CN102887435B - 控制臂架变幅的液压系统、控制方法和起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制臂架变幅的液压系统，包括变幅油缸、液压泵、主阀和油箱，变幅油缸的无杆腔通过主阀与液压泵连通，变幅油缸的有杆腔与油箱连通，其中主阀与无杆腔之间设置有第一减压阀，以在变幅油缸落臂变幅时使得流经主阀的油液压力恒定。本发明还公开了一种基于本发明提供的液压系统的控制方法。以及一种使用本发明提供的液压系统的起重机。由于在变幅油缸的无杆腔和主阀之间设置有第一减压阀，并通过该第一减压阀保持流经主阀的油液的油压恒定，因此变幅油缸的下降速度之和主阀的阀口开度相关，不受负载变化的影响，因此能够在臂架落臂变幅作业时，不受越来越大的负载的影响，保持稳定的下落速度，安全性高。

Description

控制臂架变幅的液压系统、控制方法和起重机

技术领域

本发明涉及臂架变幅的液压控制领域，具体地，涉及一种控制臂架变幅的液压系统、控制方法和使用该液压系统的起重机。

背景技术

在工程机械的臂架变幅作业中，例如在汽车起重机中，驱动臂架变幅的通常为变幅油缸，在进行落臂变幅作业时，变幅油缸下放一般有两种方法，一种是基于比例阀和平衡阀的液压驱动的下放方式，即需要对变幅油缸的有杆腔供给压力油，此时则需要设置在无杆腔一侧的平衡阀进行复杂设计，需要该平衡阀考虑补偿负载变化所引起的匹配问题，这实现起来较为困难，并容易引起可靠性问题。另外，在变幅油缸下放过程中由于存在超越负载，即其方向和液压驱动力的方向是同一方向的外负载，如起重臂上的重物所带来的负载。此时，则需要平衡阀来增设一定的背压，这会造成系统的功率损失比较严重。

另一种方式则采用自重下放的方式，靠臂架重力的作用实现变幅油缸下放，从而实现臂架的落臂变幅作业。此时，变幅油缸的有杆腔只需从油箱中进行补油以保证不吸空即可，而无杆腔一侧的平衡阀则只起到安全锁死和节流调速的作用。其中，由于臂架的下放角度不同，臂架对变幅油缸的重力力矩也会不同，臂架和水平面的角度越小，则对变幅油缸力矩越大。此时，下放速度的调节和和用于调速的平衡阀的节流口的大小线性度差，不能实现良好的调速特性，则必须需要操作者投入巨大的注意力，并很可能引发调速不及时造成的落臂事故。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种控制臂架变幅的液压系统，该液压系统能够在臂架进行落臂变幅时，对变幅油缸进行稳定的调速，安全性能高。

本发明的另一个目的是提供一种控制臂架变幅的控制方法，该控制方法能够控制本发明提供的液压系统，从而控制臂架在落臂变幅时，对变幅油缸进行稳定的调速、安全性能高。

本发明的目的是提供一种起重机，该起重机使用本发明提供的液压系统对起重臂进行变幅控制。

为了实现上述目的，本发明提供一种控制臂架变幅的液压系统，所述液压系统包括变幅油缸、液压泵、主阀和油箱，所述变幅油缸的无杆腔通过主阀与所述液压泵连通，所述变幅油缸的有杆腔与油箱连通，其中，所述主阀与所述无杆腔之间设置有第一减压阀，以在所述变幅油缸落臂变幅时使得流经所述主阀的油液压力恒定。

优选地，所述主阀为比例换向阀，该比例换向阀的内部流道设置有节流孔，所述第一减压阀为定压减压阀，以使流经所述节流孔的回油油压恒定。

优选地，所述第一减压阀为比例阀。

优选地，所述液压系统包括平衡阀，该平衡阀设置在所述无杆腔和所述第一减压阀之间，以在所述变幅油缸的落臂变幅作业中，可选择地对所述变幅油缸进行节流或锁死。

优选地，所述平衡阀为二位阀，该二位阀包括位于两个可切换的工作位的第二单向阀和节流阀，所述第二单向阀的安装方向为允许所述液压泵输出的油液能够供给到所述变幅油缸的无杆腔中。

