CN103482476A - 一种提高起重机变幅下落速度的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高起重机变幅下落速度的控制装置，包括变幅油缸、变幅平衡阀、换向阀和外控油源，其中：换向阀的一个工作油口与变幅油缸的小腔相连通；换向阀的另一个工作油口与变幅平衡阀的进油口相连通；外控油源同时连接换向阀的控制油口和变幅平衡阀的控制油口；变幅平衡阀的出油口与变幅油缸的大腔相连通；其还包括控制阀；控制阀的进油口与变幅油缸的小腔；控制阀的回油口与油箱相连通；控制阀根据上车油门的状态变化能够无级控制变幅油缸的小腔压力。本发明提高了起重机变幅作业效率，解决了现有采用重力变幅下落控制的起重机变幅下落速度慢，加油门速度无变量的问题。

Description

一种提高起重机变幅下落速度的控制装置

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种提高起重机变幅下落速度的控制装置。

背景技术

起重机变幅是指在变幅油缸的作用下带动吊臂做落臂或起臂运动，从而实现吊臂角度的变化。变幅动作主要由吊臂、转台、油缸、平衡阀以及平衡阀控制部件等组成，吊臂在油缸的作用下带动吊臂围绕着转台后铰点轴旋转，从而实现了变幅的起和落。

目前起重机变幅下落控制方式有两种：

一是动力下落控制方式，该方式是通过变幅油缸的小腔中压力大小来控制变幅平衡阀开口大小以实现变幅下落，吊臂在其自重、重物重量和变幅油缸的小腔压力的联合作用下实现变幅下落。

如图1所示，变幅平衡阀1’开启控制压力直接取自变幅油缸2’的小腔，通过外控油源A’的压力和流量来控制变幅平衡阀1’的开口大小，实现变幅下落的速度控制，此方法吊臂下落速度较快，但是变幅平衡阀1’的开口大小受变幅下落负载影响较大，因此稳定性和平顺性较差，吊臂下落容易抖动。

二是重力下落控制方式，该方式是通过外部提供稳定的先导控制油来控制变幅平衡阀的开口，变幅油缸的小腔无压力，吊臂仅靠其自重、重物重量实现变幅下落。

如图2所示，变幅平衡阀3’开启的控制压力取自外部先导油源B’，变幅油缸4’靠自重下落，通过外部先导油源B’控制变幅平衡阀3’的开口，从而实现速度控制。此方法中变幅平衡阀3’的控制压力不受负载压力波动的影响，下落过程平稳，但是下落速度慢。

由于重力变幅下落控制装置微动性和稳定性较高，目前采用先导控制的起重机基本上都采用重力下落的控制方式，即外控动力下落控制方式（如图3所示），其工作原理如下：

1、当在轻载工况做变幅落时，换向阀5’的主阀芯在外控稳定油源C’作用下向左换向，电磁阀Y1不得电，外控溢流阀6’不打开，此时换向阀5’的进油口P连接变幅油缸7’的小腔，变幅平衡阀8’连接至换向阀5’的回油口T，变幅平衡阀8’由外控稳定油源C’打开实现变幅下落，此时由于外控溢流阀6’未打开，因此变幅油缸7’的小腔在泵的作用下产生一定的压力，此压力作用到变幅油缸7’的大腔后，会增大变幅油缸7’的大腔与变幅平衡阀8’的压差，加快变幅下落速度，因此能够实现轻载时变幅快速下落。

2、当在重载工况做变幅下落时，换向阀5’的主阀芯在外控稳定油源C’作用下向左换向，电磁阀Y1得电，外控溢流阀6’打开，此时换向阀5’的进油口P、变幅油缸7’的小腔均连接至油箱，变幅平衡阀8’由外控稳定油源C’打开实现变幅下落，此时由于外控溢流阀6’打开，变幅油缸7’的小腔中无压力，因此吊臂在变幅平衡阀8’打开后仅靠其自身重力及重物重量平稳下降。

3、电磁阀Y1的打开与关闭，依靠控制程序根据变幅油缸7’的大腔中的压力和变幅速度要求自主选择。

但是，图3中示出的变幅下落控制方式也存在以下问题：

1、外控溢流阀6’只能提供恒定的控制压力，变幅在恒定压力下只能有一个最快速度，加油门速度没有变量，变幅下落速度慢，尤其是当吊臂全缩时，变幅下落时间均在120秒以上（变幅起一般小于60秒），严重影响了起重机的作业效率。

2、由于外控溢流阀6’的压力设定较高，变幅油缸7’在初始下落阶段负载较小，属于轻载工况，此时为动力变幅下落，会降低变幅系统的微动性。同时当进行动力变幅下落和重力变幅下落切换时，存在较大的冲击，影响下落过程的平顺性。

