CN104863910B - 一种重型长杆起重机构液压系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重型长杆起重机构的液压系统，该液压系统有一套双联定量叶片泵组分别供油，包括速度控制回路及位置控制回路。所述的速度控制回路利用双联定量叶片泵组大泵连接三腔液压缸的上下两腔，大泵与单向阀、吸油滤油器连接，吸油滤油器分别与先导式溢流阀和比例伺服阀连接，本发明能够在重型长杆起重的过程中有效抑制非平衡扰动，保证伺服系统的稳定性，实现精准的平衡及定位控制。

Description

一种重型长杆起重机构液压系统及控制方法

技术领域

本发明公开了一种重型长杆起重机构，具体涉及一种重型长杆起重机构液压系统及控制方法。

背景技术

在重型长杆机构工作于铅垂平面内往复式起重回转时，要求其能根据指令快速精确定位至工作范围内的任意角度。对于类似机构的起重方法一般采用液压伺服系统，它具有响应速度快，抗干扰能力强、低速平稳性好、过载容易保护等优点。重型长杆的起重方法首先考虑对系统的不平衡力矩进行平衡，平衡方法可以分为外部施加平衡力方法及依赖驱动源的平衡方法。外部施加平衡力的方法主要为配重平衡及平衡机平衡，但该方法增加了机械结构，难以实现轻量化要求。张利平的《三腔复合液压缸在液压系统中的新应用》中公开了一种三腔复合液压缸，简要介绍三腔复合缸的基本结构型式,并对近年来在液压系统中的几种新应用作一综述。其三腔复合液压缸进行精密位置调节是采用蓄能器液压系统，可间接平衡腔内压力。但蓄能器对较大负载机构并不完全适用，不能完全抵消系统存在的非平衡力矩。现行利用液压系统起重技术中一般使用单作用活塞缸，然而这种方法对于大负载机构难以进行精确定位，更由于非线性特征突出容易引发伺服系统的失稳。

发明内容

本发明的目的是提供一种重型起重机构的液压系统及控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种重型长杆起重机构液压系统，包括双联定量叶片泵、第一直通式单向阀、第一倒装板式滤油器、先导式溢流阀、叠加式压力补偿器、比例伺服阀、 双向液压锁、双调速阀、 第二直通式单向阀、第二倒装板式滤油器、直动式溢流阀、比例减压阀、三位四通O型中位机能电磁换向阀、叠加式单向节流阀、油箱、三腔动力液压缸、重型长杆机构；

所述双联定量叶片泵包括大泵和小泵，其中大泵通过第一直通式单向阀与第一倒装板式滤油器相连，将抽取的液压油传输给第一倒装板式滤油器，第一倒装板式滤油器的出油口与先导式溢流阀的入油口相连，先导式溢流阀的出油口通过管路伸入到油箱中，第一倒装板式滤油器的出油口同时与叠加式压力补偿器的进油口相连，叠加式压力补偿器的出油口与比例伺服阀的入油口p相连，比例伺服阀的出油口t通过管路伸入到油箱中，比例伺服阀的第一油口a与双向液压锁中的第一液控单向阀的入油口相连，第一液控单向阀的出油口通过管路与双调速阀的第一单向节流阀的入油口相连，第一单向节流阀的出油口通过管路与三腔动力液压缸的A腔相连；

比例伺服阀的第二油口b与双向液压锁中的第二液控单向阀的入油口相连，第二液控单向阀的出油口通过管路与双调速阀的第二单向节流阀的入油口相连，第二单向节流阀的出油口通过管路与三腔动力液压缸的B腔相连；