优选地，所述平衡阀为比例先导阀，并且包括控制先导油的先导模块，所述液压系统包括先导泵，该先导泵通过先导油路为所述平衡阀提供所述先导油，并且在所述先导油路上旁接有溢流阀。

优选地，所述液压系统包括并联设置的背压阀和第一单向阀，所述变幅油缸的有杆腔通过所述背压阀和第一单向阀与所述油箱连通，其中，所述有杆腔通过所述背压阀向所述油箱泄油，通过所述第一单向阀从所述油箱吸油。

优选地，所述液压系统还包括第二减压阀，所述第二减压阀设置在所述液压泵和所述主阀之间，以保持所述主阀的进出口压差恒定。

优选地，所述主阀为换向阀，该换向阀的内部流道设置有节流孔，所述第二减压阀为定差减压阀，以保持所述节流孔的进出口压差恒定。

优选地，所述液压泵为变量泵，该变量泵包括排量调节组件，该排量调节组件通过负载敏感阀根据负载压力的变化控制所述变量泵的排量，以使所述变量泵的排量等于所述变幅油缸的所需流量。

优选地，所述主阀为二位四通换向阀，该二位四通换向阀的第一油液口和第二油液口连通，其中所述第一油液口与所述无杆腔连通，所述第二油液口与所述负载敏感阀的控制油口连通。

根据本发明的另一方面，提供一种控制臂架变幅的控制方法，所述控制方法包括提供本发明提供的液压系统，并能够控制该液压系统进入用于控制臂架进行落臂变幅作业的第一工作状态和第二工作状态，并且所述控制方法包括检测步骤和控制步骤，在所述检测步骤中，检测所述臂架对所述变幅油缸的负载实时值，在所述控制步骤中，当所述负载实时值大于负载预设值时，控制所述液压系统从所述第一工作状态切换至所述第二工作状态，其中，在所述第一工作状态，使得所述第一减压阀阀口全开，所述变幅油缸的有杆腔从所述油箱中吸油，无杆腔通过所述平衡阀和所述主阀回油，以通过该平衡阀和主阀对所述变幅油缸进行节流调速，在所述第二工作状态，使得所述平衡阀阀口全开，所述变幅油缸的有杆腔从所述油箱中吸油，无杆腔通过所述第一减压阀和所述主阀回油，以通过所述第一减压阀和所述主阀进行节流调速。

优选地，通过检测所述变幅油缸的无杆腔的回油油压值来获得所述负载实时值，当该回油压力值超过预设回油压力值时，控制所述液压系统从所述第一工作状态进入所述第二工作状态。

优选地，通过检测所述臂架对所述变幅油缸的负载扭矩值来获得所述负载实时值，其中首先检测所述臂架相对于水平面的倾角值，并根据该倾角值计算出所述负载扭矩值，当所述负载扭矩值大于预设扭矩值时，控制所述液压系统从所述第一工作状态进入所述第二工作状态。

优选地，在所述第二工作状态下，所述控制方法还包括检测所述主阀的回油口压力值，当该回油口压力值出现变化时，通过控制所述第一减压阀的开度，使得流经所述主阀的油液的压力恒定。

根据本发明提供的再一方面，提供一种起重机，该起重机包括起重臂，所述起重机包括本发明提供的控制臂架变幅的液压系统，其中，所述臂架为所述起重臂。

通过上述技术方案，在本发明提供的液压系统及其控制方法中，由于在变幅油缸的无杆腔和主阀之间设置有第一减压阀，并通过该第一减压阀保持流经主阀的油液的油压恒定，因此变幅油缸的下降速度之和主阀的阀口开度相关，不受负载变化的影响，因此能够在臂架落臂变幅作业时，不受越来越大的负载的影响，保持稳定的下落速度，从而实现变幅油缸的稳定调速，安全性高。

