CN103395712B - 一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，涉及绞盘领域，解决现有技术中液压绞盘的输出特性可控性不够理想的技术问题，本发明提供的液压绞盘电液控制系统包括压力传感器、控制器以及流量控制阀，流量控制阀连接液压绞盘中的液压马达，流量控制阀调节流经液压马达的流量，压力传感器分别设置在液压马达的进油口和出油口，流量控制阀和压力传感器电连接所述控制器，压力传感器检测进油口和出油口的流体压力并反馈给控制器，控制器根据进油口和出油口的压差控制流量控制阀的阀口开度，从而控制液压马达的流量，实现对液压绞盘输出特性的精确控制。

Description

一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统

【技术领域】

本发明涉及一种绞盘，尤其是一种液压绞盘的流量控制系统。

【背景技术】

液压绞盘通常由平衡阀、液压马达、制动器、行星减速器、卷筒、机架等部件组成，使用时只需配备泵站和换向阀即可。由于具有结构紧凑、较高的功率密度和较强的连续工作能力等优点，液压绞盘已被广泛运用。但传统液压绞盘由于采用定量液压马达作为执行元件、普通的换向阀用于改变液压油的流向来使卷筒实现正转或反转，绞盘作业时的操作精准度欠佳；在绳索拉力恒定时，绞盘由于卷径的变化必然导致绳索线速度的改变，因此难以实现全程稳定的提拉；或者在卷径恒定而绳索拉力变动时，也无法主动进行较准确的补偿来获得较稳定的线速度，空载和加载时牵引速度单一等；此外，换向阀操作时由于流量的突变造成系统的液压冲击，影响液压系统和机械系统的使用寿命。因此，传统液压绞盘的输出特性可控性不够理想，达不到用户期望的性能需求。

【发明内容】

本发明解决的技术问题是提供一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，实现对液压绞盘输出特性的准确控制，并能减缓换向时液压系统内的压力突变和液压冲击。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，包括压力传感器、控制器以及流量控制阀，所述流量控制阀连接液压绞盘中的液压马达，流量控制阀可调节流经液压马达的流量，所述压力传感器分别设置在液压马达的进油口和出油口，所述流量控制阀和压力传感器电连接所述控制器，压力传感器检测进油口和出油口的流体压力并反馈给控制器，控制器根据进油口和出油口的压差控制流量控制阀的阀口开度。

进一步的，所述流量控制阀为具有压力补偿功能的电液比例流量控制阀。

进一步的，所述控制器包括CPU，所述CPU上连接有A/D转换模块、CAN总线接口、程序存储模块、参数存储模块以及PWM电流驱动电路，所述A/D转换模块连接所述压力传感器，所述PWM电流驱动电路连接流量控制阀。

进一步的，所述A/D转换模块包括12位A/D芯片。

进一步的，所述程序存储器为电可擦除型存储器。

进一步的，所述控制器还包括备用的I/O接口，所述I/O接口连接所述CPU。

进一步的，所述控制器还包括稳压的供电电源。

进一步的，所述压力传感器为电压型压力传感器或是电流型压力传感器。

本发明的有益效果：

本发明的液压绞盘电液控制系统是用一种模块化设计的电液控制系统，通过压力传感器检测进油口和出油口的流体压力并反馈给控制器，控制器根据进油口和出油口的压差控制流量控制阀的阀口开度，实现液压马达的流量调节，从而对液压绞盘的输出特性进行调节，例如调节液压绞盘输出的拉力和速度，使其在恒定的拉力下实现绳索的恒线速度牵引，以及降低拉力波动对线速度的影响。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明中控制器的结构图；

图3为本发明中电液比例流量控制阀的结构图。

【具体实施方式】

本发明提供一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，包括压力传感器、控制器以及流量控制阀，流量控制阀连接液压绞盘中的液压马达，流量控制阀调节流经液压马达的流量，压力传感器分别设置在液压马达的进油口和出油口，流量控制阀和压力传感器电连接所述控制器，压力传感器检测进油口和出油口的流体压力并反馈给控制器，控制器根据进油口和出油口的压差控制流量控制阀的阀口开度，从而控制液压马达的流量，实现对液压绞盘输出特性的精确控制。