3、该控制方式没有大腔恒压控制功能（大腔恒压控制：随着控制油门的增加，变幅油缸的小腔控制压力增加，随着吊臂的变幅角度的减小，变幅油缸的大腔压力同时增加，当变幅油缸的大腔压力到达变幅平衡阀过补偿设定值时，为防止下落速度变慢，需要自动减小变幅油缸的小腔压力，保持变幅油缸的大腔控制压力稳定在恒压的设定值。），当变幅油缸的大腔压力达到变幅平衡阀8’的过补偿点（平衡阀过补偿：平衡阀在一定的控制压力下，对应特定的开口大小。在一定的开口下，当达到最大流量时，对应额定的负载压力Pe。当某一开口下的实际负载压力超过Pe时，平衡阀处于过补偿状态，此时流量不会继续增加，反而降低。）时，变幅下落速度不会继续增加，反而会变慢。

4、该控制方式需要手动切换动力和重力控制方式，操作带来不便。

发明内容

本发明的目的是提出一种提高起重机变幅作业效率的提高起重机变幅下落速度的控制装置，解决了现有采用重力变幅下落控制的起重机变幅下落速度慢，加油门速度无变量的问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种提高起重机变幅下落速度的控制装置，包括变幅油缸、变幅平衡阀、换向阀和外控油源，其中：所述换向阀的一个工作油口与所述变幅油缸的小腔相连通；所述换向阀的另一个工作油口与所述变幅平衡阀的进油口相连通；所述外控油源同时连接所述换向阀的控制油口和所述变幅平衡阀的控制油口；所述变幅平衡阀的出油口与所述变幅油缸的大腔相连通；还包括控制阀；所述控制阀的进油口与所述变幅油缸的小腔相连通；所述控制阀的回油口与油箱相连通；所述控制阀根据上车油门的状态变化能够无级控制所述变幅油缸的小腔压力。

进一步地，所述控制阀所提供的压力大小与上车油门的状态变化成正比。

进一步地，上车油门增加状态下，所述外控油源同时使所述换向阀换向及所述变幅平衡阀处于打开状态；压力油进入所述变幅油缸的小腔，同时，所述变幅油缸的大腔与所述换向阀的回油口相连通；所述控制阀提供给所述变幅油缸的小腔的压力随所述上车油门增加而增加，吊臂的变幅靠自重和所述变幅油缸的小腔压力共同作用下下落。

进一步地，所述控制阀为电比例溢流阀，所述电比例溢流阀的控制端与上车PLC(Programmable Logic Controller；可编程逻辑控制器)控制器电连接；所述上车PLC控制器用于向所述电比例溢流阀输出控制电流，该控制电流与所述上车油门的状态成正比。

进一步地，还包括大腔油压传感器；所述大腔油压传感器用于检测所述变幅油缸的大腔的压力，输送给所述上车PLC控制器；所述变幅油缸的大腔的压力到达所述变幅平衡阀过补偿点的时候，所述上车PLC控制器通过所述电比例溢流阀控制所述变幅油缸的小腔的压力，使所述变幅油缸的大腔的压力维持在所述变幅平衡阀过补偿点。

进一步地，所述变幅平衡阀过补偿点由控制所述外控油源压力大小的起重机手柄预先确定。

进一步地，还包括单向阀，所述单向阀的进油口与所述油箱相连通；所述单向阀的出油口与所述变幅油缸的小腔相连通。

基于上述技术方案中的任一技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

由于本发明在现有的重力变幅控制装置的基础上，还设置了控制阀，控制阀的进油口与变幅油缸的小腔相连通，控制阀的回油口与油箱相连通，控制阀根据上车油门的状态变化能够无级控制变幅油缸的小腔的压力，也就是说本发明将上车油门控制与变幅下落变幅油缸的小腔压力相关联，当怠速操作时，为重力下落，保持现有系统良好的微动性能。当上车油门增加时，为动力下落，提高了变幅下落速度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中动力下落控制装置的结构原理图；

图2为现有技术中重力下落控制装置的结构原理图；

图3为现有技术中外控动力下落控制装置的结构原理图；

图4为本发明中变幅下落控制装置一实施例的结构原理图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图4显示的是本发明中变幅下落控制装置一实施例的结构原理图。如图4所示，该实施例与现有的重力变幅控制装置具有相同的部分，都包括变幅油缸1、变幅平衡阀2、换向阀3和外控油源4，其中：换向阀3的一个工作油口A与变幅油缸1的小腔11相连通，换向阀3的另一个工作油口B与变幅平衡阀2的进油口P相连通。外控油源4与换向阀3的控制油口相连通，用于控制换向阀3的换向操作。