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是本发明优选方式提供的液压系统的液压原理图；

图2是本发明优选实施方式中

图3是本发明提供的起重机的局部结构概略图。

附图标记说明

1    变幅油缸        2     液压泵

3    主阀            4     油箱

5    臂架            6     平衡阀

7    第一减压阀      8     背压阀

9    第二减压阀      10    第一单向阀

11   控制器          12    检测装置

13   溢流阀          14    第三单向阀

15   转台

1a   无杆腔          1b    有杆腔

2a   变量泵          2b    排量控制组件

2c   服装敏感阀      2d    先导泵

3a   节流孔          6a    第二单向阀

6b   节流阀          6c    先导模块

12a  第一压力传感器  12b   倾角传感器

12c  第二压力传感器  12d   第三压力传感器

A    第一工作油口    B     第二工作油口

M    电机

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。

在本发明中，将以起重机上的起重臂的变幅控制为例对本发明提供的控制臂架变幅的液压系统和以该液压系统为基础的控制方法进行详细说明，但是需要理解的是，本发明提供的液压系统并不限于应用在起重机上。其中，将起重机的起重臂作为本发明提供的控制臂架变幅的液压系统中的臂架。在其他能够通过变幅油缸进行起落臂的工程机械均可应用，本发明对该液压系统的应用领域并不做限制。

如图1至图3所示，在本发明提供的控制臂架变幅可采用重力落臂的方式进行，即在进行落臂变幅时，不对变幅油缸1的有杆腔1b提供液压力，而通过臂架的自重实现落臂变幅作业，此时只需使有杆腔1b与油箱4连通并从油箱4吸油即可。这种重力落臂的方式采用非液压驱动的方式，通过重量势能做功，系统节能明显。其中，在这种方式中，液压系统对无杆腔1a的控制则是对变幅油缸1进行调速的关键。

其中，本发明提供的液压系统和控制方法能够通过分阶段控制的方式应对臂架落臂过程中的逐渐增加的负载，从而能够实现变幅油缸1在落臂过程中的稳定调速，安全性高。具体地，如图3所示，由于臂架在落臂过程中和水平面的角度逐渐减小，因此，臂架对变幅油缸的负载则越来越大，如果液压系统调节不稳定，则可能导致臂架坠落等重大事故。因此，如图1所示，本发明提供的液压系统的优选控制方法中，可分两阶段进行控制，在第一阶段中，由于臂架对变幅油缸的负载较小，即力矩较小，可通过平衡阀6中的节流阀6b进行节流调速，此时则变幅油缸1的无杆腔1a的回油在节流阀6b的作用下能够进行流量调节，从而能够使得调速稳定。

然而，随着臂架和水平面的夹角越来越小时，变幅油缸1所承受的负载则越来越大，则无杆腔1a中的回油压力将越来越大，此时如果仅靠平衡阀中的节流阀6b的阀口调节，则无法满足快速增加的油压，不能完成稳定的调速，容易引发臂架坠落等重大事故，因此在本发明提供的液压系统的第二阶段中，可通过下述的本发明提供的第一减压阀7将回油压力基本保持恒定，此时由于油压稳定，对变幅油缸1的调速则只取决于主阀3的阀口开度，而不受负载变化的影响，从而实现变负载的工况下实现变幅油缸1的稳定调速。安全性高。下述也将介绍在本发明提供的控制方法中，本发明提供的液压系统根据何种情况从第一阶段切换到第二阶段。

下面结合附图，对上述技术方案进行详细说明，由于本发明能够实现上述技术方案的实施方式有多种，例如各阀种类、控制方式等等，因此本发明在此只介绍其中的优选实施方式，该优选实施方式只用于说明本发明，并不用于限制本发明。

其中，如图1和图2所示，本发明提供的液压系统包括变幅油缸1、液压泵2、主阀3和油箱4，其中，变幅油缸1的无杆腔1a通过主阀3与液压泵2连通，通常主阀3为换向阀以实现无杆腔1a的供油和回油，另外变幅油缸1的有杆腔1b与油箱4连通，以在进行起臂变幅作业中实现有杆腔1b的泄油，并且在采用重力落臂变幅中能够从油箱4中吸油，而防止有杆腔1b吸空。其中重要地，为了实现在变负载工况下，实现变幅油缸1的稳定调速。在本发明提供的液压系统中，主阀3与无杆腔1a之间设置有第一减压阀7，以在变幅油缸1落臂变幅时使得流经主阀3的油液压力恒定。并且这种方式无需采用结构和控制复杂平衡阀，实现容易。另外，需要说明的是，本发明提供的上述结构不仅能够应用在采用重力落臂的变幅方式中，在采用动力落臂的方式中，同样能够适用。其中，本领域技术人员对该系统进行微调为能够为有杆腔1b提供压力油即可。对于这种变形方式同样落在本发明的保护范围中。

