CN102515025A - 上车回转液控系统及具有该液控系统的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种上车回转液控系统，包括设置在回转马达和系统压力油路和回油油路之间的第一方向控制阀，还包括设置在所述第一方向控制阀的回油口与系统回油油路之间的可变背压元件，且所述第一方向控制阀至所述可变背压元件之间单向导通。相比于现有技术，在回转启动和停止工况下，当阻力矩变化率较大时，可以调节该可变背压元件增加了其回油压力，从而相应增强系统刚度以克服启动和停止工况下的压力冲击，为提高回转性能以及整车的平稳性提供了可靠保障。同时，由于系统回油油路上始终具有一固定背压，相应增加了系统刚度，使得上车回转全程中均具有较好的抗冲击能力。在此基础上，本发明还提供一种具有该上车回转液控系统的起重机。

Description

上车回转液控系统及具有该液控系统的起重机

技术领域

本发明涉及一种工程机械技术，具体涉及一种上车回转液控系统及具有该液控系统的起重机。

背景技术

对于上车相对底盘作旋转运动的工程机械来说，回转机构的启制动平稳性是整机性能的重要指标之一，因此，优化设计避免回转机构启制动过程中惯性冲击的影响是行业的研发热点。比如：起重机的上车回转液控系统。

目前，随着经济建设的迅速发展，道路交通、机场、港口、水利水电、市政建设等基础设施规模也越来越大，市场起重机械的需求也随之增加。众所周知，在起重机作业过程中，需要通过变幅缸的变幅、吊臂的伸缩、吊钩的起升、转台的回转这些动作来实现吊重物的空间变换。起重机回转操作系统的工作稳定性直接影响整机的安全可靠性。

请参见图1，该图为现有技术中一种上车回转液控系统的工作原理图。

压力油液自P口经由回转换向阀10输入至回转马达20的工作腔，通过回转马达20的正、反转带动上车进行回转。该液控系统中，采用主溢流阀30作为回转系统的安全阀，利用先导溢流阀40控制主溢流阀的先导压力；并经压力油路P获取回转换向的先导油源，经电比例减压阀50减压后控制回转换向阀10主阀芯进行换向。实际操纵过程中，通过电比例手柄输出不同的控制信号，调节电比例减压阀50输出不同的先导压力油，从而控制回转的换向并获得不同的回转速度。

其中，回转缓冲阀60由四个单向阀(6a、6b、6c、6d)和一个过载保护溢流阀61构成，从回转换向阀10的负载反馈口XL口获取先导油到过载保护溢流阀61先导口，可在正、反转运动过程中起到缓冲及补油的功能。当回转马达向右运动过程中，如果支撑地面不平及风载不恒定等因素导致回转运动的阻力矩突然增大，则回转马达右侧的压力由于回转运动部件的惯性而突然升高；此状态下，当压力超过过载保护溢流阀61调定压力和溢流阀先导压力XL共同作用的压力时，过载保护溢流阀61打开，回转马达20右侧压力油通过单向阀6d和过载保护溢流阀61溢流，以减缓管路中的压力冲击，实现运动过程中缓冲；同时，通过单向阀6a向回转马达20左侧补油。反之依然。

然而，在回转运动的启动和停止的过程中，由于系统由静止到运动或者由运动到静止、回转减速机和回转支撑齿轮啮合存在间隙以及吊臂和转台为刚性连接，且重物和吊臂通过钢丝绳为柔性连接，形同单摆，故回转启动和停止过程中阻力矩变化率较大、系统的冲击较大。也就是说，该上车回转液控系统无法避免回转启动和停止过程中的冲击；特别是，吊运大吨位重物时，在启动和停止的瞬间冲击更为严重，极易造成液压管道中的液压冲击，降低各相关液压元件的使用寿命，甚至是由于回转系统抖动而导致的整车晃动，从而影响整车平稳性。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对现有上车回转液控系统进行优化设计，以有效避免回转启动制动时出现系统冲击。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种上车回转液控系统，以有效提高各工况下回转运行的平衡。在此基础上，本发明还提供一种具有该上车回转液控系统的起重机。

本发明提供的上车回转液控系统，包括设置在回转马达和系统压力油路和回油油路之间的第一方向控制阀，还包括设置在所述第一方向控制阀的回油口与系统回油油路之间的可变背压元件，且所述第一方向控制阀至所述可变背压元件之间单向导通。

