CN102434512A - 液压油缸同步控制回路及应用该控制回路的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包括驱动同一动作构件的第一、二液压油缸，两个液压油缸的有杆腔、无杆腔均并联，并通过方向控制阀控制两个油缸伸缩；同时，在两个油缸与方向控制阀之间的设置有分流集流阀，以通过分流集流阀的分流功能实现油缸同步外伸，通过集流功能实现油缸同步回缩。每个油缸的有杆腔与方向控制阀及另一油缸的无杆腔之间均设置有同步方向控制阀，以通过同步方向控制阀的切换控制相应液压油缸的有杆腔与另一液压油缸的无杆腔连通或者与方向控制阀导通。与现有技术相比，该控制回路具有较好的同步控制精度，且控制过程中不需要频繁调节，大大提高了同步控制的工作效率。在此基础上，本发明还提供一种应用该液压油缸同步控制回路的起重机。

Description

液压油缸同步控制回路及应用该控制回路的起重机

技术领域

本发明涉及一种工程机械技术，具体涉及一种液压油缸同步控制回路及应用该控制回路的起重机。

背景技术

液压同步系统是液压技术应用实践中永恒的技术课题，以确保执行操作的动作精度。目前，自行式起重机得到迅速的发展，仅用不到十年的时间完成从百吨级产品至千吨级产品的跨越式发展；基于新机型起重性能的变化出现多种采用双液压油缸的执行系统，例如，起重机超起机构、可变幅副臂机构及卷扬锁止棘轮机构等。此外，传统起重机的配重挂接也采用双液压油缸完成配重的自拆装操作。

随着起重吨位的增加，各执行系统的负载都会不同程度的增大，同时机构结构尺寸及动作幅度均相应的增加，因此，实际工作过程中，每个执行系统的两个液压油缸极易出现不同步的现象。众所周知，不同步现象直接影响机构动作稳定性，影响整个机构的执行，较为严重的话将导致两个液压油缸的损坏或切断。

请参见图1，该图现有技术中一种典型的双液压油缸的同步控制回路原理图。

为有效提高两个液压油缸的同步性能，该控制回路在传统同步控制技术的基础上进行了优化设计。该方案中，压力油液通过分流集流阀的分流功能实现油缸同步外伸，通过集流功能实现油缸同步回缩；同时，在分流集流阀至两个液压油缸之间分别设置有一开关阀。当执行系统出现同步偏差后，操作者可根据实际需要操纵开关阀，调节相应液压油缸的工作腔与回油油路导通，以通过微动调节控制两个液压油缸的同步性。然而，该方案实际操作不断切换开关阀的工作状态进行调节，操作较为不便，存在工作效率过低的缺陷。

有鉴于此，亟待另辟蹊径提供了一种液压油缸同步控制回路，在确保双液压油缸同步性的基础上，有效提高作业效率。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种液压油缸同步控制回路，以通过优化设计的控制回路有效提高作业效率。在此基础上，本发明还提供一种应用该液压油缸同步控制回路的起重机。

本发明提供的一种液压油缸同步控制回路，包括驱动同一动作构件的第一液压油缸和第二液压油缸、控制第一、二液压油缸伸缩动作的方向控制阀、分流集流阀、第一同步方向控制阀和第二同步方向控制阀；其中，所述第一、二液压油缸的有杆腔和无杆腔并联；所述方向控制阀设置在第一、二液压油缸与系统压力油路和回油油路之间；所述分流集流阀设置在第一、二液压油缸与所述方向控制阀之间，所述分流集流阀的两个分流油口分别与第一、二液压油缸的无杆腔相连，所述分流集流阀的合流油口与方向控制阀相连，所述第一同步方向控制阀设置在第一液压油缸的有杆腔与所述方向控制阀和第二液压油缸的无杆腔之间，所述第一同步方向控制阀的切换控制所述第一液压油缸的有杆腔与所述第二液压油缸的无杆腔导通或与所述方向控制阀导通；所述第二同步方向控制阀设置在第二液压油缸的有杆腔与所述方向控制阀和第一液压油缸的无杆腔之间，所述第二同步方向控制阀的切换控制所述第二液压油缸的有杆腔与所述第一液压油缸的无杆腔导通或与所述方向控制阀导通。