为了方便控制，和提高控制精度，优选地，主阀3和第一减压阀7均为比例阀，以精确调节阀口开度。其中，作为比例换向阀的主阀3的内部流道设置有节流孔3a，而第一减压阀7为定压减压阀，即定压阀。从而能够使得流经节流孔3a的回油油压恒定。即从变幅油缸1无杆腔1a中流出的回油在经过第一减压阀7后压力基本恒定，因此，经过节流孔3a的回油流量则只和该节流孔3a的开度相关，通过精确的比例控制，能够实现对变幅油缸1的无杆腔1a的比例调速，从而实现在变负载的工况下，完成对变幅油缸1的稳定调速。

另外，设置在无杆腔1a和第一减压阀7之间的平衡阀6能够在变幅油缸的落臂变幅作业中可选择地对变幅油缸1进行节流或锁死，并且在落臂变幅作业时对变幅油缸1进行锁死。以完成在落臂变幅作业和起臂变幅作业中防止臂架1坠落等目的。其中优选地，本发明中提供的平衡阀6可以为德国力士乐生产的FD型平衡阀，具体地，该平衡阀6为二位阀并包括分别位于两个可切换的工作位上的第二单向阀6a和节流阀6b，该第二单向阀6a的安装方向为允许液压泵2输出的油液供给到变幅油缸1，即当需要在防止臂架坠落的工况中，即防止油液从变幅油缸1的无杆腔1a泄出时，可将可将平衡阀6切换到所述第二单向阀6a所处的工作位。为了实现本发明中的起臂和落臂过程中的相应作用，作为一种优选方式，可设置第二单向阀6a所在的工作位为常态工作位，即平衡阀在失电时所处的工作位，而当平衡阀6得电后则由该常态工作为切换到处于节流阀6b所在的工作位。

因此，在变幅油缸的落臂变幅作业中，在正常情况下，需将平衡阀6切换到节流阀6b所在的工作位，以在第一阶段时，由该节流阀6b对油液进行节流调速，而在第二阶段时，则控制该节流阀6b阀口全开。此时，一旦出现断电等突发事故，平衡阀6能够切换回第二单向阀6a所在的常态工作位，从而起到锁死作用，而防止在落臂过程中，臂架坠落的事故。

而在变幅油缸的起臂变幅作业中，则一直设置平衡阀6处于第二单向阀6a的工作位即可，既能够实现液压泵2的工作油供给到变幅油缸1，由能够起到锁死作用，而防止在起臂过程中的臂架坠落的事故。因此，在本发明中对平衡阀6的控制也较为关键。

其中，在本发明中的落臂变幅作业中，在第一阶段中则由节流阀6b与和主阀3（其中的节流孔3a）完成节流调速作业，而在第二阶段中则将平衡阀6的节流阀6b的阀口全开，而通过第一减压阀7和主阀3完成对变幅油缸的稳定调速。

为了保证该平衡阀6的精确控制，优选地，平衡阀6为比例先导阀。即由先导油控制平衡阀6在上述几种工作状态中切换和调节。其中，该平衡阀6包括控制先导油的先导模块6c，为了保证先导油的稳定，优选地，本发明提供的液压系统包括先导泵2d，该先导泵2d通过先导油路为平衡阀6提供先导油，其中先导泵2d可以为本领域常见的齿轮泵并且和液压泵2采用同一动力源（如电机M）驱动。并且为了稳定该先导油路中的先导油压力，优选地，还在先导油路上旁接有溢流阀13，以使得先导油压力维持在合理范围内。

其中，使用的先导模块6c为本领域常见的控制先导油的控制模块，其中为了保证先导油的精度还可设置滤油器的装置。其中，作为一种实施例，先导模块6c中包括控制先导油流入和流出平衡阀6的二位三通换向阀且通过比例电磁铁控制，另外还设置有调节先导油流量的节流阀等。从而实现平衡阀6的精确控制。除附图中所示的优选实施方式外，其他能够实现平衡阀6的控制的控制模块或控制方式均应属于本发明的保护范围中。

