CN102562934B - 缓冲装置及具有该缓冲装置的臂架的防后倾装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓冲装置，该缓冲装置包括致动缸(1)，其中，该缓冲装置还包括控制阀(2)和控制装置(5)，所述致动缸(1)的无杆腔与所述控制阀(2)的工作口连通，所述控制装置(5)根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀(2)动作，使所述无杆腔内具有不同的压力。本发明还公开了一种包括上述缓冲装置的臂架的防后倾装置。通过上述技术方案，能够实时地调整缓冲装置的缓冲特性，即使在突然卸载等工况下，也能够对缓冲装置的动态特性实时进行调整，以优化臂架动力学行为，在规定仰角范围内稳定臂架防止臂架后倾并使缓冲力峰值最优。

Description

缓冲装置及具有该缓冲装置的臂架的防后倾装置

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于工程机械的大型臂架的防后倾装置，更具体地，涉及该防后倾装置中的缓冲装置。

背景技术

用于工程机械的大型臂架的防后倾动态缓冲装置为工程机械中的大型桁架臂、箱型臂等臂架在大冲击载荷作用下提供后倾防护。

现有的防后倾装置通常采用弹簧缓冲装置和液压缓冲装置，但是无论是弹簧缓冲装置还是液压缓冲装置，其缓冲特性都固定，使得防后倾装置在工作过程中的缓冲力无法适应工况的变化。特别是在突然卸载等工况下，臂架动态响应呈非线性变化，这就要求缓冲装置的动态特性实时进行调整，以优化臂架动力学行为，在规定仰角范围内稳定臂架防止臂架后倾并使缓冲力峰值最优。而现有的缓冲特性固定的缓冲装置无法进行实时调整，从而缓冲效果不好。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够根据其工作状态而调节缓冲特性的缓冲装置和具有该缓冲装置的臂架的防后倾装置。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种缓冲装置，该缓冲装置包括致动缸，其中，该缓冲装置还包括控制阀和控制装置，所述致动缸的无杆腔与所述控制阀的工作口连通，所述控制装置根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀动作，使所述无杆腔内具有不同的压力。

优选地，该缓冲装置还包括第一管路和第二管路，该第一管路和第二管路具有不同的压力，所述控制装置根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀动作，以控制所述无杆腔选择性地与第一管路和第二管路连通的时间。

优选地，所述致动缸为液压缸。

优选地，所述第一管路和/或所述第二管路通过液阻元件连通至油箱。

优选地，所述液阻元件为阻尼孔、节流阀或溢流阀，优选为溢流阀。

优选地，所述第一管路和所述第二管路中的一者直接连通至油箱。

优选地，所述第一油路和所述第二油路中的一者封闭。

优选地，所述控制阀为换向阀，该换向阀的工作油口与所述无杆腔连通，换向阀的进油口和回油口分别与所述第一管路和第二管路连通。

优选地，所述第一管路直接连通至油箱，所述第二管路通过溢流阀或节流阀连通至油箱。

优选地，所述控制阀为截止阀，其中，所述第一管路和第二管路与所述无杆腔连通，所述截止阀串接在所述第二管路上；或者所述控制阀为二位二通换向阀，其中，该二位二通换向阀的进油口和所述第一管路与所述无杆腔连通，所述二位二通换向阀的工作油口与所述第二管路连通。

优选地，所述第一管路通过节流阀连通至油箱，所述第二管路直接连通至油箱。

优选地，该缓冲装置还包括单向阀，该单向阀允许液压油从油箱流至所述液压缸的无杆腔。

优选地，该缓冲装置还包括设置在所述致动缸的无杆腔内的弹簧。

优选地，所述控制装置包括输入模块、控制模块和输出模块；所述输入模块包括传感器，该传感器检测所述缓冲装置的工作状态，并将代表该工作状态的信号发送给控制模块；所述控制模块包括控制器，控制器接收代表工作状态的信号，并根据缓冲特性函数计算与该工作状态相对应的控制阀的动作模式，并将代表该控制阀的动作模式的信号发送给所述输出模块；所述输出模块接收代表控制阀的动作模式的信号，并将该代表控制阀的动作模式的信号发送给所述控制阀。

优选地，所述缓冲装置的工作状态包括所述液压缸的活塞杆的位移、速度和加速度以及所述液压缸的无杆腔中的压力和流量中的一者或多者。

优选地，所述控制器包括脉冲宽度调制控制器。

优选地，所述控制装置还包括功率放大系统，所述脉冲宽度调制控制器发送的信号经过所述功率放大系统放大后发送给所述控制阀。

通过上述技术方案，由于控制装置可以根据缓冲装置的工作状态控制控制阀动作，使得致动缸的无杆腔内具有不同的压力，从而能够实时地调整缓冲装置的缓冲特性(包括刚度和阻尼等)，从而具有较好的缓冲效果。

