CN103982482A - 一种起重机、其伸缩臂控制系统及平衡阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于伸缩臂控制系统的平衡阀，该平衡阀包括先导式的初级阀芯和先导式的次级阀芯，其中，初级阀芯的先导口和次级阀芯的先导口均与压力油源连通；次级阀芯的回油口与伸缩臂控制系统的油缸的无杆腔连通，次级阀芯的出油口与初级阀芯的回油口连通，初级阀芯的出油口通过换向阀与回油油箱连通；初级阀芯的先导比大于次级阀芯的先导比。这样，利用上述次级阀芯的预卸荷功能，有效减小了缩臂瞬间压力的波动，提高了平衡阀的稳定性，并通过次级阀芯的先导动作实现预先补偿功能，为控制阀口的开启提供了缓冲，有效地消除了缩臂抖动的现象。本发明还公开了一种包括上述平衡阀的伸缩臂控制系统，及具有该伸缩臂控制系统的起重机。

Description

一种起重机、其伸缩臂控制系统及平衡阀

技术领域

本发明涉及起重机械液压控制系统领域，特别涉及一种用于伸缩臂控制系统的平衡阀。本发明还涉及一种包括上述平衡阀的伸缩臂控制系统，及具有上述伸缩臂控制系统的起重机。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，市场对于各种工程机械尤其是起重机的需求日益增大。伸缩臂控制系统控制着起重臂的伸缩作业，是起重机的重要控制系统。在伸缩臂控制系统中，需要设置平衡阀来保证落钩、落臂、伸缩臂杆等动作的平稳进行，并防止伸缩臂急速落下或缩回造成事故，因此，平衡阀是伸缩臂控制系统中的关键部件，平衡阀的优劣直接影响到伸缩臂控制系统，乃至整个起重机的工作性能。

请参考图1，图1为一种典型的伸缩臂控制系统的原理图。

如图所示，该伸缩臂控制系统包括与伸缩臂连接的油缸11、与高压油源连通的换向阀12，和设置在换向阀12与油缸11之间的平衡阀13。其中，平衡阀13具有单级阀芯，其控制油口K与油缸11的有杆腔连通，并通过有杆腔中的压力油控制控制油口K的开启；当进行缩臂动作时，换向阀12换向至工作位，此时，油缸11的有杆腔进油，并通过有杆腔内的压力油开启平衡阀13的控制油口K，无杆腔回油。

由于平衡阀的控制油口K的开启是通过油缸的有杆腔压力控制的，全伸臂工况进行缩臂的初始阶段，油缸11的有杆腔进油，同时作用于平衡阀的控制油口K，同时受伸缩臂摩擦力的转换，在平衡阀响应时间内，油缸11的无杆腔的压力突然上升，随后平衡阀受此高压的作用，完全开启，由于平衡阀的阀芯无法预先卸荷油缸无杆腔内部的高压，导致阀芯开口度较大，压降剧烈；无杆腔压力瞬间下降，有杆腔的压力也瞬间下降，平衡阀控制口压力也随之下降，则平衡阀开口度减小，受平衡阀节流限速的作用，负载压力又升高，有杆腔压力升高，平衡阀开口度又变大，如此反复，直到平衡阀到达平衡点后，才平稳的进行缩臂。因此，上述平衡阀在开启瞬间到平衡这一过程中，由于控制油口K的开启度和控制压力的相互作用，导致在这一阶段平衡阀的响应频率过快，容易产生伸缩臂发生抖动。

另外，从油缸11有杆腔引压力油来控制平衡阀的开启，负载的波动对平衡阀控制油源的影响较为剧烈，抗击负载波动能力差，当伸缩臂起动阶段，从静摩擦向动摩擦过渡时，加之全伸臂工况时挠度较大，导致负载波动较大，平衡阀的控制油口K压力波动较大，控制压力的波动，进一步加剧平衡阀开口的变化，平衡阀开口的变化，导致伸缩臂运动速度的变化，由于惯性的存在，又反过来加剧负载的波动，如此反复，造成伸缩臂抖动。