另外，在目前现有技术中所采用的重力落臂方式中，目前的方案多是将变幅油缸有杆腔直接接油箱。这使得变幅油缸1在起升时，在变负载和动负载作用下，以及温差不同时，整体系统会因为阻尼比小而容易发生低速抖动，因此，不仅会在落臂变幅作业时使得调速控制性能差之外，还会影响变幅起升的稳定性。针对这个问题，除在落臂变幅作业时的上述分阶段控制外，本发明提供的液压系统在起臂变幅作业时同样能够实现对变幅油缸1的稳定调速。其中，所采用的方案为本发明提供的液压系统实现了对变幅油缸1的有杆腔1b和无杆腔1a的独立控制，即在落臂变幅作业和起臂变幅作业中，有杆腔1b和无杆腔1a能够独立进行控制。

其中具体地，如图1所示，液压系统包括并联设置的背压阀8和第一单向阀10，即变幅油缸1的有杆腔1b能够分别通过背压阀8和第一单向阀10与油箱4连通，以在落臂变幅和起臂变幅时，能够分别实现不同的功能。其中，在上述的两阶段落臂变幅作业时，第一单向阀10打开，有杆腔1b通过该第一单向阀10从油箱4吸油，以防止采用重力落臂方式时，有杆腔1b发生吸空的现象。而在起臂变幅作业时，第一单向阀10关闭，有杆腔1b能够通过背压阀8向油箱4泄油，即能够在上述泄油路上设置一定的背压，从而保证起臂过程中，变幅油缸1的变幅稳定性。

为了进一步提升起臂变幅作业时对变幅油缸1的稳定调速，优选地，液压系统还包括第二减压阀9，第二减压阀9设置在液压泵2和主阀3之间，以保持主阀3的进出口压差恒定。具体地，该第二减压阀9为定差减压阀，也称压力补偿器，该定差减压阀能够保持主阀3的节流孔3a的进出口压差恒定，而不受负载变化的影响，因此，变幅油缸1的调速只和节流孔3a，即主阀的阀口开度相关，因此能够通过调节作为优选为比例换向阀的主阀3的开度，实现对变幅油缸1在起臂变幅作业时的稳定调速。

其中，在起臂作业时，第一减压阀7不需工作，为了避免其对系统的影响，优选地，本发明提供的液压系统包括第三单向阀14，该第三单向阀14与第一减压阀7并联设置，以在变幅油缸1进行起臂变幅时，该第三单向阀14打开，而第一减压阀7关闭，使得油液通过该第三单向阀14流到无杆腔1a。而在落臂变幅时，由于第三单向阀14的存在，从无杆腔1a流出的油液只能通过第一减压阀7流回油箱。即优选地，第一减压阀7只在进行落臂变幅作业的第二阶段时发挥定压的作用。因此，本发明提供提供的液压系统中，在起臂作业时则通过第二减压阀9和主阀3实现稳定的调速。

另外，为了进一步提升对变幅油缸1的调速稳定性和系统的节能性。优选地，液压泵2为变量泵2a，该变量泵2a包括排量调节组件2b，该排量调节组件2b通过负载敏感阀2c根据负载压力的变化控制变量泵2a的排量，以使变量泵2a的排量等于变幅油缸1的所需流量。其中，负载敏感技术为本领域内常见的控制变量泵排量的技术，通过负载敏感阀感知负载压力的变化能够通过调节变量泵1的排量的调节，使其排量等于变幅油缸1的所需流量，从而在仅有不提高变幅油缸调速稳定性的情况下，避免了整体系统由于排量大造成的压力过大而发生溢流，从而带来不必要的功率损失，节省了整体系统的能源。

其中作为一种优选实施例，负载敏感阀2c为电磁比例换向阀，并且可感知主阀3工作油口的压力，从而感知负载压力的变化。即优选地，为了方便为负载敏感阀2c提供压力信息，本发明提供的主阀3为二位四通换向阀，并且该二位四通换向阀的第一工作油口A和第二工作油口B连通，其中第一工作油口A与无杆腔1a连通，第二工作油口B与负载敏感阀2c连通，以为负载敏感阀提供系统的负载压力信息，另外由于该为负载敏感阀2提供负载压力的油路与第二工作油口连通，因此其还可以用于与第二减压阀7的控制油路连通，以使得第二减压阀能够维持主阀3（节流孔3a）进出口之间的压差。使得本发明提供的液压系统结构更加简单，合理。其中，如图1所示，排量调节组件2b可以为活塞缸，该活塞缸的无杆腔通过负载敏感阀2c的换向获得工作油，而有杆腔内设置有复位弹簧用于复位，从而通过活塞杆的伸缩实现对变量泵2a的斜盘的调节，以调节变量泵2a的排量。当然，对于其他本领域技术人员能够想到的实现变量泵2a的排量调节的方式均应落在本发明的保护范围中。