优选地，所述可变背压元件具体为电控比例溢流阀、液控溢流阀或者电控节流阀，所述第一方向控制阀的回油口至所述可变背压元件之间设置有单向阀。

优选地，所述回转马达的两个油口之间设置有两个反向设置的过载保护溢流阀，且所述可变背压元件的下游侧至所述回转马达的两个油口之间分别设置有单向阀。

优选地，所述第一方向控制阀具体为三位五通换向阀，其第一油口与系统压力油路连通、第二油口和第三油口均与系统回油油路连通、第四油口和第五油口分别与所述回转马达的两个油口连通；在第一工作位置，其第一油口与第四油口导通、第五油口与第三油口导通、第二油口非导通；在第二工作位置，其第一油口与第五油口导通、第四油口与第二油口导通、第三油口非导通；在第三工作位置，其第一油口非导通、第四油口与第二油口导通、第五油口与第三油口导通。

优选地，所述第一方向控制阀具体为双向液控比例阀；在所述第一方向控制阀的两个液控油口与系统压力稳定油路和回油油路之间分别设置有第二方向控制阀和第三方向控制阀。

优选地，所述第二方向控制阀和第三方向控制阀具体为电控比例阀。

优选地，所述回转马达具有常闭式回转制动油缸，所述回转制动油缸的工作油腔与系统压力稳定油路和回油油路之间设置有开关阀。

优选地，所述开关阀具体为电控开关阀。

优选地，还包括设置在系统压力油路与回油油路之间的主溢流阀，及控制主溢流阀的先导压力的先导溢流阀；且，所述回转马达的两个油口之间设置有梭阀，所述梭阀的出油口与所述主溢流阀的先导油口和所述先导溢流阀的进油口连通。

本发明提供的起重机，包括底盘和可相对于底盘回转运动的上车转台；还包括如前所述的上车回转液控制系统，所述上车回转液控系统的回转马达输出回转动力至上车转台。

相比于现有技术，本发明所述上车回转液控系统主要针对回转稳定性进行了优化改进。该方案采用第一方向控制阀控制回转马达两个油口与系统压力油路或者回油油路连通，以实现回转马达正、反两向转动；其中，第一方向控制阀的回油口与系统回油油路之间设置有可变背压元件，如此设置，在回转启动和停止工况下，当过程中阻力矩变化率较大时，可以根据液压耗能的原理来调节该可变背压元件增加了其回油压力，从而相应增强系统刚度以克服启动和停止工况下的压力冲击，为提高回转性能以及整车的平稳性提供了可靠保障。同时，该第一方向控制阀至可变背压元件之间单向导通，从而在系统的回油油路上始终具有一固定背压，并相应增加了系统刚度，使得上车回转全程中均具有较好的抗冲击能力，进一步增加了回转系统的平稳性。

本发明的优选方案中，在回转马达的两个油口之间设置有两个反向设置的过载保护溢流阀。这样，当回转马达向右运动的阻力矩突然增大时，则回转马达右侧的压力由于回转运动部件的惯性而突然升高，此状态下，若右侧压力超过过载保护溢流阀的调定压力时，则溢流阀打开，以减缓管路中的压力冲击，实现运动过程中缓冲；与此同时，回转马达右侧压力油液流向回转马达左侧进行有效补油。并且，还可以通过可变背压元件的下游侧至回转马达的向右运动回油口之间的单向阀进一步补油。反之依然。

在本发明的另一优选方案中，在回转马达的两个油口之间设置有梭阀，该梭阀的出油口将回转马达的工作压力反馈至主溢流阀和先导溢流阀，以便在回转马达运动的阻力矩突然增大时增加主溢流阀的开启压力，从而进一步提高系统刚性及平稳性。