双联定量叶片泵中的小泵通过第二直通式单向阀与第二倒装板式滤油器入油口相连，将抽取的液压油传输给第二倒装板式滤油器，第二倒装板式滤油器的出油口与直动式溢流阀的入油口相连，直动式溢流阀的出油口通过管路伸入到油箱中，第二倒装板式滤油器的出油口同时与比例减压阀的入油口相连，比例减压阀的出油口与三位四通O型中位机能电磁换向阀的第一油口f相连，液压油通过第一油口f流过第二油口h再流入叠加式单向节流阀的入油口，叠加式单向节流阀的出油口通过管路与三腔动力液压缸的C腔相连。

一种基于上述重型长杆起重机构液压系统的控制方法，具体为：

重型长杆起重机构升起时，比例伺服阀的电磁换向YV1得电与三位四通O型中位机能电磁换向阀的电磁换向YV4得电，小泵从油箱中吸取液压油，液压油通过第二直通式单向阀、第二倒装板式滤油器和比例减压阀后进入三位四通O型中位机能电磁换向阀的油口f，液压油从油口f流入油口h，之后通过叠加式单向节流阀流到三腔动力液压缸的第三油口c进入C腔，三位四通O型中位机能电磁换向阀保持电磁换向YV4得电，通过调节比例减压阀的开口度大小控制C腔压力；与此同时，A腔的体积变大即A腔内压力变小，大泵通过吸油滤油器吸入液压油，液压油通过第一直通式单向阀、第一倒装板式滤油器和叠加式压力补偿器后进入比例伺服阀的入油口p，液压油从入油口p流入油口a，之后通过第一液控单向阀8-1、第一单向节流阀后流到三腔动力液压缸18的第一油口m进入A腔；A腔进油的同时，液压油从三腔液压缸的B腔通过管路流入第二单向节流阀，之后通过第二液控单向阀流入到比例伺服阀的油口b，接着通过比例伺服阀的出油口t流入油箱。此重型长杆起重机构升起过程中，通过重型长杆起重机构升起角度的信息反馈调节比例减压阀出口压力来控制C腔压力大小，调节比例伺服阀进出油口大小控制A腔与B腔压力大小，从而达到重型长杆起重机构升起角度的精密控制；

重型长杆起重机构下落时，比例伺服阀的电磁换向YV2得电与三位四通O型中位机能电磁换向阀的电磁换向YV3，液压油从三腔液压缸的C腔通过管路流入叠加式单向节流阀，之后流入到三位四通O型中位机能电磁换向阀的油口h，液压油从油口h流入油口e通过管路流入油箱；与此同时，A腔体积变小，液压油从三腔液压缸的A腔通过管路流入第一单向节流阀，之后通过第一液控单向阀流入到比例伺服阀的油口a，液压油从比例伺服阀的油口a流入出油口t在通过管路流回油箱中；与此同时，B腔的体积变大，液压油通过第一直通式单向阀、第一倒装板式滤油器和叠加式压力补偿器后进入比例伺服阀的入油口p，当比例伺服阀的电磁换向YV2得电时，液压油从入油口p流入油口b，之后通过第二液控单向阀、第二单向节流阀后流到三腔动力液压缸的第二油口n进入B腔。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）本发明的系统由于未采用质量块、平衡机等进行平衡，简化了系统的机械结构，实现了系统轻量化要求；2）本发明通过控制三腔动力液压缸各腔的进出油量，实现液压系统对重型长杆机构的精密位置控制；3）本发明利用平衡腔主动平衡的方法能够对外部扰动实时自适应补偿，有利于保持伺服系统的稳定性；4）本发明通过比例伺服阀对上下两腔进行控制，性能超过普通伺服阀，提升系统整体性能；5）本发明在两个回路中分别加入了压力补偿器及比例减压阀，满足系统对力和力矩方面的要求，同时对系统提供必要的安全保护功能，避免系统超出安全压力限度而受到损坏。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明的重型长杆起重机构液压系统原理图。