上面描述了液压系统在起臂变幅作业阶段和落臂变幅作业中的两个阶段，共三种工作状态，为了方便控制这三种工作状态，在本发明提供了基于本发明提供的液压系统的控制臂架变幅的控制方法。其中为了实现该控制方法，本发明提供的系统中包括控制器11，该并通过该控制器11控制各阀件的工作。即优选地，其中阀件均为与控制器11电连接的电磁阀，其中在如图1所示的优选实施方式中，与控制器11电连接的电磁阀包括第一减压阀7、主阀3、平衡阀6、背压阀8以及负载敏感阀2c，以方便实现上述的不同工作状态。

其中，为了方便说明，在此将上述的落臂变幅作业中的第一阶段称为本发明提供的液压系统的第一工作状态，第二阶段为第二工作状态，并且将起臂变幅作业成为第三工作状态。其中较为重要地是，为了准确、及时地切换第一工作状态和第二工作状态，本发明提供的控制方法包括检测步骤和控制步骤，因此为了完成相应的检测步骤，本发明提供的液压系统包括和控制器11电连接的检测装置12，其中，在落臂变幅作业中，可以使用检测装置12检测臂架5对变幅油缸1的负载实时值，当负载实时值大于负载预设值时，控制器11控制液压系统从第一工作状态切换至第二工作状态，其中，通过控制器11控制输出的控制电流的大小，能够实现在在第一工作状态，即，使得第一减压阀7阀口全开而，变幅油缸1的有杆腔1b从油箱4中吸油，无杆腔1a通过平衡阀6和主阀3回油，并通过平衡阀6和主阀3（其中的节流孔3a）对变幅油缸1进行节流调速，而在第二工作状态，则平衡阀6得到最大电流输入而阀口全开，同样地，变幅油缸1的有杆腔1b从油箱4中吸油，此时第一减压阀7得电而相应的开度，从而使得无杆腔1a通过第一减压阀7和主阀3回油。并且通过调节控制电流的大小实现对第一减压阀7和主阀3的阀口开度的控制，从而对油液进行稳定的比例调速。

其中，在上述技术方案中，通过检测装置12检测负载实时值的方式有多种，其中作为一种实施方式，负载实时值包括变幅油缸的无杆腔1a的回油油压值，即通过检测无杆腔1a的回油压力值来获得负载实时值。其中，检测装置12可包括第一压力传感器12a，在第一工作状态下，该第一压力传感器12a能够检测回油油压值，具体地，使用该第一压力传感器12a检测无杆腔1a和平衡阀6之间的回油压力值，该回油压力值随负载的变化而实时变化，其中，当该该回油压力值超过预设回油压力值时，控制器11控制液压系统从第一工作状态进入第二工作状态。即，当随着臂架5与水平面的夹角越来越小，对变幅油缸1的负载越来越大的情况下，第一减压阀7得电并具有一定的开度，以通过第一减压阀7和主阀3实现对变幅油缸1的稳定调速。

作为另一种方式，负载实时值包括臂架5对变幅油缸1的负载扭矩值，即通过检测臂架5对变幅油缸1的负载扭矩值来获得负载实时值。其中，如图3所示，检测装置12可包括倾角传感器12b，即首先通过该倾角传感器12b能够检测臂架5相对于水平面的倾角值，并可由控制器11根据该倾角值计算出负载扭矩值。具体地，可通过三角函数进行计算，其中作为一种优选计算方法，计算公式可表示为：T_负=G·LG·cosβ，其中，T_负为负载扭矩值，G为臂架的重力（作为起重臂时为臂架本体重量和起吊重物之和），L_G为臂架5的重心到臂架5的铰接点的长度，β为臂架5和水平面的夹角。由此公式也可以看出，当β值越小时，则扭矩值T_负越大。其中，当负载扭矩值大于预设扭矩值时，控制器11控制液压系统从第一工作状态进入第二工作状态，从而实现变幅油缸1的稳定调速。