优选地，第一、二同步方向控制阀均为二位三通电磁换向阀，所述二位三通电磁换向阀的第一油口与相应液压油缸的有杆腔连通、第二油口与另一液压油缸的无杆腔连通、第三油口与所述方向控制阀连通；且所述二位三通电磁换向阀配置成：常态下位于第一工作位置，其第一油口与第二油口导通、第三油口非导通；得电后位于第二工作位置，其第一油口与第三油口导通、第二油口非导通。

优选地，每个所述二位三通电磁换向阀的第二油口连通油路均设置有节流阻尼。

优选地，第一、二液压油缸的无杆腔连通油路上均设置有平衡阀，所述平衡阀的控制油口均与相应液压油缸的有杆腔连通。

优选地，第一、二液压油缸的有杆腔连通油路上均设置有溢流阀。

优选地，所述方向控制阀为三位四通换向阀，其第一油口与所述分流集流阀的合流油口连通、第二油口与第一同步方向控制阀和第二同步方向控制阀连通、第三油口与系统压力油路连通、第四油口与系统回油油路连通；且所述三位四通换向阀配置成：位于第一工作位置，其第三油口与第一油口连通、第四油口与第二油口连通；位于第二工作位置，其第三油口与第二油口连通、第四油口与第一油口连通；位于第三工作位置，其第三油口非导通、第四油口与第一油口和第二油口导通。

本发明提供的另一种液压油缸同步控制回路，包括驱动同一动作构件的第一液压油缸和第二液压油缸、控制第一、二液压油缸伸缩动作的方向控制阀、分流集流阀、第一同步方向控制阀和第二同步方向控制阀；其中，所述第一、二液压油缸的无杆腔和有杆腔并联；所述方向控制阀设置在第一、二液压油缸与系统压力油路和回油油路之间；所述分流集流阀设置在第一、二液压油缸与所述方向控制阀之间，所述分流集流阀的两个分流油口分别与第一、二液压油缸的有杆腔相连，所述分流集流阀的合流油口与第一方向控制阀相连，所述第一同步方向控制阀设置在第一液压油缸的无杆腔与所述方向控制阀和第二液压油缸的有杆腔之间，所述第一同步方向控制阀的切换控制所述第一液压油缸的无杆腔与所述第二液压油缸的有杆腔导通或与所述方向控制阀导通；所述第二同步方向控制阀设置在第二液压油缸的无杆腔与所述方向控制阀和第一液压油缸的有杆腔之间，所述第二同步方向控制阀的切换控制所述第二液压油缸的无杆腔与所述第一液压油缸的有杆腔导通或与所述方向控制阀导通。

优选地，第一、二同步方向控制阀均为二位三通电磁换向阀，所述二位三通电磁换向阀的第一油口与相应液压油缸的无杆腔连通、第二油口与另一液压油缸的有杆腔连通、第三油口与所述方向控制阀连通；且所述二位三通电磁换向阀配置成：常态下位于第一工作位置，其第一油口与第二油口导通、第三油口非导通；得电后位于第二工作位置，其第一油口与第三油口导通、第二油口非导通。