外控油源4还和变幅平衡阀2的控制油口相连通，用于用控制变幅平衡阀2的开口度，由于变幅平衡阀2的开口度与外控油源4的压力大小成正比，而外控油源4的压力大小与起重机手柄输出的电流相关，由此可以推知：变幅平衡阀2的开口度与起重机手柄输出的电流相关，因此，通过控制起重机手柄输出的电流大小，便可以对变幅平衡阀2的开口度进行预先设定。

本发明的变幅平衡阀2的出油口与变幅油缸1的大腔相连通，因此，变幅油缸1的大腔的压力期望值与变幅平衡阀2的开口度直接相关。而从以上内容可以获知：通过控制起重机手柄输出的电流大小，便可以对变幅平衡阀2的开口度进行预先设定。也就是说，通过控制起重机手柄输出的电流大小，可以对变幅平衡阀2的开口度进行预先设定，即对变幅油缸1的大腔的压力期望值进行预先设定。由此，本发明在任何工况下均能实现变幅平衡阀2的最小流量至最大流量之间控制，解决现有技术中外控式变幅下落装置轻载速度慢、效率低的问题。

本发明与现有的重力变幅控制装置的区别在于：该实施例还包括控制阀5，控制阀5的进油口与变幅油缸1的小腔11相连通。控制阀5的回油口与油箱6相连通。控制阀5根据上车油门的状态变化能够无级控制变幅油缸1的小腔11的压力。

在怠速情况下，即上车油门处于不工作的状态下，外控油源4使换向阀3向左换向，泵供油进入变幅油缸1的小腔11，变幅油缸1的大腔12通过变幅平衡阀2与换向阀3的回油口相连通，控制阀5未对变幅油缸1的小腔11提供压力。变幅平衡阀2由外控油源4打开，变幅平衡阀2的开口大小与外控油源成正比。因此，吊臂的变幅需要依靠重力下落，下落速度仅与变幅平衡阀2的开口大小有关，下落平稳、微动性好，其对应的是重力变幅下落控制的方式，适合短臂工况。

控制阀5所提供的压力大小与上车油门的状态变化成正比。

上车油门增加状态下，外控油源4使换向阀3向左换向，泵供油进入变幅油缸1的小腔11，变幅油缸1的大腔12通过变幅平衡阀2与换向阀3的回油口相连通。随着油门增加，控制阀5提供给变幅油缸的小腔的压力随上车油门增加而增加，相当于重力下落自重增加。变幅平衡阀2由外控油源4打开，变幅平衡阀2的开口大小与外控油源成正比。因此，吊臂的变幅需要依靠自重和变幅油缸1的小腔11所提供的压力的共同作用下落，下落速度与变幅平衡阀2的开口大小和变幅油缸1的小腔11所提供的压力有关，下落速度快，可以有效提升作业效率，其对应的是动重力变幅下落控制的方式，适合重载工况做变幅落。

从以上两种情形可以看出，上述操作方便，无须手动进行动力和重力变幅下落方式切换。

上述实施例中，控制阀5可以采用电比例溢流阀（如图4所示），电比例溢流阀的控制端与上车PLC控制器7电连接，上车PLC控制器7用于向电比例溢流阀输出控制电流，该控制电流与上车油门的状态成正比。随着上车油门增加，上车PLC控制器7输出给电比例溢流阀的控制电流增大，变幅油缸1的小腔11的压力随之增加，相当于吊臂的重力下落时自重增加。本实施例中，变幅油缸1的小腔11的压力控制采用电比例溢流阀，其可以实现变幅油缸1的小腔11压力0-20MPa范围内连续变化，无级调节动力下落速度。由于变幅油缸1的小腔11的压力可以无级变化，避免了变幅油缸1的小腔11的压力突变现象，有效防止了液压冲击，吊臂变幅下落过程平稳，微动性好。由于没有冲击，还可以将变幅油缸1的小腔11的压力最大提升至20MPa，有效增加了变幅下落速度。

上述各实施例中，本发明还包括大腔油压传感器8，大腔油压传感器8用于检测变幅油缸1的大腔的压力，输送给上车PLC控制器7。变幅油缸1的大腔12的压力到达变幅平衡阀2过补偿点的时候，上车PLC控制器7通过电比例溢流阀控制变幅油缸1的小腔11的压力，使变幅油缸1的大腔12的压力维持在变幅平衡阀2的过补偿点。