本发明提供的上车回转液控系统可适用于任何形式的起重机，特别适用于自行式起重机。

附图说明

图1是现有一种典型上车回转液控系统的工作原理图；

图2是具体实施方式中所述轮式起重机的整体结构示意图；

图3具体实施方式中所述上车回转液控系统的工作原理图。

图3中：

回转马达1、回转制动油缸11、第一方向控制阀2、电控比例溢流阀3、第一单向阀41、第二单向阀42、第一过载保护溢流阀51、第二过载保护溢流阀52、第三单向阀53、第四单向阀54、第二方向控制阀61、第三方向控制阀62、开关阀7、主溢流阀81、先导溢流阀82、梭阀9。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种上车回转液控系统，基于回转运动稳定要求进行了优化改进，以避免上车回转过程中出现回转冲击现象。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、可相对于底盘回转运动的上车转台、铰接于转台前部的吊臂装置、提供重物升降驱动力的卷扬装置等主要功能部件。与现有技术相同，上车转台与底盘之间设置有实现两者相对转动的回转座圈，并通过回转马达驱动上车转台正、反两向运动。

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，故本文不再赘述。为详细说明本申请的发明点，请进一步参见图3所示的上车回转液控系统的工作原理图，该液控系统用于控制回转马达的转动方向、速度的调整。

该上车回转液控系统包括设置在回转马达1和系统压力油路P和回油油路T之间的第一方向控制阀2，以通过第一方向控制阀2的换向实现回转马达1正、反两向转动。并且，在第一方向控制阀2的回油口与系统回油油路T之间设置有可变背压元件，如此设置，在回转启动和停止工况下，当过程中阻力矩变化率较大时，可以根据液压耗能的原理来调节该可变背压元件增加其回油压力，从而相应增强系统刚度以克服启动和停止工况下的压力冲击，为提高回转性能以及整车的平稳性提供了可靠保障。

图中所示，该可变背压元件采用电控比例溢流阀3，实际操作时，在回转启动和停止运动过程中可以通过操纵手柄调节可变背压。在回转启动过程中阻力矩由大到小变化，且变化率较大；此状态下，可通过改变串联电控比例溢流阀3的电流由小变大及其变化率，以使得其回油路背压由小变大，在克服阻力矩变化的同时降低系统的负载变化率，不会出现回转冲击现象，使回转启动过程中更加的平稳。同理，在回转停止过程中阻力矩由小到大变化，可通过改变串联电控比例溢流阀3的电流由大变小及其变化率，以使得其回油路背压由大变小，在克服阻力矩的变化的同时降低系统的负载变化率，进而使得回转停止过程中更加的平稳可靠。应当理解的是，基于前述控制原理，该可变背压元件也可以采用液控溢流阀或者电控节流阀，只要满足使用需要均在本申请请求保护的范围内。

同时，该第一方向控制阀2至电控比例溢流阀3之间单向导通，具体在第一方向控制阀2的回油口至电控比例溢流阀3之间设置有单向阀；由此，在回转系统的回油油路上始终具有一固定背压，并相应增加系统的刚度，使得上车回转全程中均具有较好的抗冲击能力。当然，可以根据需要采用不同控制方式、不同结构形式的第一方向控制阀2，例如图中所示的三位五通换向阀。该阀的第一油口与系统压力油路P连通，其第二油口和第三油口均分别通过第一单向阀41和第二单向阀42以及电控比例溢流阀3与系统回油油路T连通，其第四油口和第五油口分别与回转马达1的两个油口连通。在第一工作位置(右位)，其第一油口与第四油口导通、第五油口与第三油口导通、第二油口非导通，此状态下回转马达1向右转动；在第二工作位置(左位)，其第一油口与第五油口导通、第四油口与第二油口导通、第三油口非导通，此状态下回转马达1向左转动；在第三工作位置(中位)，其第一油口非导通、第四油口与第二油口导通、第五油口与第三油口导通。

另外，为了进一步提高回转运动过程中的抗冲击性，回转马达1的两个油口之间设置有两个反向设置的过载保护溢流阀，具体为第一过载保护溢流阀51和第二过载保护溢流阀52；且电控比例溢流阀3的下游侧至回转马达10的两个油口之间分别设置有单向阀，具体为第三单向阀53和第四单向阀54。当回转马达10向右运动的阻力矩突然增大时，则回转马达右侧的压力由于回转运动部件的惯性而突然升高，此状态下，若右侧压力超过第一过载保护溢流阀51的调定压力时，则溢流阀打开，以减缓管路中的压力冲击，实现运动过程中缓冲；与此同时，回转马达右侧压力油液流向回转马达10左侧进行有效补油。并且，还可以通过电控比例溢流阀3的下游侧至回转马达1的向右运动回油口之间的第四单向阀54进一步补油。反之依然。实际上，第一过载保护溢流阀51、第二过载保护溢流阀52、第三单向阀53和第四单向阀54的组合功能相当于可抗冲击的缓冲阀。

