CN103723640A - 落幅液压系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械变幅技术领域，公开了一种落幅液压系统及工程机械。该落幅液压系统包括变幅油缸、控制油路、主换向阀以及具有流量饱和特性的变幅平衡阀；所述变幅油缸的有杆腔和无杆腔分别接于所述主换向阀的第一工作油口和所述变幅平衡阀的自由出油口，所述主换向阀的第二工作油口接于所述变幅平衡阀的自由进油口；所述控制油路的输出端接于所述变幅平衡阀的控制油口以及接于所述主换向阀的落幅控制油口。实施本发明，能够有效提升大角度时的落幅启动速度；另外，由于变幅平衡阀的控制压力来源于控制油路，不受负载的影响，因而落幅启动平稳无抖动；另外，由于变幅平衡阀具有流量饱和特性，因而能够有效提升落幅动作的安全性和可控性。

Description

落幅液压系统及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械变幅技术领域，特别涉及一种落幅液压系统及工程机械。

背景技术

目前，轮式起重机（如汽车起重机）的落幅控制方式主要有动力落幅和自重落幅两种形式。动力落幅的典型工作原理参见图1所示，其中，变幅平衡阀2'下方的左右两油路分别连接于主换向阀的落幅联和起幅联；在落幅的过程中，主换向阀的落幅联输出压力油，变幅油缸1'的有杆腔加压，同时该压力也作用变幅平衡阀2'的控制油口，进而与变幅油缸1'有杆腔压力一起控制变幅平衡阀2'中平衡阀芯21'的开启，从而实现变幅油缸1'的落幅动作；这种落幅控制方式一般在50T（吨）以下的起重机上使用。

自重落幅的典型工作原理参见图2所示，其中，变幅平衡阀2'的Pil油口和自由进油口（即单向阀的进油口）分别连接于外部控制油路和主换向阀的起幅联；在落幅过程中，变幅油缸1'的有杆腔直接接回油，基本无压力作用，而变幅平衡阀2'中的平衡阀芯可在外部独立的控制油路的作用下开启，这样在起重臂上载荷重力和起重臂自身重量的作用下，即可实现变幅油缸1'的落幅动作；这种落幅控制方式一般在50T（吨）以上的起重机上使用。

近年来，轮式起重机的规模和作业性能有了很大的发展，起重臂完全伸出时的臂长也随之增长，在作业过程中，起重臂的刚度随着臂长的变化而变化，例如，在中长臂时，刚度将变得较小。对于动力落幅控制方式，当变幅油缸的落幅速度在短时间内发生较大的变化时，容易导致起重臂发生较大振荡，进而使变幅油缸有杆腔的压力出现较大波动，从而在落幅出现抖动现象。

另外，起重臂的变幅角度通常可以在0°～75°之间进行变化，对于自重落幅控制方式，在大角度落幅时，初始落幅速度较慢，容易影响作业效率，随着角度的变小、臂长的加长或者载荷的变大，落幅速度将越来越快，导致落幅控制困难，甚至存在安全隐患。

因此，如何针对上述不足和缺陷进行改进，以便更加适应使用需要，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种落幅液压系统，以提高初速落幅速度，减少受到的液压冲击，并且能够限制在中长臂、重载或变幅小角度时的落幅速度，有效提升落幅动作的安全性和可控性。

具体而言，该落幅液压系统包括变幅油缸、控制油路、主换向阀以及具有流量饱和特性的变幅平衡阀；所述变幅油缸的有杆腔和无杆腔分别接于所述主换向阀的第一工作油口和所述变幅平衡阀的自由出油口，所述主换向阀的第二工作油口接于所述变幅平衡阀的自由进油口；所述控制油路的输出端接于所述变幅平衡阀的控制油口以及接于所述主换向阀的落幅控制油口。