图2为三腔动力液压缸简图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种重型长杆起重机构液压系统，包括双联定量叶片泵1、第一直通式单向阀2、第一倒装板式滤油器3、先导式溢流阀4、叠加式压力补偿器6、比例伺服阀7、 双向液压锁8、双调速阀9、 第二直通式单向阀10、第二倒装板式滤油器11、直动式溢流阀12、比例减压阀14、三位四通O型中位机能电磁换向阀16、叠加式单向节流阀17、油箱21、三腔动力液压缸18、重型长杆机构19；

所述双联定量叶片泵1包括大泵1-1和小泵1-2，其中大泵1-1通过第一直通式单向阀2与第一倒装板式滤油器3相连，将抽取的液压油传输给第一倒装板式滤油器3，第一倒装板式滤油器3的出油口与先导式溢流阀4的入油口相连，先导式溢流阀4的出油口通过管路伸入到油箱21中，第一倒装板式滤油器3的出油口同时与叠加式压力补偿器6的进油口相连，叠加式压力补偿器6的出油口与比例伺服阀7的入油口p相连，比例伺服阀7的出油口t通过管路伸入到油箱21中，比例伺服阀7的第一油口a与双向液压锁8中的第一液控单向阀8-1的入油口相连，第一液控单向阀8-1的出油口通过管路与双调速阀9的第一单向节流阀9-1的入油口相连，第一单向节流阀9-1的出油口通过管路与三腔动力液压缸18的A腔相连；

比例伺服阀7的第二油口b与双向液压锁8中的第二液控单向阀8-2的入油口相连，第二液控单向阀8-2的出油口通过管路与双调速阀9的第二单向节流阀9-2的入油口相连，第二单向节流阀9-2的出油口通过管路与三腔动力液压缸18的B腔相连；

双联定量叶片泵1中的小泵1-2通过第二直通式单向阀10与第二倒装板式滤油器11入油口相连，将抽取的液压油传输给第二倒装板式滤油器11，第二倒装板式滤油器11的出油口与直动式溢流阀12的入油口相连，直动式溢流阀12的出油口通过管路伸入到油箱21中，第二倒装板式滤油器11的出油口同时与比例减压阀14的入油口相连，比例减压阀14的出油口与三位四通O型中位机能电磁换向阀16的第一油口f相连，液压油通过第一油口f流过第二油口h再流入叠加式单向节流阀17的入油口，叠加式单向节流阀17的出油口通过管路与三腔动力液压缸18的C腔相连。

本发明的重型长杆起重机构液压系统还包括第一耐震压力表5，该第一耐震压力表5通过开关与第一倒装板式滤油器3的出油口相连。

本发明的重型长杆起重机构液压系统还包括第二耐震压力表13，该第二耐震压力表13通过开关与第二倒装板式滤油器11的出油口相连。

本发明的重型长杆起重机构液压系统还包括第三耐震压力表15，该第三耐震压力表15通过开关与比例减压阀14的出油口相连。

本发明的重型长杆起重机构液压系统还包括吸油滤油器20，该吸油滤油器20接在双联定量叶片泵1的吸油端。

一种基于上述重型长杆起重机构液压系统的控制方法，具体为：

重型长杆起重机构19升起时，小泵1-2从油箱21中吸取液压油，液压油通过第二直通式单向阀10、第二倒装板式滤油器11和比例减压阀14后进入三位四通O型中位机能电磁换向阀16的第一油口f，当三位四通O型中位机能电磁换向阀16的电磁换向YV4得电时，液压油从第一油口f流入第二油口h，之后通过叠加式单向节流阀17后流入三腔动力液压缸18的C腔；与此同时，A腔的体积变大，液压油通过第一直通式单向阀2、第一倒装板式滤油器3和叠加式压力补偿器6后进入比例伺服阀7的入油口p，当比例伺服阀7的电磁换向YV1得电时，液压油从入油口p流入比例伺服阀7的第一油口a，之后通过第一液控单向阀8-1、第一单向节流阀9-1后流入三腔动力液压缸18的A腔；与此同时，液压油从三腔液压缸18的B腔通过管路流入第二单向节流阀9-2，之后通过第二液控单向阀8-2流入到比例伺服阀7的第二油口b，接着通过比例伺服阀7的出油口t流入油箱21；