因此，如何减少负载波动对平衡阀控制压力的影响，保证平衡阀的稳定开启，避免缩臂时发生的伸缩臂抖动，提高缩臂动作的平稳性，就成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于伸缩臂控制系统的平衡阀，该平衡阀采用双级阀芯控制，通过次级阀芯的先导动作实现预先补偿功能，为控制阀口的开启提供了缓冲，有效地消除了缩臂抖动的现象。本发明的另一目的是提供一种包括上述平衡阀的伸缩臂控制系统，以及具有该伸缩臂控制系统的起重机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于伸缩臂控制系统的平衡阀，其特征在于，包括先导式的初级阀芯和先导式的次级阀芯，所述初级阀芯的先导口与所述次级阀芯的先导口均与压力油源连通；所述次级阀芯的回油口与所述伸缩臂控制系统的油缸的无杆腔连通，且其出油口与所述初级阀芯的回油口连通，所述初级阀芯的出油口通过换向阀与回油油箱连通；所述初级阀芯的先导比大于所述次级阀芯的先导比。

优选地，所述初级阀芯的先导比为6:1。

优选地，所述次级阀芯的先导比为0.5:1。

优选地，所述压力油源为所述油缸的有杆腔。

优选地，还包括阻尼缓冲油路，所述阻尼缓冲油路设置在所述初级阀芯的先导口和所述次级阀芯的先导口与所述有杆腔之间。

优选地，所述阻尼缓冲油路包括串联设置的第一阻尼和第二阻尼。

优选地，所述第一阻尼与所述第二阻尼之间设置有第三阻尼，所述阻尼缓冲油路通过所述第三阻尼连通泄油油缸。

优选地，所述压力油源为单设的压力稳定油源。

本发明还提供一种伸缩臂控制系统，包括油缸、换向阀以及设置在所述油缸与换向阀之间的平衡阀，所述平衡阀为如上所述的平衡阀。

本发明还提供一种起重机，包括可伸缩连接的若干节臂，以及控制所述节臂伸缩的伸缩臂控制系统，所述伸缩臂控制系统为如上所述的伸缩臂控制系统。

本发明所提供的平衡阀用于伸缩臂控制系统，该平衡阀包括先导式的初级阀芯和先导式的次级阀芯，其中，初级阀芯的先导口和次级阀芯的先导口均与压力油源连通；次级阀芯的回油口与伸缩臂控制系统的油缸的无杆腔连通，即与负载连通，次级阀芯的出油口与初级阀芯的回油口连通，初级阀芯的出油口通过换向阀与回油油箱连通；初级阀芯的先导比大于次级阀芯的先导比。

在工作过程中，当压力油源内的压力油到达初级阀芯的先导口和次级阀芯的先导口时，由于次级阀芯的先导比小于初级阀芯的先导比，压力油的作用首先使次级阀芯打开，次级阀芯的回油口与油缸无杆腔连通，而无杆腔受外界负载的影响，则首先动作的次级阀芯能够对有杆腔内的压力进行预卸荷；在卸荷过程中，压力油逐渐增加至能够使初级阀芯打开的压力，随后初级阀芯打开，使得无杆腔回油，从而进行缩臂动作。

这样，利用上述次级阀芯的预卸荷功能，通过初级平衡阀阀芯和次级平衡阀阀芯的先后动作，可以卸荷存储在伸缩油缸无杆腔内部的高压，有效减小了缩臂瞬间压力的波动，提高了平衡阀的稳定性，并通过次级阀芯的先导动作实现预先补偿功能，为控制阀口的开启提供了缓冲，有效地消除了缩臂抖动的现象。

在一种优选的实施方式中，本发明所提供的压力油源为油缸的有杆腔；这样，利用伸缩臂控制系统的既有结构作为压力油源，无需另外配置油源，从而简化了系统的结构，节约生产成本。

在另一种具体实施方式中，本发明所提供的平衡阀还包括阻尼缓冲油路，该阻尼缓冲油路设置在初级阀芯的先导口和次级阀芯的先导口与有杆腔之间；当进行缩臂动作时，有杆腔的高压油首先经过该阻尼缓冲油路，得到缓冲后再作用于初级阀芯和次级阀芯，阻尼缓冲油路具有稳定控制油源的作用，避免控制油源内压力的波动造成初级阀芯和次级阀芯开度的波动，从而进一步提高了平衡阀的稳定性。