进一步地，所述落幅液压系统还包括先导手柄阀，所述控制油路的输入端接于所述先导手柄阀的控制油口。

进一步地，所述落幅液压系统还包括防冲击换向阀，所述落幅控制油口通过所述防冲击换向阀选择性地接于所述控制油路的输出端或者油箱。

进一步地，所述防冲击换向阀为两位四通电磁阀，且其中一个工作油口截止。

进一步地，所述落幅液压系统还包括卸荷阀，所述卸荷阀设置于所述落幅控制油口与所述防冲击换向阀之间的油路上。

进一步地，所述卸荷阀为开关电磁阀。

进一步地，所述主换向阀为进油节流和旁通节流的结构形式。

进一步地，所述落幅液压系统还包括溢流阀，所述溢流阀设置于所述主换向阀的第一工作油口与所述变幅油缸有杆腔之间的油路上。

本发明的另一目的在于提供一种工程机械，以便提高工程机械的落幅效率、落幅动作的安全性和可控性。

具体而言，该工程机械设置有上述任一项所述的落幅液压系统。

进一步地，所述工程机械为轮式起重机。

采用本发明的落幅液压系统时，在落幅过程中，控制油路输出的压力油一方面作用在变幅平衡阀的控制油口上，控制变幅平衡阀中平衡阀芯的开度，另一方面，还作用在主换向阀的落幅控制油口上，控制主换向阀阀杆的开度（与变幅平衡阀中平衡阀芯的开度相适应），实现变幅油缸有杆腔的进油，从而实现落幅动作；由于变幅油缸有杆腔存在着相应的压力，能够有效提升大角度时的落幅启动速度（即初始落幅速度）；另外，由于变幅平衡阀的控制压力来源于控制油路，不受负载的影响，因而落幅启动平稳无抖动（或抖动小），也能够减少在整个落幅过程中产生的液压冲击；另外，变幅平衡阀具有流量饱和特性，因而能够限制在中长臂、重载或者变幅小角度时的落幅速度，使整个落幅过程较为均匀平缓，有效提升了落幅动作的安全性和可控性。

在进一步的一种方案中，本发明的落幅液压系统还包括防冲击换向阀，若变幅油缸的角度处于预定角度范围（如邻近最大角度的角度范围）中，在落幅启动时，防冲击换向阀工作于相应状态，使控制油路与主换向阀的落幅控制油口断开，此时，主换向阀停止向变幅油缸的有杆腔供油，在这种情形下，落幅过程将处于自重落幅模式，当变幅油缸的角度小于该预定角度范围时，防冲击换向阀切换至另一状态，使控制油路与主换向阀的落幅控制油口连通，主换向阀向变幅油缸有杆腔提供压力油，落幅过程处于加压落幅模式；这样便于在变幅油缸处于最大角度附近时采用自重落幅启动，避免因采用加压落幅启动而产生的较大冲击。

在进一步的一种方案中，主换向阀（的阀杆）采用进油节流和旁通节流的结构形式，这样能够使作用于变幅油缸有杆腔的最大压力不会超过预定值，从而有效地消除了在落幅启动时，因主换向阀给变幅油缸有杆腔的进油量与变幅油缸的回缩速度不匹配而产生较大冲击的现象。

本发明的工程机械设置有上述的落幅液压系统，因而具有更高的落幅效率，且落幅过程更加安全、可控。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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为现有的一种典型的动力落幅控制方式的液压原理示意图；

图2为现有的一种典型的自重落幅控制方式的液压原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种落幅液压系统的原理示意图；

图4为本发明实施例中变幅平衡阀的另一种具体实现方式；

图5为本发明实施例中变幅平衡阀的流量压差曲线图；

图6为本发明实施例中主换向阀在加压落幅时的等效原理示意图。

图中主要元件符号说明：

1   先导手柄阀

2   变幅平衡阀

3   变幅油缸

4   主换向阀

5   防冲击换向阀

6   卸荷阀

7   溢流阀

01  控制油路

11  第一可调阻尼

12  第二可调阻尼

21  平衡阀芯

具体实施方式

应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

请同时参考图3至图6，下面将结合附图对本发明实施例作详细说明。

结合图3所述，该实施例的落幅液压系统可以包括先导手柄阀1、变幅平衡阀2、变幅油缸3、主换向阀4、防冲击换向阀5、油泵8和油箱。

其中，油泵8的吸油口接于油箱，主换向阀4的进油口接于油泵8的出油口，主换向阀4的回油口接于油箱，主换向阀4的第一工作油口接于变幅油缸3的有杆腔，主换向阀4的第二工作油口接于变幅平衡阀2的自由进油口V2；变幅平衡阀2的自由出油口C2接于变幅油缸3的无杆腔，变幅平衡阀2具有流量饱和特性。

防冲击换向阀5为两位四通阀，其中一个工作油口正常使用，另一个工作油口截止（封闭）；先导手柄阀1的控制油口P1通过控制油路01接于变幅平衡阀2的控制油口P2以及接于防冲击换向阀5的进油口；防冲击换向阀5的回油口接于油箱，防冲击换向阀5正常使用的工作油口接于主控制阀4的落幅控制油口。