另一方面，本发明还提供了一种臂架的防后倾装置，该防后倾装置包括上述缓冲装置。

优选地，所述致动缸的缸体和活塞杆中的一者固定在安装所述臂架的支座上，另一者与臂架接触或朝向所述臂架延伸。

优选地，所述致动缸的缸体和活塞杆中的一者固定在所述臂架上，另一者与安装所述臂架的支座接触或朝向所述支座延伸。

优选地，所述缓冲装置的工作状态还包括以下七项中的一者或多者：所述臂架的仰角、长度和吊载重量；所述臂架转动的角度、角速度和角加速度；以及所述臂架所处环境的风速。

通过上述技术方案，由于防后倾装置的缓冲装置的控制装置可以根据缓冲装置的工作状态(例如臂架的状态，如臂架转动的角速度、角加速度等)控制控制阀动作，使得致动缸的无杆腔内具有不同的压力，从而能够实时地调整缓冲装置的缓冲特性(包括刚度和阻尼等)，即使在突然卸载等工况下，也能够对缓冲装置的动态特性实时进行调整，以优化臂架动力学行为，在规定仰角范围内稳定臂架防止臂架后倾并使缓冲力峰值最优。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的第一种实施方式的缓冲装置的示意图；

图2是根据本发明的第二种实施方式的缓冲装置的示意图；

图3是根据本发明的第三种实施方式的缓冲装置的示意图；

图4是根据本发明的第四种实施方式的缓冲装置的示意图；

图5是根据本发明的缓冲装置的控制装置的示意性控制框图。

附图标记说明

1   致动缸         2   控制阀

5   控制装置       4   油箱

3   液阻元件       6   单向阀

7   弹簧           11  活塞杆

31  溢流阀         32  节流阀

13  缸体

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1至图4所示，本发明提供了一种缓冲装置，该缓冲装置包括致动缸1，其中，该缓冲装置还包括控制阀2和控制装置5，所述致动缸1的无杆腔与所述控制阀2的工作口)连通，所述控制装置5根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀2动作，使所述无杆腔内具有不同的压力。

通过上述技术方案，由于控制装置5可以根据缓冲装置的工作状态控制控制阀2动作，使得致动缸1的无杆腔内具有不同的压力，从而能够实时地调整缓冲装置的缓冲特性(包括刚度和阻尼等)，从而具有较好的缓冲效果。

可以采用各种适当的方式来改变致动缸1的无杆腔内的压力，例如可以通过调节为无杆腔供应流体的变量泵的排量来实现，优选地，如图1至图4所示，缓冲装置还可以包括第一管路和第二管路，该第一管路和第二管路具有不同的压力，所述控制装置5根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀2动作，以控制所述无杆腔选择性地与第一管路和第二管路连通的时间。控制阀2的动作使得无杆腔高频地切换与第一管路或第二管路连通，宏观上表现为在单位周期内无杆腔与第一管路或第二管路连通的时间，从而使得无杆腔内具有不同的压力。

所述缓冲装置可以为气动型缓冲装置，也可以为液压型缓冲装置，对应地，上述致动缸1可以为气缸，也可以为液压缸。由于液压油的压缩比较小，因此比较适用于缓冲装置，因此致动缸1优选为液压缸。

所述第一管路和第二管路具有不同的压力，该不同的压力可以通过各种适当的方式来产生。例如，所述第一管路和/或所述第二管路通过液阻元件连通至油箱4，该液阻元件可以阻尼孔、节流阀或溢流阀等，优选为溢流阀。或者，所述第一管路和所述第二管路中的一者可以直接连通至油箱。或者，所述第一油路和所述第二油路中的一者可以封闭。

所述控制阀2可以为各种适当的类型，例如换向阀或截止阀等。如图1至图3所示，所述控制阀2可以为换向阀，该换向阀的工作油口与所述无杆腔连通，换向阀的进油口和回油口分别与所述第一管路和第二管路连通。

在图1所示的第一种实施方式中，控制阀2为二位三通换向阀，所述第一管路直接连通至油箱，所述第二管路通过液阻元件3连通至油箱。在图2和图3所示的第二、第三种实施方式中，所述液阻元件3分别为溢流阀31和节流阀32。即，第一管路中的压力基本为零，第二管路中的压力为液阻元件3(溢流阀31或节流阀32)的背压p，通过换向阀的高频切换使得无杆腔中的压力在零至背压p之间的范围内变化，以与缓冲装置的工作状态相适应。