重型长杆起重机构19下落时，液压油从三腔液压缸18的C腔通过管路流入叠加式单向节流阀17，之后流入到三位四通O型中位机能电磁换向阀16的第二油口h，三位四通O型中位机能电磁换向阀16的电磁换向YV3得电时，液压油从第二油口h流入第三油口e通过管路流入油箱21；与此同时，A腔体积变小，液压油从三腔液压缸18的A腔通过管路流入第一单向节流阀9-1，之后通过第一液控单向阀8-1流入到比例伺服阀7的第一油口a，当比例伺服阀7的电磁换向YV2得电时，液压油从比例伺服阀7的第一油口a流到出油口t，之后通过管路流回油箱21中；与此同时，B腔的体积变大，液压油通过第一直通式单向阀2、第一倒装板式滤油器3和叠加式压力补偿器6后进入比例伺服阀7的入油口p，当比例伺服阀7的电磁换向YV2得电时，液压油从入油口p流到比例伺服阀7的第二油口b，之后通过第二液控单向阀8-2、第二单向节流阀9-2后流入三腔动力液压缸18的B腔。

由上可知，本发明由于未采用质量块、平衡机等进行平衡，简化了系统的机械结构，实现了系统轻量化要求；本发明通过控制三腔动力液压缸各腔的进出油量，实现液压系统对重型长杆机构的精密位置控制。

Claims (6)

1.一种重型长杆起重机构液压系统，其特征在于，包括双联定量叶片泵[1]、第一直通式单向阀[2]、第一倒装板式滤油器[3]、先导式溢流阀[4]、叠加式压力补偿器[6]、比例伺服阀[7]、双向液压锁[8]、双调速阀[9]、第二直通式单向阀[10]、第二倒装板式滤油器[11]、直动式溢流阀[12]、比例减压阀[14]、三位四通O型中位机能电磁换向阀[16]、叠加式单向节流阀[17]、油箱[21]、三腔动力液压缸[18]、重型长杆机构[19]；

所述双联定量叶片泵[1]包括大泵[1-1]和小泵[1-2]，其中大泵[1-1]通过第一直通式单向阀[2]与第一倒装板式滤油器[3]相连，将抽取的液压油传输给第一倒装板式滤油器[3]，第一倒装板式滤油器[3]的出油口与先导式溢流阀[4]的入油口相连，先导式溢流阀[4]的出油口通过管路伸入到油箱[21]中，第一倒装板式滤油器[3]的出油口同时与叠加式压力补偿器[6]的进油口相连，叠加式压力补偿器[6]的出油口与比例伺服阀[7]的入油口[p]相连，比例伺服阀[7]的出油口[t]通过管路伸入到油箱[21]中，比例伺服阀[7]的第一油口[a]与双向液压锁[8]中的第一液控单向阀[8-1]的入油口相连，第一液控单向阀[8-1]的出油口通过管路与双调速阀[9]的第一单向节流阀[9-1]的入油口相连，第一单向节流阀[9-1]的出油口通过管路与三腔动力液压缸[18]的A腔相连；

比例伺服阀[7]的第二油口[b]与双向液压锁[8]中的第二液控单向阀[8-2]的入油口相连，第二液控单向阀[8-2]的出油口通过管路与双调速阀[9]的第二单向节流阀[9-2]的入油口相连，第二单向节流阀[9-2]的出油口通过管路与三腔动力液压缸[18]的B腔相连；