以下为该控制系统对液压绞盘输出特性进行调节的原理：

液压绞盘输出特性的关键参数为负载拉力F和绳索的线速度V。卷筒在负载情况下所输出的功率为：

P_Load＝F·V

根据守恒定律，卷筒的负载功率与液压马达输出功率P_Motor满足如下关系：

P_Load＝P_Motor·η

液压马达到卷筒的机械传动通过齿轮减速机构，可认为机械传动的效率η为一个给定常数。

而对于排量给定的液压马达，其输出功率为：

P_Motor＝Δp·Q

其中，Δp为液压马达进出口的压差，Q为流经马达的流量。

因此，卷筒的输出特性与液压马达的工作参数关系为：

F·V＝Δp·Q·η

以上关系式是对液压绞盘输出特性进行调节的基本依据，控制系统通过压力传感器、控制器及流量控制阀实现以下列举的各项功能：

1、控制器通过压力传感器测取液压马达的进油口压力p₁与出油口压力p₂，从而得到液压马达的进出口压差Δp＝p₁-p₂。

2、第一种工况：液压绞盘在给定负载下牵引或起吊，F值不变，线速度V可以作为被调节量。根据公式“F·V＝Δp·Q·η”，η为定值，F和Q保持不变，在V变化过程时，必然改变Δp，控制器根据压力传感器检测数据Δp的变化，并控制流量控制阀改变Q的大小，从而控制V的稳定。例如在V增大时，会使得Δp增大，控制器可减小Q，Q减小因此Δp·Q·η的乘积减小，F·V随之减小，由于F值保持不变，因此使得V减小，保证在设定范围。因此在给定负载拉力F下，可保持绳索线速度在各层卷径下均实现恒定，且线速度值的大小可自主设定。

3、第二种工况：液压绞盘在工作中的负载发生变化，主要体现在牵引工况中被拖拽物体因坡度、沟坎或摩擦系数变化造成的绳索拉力F改变。一种工作模式是，控制系统可以实现卷筒的恒功率牵引，即F·V和Δp·Q·η的恒定不变，F变化导致Δp变化时，控制器根据实际测量Δp的值，通过调节流量控制阀来调节液压马达中的流量Q，实现Δp·Q·η的恒定不变，因此线速度V条件下可维持绳索拉力F的稳定。另一种工作模式是，控制系统可以实现变功率方式牵引，通常目的是使拉力变动时线速度仍保持不变，即控制器使Δp·Q的值与拉力F正比例变动。

4、液压绞盘在启动、停止及换向时，控制器也可通过调节流量控制阀，从而使系统流量的增减实现平滑过渡，有效避免系统内的液压冲击。

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

参考图1，所示的液压绞盘包括液压马达3和卷筒1，液压马达3和卷筒1之间通过齿轮减速器2传动连接，液压马达3上连接有液压系统。液压马达驱动卷筒转动，带动绳索拉动物体。

在液压绞盘上连接有电液控制系统，电液控制系统包括压力传感器、控制器4以及流量控制阀5，流量控制阀5连接在液压马达3和液压泵之间，流量控制阀5调节液压马达3的供流量，在液压马达3的进油口上设有第一压力传感器61，出油口上设有第二压力传感器62，并且流量控制阀5、第一压力传感器61和第二压力传感器62电连接控制器4，压力传感器检测进油口和出油口的流体压力并反馈给控制器4，控制器4根据反馈信号计算进油口和出油口的压差控制流量控制阀5的阀口开度，从而调节液压马达的供流量。

使用时，可在控制器中设定Δp·Q的值，根据实际测量的Δp变化，通过改变流量控制阀的流量实现对Q的控制，来调节输出的F或V。

本发明中的流量控制阀5为具有压力补偿功能的电液比例流量控制阀，该流量控制阀克服了动力油源本身及负载的压力变化对实际流量的影响，并使通过流量控制阀阀口的流量大小仅由控制器发出的电比例信号所决定，从而使系统具有良好的可控性和精确性。

参考图3，其中的流量控制阀5包括流量阀51和压力补偿阀52，流量阀51通过电液比例控制方式来实现对阀口的调节，压力补偿阀52根据流量阀51的进口压力和出口压力之差调节阀口开度，以实现电液比例流量控制阀中进口到出口之间的压差恒定，从而使通过电液比例流量控制阀的流量仅由阀口开度所决定。

所采用的压力传感器可以是电压型压力传感器，也可以是电流型压力传感器。

本发明中的控制器为嵌入式控制器，具体组成如下：

参考图2，控制器包括CPU41，CPU41上连接了A/D转换模块43、CAN总线接口47、程序存储模块44、参数存储模块45以及PWM电流驱动电路42，A/D转换模块43与外部的第一压力传感器61和第二压力传感器62连接，PWM电流驱动电路42与外部的流量控制阀5连接。

