该二位三通换向阀的第一油口与所述换向阀的与所述马达的卷扬收绳进液口连通的油口连通、第二油口与回油油路连通、第三油口与所述油缸的解除制动进液口连通；该液动二位三通换向阀的阀芯位于第一工作位置，其第一油口与第三油口导通；该液动二位三通换向阀的阀芯位于第二工作位置，其第二油口与第三油口导通。

优选地，常态下，所述液动二位三通换向阀的阀芯位于第一工作位置。

优选地，在所述马达的卷扬收绳进液口与所述蓄能器之间设置有单向阀；常态下，所述单向阀的进、出液口非导通。

优选地，还包括梭阀，所述梭阀的两个进液口分别与所述液动二位三通换向阀的第三油口和所述马达的卷扬放绳进液口连通，所述梭阀的出液口与所述油缸的解除制动进液口连通。

优选地，还包括液控单向阀，其设置于所述蓄能器的油口与系统回油油路之间，其控制油口与所述马达的卷扬放绳进液口连通。

优选地，还包括减压阀，设置在所述梭阀的出液口和所述油缸的解除制动进液口之间。

优选地，所述换向阀具体为三位四通换向阀，其第一油口与所述马达的卷扬放绳进液口连通、第二油口与所述马达的卷扬收绳进液口连通、第三油口与所述液压泵的出液口导通、第四油口与油箱导通；在第一工作位置，其第一油口与第四油口导通、第二油口与第三油口导通；在第二工作位置，其第一油口、第二油口与第四油口导通；在第三工作位置，其第一油口与第三油口导通、第二油口与第四油口导通。

优选地，还包括平衡阀，设置在所述三位四通换向阀的第二油口与所述马达的收绳进液口之间，且所述平衡阀的控制油口与所述三位四通换向阀的第一油口连通。

本发明提供的起重机，包括具有液压控制系统的卷扬装置，所述液压控制系统具体如前所述。

本发明从稳定制动器开启压力的角度出发，通过液压式压力记忆装置对系统工作压力进行记忆。具体而言，本方案利用蓄能器和液压阀等元件共同作用，液动换向阀设置在换向阀的与马达的卷扬收绳进液口连通的油口和油缸的解除制动进液口之间，蓄能器与马达起升压力油路连通并实时储备起升油路的工作压力；其中，蓄能器和马达起升压力油路分别作用于液动换向阀的阀芯两端。这样，进行重物二次提升操作时，若马达起升压力油路的工作压力不能满足马达启动力矩的要求时，液动换向阀在蓄能器的压力作用下保持在第二工作位置，此时系统压力无法达到制动油缸，制动器处于制动状态；也就是说，只有系统二次起升的工作压力大于蓄能器记忆的压力时，才能打开卷扬制动器，从而有效避免了二次下滑的现象发生。与现有技术相比，本系统采用液控技术实现压力记忆的功能，大大降低了制造成本；同时，本方案中实现压力记忆功能的元件设置在卷扬起升工作油路上，工作过程中仅记录卷扬起升时进油路的工作压力，这样，有效规避了系统压力冲击对于系统工作稳定性的影响。

在本发明的优选方案中，在蓄能器的油口与系统回油油路之间增设有液控单向阀，其控制油口与马达的卷扬放绳进液口连通。当进行下降操作时，压力油液作用于液控单向阀的控制口，阀芯打开后，蓄能器存储的压力油液经过液控单向阀直接回油箱，实现蓄能器的压力清零，从而为下次压力记忆做好准备，进而提高了本发明可操作性。

附图说明

图1是现有电气控制式压力记忆的卷扬控制系统原理图；

图2是具体实施方式中所述起重机的整体结构示意图；

图3是具体实施方式中所述卷扬的液压控制系统原理图。

图中：

液压泵1、油箱2、三位四通换向阀3、马达4、卷扬放绳进液口41、卷扬收绳进液口42、平衡阀5、液动换向阀6、油缸7、解除制动进液口71、蓄能器8、单向阀9、梭阀10、液控单向阀11、减压阀12、溢流阀13。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种卷扬装置的液压控制系统，从稳定制动器开启压力的角度出发，通过液压式压力记忆装置对系统工作压力进行记忆；以在有效降低制造成本的基础上，提高系统工作的可靠性。

下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

请参见图1，该图是本实施方式所述起重机的整体结构示意图。

需要说明的是，该起重机的行走系统、动力系统、吊臂系统、卷扬系统和电气系统等主要功能部件与现有技术完全相同，本领域的技术人员基于现有技术无需付出创造性的劳动就可以实现，故文不再赘述。

该起重机的卷扬通过液压控制系统的马达带动卷筒转动，同时配合常闭式制动，从而实现卷扬的收绳或者放绳操作；也就是说，启动马达时需要输出压力油液至制动油缸，以解除制动。为详见阐述该起重机卷扬的液压控制系统，请一并参见图3。