在上述的两种实施方式中，不管是与回油压力值相对于的预设值还是与负载扭矩值相对应的预设值均可通过多次试验得到，其和臂架的自身重量、长度和起吊重物的重量等参数相关，其中预设值的设定只要能够完成本发明的目的均可。另外，上述的两种方式仅是本发明的优选实施方式，本领域技术人员还可以采用其他方式检测负载实时值。对于这种变形方式也应落在本发明的保护范围中。

另外，为了进一步提升对变幅油缸1的调速稳定性，尤其是在多执行机构，如多个变幅油缸同时工作时，优选地，本发明体的控制方法还包括检测主阀的回油口压力值，即优选地，液压系统可包括第二压力传感器12c，在第二工作状态下，第二压力传感器12c能够检测主阀3的回油口压力值，因此，当该回油口压力值出现变化时，表示整体系统出现不稳定，此时则由控制器11通过调节第一减压阀7的输入控制电流来控制第一减压阀7的开度，从而使得流经主阀3的油液的压力恒定，以保证整体系统的稳定。从而实现对变幅油缸1的更精确、稳定的调速。

除上述落臂变幅的工作作业时，在本发明提供的液压系统的第三工作状态中，即进行起臂变幅作业时，同样能够通过控制器11进行稳定控制。其中优选地，本发明提供的液压系统还可包括第三压力传感器12d，即可通过该第三压力传感器12d执行检测变幅油缸1的有杆腔1b的泄油压力值的步骤，当该泄油压力值出现变化时，则表示在变负载的工况下，变幅油缸1的起臂变幅出现不稳定现象，此时则可通过控制器11通过调节背压阀8的控制电流的大小，控制其背压阀8的开度，从而调整泄油路上的背压，以控制泄油压力值恒定。从而进一步保证在起臂变幅作业时，变幅油缸1的稳定调速。

另外，对于上述的第二压力传感器12c和第三压力传感器12d，本领域技术人员还可以采用其他检测设备或者设置不同的检测方式来实现。对于本领域技术人员能够想到的变形，均应落在本发明的保护范围中。

综上，通过本发明提供的液压系统，和基于该液压系统的控制方法，本发明能够通过在落臂变幅作业中的分阶段控制，以及对变幅油缸的有杆腔和无杆腔的独立控制方式，既能够保证在变负载的工况下，尤其是第二工作状态下，主要通过第一减压阀实现落臂变幅作业中的变幅油缸的稳定调速，还能够实现在起臂过程中，主要通过第二减压阀实现变幅油缸的精确、稳定调速。另外通过控制器11能够进行实时负载的计算和判断，从而自动识别工况，实现对变幅油缸1的精确控制。另外，由于采用重力落臂的方式，能够大幅提升液压系统的能效。因此使得本发明提供的控制臂架变幅的液压系统具有较高的实用性和推广价值。

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 (16)

1.一种控制臂架变幅的液压系统，其特征在于，所述液压系统包括变幅油缸(1)、液压泵(2)、主阀(3)和油箱(4)，所述变幅油缸(1)的无杆腔(1a)通过主阀(3)与所述液压泵(2)连通，所述变幅油缸(1)的有杆腔(1b)与油箱(4)连通，其中，所述主阀(3)与所述无杆腔(1a)之间设置有第一减压阀(7)，以在所述变幅油缸(1)落臂变幅时使得流经所述主阀(3)的油液压力恒定。

2.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述主阀(3)为比例换向阀，该比例换向阀的内部流道设置有节流孔(3a)，所述第一减压阀(7)为定压减压阀，以使流经所述节流孔(3a)的回油油压恒定。

3.根据权利要求2所述的液压系统，其特征在于，所述第一减压阀(7)为比例阀。

4.根据权利要求1所述液压系统，其特征在于，所述液压系统包括平衡阀(6)，该平衡阀(6)设置在所述无杆腔(1a)和所述第一减压阀(7)之间，以在所述变幅油缸(1)的落臂变幅作业中，可选择地对所述变幅油缸(1)进行节流或锁死。

