CN102616660B - 自重落幅补偿液压系统、起重机及其控制方法 - Google Patents

自重落幅补偿液压系统、起重机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种自重落幅补偿液压系统、起重机及其控制方法。液压系统包括变幅油缸、油箱、电比例变幅平衡阀、电控手柄和控制器。变幅油缸包括有杆腔和无杆腔,电比例变幅平衡阀包括工作油口和控制端口,有杆腔与油箱相连通,无杆腔与工作油口相连通。压力检测单元用于检测无杆腔压力,角度检测单元用于检测起重臂俯仰角。控制器与电控手柄和电比例变幅平衡阀的控制端相连接,并且控制器向电比例变幅平衡阀输出控制电流,控制电流根据电控手柄开度、无杆腔压力和起重臂俯仰角确定。本发明变幅油缸的有杆腔无压力,依靠自重落幅,落幅速度只与电比例平衡阀的输入电流有关,控制器适时调整电比例变幅平衡阀的输入电流,使重物在垂直方向匀速下落。

Description

自重落幅补偿液压系统、起重机及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及工程机械领域,特别是指一种自重落幅补偿液压系统、起重机及其控制方法。
背景技术
[0002] 起重机落幅性能的好坏,是衡量汽车起重机操控性能的一个重要指标。目前,起重机通过变幅油缸来调节落幅,变幅油缸包括有杆腔和无杆腔,有杆腔和无杆腔均为压力腔。变幅油缸上连接有电比例平衡阀,通过调节电比例平衡阀的开度来控制落幅。但随着大臂角度的变化,该控制方式不能实现重物在垂直方向的匀速下落。
发明内容
[0003] 本发明提出一种自重落幅补偿液压系统、起重机及其控制方法,该系统能够实现重物在垂直方向上的匀速下落。
[0004] 本发明提出一种自重落幅补偿液压系统,包括变幅油缸、第一油箱和电比例变幅平衡阀,其中所述变幅油缸的有杆腔与所述第一油箱相连通,所述变幅油缸的无杆腔与所述电比例变幅平衡阀的工作油口相连通;所述液压系统还包括压力检测单元、角度检测单元和电控手柄;所述压力检测单元、所述角度检测单元、所述电控手柄和所述电比例变幅平衡阀的控制端均与所述控制器电连接;所述压力检测单元用于检测所述无杆腔的压力;所述角度检测单元用于检测起重臂的俯仰角;所述控制器用于向所述电比例变幅平衡阀输出控制电流,并且所述控制电流根据所述电控手柄开度、所述无杆腔压力和所述起重臂俯仰角确定。
[0005] 进一步地,所述角度检测单元为角度传感器。
[0006] 进一步地,所述压力检测单元为压力传感器。
[0007] 另一方面,本发明还提出一种起重机,包括机体、连接于所述机体的起重臂、以及连接于所述起重臂的落幅液压系统,所述落幅液压系统为上述任一项所述的自重落幅补偿液压系统。
[0008] 又一方面,本发明还提出一种自重落幅补偿液压系统的控制方法,该方法包括如下步骤,压力信号采集步骤,压力检测单元检测变幅油缸的无杆腔压力,并将检测结果发送给控制器;角度信号采集步骤,角度检测单元检测起重臂的俯仰角,并将检测结果发送给控制器;电控手柄开度确定步骤,控制器读取电控手柄的开度,并确定该开度所对应的电流值;控制电流计算步骤,控制器I根据电控手柄开度所对应的电流值、所述无杆腔压力和所述起重臂俯仰角计算控制电流,并向电比例变幅平衡阀输出该控制电流;平衡阀阀芯开度调节步骤,电比例变幅平衡阀根据所述控制电流调节阀芯开度,使控制起重臂匀速落幅。
[0009] 进一步地,所述调节电流计算步骤进一步为,I为控制器向电比例变幅平衡阀输出的控制电流,为根据压力检测值折算后的系数;kAS为根据角度检测值折算后的系数,I手柄为电控手柄对应的电流值。[0010] 进一步地,所述角度检测单元为角度传感器。
[0011] 进一步地,所述压力检测单元为压力传感器。
[0012] 本发明中,变幅油缸的有杆腔直接与油箱相连通,使有杆腔内无压力,重物完全依靠自重落幅。同时,将变幅油缸的无杆腔与电比例平衡阀的工作油口相连通,使落幅速度只与电比例平衡阀的输入电流有关。压力检测单元和角度检测单元分别将无杆腔的压力值和起重臂的俯仰角实时反馈给控制器,控制器根据反馈值和电控手柄的开度来实时调整电比例变幅平衡阀的输入电流,使重物在垂直方向匀速下落。