下面结合具体场景和图3说明一下上述实施例的落幅液压系统的工作原理及相应的技术效果：

在落幅过程中，先导手柄阀1的控制油口P1可以输出压力与手柄操控角度成正比的压力油，经过控制油路01后，该压力油一方面作用在变幅平衡阀2的控制油口P2上，控制变幅平衡阀2中平衡阀芯21的开度，另一方面，还作用在主换向阀4的落幅控制油口上，控制主换向阀4阀杆的开度（该开度与变幅平衡阀2中平衡阀芯21的开度相适应）；这样主换向阀4工作于下位（以图3所示情形为准），油泵8输出的压力油经主换向阀4（的进油口、第一工作油口）后到达变幅油缸3的有杆腔中，由于此时变幅平衡阀2中的平衡阀芯21处于连通状态，变幅油缸3无杆腔中的液压油将通过变幅平衡阀2中的平衡阀芯21回到主换向阀4的第二工作油口，并经主换向阀4的回油口到达油箱中，从而实现了落幅动作；

在落幅过程中，由于变幅油缸3有杆腔存在着相应的压力，能够有效提升大角度时的落幅启动速度（即初始落幅速度）；其次，由于变幅平衡阀的控制压力来源于与控制油路01连接的先导手柄阀1，不受负载的影响，因而落幅启动平稳无抖动（或抖动小），也能够减少在整个落幅过程中产生的液压冲击；再次，变幅平衡阀2具有流量饱和特性，因而能够限制在中长臂、重载或者变幅小角度时的落幅速度，使整个落幅过程较为均匀平缓，有效提升了落幅动作的安全性和可控性；

此外，若变幅油缸3的角度处于预定角度范围（如邻近最大角度的角度范围）中，在落幅启动时，可以控制防冲击换向阀5工作于相应状态（图3中的左位），使控制油路01与主换向阀4的落幅控制油口断开，此时，主换向阀4工作在中位，停止向变幅油缸3的有杆腔供油，在这种情形下，落幅过程将处于自重落幅模式，当变幅油缸3的角度小于该预定角度范围时，可将防冲击换向阀5切换至另一状态（图3中的右位），使控制油路01与主换向阀4的落幅控制油口连通，进而使主换向阀4向变幅油缸3有杆腔提供压力油，从而使落幅过程处于加压落幅模式；这样便于在变幅油缸3处于最大角度附近时采用自重落幅方式启动，避免因采用加压落幅启动而产生的较大冲击。

需要说明的是，在具体实施过程中，上述实施例的落幅液压系统可以作如下至少一种优化：

一、防冲击换向阀5采用电磁阀（带有电磁线圈DT1），这样便于采用电气方式对防冲击换向阀5的状态进行控制，时间间隔误差小。

二、在主换向阀4的落幅控制油口的外接油路上，例如在主换向阀4的落幅控制油口与防冲击换向阀5之间的油路上设置卸荷阀6，这样可以便于在需要的时候将相应的压力油卸至油箱中；进一步地，为了便于控制，卸荷阀6可以采用开关电磁阀（带有电磁线圈DT2）。

三、可在主换向阀4第一工作油口与变幅油缸3有杆腔之间的油路上设置溢流阀7，这样便于在该油路上的压力过大时通过溢流阀7溢流至油箱中。

四、将除防冲击换向阀5之外的其他各阀集成至同一阀组内，并形成油口b3、a3、A3和B3，其中，b3油口作为主换向阀4的落幅控制油口的外接油口，a3作为主换向阀4的起幅控制油口的外接油口，A3和B3分别作为主换向阀4第一工作油口和第二工作油口的外接油口。

需要说明的是，上述实施例中，具有流量饱和特性的变幅平衡阀有多种多样，例如，可以图3所示的变幅平衡阀2，也可以采用图4所示的一种更具体的变幅平衡阀2，图4所示的变幅平衡阀2形成有P2、V2、C2和T2油口，其中，P2用于连接控制油路01，V2用于连接主换向阀4的第二工作油口，C2用于连接变幅油缸3的无杆腔，T2用于连接油箱。下面以图4所示的变幅平衡阀2为例说明一下流量饱和特性，变幅平衡阀2的V2口与C2口之间的压差为ΔP，经过V2口和C2口的流量为Q，具有流量饱和特性的流量压差曲线结合图5所示，从图5中可以得出，当压差ΔP超过预定值时，流经变幅平衡阀2的流量Q变化很小，从而保证落幅速度不会显著增加，使落幅过程更加均匀平稳。