为进一步提高整个系统的控制性能，本方案中所述三位五通的第一方向控制阀2具体为双向液控比例阀，如图所示，该第一方向控制阀2的两个液控油口与系统压力稳定油路X和回油油路T之间分别设置有第二方向控制阀61和第三方向控制阀62；优选地，第二方向控制阀61和第三方向控制阀62具体为电控比例阀，以根据操纵指令输出的电信号切换压力稳定油路X或者回油油路T与第一方向控制阀2的相应液控油口连通，进而实现对回转马达1的转向、转速的可靠控制。

对于具有常闭式回转制动油缸11的回转马达1，回转制动油缸11的工作油腔与系统压力稳定油路X和回油油路T之间设置有开关阀7，该开关阀7可以采用电控二位三通阀，控制回转制动油缸11的工作腔与压力稳定油路X或者回油油路T连通。也就是说，常态下回转制动油缸11的工作腔与回油油路T连通，而当需要上车回转时，则输出操纵信号控制该开关阀7换向，控制回转制动油缸11与压力稳定油路X连通，解除回转制动，即相当于电控开关阀。实际上，压力稳定油路X可以为独立油源提供，也可以来自于系统压力油路P，控制其处于恒定压力状态即可。

基于系统安全性要求，本方案提供的上车回转液控系统同样采用溢流阀提供保障。如图所示，主溢流阀81设置在系统压力油路P与回油油路T之间，并采用先导溢流阀82控制主溢流阀81的先导压力，以确保回转系统压力过高时实现泄流。同时，本方案进一步有效利用回转马达1的负载反馈信号，如图所示，回转马达1的两个油口之间设置有梭阀9，梭阀9的两个进油口分别与回转马达1的两个油口连通，其出油口与主溢流阀81的先导油口和先导溢流阀82的进油口连通；由此，将回转马达1的工作压力实时反馈至主溢流阀81和先导溢流阀82，以便在回转马达1运动的阻力矩突然增大时增加主溢流阀81的开启压力，从而进一步提高系统刚性及平稳性。

当然，基于梭阀的工作原理，该梭阀9也可以采用两个相对设置的单向阀实现其功能需要，只要满足使用需要均可。

以下简要说明本方案的减少回转冲击的工作原理。

回转马达1的左侧A压力为Pa，其右侧B通过第一方向控制阀2、第一单向阀41及电控比例溢流阀3与系统回油油路(油箱)相连，压力为Pb；则，回转马达1进回油口压差为：ΔP＝Pa-Pb。

马达扭矩公式： $T=\frac{V_g\·\mathrm{\ΔP}\·{\mathrm{\η}}_m}{20\mathrm{\π}};$ 式中：

V_g-回转马达的排量，常数；

η_m-回转马达的机械效率，常数；

ΔP-为回转马达进回油口的压差。

由回转马达1的扭矩公式可知：用于平衡回转系统阻力矩的回转马达1输出的扭矩只与其进回油口的压差有关。

1、启动工况

1.1 回转启动向右运动时，为了使得回转马达进口压力Pa不变，可控制使其回油路中的电控比例溢流阀3的控制电流由小变大，从而控制打开电控比例溢流阀3的压力由小变大，进而而控制回油压力Pb由小变大，最终达到进回油压差ΔP呈由大变小的趋势变化，以实现则回转马达1的输出扭矩由大变小，满足在回转向右启动的过程中，由静止到运动，阻力距由大到小并且变化率大。

1.2 回转启动向左运动时，为了使得回转马达1进口压力Pb不变，通过控制使回油路中电控比例溢流阀3的控制电流由小变大，从而控制打开电控比例溢流阀3的压力由小变大，进而控制回油压力Pa由小变大，最终达到进回油压差ΔP呈由大变小的趋势变化，以实现回转马达1的输出扭矩由大变小，满足在回转向左启动的过程中，由静止到运动，阻力距由大到小并且变化率大。