PWM电流驱动电路42用于调节通过电液比例流量控制阀的平均电流值。电流值最高可达1500mA，并具有短路自保护功能。脉冲频率的范围50～1000Hz，具体值可由软件设定。PWM电流驱动电路包含回路电流值检测功能，供CPU进行闭环控制达到软件预设的驱动电流，从而精准控制阀口开度，准确控制流量Q。

A/D转换模块43用于采集压力传感器的信号，将电压信号转换为数字信号并传输到CPU。A/D转换模块采用12位的A/D芯片以实现高达0.02%的分辨率。并且A/D转换模块有两种实现方式，用于接收两种不同的压力传感器信号输入：第一种是直接采集电压型压力传感器的模拟电压值；第二种则是先通过一个精密电阻将电流型压力传感器输入的的电流值转换为模拟电压值。

参数存储器45用于保存重要的控制系统参数，例如Δp·Q的乘积、η的值以及F等；控制器电启动后即可从参数存储器中读取或修改这些参数。在控制器正常关闭电源或即使在非正常断电时，该参数存储器依旧能保存最近写入的参数内容，供下一次控制器启动后读取并使用。

程序存储器44用于存放控制器的执行软件；采用的程序存储器为电可擦除型存储器，从而支持软件的在线更新。

CAN总线接口47用于数据通信，由CAN芯片和驱动器组成，芯片支持国际CAN通信协议标准CAN2.0B。CAN总线接口可配合CPU实现控制器软件的在线下载，并将最新的软件更新到程序存储器中；能实现系统参数的在线查看与修改；并可与外部设备实现通讯。

并且控制器还包括有备用的I/O接口46，I/O接口46电连接CPU41。CPU与外部设备以及外部存储器的连接和数据交换可以通过该接口设备来实现。使用时，可以根据外部设备的类型有选择的连接I/O接口或是CAN总线接口。

另外，控制器的供电电源48包括外部输入的电源和电源电路，电源电路将电流稳压并转换为几种电压值分别供给控制器内部的各个模块。

控制器工作时，通过外部设备的配合从CAN总线接口47或是I/O接口46输入参数值，在参数存储模块45中保存数值，在程序存储模块44中载入运行软件；两路压力传感器的检测信号经过A/D转换模块43，转化传送到CPU41，CPU根据程序存储模块44中运行软件的控制算式和参数存储模块45中的设定值，算的输出电流并控制PWM电流驱动电路42的电流输出，电液比例流量控制阀根据电流值控制阀口的开度，改变液压马达中的流量。

通过本控制系统，可以调节液压绞盘的输出特性，使其在给定拉力下实现恒定线速度，还可以在拉力变动下仍保持线速度稳定，甚至实现加速牵引；而且可用于各个吨位的液压绞盘，可用于垂直起吊和水平牵引，使用范围广泛；功能丰富、灵活。

通过上述实施例，本发明的目的已经被完全有效的达到了。熟悉该项技术的人士应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，其特征在于：包括压力传感器、控制器以及流量控制阀，所述流量控制阀连接液压绞盘中的液压马达，流量控制阀可调节流经液压马达的流量，所述压力传感器分别设置在液压马达的进油口和出油口，所述流量控制阀和压力传感器电连接所述控制器，压力传感器检测进油口和出油口的流体压力并反馈给控制器，控制器根据进油口和出油口的压差控制流量控制阀的阀口开度。

2.根据权利要求1所述的一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，其特征在于：所述流量控制阀为具有压力补偿功能的电液比例流量控制阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，其特征在于：所述控制器包括CPU，所述CPU上连接有A/D转换模块、CAN总线接口、程序存储模块、参数存储模块以及PWM电流驱动电路，所述A/D转换模块连接所述压力传感器，所述PWM电流驱动电路连接流量控制阀。

4.根据权利要求3所述的一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，其特征在于：所述A/D转换模块包括12位A/D芯片。

5.根据权利要求3所述的一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，其特征在于：所述程序存储模块为电可擦除型存储器。

6.根据权利要求3所述的一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，其特征在于：所述控制器还包括备用的I/O接口，所述I/O接口连接所述CPU。

7.根据权利要求3所述的一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，其特征在于：所述控制器还包括稳压的供电电源。

8.根据权利要求1或2所述的一种输出特性可调的液压绞盘电液控制系统，其特征在于：所述压力传感器为电压型压力传感器或是电流型压力传感器。