具体地，随着变幅油缸1的小腔11作用压力的增加，变幅油缸1的大腔12内的压力同时增加。同时，随着吊臂下落过程中变幅角度的减小，变幅油缸1的大腔12压力同样增加。当变幅油缸1的大腔12的压力到达变幅平衡阀2的过补偿点时，随着变幅油缸1的大腔12的压力增加，吊臂下落速度不会继续增加反而变减小。为避免变幅平衡阀2过补偿带来的变幅速度变慢，通过大腔油压传感器8检测变幅油缸1的大腔的压力，当变幅油缸1的大腔12的压力高于变幅平衡阀2过补偿点时自动减小变幅油缸1的小腔11压力，从而控制变幅油缸1的大腔12的压力恒定在变幅平衡阀2过补偿点，最大程度发挥变幅平衡阀2通流性能，获得变幅最大下落速度。

为保证变幅平衡阀2任意开口下均能得到最大速度，变幅油缸1的大腔12恒压点控制与起重机手柄输出电流大小相关，通过不同起重机手柄的输出电流，可以自动调整变幅油缸1的大腔12恒压设定值。也就是说，变幅平衡阀2过补偿点由控制外控油源4压力大小的起重机手柄预先确定。变幅油缸1的大腔12的恒压点设定自动与起重机手柄相关，保证了起重机手柄在任意操作角度，均能够获得变幅最大下落速度。通过对变幅油缸1的大腔12的恒压控制功能，防止由于变幅油缸1的小腔11压力过高，导致变幅平衡阀2过补偿，充分发挥了平衡阀的性能。

上述各实施例中，本发明还包括单向阀9，单向阀9的进油口与油箱6相连通，单向阀9的出油口与变幅油缸1的小腔11相连通。单向阀9的功能用于防止变幅油缸1的大腔12回油过快、变幅油缸1的小腔11进油量不足时所导致的油缸吸空问题的发生。

当然，上述的控制阀5还可以采用液控比例溢流阀，同时液控比例溢流阀控制压力取自控制手柄，可以随手柄开口大小控制变幅油缸1的小腔11的压力。将液控比例溢流阀控制压力匹配大于手柄微开口压力，可以实现手柄微开口操作时为重力下落，微动性好。大开口操作时为动力下落，下落速度快。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种提高起重机变幅下落速度的控制装置，

包括变幅油缸、变幅平衡阀、换向阀和外控油源，其中：

所述换向阀的一个工作油口与所述变幅油缸的小腔相连通；

所述换向阀的另一个工作油口与所述变幅平衡阀的进油口相连通；

所述外控油源同时连接所述换向阀的控制油口和所述变幅平衡阀的控制油口；

所述变幅平衡阀的出油口与所述变幅油缸的大腔相连通；

其特征在于：

还包括控制阀；

所述控制阀的进油口与所述变幅油缸的小腔相连通；

所述控制阀的回油口与油箱相连通；

所述控制阀根据上车油门的状态变化能够无级控制所述变幅油缸的小腔压力。

2.如权利要求1所述的装置，

其特征在于：

所述控制阀所提供的压力大小与上车油门的状态变化成正比。

3.如权利要求2所述的装置，

其特征在于：

上车油门增加状态下，

所述外控油源同时使所述换向阀换向及所述变幅平衡阀处于打开状态；

压力油进入所述变幅油缸的小腔，同时，所述变幅油缸的大腔与所述换向阀的回油口相连通；

所述控制阀提供给所述变幅油缸的小腔的压力随所述上车油门增加而增加，吊臂的变幅靠自重和所述变幅油缸的小腔压力共同作用下下落。

4.如权利要求3所述的装置，

其特征在于：

所述控制阀为电比例溢流阀，

所述电比例溢流阀的控制端与上车PLC控制器电连接；

所述上车PLC控制器用于向所述电比例溢流阀输出控制电流，该控制电流与所述上车油门的状态成正比。

5.如权利要求4所述的装置，

其特征在于：

还包括大腔油压传感器；

所述大腔油压传感器用于检测所述变幅油缸的大腔的压力，输送给所述上车PLC控制器；

所述变幅油缸的大腔的压力到达所述变幅平衡阀过补偿点的时候，所述上车PLC控制器通过所述电比例溢流阀控制所述变幅油缸的小腔的压力，使所述变幅油缸的大腔的压力维持在所述变幅平衡阀过补偿点。

6.如权利要求5所述的装置，

其特征在于：

所述变幅平衡阀过补偿点由控制所述外控油源压力大小的起重机手柄预先确定。

7.如权利要求1所述的装置，

其特征在于：

还包括单向阀，

所述单向阀的进油口与所述油箱相连通；

所述单向阀的出油口与所述变幅油缸的小腔相连通。

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