在如图4所示的第四种实施方式中，所述控制阀2可以为二位二通换向阀，其中，该二位二通换向阀的进油口和所述第一管路与所述无杆腔连通，所述二位二通换向阀的工作油口与所述第二管路连通；或者该控制阀2可以为截止阀，其中，所述第一管路和第二管路与所述无杆腔连通，所述截止阀串接在所述第二管路上。在如图4所示的第四种实施方式中，所述第一管路通过节流阀32连通至油箱，所述第二管路直接连通至油箱。从而，当所述二位二通换向阀位于左位时，或者当所述截止阀导通时，所述无杆腔中的压力基本为零，当所述二位二通换向阀位于右位时，或者当所述截止阀截止时，无杆腔中的压力位截止阀和节流阀共同提供的背压p，通过二位二通换向阀或截止阀的高频切换使得无杆腔中的压力在零至背压p之间的范围内变化，以与缓冲装置的工作状态相适应。

优选地，如图1至图4所示，缓冲装置还可以包括单向阀6，该单向阀6允许液压油从油箱4流至所述液压缸1的无杆腔。从而当活塞杆11向右移动时，能够进一步确保从油箱4向无杆腔补油。

优选地，如图2至图3所示，缓冲装置还可以包括设置在所述致动缸1的无杆腔内的弹簧7。从而通过弹簧7进一步为缓冲装置提供缓冲力和回复力。

所述控制装置5可以采用各种适当的形式来实现，例如，如图5所示，所述控制装置5可以包括输入模块、控制模块和输出模块；所述输入模块包括传感器，该传感器检测所述缓冲装置的工作状态，并将代表该工作状态的信号发送给控制模块；所述控制模块包括控制器，控制器接收代表工作状态的信号，并根据缓冲特性函数计算(可以为在线计算或离线计算)与该工作状态相对应的控制阀2的动作模式，并将代表该控制阀2的动作模式的信号发送给所述输出模块；所述输出模块接收代表控制阀2的动作模式的信号，并将该代表控制阀2的动作模式的信号发送给所述控制阀2。

所述缓冲装置的工作状态可以根据缓冲装置的不同应用目的而具体设置。该缓冲装置的工作状态例如可以包括液压缸1的活塞杆11的位移、速度、加速度以及所述液压缸1的无杆腔中的压力和所述液压缸1的无杆腔中的流量中的一者或多者。

所述控制器可以为各种适当的类型，优选地可以为脉冲宽度调制控制器，该脉冲宽度调制控制器发送的代表控制阀2的动作模式的信号形式为频率和占空比，从而能够方便地控制换向阀或截止阀动作。

所述缓冲特性函数可以通过数值模拟或实验等方式获得。该缓冲特性函数的自变量为缓冲装置的工作状态(该工作状态可以包括各种适当的参数，例如上文所述的活塞杆11的位移和/或速度以及如下文所述的其他参数)，该函数的应变量为控制阀2的动作模式，例如动作的频率、占空比等。更具体地，该缓冲特性函数可以理解为一个缓冲特性查询表。从而，控制器可以在缓冲特性查询表中查询得到与特定的工作状态相对应的控制阀2的动作模式，该动作模式能够使得无杆腔中具有与该特定的工作状态相适应的压力，即使得缓冲装置具有相应的缓冲特性。

优选地，所述控制装置还包括功率放大系统，所述脉冲宽度调制控制器发送的信号经过所述功率放大系统放大后发送给所述控制阀2。

根据本发明的另一方面还提供了一种臂架的防后倾装置，该防后倾装置包括上述缓冲装置。

通过上述技术方案，由于防后倾装置的缓冲装置的控制装置可以根据缓冲装置的工作状态(例如臂架的状态，如臂架转动的角速度、角加速度等)控制控制阀2动作，使得致动缸1的无杆腔内具有不同的压力，从而能够实时地调整缓冲装置的缓冲特性(包括刚度和阻尼等)，即使在突然卸载等工况下，也能够对缓冲装置的动态特性实时进行调整，以优化臂架动力学行为，在规定仰角范围内稳定臂架防止臂架后倾并使缓冲力峰值最优。

所述缓冲装置可以通过各种适当的方式安装到臂架上，例如，所述致动缸1的缸体13和活塞杆11中的一者固定在安装所述臂架的支座上，缸体13和活塞杆11中的另一者与臂架接触或朝向所述臂架延伸；或者，所述致动缸1的缸体13和活塞杆11中的一者固定在所述臂架上，另一者与安装所述臂架的支座接触或朝向所述支座延伸。例如在一种具体的实施方式中，所述致动缸1的缸体13固定在安装所述臂架的支座上，所述致动缸1的活塞杆11与所述臂架接触，在这种安装方式中，臂架始终与活塞杆11的末端接触。在另一种具体的实施方式中，所述致动缸1的缸体13固定在安装所述臂架的支座上，所述致动缸1的活塞杆11朝向所述臂架延伸，在这种安装方式中，活塞杆11的末端通常不与臂架接触，只有当臂架转动(后倾)到一定位置时才与活塞杆11的末端接触，防后倾装置才起作用。