附图说明

图1为一种典型的伸缩臂控制系统的原理图；

图2为本发明所提供的伸缩臂控制系统一种具体实施方式的原理图；

图3为图2中平衡阀的结构简图；

图4为本发明所提供的伸缩臂控制系统另一种具体实施方式的原理图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于伸缩臂控制系统的平衡阀，该平衡阀采用双级阀芯控制，通过次级阀芯的先导动作实现预先补偿功能，为控制阀口的开启提供了缓冲，有效地消除了缩臂抖动的现象。本发明的另一核心是提供一种包括上述平衡阀的伸缩臂控制系统，以及具有该伸缩臂控制系统的起重机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本发明所提供的伸缩臂控制系统一种具体实施方式的原理图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的平衡阀用于伸缩臂控制系统，该平衡阀包括先导式的初级阀芯21和先导式的次级阀芯22，其中，初级阀芯21的先导口K1和次级阀芯22的先导口K2均与压力油源连通；次级阀芯22的回油口与伸缩臂控制系统的油缸3的无杆腔31连通，即与负载连通，次级阀芯22的其出油口与初级阀芯21的回油口连通，初级阀芯21的出油口通过换向阀4与回油油箱连通；初级阀芯21的先导比大于次级阀芯22的先导比，初级阀芯先导比较大，其开启压力较小，次级阀芯的先导比较小，其开启压力较高，初级阀芯21的弹簧设定压力为P1，此压力不可调，次级阀芯22的弹簧设定压力为P2，此压力可通过弹簧腔螺栓调节弹簧的预压缩量，对P2进行调节。

从理论上来讲，上述压力油源与初级阀芯21的先导口K1、次级阀芯22的先导口K2的连接方式可以有多种，例如，可以为如图2所示的方式，即将初级阀芯21的先导口K1与次级阀芯22的先导口K2通过油路连通，再引出油路与压力油源连通；或者，也可以将初级阀芯21的先导口K1和次级阀芯22的先导口K2分别通过油路与压力油源连通。

优选地，初级阀芯21的先导比为6:1，次级阀芯22的先导比为0.5:1，以便更好地实现卸载和微调的目的，且不影响正常使用。

在节臂缩回过程中，当压力油源内的压力油到达初级阀芯21的先导口K1和次级阀芯22的先导口K2时，由于次级阀芯22的先导比小于初级阀芯21的先导比，随着先导口压力从小到大逐渐变化，较小的压力能够克服初级阀芯21的弹簧微动，初级阀芯21微开启后，负载克服次级弹簧设定值，进行预卸荷，随着先导口压力的不断增大，初级阀芯21的开口不断增大至平衡位置；当负载压力波动时，次级阀芯22先于初级阀芯21动作，进行微调，从而使得平衡阀控制比较平稳无冲击；这样，当负载压力A1发生变化时，压力油的作用首先使次级阀芯22打开，次级阀芯22的回油口与油缸3的无杆腔31连通，而无杆腔31受外界负载的影响，则首先动作的次级阀芯22能够对有杆腔32内的压力进行预卸荷；在卸荷过程中，压力油逐渐增加至能够使初级阀芯21打开的压力，随后初级阀芯21打开，使得无杆腔31回油，从而进行缩臂动作。如图3所示为初级阀芯和次级阀芯，双级微调平衡阀接在伸缩油缸的大腔。当进行伸臂动作时，从多路换向阀A口至双级微调平衡阀的C口经过单向阀至伸缩油缸大腔。

当油缸在空中停留时，平衡阀此时是负载保持功能，初级阀芯以及次级阀芯分别在两个弹簧的作用下，封闭，液压油从双级微调平衡阀的D口无法进入C口。

当进行缩臂动作时，多路换向阀B口输出高压油，至伸缩油缸小腔以及双级微调平衡阀的E口，此时，初级阀芯在高压油的作用下打开，并移动一定的位移，此时位移较小。随后，伸缩油缸大腔的封闭的液压油(其压力的建立，一方面是吊臂作用在油缸上，另一方面为小腔的高压油通过面积比产生)，作用在双级微调平衡阀的次级阀芯上，次级阀芯的位移，由于受到初级阀芯位移的限制，也移动一个小位移，此时，油缸大腔的液压油通过次级阀芯的微移动进行预卸荷，随后，随着小腔压力的继续升高，初级阀芯进一步移动，在大腔液压油的作用下，次级阀芯也进一步移动，实现缩臂动作，直至当双级阀芯均达到平衡时，油缸进行平稳运行。

当外界负载波动时，伸缩油缸大腔的压力首先变化，作用在双级微调平衡阀次级阀芯首先动作予以响应，先于初级阀芯动作，如果负载瞬间变小，则伸缩油缸大腔压力瞬间降低，则次级阀芯开口度关小，如果伸缩油缸大腔压力瞬间增大，则次级阀芯的开口度在一定的位移段进行调节，此次级阀芯的预先补偿功能，有效防止因负载的波动，造成E口控制压力的剧烈波动(E口剧烈波动会影响初级阀芯的剧烈波动)，有效避免控制压力波动与负载波动的耦合作用产生的剧烈波动，使得缩臂过程中，动作平稳，抖动现象减轻至消除。