5.根据权利要求4所述的液压系统，其特征在于，所述平衡阀(6)为二位阀，该二位阀包括位于两个可切换的工作位的第二单向阀(6a)和节流阀(6b)，所述第二单向阀(6a)的安装方向为允许所述液压泵(1)输出的油液能够供给到所述变幅油缸(1)的无杆腔(1a)中。

6.根据权利要求5所述的液压系统，其特征在于，所述平衡阀(6)为比例先导阀，并且包括控制先导油的先导模块(6c)，所述液压系统包括先导泵(2d)，该先导泵(2d)通过先导油路为所述平衡阀(6)提供所述先导油，并且在所述先导油路上旁接有溢流阀(13)。

7.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述液压系统包括并联设置的背压阀(8)和第一单向阀(10)，所述变幅油缸(1)的有杆腔(1b)通过所述背压阀(8)和第一单向阀(10)与所述油箱(4)连通，其中，所述有杆腔(1b)通过所述背压阀(8)向所述油箱(4)泄油，通过所述第一单向阀(10)从所述油箱(4)吸油。

8.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述液压系统还包括第二减压阀(9)，所述第二减压阀(9)设置在所述液压泵(2)和所述主阀(3)之间，以保持所述主阀(3)的进出口压差恒定。

9.根据权利要求8所述的液压系统，其特征在于，所述主阀(3)为换向阀，该换向阀的内部流道设置有节流孔(3a)，所述第二减压阀(9)为定差减压阀，以保持所述节流孔(3a)的进出口压差恒定。

10.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述液压泵(2)为变量泵(2a)，该变量泵(2a)包括排量调节组件(2b)，该排量调节组件(2b)通过负载敏感阀(2c)根据负载压力的变化控制所述变量泵(2a)的排量，以使所述变量泵(2a)的排量等于所述变幅油缸(1)的所需流量。

11.根据权利要求10所述的液压系统，其特征在于，所述主阀(3)为二位四通换向阀，该二位四通换向阀的第一油液口(A)和第二油液口(B)连通，其中所述第一油液口(A)与所述无杆腔(1a)连通，所述第二油液口(B)与所述负载敏感阀(2c)的控制油口连通。

12.一种控制臂架变幅的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括提供根据权利要求4所述的液压系统，并能够控制该液压系统进入用于控制臂架(5)进行落臂变幅作业的第一工作状态和第二工作状态，并且所述控制方法包括检测步骤和控制步骤，在所述检测步骤中，检测所述臂架(5)对所述变幅油缸(1)的负载实时值，在所述控制步骤中，当所述负载实时值大于负载预设值时，控制所述液压系统从所述第一工作状态切换至所述第二工作状态，其中，

在所述第一工作状态，使得所述第一减压阀(7)阀口全开，所述变幅油缸(1)的有杆腔(1b)从所述油箱(4)中吸油，无杆腔(1a)通过所述平衡阀(6)和所述主阀(3)回油，以通过该平衡阀(6)和主阀(3)对所述变幅油缸(1)进行节流调速，

在所述第二工作状态，使得所述平衡阀(6)阀口全开，所述变幅油缸(1)的有杆腔(1b)从所述油箱(4)中吸油，无杆腔(1a)通过所述第一减压阀(7)和所述主阀(3)回油，以通过所述第一减压阀(7)和所述主阀(3)进行节流调速。

13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，通过检测所述变幅油缸的无杆腔(1a)的回油油压值来获得所述负载实时值，当该回油压力值超过预设回油压力值时，控制所述液压系统从所述第一工作状态进入所述第二工作状态。

14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，通过检测所述臂架(5)对所述变幅油缸(1)的负载扭矩值来获得所述负载实时值，其中首先检测所述臂架(5)相对于水平面的倾角值，并根据该倾角值计算出所述负载扭矩值，当所述负载扭矩值大于预设扭矩值时，控制所述液压系统从所述第一工作状态进入所述第二工作状态。

15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，在所述第二工作状态下，所述控制方法还包括检测所述主阀(3)的回油口压力值，当该回油口压力值出现变化时，通过控制所述第一减压阀(7)的开度，使得流经所述主阀(3)的油液的压力恒定。

16.一种起重机，该起重机包括起重臂，其特征在于，所述起重机包括权利要求1-11中任意一项所述的控制臂架变幅的液压系统，其中，所述臂架(5)为所述起重臂。