双联定量叶片泵[1]中的小泵[1-2]通过第二直通式单向阀[10]与第二倒装板式滤油器[11]入油口相连，将抽取的液压油传输给第二倒装板式滤油器[11]，第二倒装板式滤油器[11]的出油口与直动式溢流阀[12]的入油口相连，直动式溢流阀[12]的出油口通过管路伸入到油箱[21]中，第二倒装板式滤油器[11]的出油口同时与比例减压阀[14]的入油口相连，比例减压阀[14]的出油口与三位四通O型中位机能电磁换向阀[16]的第一油口[f]相连，液压油通过第一油口[f]流过第二油口[h]再流入叠加式单向节流阀[17]的入油口，叠加式单向节流阀[17]的出油口通过管路与三腔动力液压缸[18]的C腔相连。

2.根据权利要求1所述的重型长杆起重机构液压系统，其特征在于，还包括第一耐震压力表[5]，该第一耐震压力表[5]通过开关与第一倒装板式滤油器[3]的出油口相连。

3.根据权利要求1所述的重型长杆起重机构液压系统，其特征在于，还包括第二耐震压力表[13]，该第二耐震压力表[13]通过开关与第二倒装板式滤油器[11]的出油口相连。

4.根据权利要求1所述的重型长杆起重机构液压系统，其特征在于，还包括第三耐震压力表[15]，该第三耐震压力表[15]通过开关与比例减压阀[14]的出油口相连。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的重型长杆起重机构液压系统，其特征在于，还包括吸油滤油器[20]，该吸油滤油器[20]接在双联定量叶片泵[1]的吸油端。

6.一种基于权利要求1所述重型长杆起重机构液压系统的控制方法，其特征在于，

重型长杆起重机构[19]升起时，小泵[1-2]从油箱[21]中吸取液压油，液压油通过第二直通式单向阀[10]、第二倒装板式滤油器[11]和比例减压阀[14]后进入三位四通O型中位机能电磁换向阀[16]的第一油口[f]，当三位四通O型中位机能电磁换向阀[16]的电磁换向YV4得电时，液压油从第一油口[f]流入第二油口[h]，之后通过叠加式单向节流阀[17]后流入三腔动力液压缸[18]的C腔；与此同时，A腔的体积变大，液压油通过第一直通式单向阀[2]、第一倒装板式滤油器[3]和叠加式压力补偿器[6]后进入比例伺服阀[7]的入油口[p]，当比例伺服阀[7]的电磁换向YV1得电时，液压油从入油口[p]流入比例伺服阀[7]的第一油口[a]，之后通过第一液控单向阀[8-1]、第一单向节流阀[9-1]后流入三腔动力液压缸[18]的A腔；与此同时，液压油从三腔动力液压缸[18]的B腔通过管路流入第二单向节流阀[9-2]，之后通过第二液控单向阀[8-2]流入到比例伺服阀[7]的第二油口[b]，接着通过比例伺服阀[7]的出油口[t]流入油箱[21]；

重型长杆起重机构[19]下落时，液压油从三腔动力液压缸[18]的C腔通过管路流入叠加式单向节流阀[17]，之后流入到三位四通O型中位机能电磁换向阀[16]的第二油口[h]，三位四通O型中位机能电磁换向阀[16]的电磁换向YV3得电时，液压油从第二油口[h]流入第三油口[e]通过管路流入油箱[21]；与此同时，A腔体积变小，液压油从三腔动力液压缸[18]的A腔通过管路流入第一单向节流阀[9-1]，之后通过第一液控单向阀[8-1]流入到比例伺服阀[7]的第一油口[a]，当比例伺服阀[7]的电磁换向YV2得电时，液压油从比例伺服阀[7]的第一油口[a]流到出油口[t]，之后通过管路流回油箱[21]中；与此同时，B腔的体积变大，液压油通过第一直通式单向阀[2]、第一倒装板式滤油器[3]和叠加式压力补偿器[6]后进入比例伺服阀[7]的入油口[p]，当比例伺服阀[7]的电磁换向YV2得电时，液压油从入油口[p]流到比例伺服阀[7]的第二油口[b]，之后通过第二液控单向阀[8-2]、第二单向节流阀[9-2]后流入三腔动力液压缸[18]的B腔。