在上述臂架的防后倾装置中，所述缓冲装置的工作状态还可以包括以下七项中的一者或多者：所述臂架的仰角、长度和吊载重量；所述臂架转动的角度、角速度和角加速度；以及所述臂架所处环境的风速。活塞杆的运动状态(例如上文所述的位移和速度等参数)不易测量，可以通过臂架转动的角度、角速度和角加速度等来体现活塞杆的运动状态。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (20)

1.一种缓冲装置，该缓冲装置包括致动缸（1），其特征在于，该缓冲装置还包括控制阀（2）和控制装置（5），所述致动缸（1）的无杆腔与所述控制阀（2）的工作口连通，所述控制装置（5）根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀（2）动作，使所述无杆腔内具有不同的压力，其中，所述缓冲装置还包括第一管路和第二管路，该第一管路和第二管路具有不同的压力，所述控制装置（5）根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀（2）动作，以控制所述无杆腔选择性地与第一管路和第二管路连通的时间。

2.根据权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于，所述致动缸（1）为液压缸。

3.根据权利要求2所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路和/或所述第二管路通过液阻元件连通至油箱（4）。

4.根据权利要求3所述的缓冲装置，其特征在于，所述液阻元件（3）为阻尼孔、节流阀（32）或溢流阀（31）。

5.根据权利要求2所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路和所述第二管路中的一者直接连通至油箱。

6.根据权利要求2所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路和所述第二管路中的一者封闭。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于，所述控制阀（2）为换向阀，该换向阀的工作油口与所述无杆腔连通，换向阀的进油口和回油口分别与所述第一管路和第二管路连通。

8.根据权利要求7所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路直接连通至油箱，所述第二管路通过溢流阀或节流阀连通至油箱。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于，

所述控制阀（2）为截止阀，其中，所述第一管路和第二管路与所述无杆腔连通，所述截止阀串接在所述第二管路上；或者

所述控制阀（2）为二位二通换向阀，其中，该二位二通换向阀的进油口和所述第一管路与所述无杆腔连通，所述二位二通换向阀的工作油口与所述第二管路连通。

10.根据权利要求9所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路通过节流阀（32）连通至油箱，所述第二管路直接连通至油箱。

11.根据权利要求2至6中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于，该缓冲装置还包括单向阀（6），该单向阀（6）允许液压油从油箱（4）流至所述液压缸（1）的无杆腔。

12.根据权利要求1至6中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于，该缓冲装置还包括设置在所述致动缸（1）的无杆腔内的弹簧（7）。

13.根据权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于，所述控制装置（5）包括输入模块、控制模块和输出模块，

所述输入模块包括传感器，该传感器检测所述缓冲装置的工作状态，并将代表该工作状态的信号发送给控制模块，

所述控制模块包括控制器，控制器接收代表工作状态的信号，并根据缓冲特性函数计算与该工作状态相对应的控制阀（2）的动作模式，并将代表该控制阀（2）的动作模式的信号发送给所述输出模块，

所述输出模块接收代表控制阀（2）的动作模式的信号，并将该代表控制阀（2）的动作模式的信号发送给所述控制阀（2）。

14.根据权利要求13所述的缓冲装置，其特征在于，所述致动缸（1）为液压缸，所述缓冲装置的工作状态包括所述液压缸的活塞杆（11）的位移、速度和加速度以及所述液压缸的无杆腔中的压力和流量中的一者或多者。

15.根据权利要求13所述的缓冲装置，其特征在于，所述控制器包括脉冲宽度调制控制器。

16.根据权利要求15所述的缓冲装置，其特征在于，所述控制装置（5）还包括功率放大系统，所述脉冲宽度调制控制器发送的信号经过所述功率放大系统放大后发送给所述控制阀（2）。

17.一种臂架的防后倾装置，该防后倾装置包括根据权利要求1-16中任意一项所述的缓冲装置。

18.根据权利要求17所述的臂架的防后倾装置，其特征在于，所述致动缸（1）的缸体（13）和活塞杆（11）中的一者固定在安装所述臂架的支座上，另一者与臂架接触或朝向所述臂架延伸。

19.根据权利要求17所述的臂架的防后倾装置，其特征在于，所述致动缸（1）的缸体（13）和活塞杆（11）中的一者固定在所述臂架上，另一者与安装所述臂架的支座接触或朝向所述支座延伸。

20.根据权利要求17-19中任意一项所述的臂架的防后倾装置，其特征在于，所述缓冲装置的工作状态还包括以下七项中的一者或多者：所述臂架的仰角、长度和吊载重量；所述臂架转动的角度、角速度和角加速度；以及所述臂架所处环境的风速。

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