这样，利用上述次级阀芯22的预卸荷功能，通过初级平衡阀阀芯和次级平衡阀阀芯的先后动作，可以卸荷存储在油缸3的无杆腔31内部的高压，有效减小了缩臂瞬间压力的波动，提高了平衡阀的稳定性，并通过次级阀芯22的先导动作实现预先补偿功能，为控制阀口的开启提供了缓冲，有效地消除了缩臂抖动的现象。

上述压力油源可以为油缸3的有杆腔32；这样，利用伸缩臂控制系统的既有结构作为压力油源，无需另外配置油源，从而简化了系统的结构，节约生产成本。

显然地，为了保证进入平衡阀内的压力油的稳定性，也可以单独设置压力稳定油源。

当压力油源为油缸3的有杆腔32时，负载的波动剧烈时可能会对平衡阀的动作产生细微影响，为了消除上述影响，可以对本发明所提供的平衡阀进行进一步改进。

请参考图4，图4为本发明所提供的伸缩臂控制系统另一种具体实施方式的原理图。

在另一种具体实施方式中，本发明所提供的平衡阀在上述结构的基础上还包括阻尼缓冲油路，阻尼缓冲油路设置在所述初级阀芯21的先导口K1和所述次级阀芯22的先导口K2与所述有杆腔32之间；当进行缩臂动作时，有杆腔32的高压油首先经过该阻尼缓冲油路，得到缓冲后再作用于初级阀芯21和次级阀芯22，阻尼缓冲油路具有稳定控制油源的作用，避免控制油源内压力的波动造成初级阀芯21和次级阀芯22开度的波动，从而进一步提高了平衡阀的稳定性。

上述阻尼缓冲油路可以包括串联设置的第一阻尼D0和第二阻尼D1，在第一阻尼D0与第二阻尼D1之间设置有第三阻尼D2，阻尼缓冲油路通过第三阻尼D2连通泄油油缸。当进行缩臂动作时，有杆腔32的高压油通过第一阻尼D0和第二阻尼D1进行缓冲，第三阻尼D2接泄油油箱，起到滤波作用。

除了上述平衡阀，本发明还提供一种包括上述平衡阀的伸缩臂控制系统，以及具有该伸缩臂控制系统的起重机，该伸缩臂控制系统和起重机的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种起重机、其伸缩臂控制系统及平衡阀进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于伸缩臂控制系统的平衡阀，其特征在于，包括先导式的初级阀芯(21)和先导式的次级阀芯(22)，所述初级阀芯(21)的先导口与所述次级阀芯(22)的先导口均与压力油源连通；所述次级阀芯(22)的回油口与所述伸缩臂控制系统的油缸(3)的无杆腔(31)连通，且其出油口与所述初级阀芯(21)的回油口连通，所述初级阀芯(21)的出油口通过换向阀(4)与回油油箱连通；所述初级阀芯(21)的先导比大于所述次级阀芯(22)的先导比。

2.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述初级阀芯(21)的先导比为6:1。

3.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述次级阀芯(22)的先导比为0.5:1。

4.根据权利要求1至3任一项所述的平衡阀，其特征在于，所述压力油源为所述油缸(3)的有杆腔(32)。

5.根据权利要求4所述的平衡阀，其特征在于，还包括阻尼缓冲油路，所述阻尼缓冲油路设置在所述初级阀芯(21)的先导口和所述次级阀芯(22)的先导口与所述有杆腔(32)之间。

6.根据权利要求5所述的平衡阀，其特征在于，所述阻尼缓冲油路包括串联设置的第一阻尼和第二阻尼。

7.根据权利要求6所述的平衡阀，其特征在于，所述第一阻尼与所述第二阻尼之间设置有第三阻尼，所述阻尼缓冲油路通过所述第三阻尼连通泄油油缸(3)。

8.根据权利要求1至3任一项所述的平衡阀，其特征在于，所述压力油源为单设的压力稳定油源。

9.一种伸缩臂控制系统，包括油缸(3)、换向阀(4)以及设置在所述油缸(3)与换向阀(4)之间的平衡阀，其特征在于，所述平衡阀为如权利要求1至8任一项所述的平衡阀。

10.一种起重机，包括可伸缩连接的若干节臂，以及控制所述节臂伸缩的伸缩臂控制系统，其特征在于，所述伸缩臂控制系统为如权利要求9所述的伸缩臂控制系统。