优选地，每个所述二位三通电磁换向阀的第二油口连通油路均设置有节流阻尼。

本发明提供的起重机，包括由两个液压油缸驱动的动作构件及液压油缸同步控制回路，所述液压油缸同步控制回路具体为如前所述的液压油缸同步控制回路。

本发明提供的液压油缸同步控制回路中，两个液压油缸的有杆腔、无杆腔均并联，并通过方向控制阀控制两个液压油缸的伸出或者收回；同时，在两个液压油缸与方向控制阀之间的设置有分流集流阀，以通过分流集流阀的分流功能实现油缸同步外伸，通过集流功能实现油缸同步回缩。此外，每个油缸的有杆腔与方向控制阀及另一油缸的无杆腔之间均设置有同步方向控制阀，以通过同步方向控制阀的切换控制相应液压油缸的有杆腔与另一液压油缸的无杆腔连通或者与方向控制阀导通。工作过程中，方向控制阀切换至油缸伸出的工作位置，即压力油液经方向控制阀及分流集流阀与两个液压油缸的无杆腔连通，推动活塞位移实现油缸伸出操作；同时，第一同步方向控制阀和第二同步方向控制阀可控制相应液压油缸的有杆腔与另一液压油缸的无杆腔连通，这样，两个液压油缸的伸出运动互相制约、产生流量互补；同时，两个液压油缸的有杆腔、无杆腔相通，两者的压力相等，从而形成压力互补，两缸的同步上升是利用总压力差即推力差而发生的。两个液压油缸回缩的同步性是依靠分流集流阀的集流功能满足的。与现有技术相比，本发明提供的控制回路具有较好的同步控制精度，且控制过程中不需要频繁调节，大大提高了同步控制的工作效率。

本发明的优选方案中，第一、二同步方向控制阀均为二位三通电磁换向阀，且每个二位三通电磁换向阀的与另一液压油缸的无杆腔连通的第二油口设置有阻尼，如此设置，可通过匹配不同通径大小的阻尼调整流量互补的影响效果，为进一步提高同步控制精度提供了可靠保障。

本发明的另一优选方案中，第一、二液压油缸的有杆腔连通油路上均设置有溢流阀，以避免油缸有杆腔的压力过高，从而使得液压油缸在安全压力下工作。

本发明提供的液压油缸同步控制回路适用于采用双液压油缸驱动同一动作构件的起重机，特别适用于自行式起重机。

附图说明

图1是现有技术中一种典型的双液压油缸同步控制回路的原理图；

图2是具体实施方式所述起重机的整体结构示意图；

图3是具体实施方式所述的执行元件同步控制回路的原理图。

图2-图3中：

第一液压油缸11、第二液压油缸12、方向控制阀13、分流集流阀14、第一同步方向控制阀15、第二同步方向控制阀16、节流阻尼17、第一平衡阀18、第二平衡阀19、溢流阀20。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种液压油缸同步控制回路，采用该控制回路控制的双在确保双执行元件同步性的基础上，有效提高作业效率。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性，本实施方式以轮式起重机作为主体详细说明。

请参见图2，该图是本实施方式所述轮式起重机的整体结构示意图。

如图所示，该起重机包括轮式底盘、设置在轮式底盘上的上车转台、铰接于上车转台前部的吊臂装置、提供重物升降驱动力的卷扬装置，以及位于上车转台后部的配重装置等主要功能部件。

需要说明的是，本实施方式所述前述功能部件可以采用现有技术实现，例如，配重装置采用两个液压油缸驱动配重铁实现其自拆装作业等。故本文对于底盘、上车转台、吊臂装置等功能构件的具体不再赘述。为详细说明本申请的发明点，请进一步参见图2所示的执行元件同步控制回路的原理图，该控制回路可用于控制起重机配重装置的自拆装作业，也可用于超超装置的姿态调整。

该同步控制回路包括第一液压油缸11和第二液压油缸12，两个液压油缸的有杆腔和无杆腔分别并联，以共同驱动相同的运动构件；并通过方向控制阀13控制第一液压油缸11和第二液压油缸12的伸缩动作。如图所示，方向控制阀13设置在两个液压油缸与系统压力油路P和回油油路T之间，通过方向控制阀13工作位置的切换即可实现压力油液与两个液压油缸的无杆腔或者有杆腔连通。

其中，分流集流阀14设置在第一液压油缸11和第二液压油缸12与方向控制阀13之间，如图所示，分流集流阀14的两个分流油口C1、C2分别与第一液压油缸11和第二液压油缸12的无杆腔相连，分流集流阀14的合流油口V与方向控制阀13相连，以通过分流集流阀的分流功能实现油缸同步外伸，通过集流功能实现油缸同步回缩。

其中，每个液压油缸的有杆腔与方向控制阀及另一油缸的无杆腔之间均设置有同步方向控制阀，以通过同步方向控制阀的切换控制相应液压油缸的有杆腔与另一液压油缸的无杆腔连通或者与方向控制阀导通。如图所示，第一同步方向控制阀15设置在第一液压油缸11的有杆腔与方向控制阀13和第二液压油缸12的无杆腔之间，第一同步方向控制阀15的切换控制第一液压油缸11的有杆腔与第二液压油缸12的无杆腔导通或与方向控制阀13导通；第二同步方向控制阀16设置在第二液压油缸12的有杆腔与方向控制阀13和第一液压油缸11的无杆腔之间，第二同步方向控制阀16的切换控制第二液压油缸12的有杆腔与第一液压油缸11的无杆腔导通或与方向控制阀13导通。