换向阀设置在马达4与液压泵1和油箱2之间。应当理解，该换向阀可以采用多种结构形式，只要满足马达换向的基本需要均可。本方案中，换向阀具体为三位四通换向阀3，其第一油口A与马达4的卷扬放绳进液口41连通、第二油口B与马达4的卷扬收绳进液口42连通、第三油口P与液压泵1的出液口导通、第四油口T与油箱2导通；在第一工作位置，其第一油口A与第四油口T导通、第二油口B与第三油口P导通，此状态下，马达4带动卷扬卷筒进行收绳作业；在第二工作位置，其第一油口A、第二油口B与第四油口T导通；在第三工作位置，其第一油口A与第三油口P导通、第二油口B与第四油口T导通，此状态下，马达4带动卷扬卷筒进行放绳作业。

平衡阀5设置在三位四通换向阀3的第二油口B与马达4的卷扬收绳进液口42之间，且平衡阀5的控制油口与三位四通换向阀3的第一油口A连通。

液动换向阀6设置在三位四通换向阀3的与马达4的卷扬收绳进液口42连通的油口(即第二油口B)和油缸7的解除制动进液口71之间；该液动换向阀6具有两个工作位置：在第一工作位置，三位四通换向阀3的与马达4的卷扬收绳进液口42连通的油口(即第二油口B)与油缸7的解除制动进液口71导通；在第二工作位置，油缸7的解除制动进液口71与回油油路导通。

三位四通换向阀3的与马达4的卷扬收绳进液口42与液动换向阀6的阀芯一端所在的腔室连通，并推动其阀芯产生向第一工作位置滑动的趋势；蓄能器8的油口与液动换向阀6的阀芯另一端所在的腔室连通，并推动其阀芯产生向第二位置滑动的趋势。

马达4的卷扬收绳进液口42至蓄能器8的油口之间单向导通，即，在马达4的卷扬收绳进液口42与蓄能器8之间设置有单向阀9；常态下，该单向阀9的进、出液口非导通。

同样需要说明的是，该液动换向阀6也可以采用多种结构形式。具体地，本方案中的液动换向阀6具体为液动二位三通换向阀；该二位三通换向阀的第一油口a与三位四通换向阀3的与马达4的卷扬收绳进液口42连通的油口(即第二油口B)连通、第二油口b与回油油路连通、第三油口c与油缸7的解除制动进液口71连通；该液动二位三通换向阀的阀芯位于第一工作位置，其第一油口a与第三油口c导通，此状态下，压力油液输出至马达的同时，输出至制动油缸，以解除制动；该液动二位三通换向阀的阀芯位于第二工作位置，其第二油口b与第三油口c导通，此状态下，制动油缸泄油后制动。常态下，液动二位三通换向阀的阀芯位于第一工作位置。

本方案还包括梭阀10，以便于在马达4正、反转时均能够可靠地输出压力油液至油缸7，解除制动。如图所示，该梭阀10的两个进液口分别与液动二位三通换向阀的第三油口c和马达4的卷扬放绳进液口41连通，梭阀10的出液口与油缸7的解除制动进液口71连通。

另外，在蓄能器8的油口与系统回油油路之间设置有液控单向阀11，其控制油口与马达4的卷扬放绳进液口41连通；这样，当进行下降操作时，压力油液作用于液控单向阀11的控制口，阀芯打开后，蓄能器8存储的压力油液经过液控单向阀11直接回油箱。

同时，本方案所述卷扬液压控制系统还包括减压阀12和溢流阀13。其中，减压阀12设置在梭阀10的出液口和油缸7的解除制动进液口71之间；溢流阀13设置在液压泵1的出液口，以确保系统的工作可靠性。

以下结合不同的使用工况，简要说明本实施方式的工作原理。

(一)重物起升过程

当进行起升操作时，液压泵1打出的压力油经过三位四通换向阀3，并且通过平衡阀5的旁通单向阀进入马达4的工作油口(卷扬收绳进液口42)，驱动马达4旋转；同时，压力油通过液动换向阀6，经过梭阀10、减压阀12进入油缸7，保证起升时马达4顺利旋转。起升过程当中，压力油经过单向阀9给蓄能器8充液，蓄能器8开始记忆起升油路的压力。压力记忆过程中，液控单向阀11处于关闭状态，液动换向阀6处于第一工作位置。

(二)重物中途停留过程

当重物起升到中途需要停留时，则三位四通换向阀3处于中位(第二工作位置)，液压泵1打出的液压油经过溢流阀13进行卸荷。由于主油路与油箱相通，则液动换向阀6在蓄能器8的压力油液作用下，处于第二工作位置。同时，油缸7的压力油经过减压阀12、梭阀10、液动换向阀6进入油箱，从而实现对卷扬的制动。此时，蓄能器8在单向阀9和液控单向阀11共同作用下，保持记忆压力。