附图说明
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014] 图1为本发明自重落幅补偿液压系统实施例的结构框图;
[0015] 图2为本发明自重落幅补偿液压系统实施例的原理图;
[0016] 图3为本发明自重落幅补偿液压系统控制方法实施例的流程图。
具体实施方式
[0017] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0018] 液压系统实施例:
[0019] 参见图1-图2,示出了自重落幅补偿液压系统实施例。如图所示,本发明实施例包括油路部分和电控部分。
[0020] 其中,油路部分包括变幅油缸2、第一油箱10和电比例变幅平衡阀3。其中变幅油缸2的有杆腔21与第一油箱10相连通,使有杆腔21内无压力,重物完全依靠自重落幅。变幅油缸2的无杆腔22与电比例变幅平衡阀3的工作油口 C相连通,通过电比例平衡阀3调节无杆腔22的压力值。
[0021] 电控部分包括压力检测单元4、角度检测单元5、电控手柄6和控制器I。其中,压力检测单元4、角度检测单元5、电控手柄6、以及电比例变幅平衡阀的控制端Y均与控制器I电连接。压力检测单元4用于检测无杆腔22的压力值,角度检测单元5用于检测起重臂的俯仰角,电控手柄6的不同开度控制器对应输出不同的电流值。控制器I根据电控手柄6的开度、无杆腔压力和起重臂俯仰角计算向电比例变幅平衡阀3输出的控制电流,实时调整平衡阀3的阀芯开度,进而调节无杆腔22内的压力,使重物在垂直方向匀速下落。
[0022] 在具体实施时,角度检测单元可以选择角度传感器,压力检测单元可以选择压力传感器。
[0023] 本发明变幅油缸的有杆腔与油箱相连通,所以有杆腔内无压力,重物完全依靠自重落幅,而落幅速度只与无杆腔压力有关。本发明又通过角度检测单元检测起重臂的俯仰角,通过压力检测单元检测无杆腔压力,并结合电控手柄的开度,对电比例平衡阀的控制电流实时调节,即对无杆腔内的压力实时调节,以控制起重臂匀速落幅。
[0024] 控制方法实施例:
[0025] 参见图2、图3,示出了本发明自重落幅补偿液压系统控制方法实施例。如图3所示,该方法包括如下步骤:压力信号采集步骤SI,压力检测单元4检测变幅油缸2无杆腔22内的压力值,并将检测结果发送给控制器I ;角度信号采集步骤S2,角度检测单元5检测起重臂的俯仰角,并将检测结果发送给控制器I ;电控手柄开度确定步骤S3,操作人员操作电控手柄,控制器I读取电控手柄开度,并确定该开度所对应的电流值;控制电流计算步骤S4,控制器根据电控手柄开度所对应的电流值、无杆腔压力和起重臂俯仰角计算控制电流,并向电比例变幅平衡阀3输出该调节电流;平衡阀阀芯开度调节步骤S5,电比例变幅平衡阀根据电流值调节阀芯开度,使起重臂在垂直方向匀速运动。
[0026] 本领域人应当理解,当电控手柄处于不同开度时,控制器会输出不同电流。本发明通过电压检测值和角度检测值对该电流进行修正,并将修正后的电流输入给电比例变幅平衡阀3。修正公式如下:I = 其中,I为输入给电比例变幅平衡阀的电流,表示根据压力检测值折算后的系数,kAS表示根据角度检测值折算后的系数,
表示电控手柄特定开度对应的电流大小。
[0027] 从以上分析可以看出,本发明在起重臂和控制器I之间形成闭环控制,控制器I根据俯仰角和无杆腔压力的反馈值对无杆腔压力实时调节,以使重物匀速下落。结合现有技术,本领域人应该知晓,以重物匀速下落为目的,本领域人可通过试验拟合的方法得出压力修正系数和角度修正系数。
[0028] 具体实施时,压力检测单元4可以选择压力传感器,角度检测单元5可以选择角度传感器。
[0029] 本发明通过调节电控手柄的开度来调节控制器向电比例变幅平衡阀的输出电流。当电控手柄开度不变时,通过压力传感器反馈的无杆腔的压力值和角度传感器反馈的起重臂的俯仰角来修正电控手柄的电流值,进而调节无杆腔的压力,使重物在垂直方向匀速下落。