应当理解，基于方向控制的要求，第一同步方向控制阀15和第二同步方向控制阀16具有三个油口和两个工作位置即可满足需要，具体可以采用手控阀也可以采用电磁换向阀。如图所示，第一同步方向控制阀15和第二同步方向控制阀16均为二位三通电磁换向阀。具体地，第一同步方向控制阀15的第一油口与第一液压油缸11的有杆腔连通、第二油口与第二液压油缸12的无杆腔连通、第三油口与方向控制阀13连通；第二同步方向控制阀16的第一油口与第二液压油缸12的有杆腔连通、第二油口与第一液压油缸11的无杆腔连通、第三油口与方向控制阀13连通；并且两个二位三通电磁换向阀均配置成：常态下位于第一工作位置，其第一油口与第二油口导通、第三油口非导通；得电后位于第二工作位置，其第一油口与第三油口导通、第二油口非导通。

为了进一步提高该控制回路的适应性，如图3所示，可根据实际需要在每个所述二位三通电磁换向阀的第二油口连通油路设置有节流阻尼17，以调整相应电磁换向阀的工作阻尼，即通过匹配不同通径大小的阻尼，可以调整流量互补的影响效果，同步控制回路的微调效果就发生变化，为进一步提高同步控制精度提供了可靠保障。

同时，在第一液压油缸11的无杆腔连通油路上均设置有第一平衡阀18，该第一平衡阀18的控制油口与第一液压油缸11的有杆腔连通；在第二液压油缸12的无杆腔连通油路上设置有第二平衡阀19，该第二平衡阀19的控制油口均与第二液压油缸12的有杆腔连通。如此设置，可进一步提高液压油缸收回作业的稳定性。另外，在第一液压油缸11和第二液压油缸12的有杆腔连通油路上均设置有溢流阀20，以避免油缸有杆腔的压力过高，从而使得液压油缸在安全压力下工作。

同样需要说明的是，用于控制两个液压油缸伸出或者收回的方向控制阀具体可以采用手控阀也可以采用电磁换向阀。如图所示，方向控制阀13为三位四通换向阀，其第一油口与分流集流阀14的合流油口连通、第二油口与第一同步方向控制阀15和第二同步方向控制阀16连通、第三油口与系统压力油路P连通、第四油口与系统回油油路T连通；且该三位四通换向阀配置成：Y21得电位于第一工作位置，其第三油口与第一油口连通、第四油口与第二油口连通，即图示右位，此状态下油缸伸出；Y22得电位于第二工作位置，其第三油口与第二油口连通、第四油口与第一油口连通，即图示左位，此状态下油缸收回；位于第三工作位置，其第三油口非导通、第四油口与第一油口和第二油口导通，即图示中位，此状态下油缸停止伸缩。

下面简要说明该液压油缸同步控制回路的工作过程。

一、同步伸出

方向控制阀13的Y21得电，处于右位。结合第一同步方向控制阀15的Y41和第二同步方向控制阀16的Y42之间的控制逻辑关系，可获得下表所示的同步关系。

1.1 结合上表第1项工况的动作配合关系可知，Y41和Y42同时得电，此状态下，压力油液经分流集流阀14分别进入第一液压油缸11和第二液压油缸12的无杆腔，两个油缸有杆腔的油液分别经相应的同步方向控制阀流回回油油路。

1.2 结合上表第2、3项工况的动作配合关系可知，在其中一个液压油缸伸出较慢时，通过控制其中的Y41或者Y42中一者得电，可以控制该伸出较慢的液压油缸快速伸出，以通过微调保持两者动作的同步性。与现有技术相比，上述同步控制过程具有较高的作业效率。