(三)重物二次起升过程

当重物进行二次起升时，液压泵1打出的压力油经过三位四通换向阀3，并且通过平衡阀5的旁通单向阀进入马达4的工作油口(卷扬收绳进液口42)。与此同时，压力油达到液动换向阀6的下端，与蓄能器8的压力进行比较，若系统主油路所建立的压力达到蓄能器8所记忆的压力，则液动换向阀6换向，处于第一工作位置。此状态，压力油通过液动换向阀6，并经过梭阀10、减压阀12进入油缸7，以解除制动保证马达4顺利旋转。显然，只有系统压力达到蓄能器8所记忆的压力时，制动器才能够打开，此时系统建立起的压力足以保证重物不会出现“二次下滑”现象。若系统的压力高于蓄能器8记忆压力，压力油会自动对蓄能器8进行充压，蓄能器8自动记忆系统起升工作压力，为下次二次起升做准备。

(四)重物下降过程

当重物进行下降操作时，液压泵1打出的压力油经三位四通换向阀3后，直接进入马达4的另一个工作油口(卷扬放绳进液口41)，驱动马达4进行旋转。工作油液从马达4的出口流出后，作用于平衡阀5的控制油口，推动平衡阀5的阀芯换向，使工作油液可以从平衡阀5内部通过，再经三位四通换向阀3流回油箱。在这过程中，压力油通过梭阀10、减压阀12达到卷扬制动器的油缸7，推开制动器，使卷扬顺利下降。

在进行下降操作的过程中，蓄能器8的压力需要清零，为下次压力记忆做准备。具体来说，当进行下降操作时，压力油推开液动液控单向阀11，蓄能器8存储的压力油经过液控单向阀11直接回油箱，实现压力清零。

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 (10)

1.卷扬装置的液压控制系统，包括驱动卷筒的马达和制动卷筒的油缸，在所述马达与液压泵和油箱之间设置有换向阀；其特征在于，还包括：

液动换向阀，设置在所述换向阀的与所述马达的卷扬收绳进液口连通的油口和所述油缸的解除制动进液口之间；所述液动换向阀具有两个工作位置：在第一工作位置，所述换向阀的与所述马达的卷扬收绳进液口连通的油口与所述油缸的解除制动进液口导通；在第二工作位置，所述油缸的解除制动进液口与回油油路导通；和

蓄能器，所述马达的卷扬收绳进液口至所述蓄能器的油口之间单向导通；且

所述换向阀的与所述马达的卷扬收绳进液口与所述阀芯的一端所在的腔室连通，并推动阀芯产生向第一工作位置滑动的趋势；所述蓄能器的油口与所述阀芯的另一端所在的腔室连通，并推动阀芯产生向第二位置滑动的趋势。

2.根据权利要求1所述的卷扬装置的液压控制系统，其特征在于，所述液动换向阀具体为液动二位三通换向阀；该二位三通换向阀的第一油口与所述换向阀的与所述马达的卷扬收绳进液口连通的油口连通、第二油口与回油油路连通、第三油口与所述油缸的解除制动进液口连通；该液动二位三通换向阀的阀芯位于第一工作位置，其第一油口与第三油口导通；该液动二位三通换向阀的阀芯位于第二工作位置，其第二油口与第三油口导通。

3.根据权利要求2所述的卷扬装置的液压控制系统，其特征在于，常态下，所述液动二位三通换向阀的阀芯位于第一工作位置。

4.根据权利要求1所述的卷扬装置的液压控制系统，其特征在于，在所述马达的卷扬收绳进液口与所述蓄能器之间设置有单向阀；常态下，所述单向阀的进、出液口非导通。

5.根据权利要求2所述的卷扬装置的液压控制系统，其特征在于，还包括梭阀，所述梭阀的两个进液口分别与所述液动二位三通换向阀的第三油口和所述马达的卷扬放绳进液口连通，所述梭阀的出液口与所述油缸的解除制动进液口连通。

6.根据权利要求5所述的卷扬装置的液压控制系统，其特征在于，还包括液控单向阀，其设置于所述蓄能器的油口与系统回油油路之间，其控制油口与所述马达的卷扬放绳进液口连通。

7.根据权利要求5或6所述的卷扬装置的液压控制系统，其特征在于，还包括减压阀，设置在所述梭阀的出液口和所述油缸的解除制动进液口之间。

8.根据权利要求1所述的卷扬装置的液压控制系统，其特征在于，所述换向阀具体为三位四通换向阀，其第一油口与所述马达的卷扬放绳进液口连通、第二油口与所述马达的卷扬收绳进液口连通、第三油口与所述液压泵的出液口导通、第四油口与油箱导通；在第一工作位置，其第一油口与第四油口导通、第二油口与第三油口导通；在第二工作位置，其第一油口、第二油口与第四油口导通；在第三工作位置，其第一油口与第三油口导通、第二油口与第四油口导通。

9.根据权利要求8所述的卷扬装置的液压控制系统，其特征在于，还包括平衡阀，设置在所述三位四通换向阀的第二油口与所述马达的收绳进液口之间，且所述平衡阀的控制油口与所述三位四通换向阀的第一油口连通。

10.起重机，包括具有液压控制系统的卷扬装置，其特征在于，所述液压控制系统具体如权利要求1至9中任一项所述。

Images