[0030] 优选实施例:
[0031] 下面结合图2,给出本发明的优选实施例:
[0032] 参见图2,图2为本发明自重落幅补偿液压系统实施例原理图,下面结合图2对本发明的优选实施例进行详细说明。
[0033] 如图2所示,本实施例中的自重落幅补偿液压系统包括三位四通换向阀8、电比例变幅平衡阀3、变幅油缸2、第一油箱10和第二油箱9。
[0034] 图2所示P为三位四通换向阀8的泄油口,T为进油口,A和B为工作油口。其中工作油口 A与第一油箱10相连通,工作油口 B与电比例变幅平衡阀3的进油口 D相连通,电比例变幅平衡阀3的工作油口 C与变幅油缸2的无杆腔22相连接,并在连通管路上安装有压力传感器4,用于测量无杆腔22的压力值。变幅油缸2的有杆腔21与第一油箱10相连通。电比例变幅平衡阀3和换向阀8的泄油口均与第二油箱9相连通。
[0035] 本实施例通过改变电比例变幅平衡阀3的开度来改变无杆腔22的压力值,进而调节落幅速度,而电比例变幅平衡阀3的开度通过其输入电流来控制。本实施例通过控制器I来控制其输入电流的大小,具体控制方法为:控制器I上设置一电控手柄6,通过改变电控手柄6的开度来调节控制器I输出电流的大小,同时控制器I还根据无杆腔22的压力值和起重臂的角度值对电控手柄6的输出电流值进行实时修正,并将修正后的电流输出给电比例变幅平衡阀3,电比例变幅平衡阀3根据输入的电流值调节阀芯开度,进而调整无杆腔22的压力值,使重物在垂直方向匀速运动。
[0036] 在具体实施时,控制器对电控手柄的电流值按如下公式进行修正:I =.kA度.,其中,I为修正后的输入给电比例变幅平衡阀3的控制电流,表示根据压力检测值折算后的系数,kAS表示根据角度检测值折算后的系数,I 表示电控手柄对应的电流值。
[0037] 从以上分析可以看出,该控制方法为一闭环控制,为了保证重物在垂直方向匀速运动,需要压力检测单元和角度检测单元实时向控制器反馈压力值和角度值。大臂角度在80°以下时,控制器I根据无杆腔压力值和起重臂的俯仰角计算修正系数,
即k压力和k角度,修正系数可通过试验拟合后得出。具体地,左压力=>/(340-片.)/320,
km =1-7(80-幻/82,其中,Pi为落幅过程中压力传感器检测的压力值,Θ i为落幅过程中角度传感器检测的角度值。
[0038] 在具体实施时,电控手柄相当于一个可变电阻,电控手柄开度不同,其电阻就不同,控制器输出的电流也就不同。通过改变电控手柄的开度,来调节控制器I输出电流的大小。
[0039] 本实施例中液压系统的工作过程如下:操作电控手柄落幅,使换向阀8的DT2得电,油液经过电比例变幅平衡阀3进入变幅油缸2的无杆腔22,控制油X经电比例变幅平衡阀3上的比例阀减压后推动主阀芯,使主阀芯开启一定开度,变幅油缸2的无杆腔压力油便在此开度下回到第二油箱9,从而实现落幅。大臂在垂直方向落幅速度与电比例变幅平衡阀3主阀芯开度、变幅油缸无杆腔压力以及大臂角度相关,当电控手柄开度不变时,大臂角度越小,无杆腔压力就越大,电气控制使其主阀芯开度相应减小,从而保证大臂在垂直方向匀速下落,及实现匀速落幅。
[0040] 本发明可以实现落幅启动平稳、落幅停止平稳、落幅过程中平稳和重物在垂直方向匀速下落,具体操作方法如下:
[0041] 落幅启动平稳:落幅启动时,通过操作电控手柄6,使电比例变幅平衡阀3的输入电流由O缓慢增大,平衡阀阀芯开度缓慢变大,变幅油缸2靠自重平稳地开始落幅,落幅速度只与电比例变幅平衡阀3的电流相关,实现落幅启动平稳。
[0042] 落幅停止平稳:欲使落幅停止,可通过操作电控手柄6,使电比例变幅平衡阀3的输入电流由较大缓慢减为0,平衡阀阀芯开度缓慢变小,避免了因停止时的惯性影响造成变幅油缸无杆腔压力突然增大,从而避免了停止时产生冲击,使落幅平稳地停止。
[0043] 落幅过程中平稳:落幅过程中,平衡阀阀芯开度只与电控手柄6的开度有关,与变幅油缸有杆腔21的压力无关,可通过控制电控手柄6的开度适时控制落幅速度,从而实现平稳落幅。