1.3 结合上表第4项工况的动作配合关系可知，控制Y41和Y42同时得电。这样，两个液压油缸中一者的有杆腔压力油液输出至另一者的无杆腔，使得两个液压油缸的有杆腔、无杆腔相通，两者的压力相等，从而形成压力互补，两缸的同步伸出是利用总压力差即推力差而发生的，能量利用率提高，两个液压油缸的作业速度提高；且控制过程中不需要频繁调节，大大提高了同步控制的工作效率。

具体同步控制精度的控制原理如下。

首先，设分流阀的分流比为ε，液压油缸的面积比为

液压油源的流量为Q，进入第一液压油缸无杆腔的流量为Q₁，进入第二液压油缸无杆腔的流量为Q₂。

则分流阀两侧的流量分别为：

$\frac{\mathrm{\ϵ}}{1+\mathrm{\ϵ}}Q$ $\frac{1}{1+\mathrm{\ϵ}}Q$

则第一液压油缸11、第二液压油缸12有杆腔的回油流量分别为：

$Q_1-\frac{\mathrm{\ϵ}}{1+\mathrm{\ϵ}}Q$

则根据第二液压油缸12无杆腔的流量为：

则进入第二液压油缸12无杆腔的流量为：

则同步误差为：

而仅使用分流集流阀进行等量的分流误差为：

$\mathrm{\ξ}=\left|\frac{Q_1-Q_2}{Q/2}\right|\×100\%=\left|\frac{2(Q_1-Q_2)}{Q_1+Q_2}\right|\×100\%=\left|\frac{2(1-\mathrm{\ϵ})}{1+\mathrm{\ϵ}}\right|\×100\%$

显然，该回路可提高分流集流阀控制系统的同步精度，同步误差降低系数为

二、同步收回

方向控制阀13的Y22得电，处于左位；第一同步方向控制阀15的Y41和第二同步方向控制阀16的Y42得电，处于右位。此状态下，压力油液进入第一液压油缸11和第二液压油缸12的有杆腔，依靠分流集流阀14的集流功能实现两缸回缩的同步性。

另外，上述实施例中分流集流阀14设置在第一液压油缸11无杆腔、第二液压油缸12无杆腔与方向控制阀13之间，且第一同步方向控制阀15设置在第一液压油缸11的有杆腔与方向控制阀13和第二液压油缸12的无杆腔之间，第二同步方向控制阀16设置在第二液压油缸12的有杆腔与方向控制阀13和第一液压油缸11的无杆腔之间。显然，基于本发明的发明构思，也可以在相应油缸的无杆腔和有杆腔之间反向设置分流集流阀14、第一同步方向控制阀15和第二同步方向控制阀16。

具体来说(图中未示出)，分流集流阀14可以设置在第一液压油缸11有杆腔、第二液压油缸12有杆腔与方向控制阀13之间，相应地，第一同步方向控制阀15设置在第一液压油缸11的无杆腔与方向控制阀13和第二液压油缸12的有杆腔之间，第一同步方向控制阀15的切换控制第一液压油缸11的无杆腔与第二液压油缸12的有杆腔导通或与方向控制阀13导通；第二同步方向控制阀16设置在第二液压油缸12的无杆腔与方向控制阀13和第一液压油缸11的有杆腔之间，第二同步方向控制阀16的切换控制第二液压油缸12的无杆腔与第一液压油缸11的有杆腔导通或与方向控制阀13导通。

上述替代方案的其他构成及连接关系与图3所示的液压油缸同步控制回路相同，具体工作过程不再赘述。

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.液压油缸同步控制回路，包括：

驱动同一动作构件的第一液压油缸和第二液压油缸，所述第一、二液压油缸的有杆腔和无杆腔并联；

控制第一、二液压油缸伸缩动作的方向控制阀，设置在第一、二液压油缸与系统压力油路和回油油路之间；

分流集流阀，设置在第一、二液压油缸与所述方向控制阀之间，所述分流集流阀的两个分流油口分别与第一、二液压油缸的无杆腔相连，所述分流集流阀的合流油口与方向控制阀相连，其特征在于，还包括：

第一同步方向控制阀，设置在第一液压油缸的有杆腔与所述方向控制阀和第二液压油缸的无杆腔之间，所述第一同步方向控制阀的切换控制所述第一液压油缸的有杆腔与所述第二液压油缸的无杆腔导通或与所述方向控制阀导通；