需要说明的是，上述实施例中，为了进一步减小可能产生的冲击，主换向阀4（的阀杆）可以优选采用进油节流和旁通节流的结构形式，这样能够使作用于变幅油缸3有杆腔的最大压力不会超过预定值，从而有效地消除了在落幅启动时，因主换向阀4给变幅油缸3有杆腔的进油量与变幅油缸3的回缩速度不匹配而产生较大冲击的现象；具体地，结合图6所示，图6为主换向阀4在加压落幅时的等效原理示意图，即当主换向阀4的落幅控制油口连通控制油路01时，其进油口P与第一工作油口B3之间具有第一可调阻尼11（可以采用可调节流口），进油口P与回油口T之间具有第二可调阻尼12（可以采用可调节流口），随着阀杆行程的加大，第一可调阻尼11的开度逐渐变大，第二可调阻尼12的开度逐渐减小，并能够使工作油口B3的最大输出压力不超过预定值，例如，以图3所示为例，当在主换向阀4第一工作油口与变幅油缸3有杆腔之间的油路上设置溢流阀7时，工作油口B3的最大输出压力不超过溢流阀7的设定压力，这样可以有效消除因溢流阀7的启闭特性而引起的冲击。

需要说明的是，尽管上述实施例及其各种优选方案中均以落幅过程进行说明，但前述的落幅液压系统也适用于起幅过程，例如，可将主换向阀4的起幅控制油口接于先导手柄阀1的另一控制油口，这样通过向主换向阀4的起幅控制油口供应压力油，也可以实现起幅控制。

需要说明的是，上述实施例及其优选方案中，均采用先导手柄阀1的控制油口P1为控制油路01的输入端供应压力油，这样便于进行手动操控，但可以理解的是，在其他实施例中，实现控制油路01具有压力油的方式有多种多样，并不限于采用先导手柄阀1的方式。

需要说明的是，上述各种实施例及其优选方案中，防冲击换向阀5采用两位四通阀，且其中一个工作油口正常使用，另一个工作油口截止，但在其他实施例中，防冲击换向阀5也可以采用其他形式，只要能够实现主换向阀4的落幅控制油口可通过防冲击换向阀选择性地接于控制油路01的输出端或者油箱即可。

需要说明的是，上述各种实施例及其优选方案中，均包括防冲击换向阀5，以便于在某些情形下，采用自重落幅方式启动，但在其他实施例中，也可以根据需要予以省略，而由控制油路的输入端直接接于主换向阀4的落幅控制油口，这样也能实现本发明的主要功能。

本发明实施例还提供了一种工程机械，如轮式起重机，该工程机械设置有上述实施例的落幅液压系统，由于上述的落幅液压系统具有上述技术效果，因此，该工程机械具有更高的落幅效率，且落幅过程更加安全、可控；其相应部分的具体实施过程与上述实施例类似，其他部分的具体实施过程可参见现有技术的相关描述，兹不赘述。

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 (10)

1.一种落幅液压系统，其特征在于：

所述落幅液压系统包括变幅油缸（3）、控制油路（01）、主换向阀（4）以及具有流量饱和特性的变幅平衡阀（2）；

所述变幅油缸（3）的有杆腔和无杆腔分别接于所述主换向阀（4）的第一工作油口和所述变幅平衡阀（2）的自由出油口，所述主换向阀（4）的第二工作油口接于所述变幅平衡阀（2）的自由进油口；

所述控制油路（01）的一端接于所述变幅平衡阀（2）的控制油口以及接于所述主换向阀（4）的落幅控制油口。

2.如权利要求1所述的落幅液压系统，其特征在于：所述落幅液压系统还包括先导手柄阀（1），所述控制油路（01）的另一端接于所述先导手柄阀（1）的控制油口。

3.如权利要求1所述的落幅液压系统，其特征在于：所述落幅液压系统还包括防冲击换向阀（5），所述落幅控制油口通过所述防冲击换向阀（5）选择性地接于所述控制油路（01）或者油箱。

4.如权利要求3所述的落幅液压系统，其特征在于：所述防冲击换向阀（5）为两位四通电磁阀，且其中一个工作油口截止。

5.如权利要求3所述的落幅液压系统，其特征在于：所述落幅液压系统还包括卸荷阀（6），所述卸荷阀（6）设置于所述落幅控制油口与所述防冲击换向阀（5）之间的油路上。

6.如权利要求5所述的落幅液压系统，其特征在于：所述卸荷阀（6）为开关电磁阀。

7.如权利要求1至6任一项所述的落幅液压系统，其特征在于：所述主换向阀（4）为进油节流和旁通节流的结构形式。

8.如权利要求7所述的落幅液压系统，其特征在于：所述落幅液压系统还包括溢流阀（7），所述溢流阀（7）设置于所述主换向阀（4）的第一工作油口与所述变幅油缸（3）有杆腔之间的油路上。

9.一种工程机械，其特征在于：所述工程机械设置有权利要求1至8任一项所述的落幅液压系统。

10.如权利要求9所述的工程机械，其特征在于：所述工程机械为轮式起重机。

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