[0044] 重物在垂直方向匀速下落:落幅过程中,电控手柄6的开度不变,大臂角度越小,重物在垂直方向的速度就越大。此时,控制器I根据反馈的压力检测值和角度检测值来实时调整控制电流,使重物在垂直方向匀速下落。
[0045] 本发明主要实现了起重机的平稳落幅,包括落幅启动平稳、停止平稳、落幅过程平稳、以及匀速落幅。本发明落幅速度只与电比例平衡阀的输入电流有关,控制器通过变幅油缸无杆腔的压力和大臂的角度以及电控手柄开度,适时调整电比例变幅平衡阀的输入电流,使重物在垂直方向匀速下落,落幅操控性好。
[0046] 本发明还提出一种起重机,包括机体、连接于机体的起重臂、以及连接于起重臂的落幅液压系统,其中落幅液压系统为实施例一中所提出的自重落幅补偿液压系统。
[0047] 由于本实施例中的落幅液压系统为实施例一中所提出的自重落幅补偿液压系统,所以本实施例具有实施例一的所有效果。
[0048] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自重落幅补偿液压系统,包括变幅油缸(2),其特征在于, 还包括第一油箱(10)和电比例变幅平衡阀(3),其中, 所述变幅油缸(2)的有杆腔(21)与所述第一油箱(10)相连通,所述变幅油缸(2)的无杆腔(22)与所述电比例变幅平衡阀(3)的工作油口(C)相连通; 所述液压系统还包括压力检测单元(4)、角度检测单元(5)、电控手柄(6)和控制器(O; 所述压力检测单元(4)、所述角度检测单元(5)、所述电控手柄(6)和所述电比例变幅平衡阀的控制端(Y)均与所述控制器(I)电连接; 所述压力检测单元(4)用于检测所述无杆腔的压力; 所述角度检测单元(5)用于检测起重臂的俯仰角; 所述控制器(I)用于向所述电比例变幅平衡阀(3)输出控制电流,使重物在垂直方向匀速下落;并且所述控制电流根据所述电控手柄(6)开度、所述无杆腔压力和所述起重臂俯仰角确定。
2.根据权利要求1所述的自重落幅补偿液压系统,其特征在于,所述角度检测单元(5)为角度传感器。
3.根据权利要求2所述的自重落幅补偿液压系统,其特征在于,所述压力检测单元(4)为压力传感器。
4.一种起重机,包括机体、连接于所述机体的起重臂、以及连接于所述起重臂的落幅液压系统,其特征在于,所述落幅液压系统为权利要求1-3中任一项所述的自重落幅补偿液压系统。
5.一种权利要求1所述的自重落幅补偿液压系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤, 压力信号采集步骤,压力检测单元(4)检测变幅油缸(2)的无杆腔(22)压力,并将检测结果发送给控制器(I); 角度信号采集步骤,角度检测单元(5)检测起重臂的俯仰角,并将检测结果发送给控制器(I); 电控手柄开度确定步骤,控制器(I)读取电控手柄(6)的开度,并确定该开度所对应的电流值; 控制电流计算步骤,控制器(I)根据电控手柄(6)开度所对应的电流值、所述无杆腔压力和所述起重臂俯仰角计算控制电流,并向电比例变幅平衡阀(3)输出该控制电流; 平衡阀阀芯开度调节步骤,电比例变幅平衡阀(3)根据所述控制电流调节阀芯开度,以控制起重臂匀速落幅,使重物在垂直方向匀速下落。
6.根据权利要求5所述的自重落幅补偿液压系统的控制方法,其特征在于,所述控制电流计算步骤进一步为: I=k压力.k練.I手柄 上式中:1为控制器向电比例变幅平衡阀输出的控制电流, 为根据压力检测值折算后的系数; kAS为根据角度检测值折算后的系数, I 为电控手柄对应的电流值。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的自重落幅补偿液压系统的控制方法,其特征在于, 所述角度检测单元(5)为角度传感器。
8.根据权利要求7所述的自重落幅补偿液压系统的控制方法,其特征在于, 所述压力检测单元(4)为压`力传感器。
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