第二同步方向控制阀，设置在第二液压油缸的有杆腔与所述方向控制阀和第一液压油缸的无杆腔之间，所述第二同步方向控制阀的切换控制所述第二液压油缸的有杆腔与所述第一液压油缸的无杆腔导通或与所述方向控制阀导通。

2.根据权利要求1所述的液压油缸同步控制回路，其特征在于，第一、二同步方向控制阀均为二位三通电磁换向阀，所述二位三通电磁换向阀的第一油口与相应液压油缸的有杆腔连通、第二油口与另一液压油缸的无杆腔连通、第三油口与所述方向控制阀连通；且所述二位三通电磁换向阀配置成：常态下位于第一工作位置，其第一油口与第二油口导通、第三油口非导通；得电后位于第二工作位置，其第一油口与第三油口导通、第二油口非导通。

3.根据权利要求2所述的液压油缸同步控制回路，其特征在于，每个所述二位三通电磁换向阀的第二油口连通油路均设置有节流阻尼。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压油缸同步控制回路，其特征在于，第一、二液压油缸的无杆腔连通油路上均设置有平衡阀，所述平衡阀的控制油口均与相应液压油缸的有杆腔连通。

5.根据权利要求4所述的液压油缸同步控制回路，其特征在于，第一、二液压油缸的有杆腔连通油路上均设置有溢流阀。

6.根据权利要求5所述的液压油缸同步控制回路，其特征在于，所述方向控制阀为三位四通换向阀，其第一油口与所述分流集流阀的合流油口连通、第二油口与第一同步方向控制阀和第二同步方向控制阀连通、第三油口与系统压力油路连通、第四油口与系统回油油路连通；且所述三位四通换向阀配置成：位于第一工作位置，其第三油口与第一油口连通、第四油口与第二油口连通；位于第二工作位置，其第三油口与第二油口连通、第四油口与第一油口连通；位于第三工作位置，其第三油口非导通、第四油口与第一油口和第二油口导通。

7.液压油缸同步控制回路，包括：

驱动同一动作构件的第一液压油缸和第二液压油缸，所述第一、二液压油缸的有杆腔和无杆腔并联；

控制第一、二液压油缸伸缩动作的方向控制阀，设置在第一、二液压油缸与系统压力油路和回油油路之间；

分流集流阀，设置在第一、二液压油缸与所述方向控制阀之间，所述分流集流阀的两个分流油口分别与第一、二液压油缸的有杆腔相连，所述分流集流阀的合流油口与第一方向控制阀相连，其特征在于，还包括：

第一同步方向控制阀，设置在第一液压油缸的无杆腔与所述方向控制阀和第二液压油缸的有杆腔之间，所述第一同步方向控制阀的切换控制所述第一液压油缸的无杆腔与所述第二液压油缸的有杆腔导通或与所述方向控制阀导通；

第二同步方向控制阀，设置在第二液压油缸的无杆腔与所述方向控制阀和第一液压油缸的有杆腔之间，所述第二同步方向控制阀的切换控制所述第二液压油缸的无杆腔与所述第一液压油缸的有杆腔导通或与所述方向控制阀导通。

8.根据权利要求7所述的液压油缸同步控制回路，其特征在于，第一、二同步方向控制阀均为二位三通电磁换向阀，所述二位三通电磁换向阀的第一油口与相应液压油缸的无杆腔连通、第二油口与另一液压油缸的有杆腔连通、第三油口与所述方向控制阀连通；且所述二位三通电磁换向阀配置成：常态下位于第一工作位置，其第一油口与第二油口导通、第三油口非导通；得电后位于第二工作位置，其第一油口与第三油口导通、第二油口非导通。

9.根据权利要求8所述的液压油缸同步控制回路，其特征在于，每个所述二位三通电磁换向阀的第二油口连通油路均设置有节流阻尼。

10.一种起重机，包括由两个液压油缸驱动的动作构件及液压油缸同步控制回路，其特征在于，所述液压油缸同步控制回路具体为权利要求1至9中任一项所述。

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