因此，大大减少了启动冲击，系统可以使回转运动的启动过程中较为平稳可靠。

2、停止工况

在回转运动的停止过程中，回转马达1由向右或向左运动到静止，阻力距均由小到大并且变化率大；第一方向控制阀2处于中位。回转马达1的左右侧通过第一方向控制阀2、第一单向阀41和第二单向阀42、电控比例溢流阀3与系统回油油路(油箱)相连。当回转马达1向右运动停止的过程中，回转马达1右侧为回油口，通过控制使回油路中电控比例溢流阀3的控制电流由大变小，从而控制打开电控比例溢流阀3的压力由大变小，进而控制回油压力Pa由大变小，最终达到进回油压差ΔP呈由小变大的趋势变化，以实现回转马达1的输出扭矩由小变大，满足阻力距变化的要求；与此同时，回转马达1左侧通过第二单向阀54补油。反之亦然。

因此，大大减少了停止冲击，系统可以使回转运动的停止过程中较为平稳可靠。

3、正常回转工况

由于第一方向控制阀2的两个回油口至电控比例溢流阀3之间分别设置有第一单向阀41和第二单向阀42，回转系统的回油油路上始终具有一固定背压，相应增加了系统的刚度，使得上车回转全程中均具有较好的抗冲击能力

特别说明的是，本方案中的第一方向控制阀2、第一过载保护溢流阀51、第二过载保护溢流阀52、第三单向阀53、第四单向阀54和开关阀7可以采用独立元件，也可以集成为阀组，相应油源取于阀体内部，使得系统布管更加紧凑；此外，如此设置具有较好的装配工艺性，便于进行整机的组装操作。

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.上车回转液控系统，包括设置在回转马达和系统压力油路和回油油路之间的第一方向控制阀，其特征在于，还包括设置在所述第一方向控制阀的回油口与系统回油油路之间的可变背压元件，且所述第一方向控制阀至所述可变背压元件之间单向导通。

2.根据权利要求1所述的上车回转液控系统，其特征在于，所述可变背压元件具体为电控比例溢流阀、液控溢流阀或者电控节流阀，所述第一方向控制阀的回油口至所述可变背压元件之间设置有单向阀。

3.根据权利要求2所述的上车回转液控系统，其特征在于，所述回转马达的两个油口之间设置有两个反向设置的过载保护溢流阀，且所述可变背压元件的下游侧至所述回转马达的两个油口之间分别设置有单向阀。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的上车回转液控系统，其特征在于，所述第一方向控制阀具体为三位五通换向阀，其第一油口与系统压力油路连通、第二油口和第三油口均与系统回油油路连通、第四油口和第五油口分别与所述回转马达的两个油口连通；在第一工作位置，其第一油口与第四油口导通、第五油口与第三油口导通、第二油口非导通；在第二工作位置，其第一油口与第五油口导通、第四油口与第二油口导通、第三油口非导通；在第三工作位置，其第一油口非导通、第四油口与第二油口导通、第五油口与第三油口导通。

5.根据权利要求4所述的上车回转液控系统，其特征在于，所述第一方向控制阀具体为双向液控比例阀；在所述第一方向控制阀的两个液控油口与系统压力稳定油路和回油油路之间分别设置有第二方向控制阀和第三方向控制阀。

6.根据权利要求5所述的上车回转液控系统，其特征在于，所述第二方向控制阀和第三方向控制阀具体为电控比例阀。

7.根据权利要求4所述的上车回转液控系统，其特征在于，所述回转马达具有常闭式回转制动油缸，所述回转制动油缸的工作油腔与系统压力稳定油路和回油油路之间设置有开关阀。

8.根据权利要求7所述的上车回转液控系统，其特征在于，所述开关阀具体为电控开关阀。

9.根据权利要求4所述的上车回转液控系统，其特征在于，还包括设置在系统压力油路与回油油路之间的主溢流阀，及控制主溢流阀的先导压力的先导溢流阀；且，所述回转马达的两个油口之间设置有梭阀，所述梭阀的出油口与所述主溢流阀的先导油口和所述先导溢流阀的进油口连通。

10.一种起重机，包括底盘和可相对于底盘回转运动的上车转台；其特征在于，还包括如权利要求1至9中任一项所述的上车回转液控制系统，所述上车回转液控系统的回转马达输出回转动力至上车转台。

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