CN105114392A - 一种油缸、使用该油缸的全闭式液压系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种油缸、使用该油缸的全闭式液压系统及控制方法。解决了现有起重机液压系统能量损失大的问题。它包括缸体、主活塞、活塞杆、导向活塞和导向杆，所述的主活塞将缸体内的空间分隔成第一无杆腔和第一有杆腔，所述的导向活塞将活塞杆内的空间分隔成第二无杆腔和第二有杆腔，所述的第二有杆腔与第一有杆腔相连通。一种全闭式液压系统，包括动作装置和两套控制装置，所述的动作装置包括变幅油缸、伸缩油缸，所述的变幅油缸、伸缩油缸均采用上述的油缸。一种控制方法，给主卷马达、副卷马达供油时只通过闭式泵供油，给变幅油缸、伸缩油缸供油时均通过闭式泵与补油泵共同供油。本发明具有操纵平稳、节能、能量回收比较容易。

Description

一种油缸、使用该油缸的全闭式液压系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种起重机的液压系统，具体涉及一种油缸、使用该油缸的全闭式液压系统及控制方法。

背景技术

伸缩臂起重机有以下几个动作：卷扬、变幅、伸缩和回转。卷扬和回转使用马达作为执行元件，变幅和伸缩采用油缸作为执行元件，由于油缸存在面积比，有杆腔由于活塞杆的结构使得有杆腔的有效面积远小于无杆腔的面积，即在进油或者出油时，由于活塞运动速度相对有杆腔及无杆腔是相同的，造成进出油不对称，因此伸缩臂起重机都使用开式液压系统。由起重机的具体原理可知，起重机通过卷扬机构将重物吊起，选择其他地方将重物放下，另外也需要变幅油缸伸缩调整重物的远近，在工作过程中存在大量的重力做负功的工况，而开式系统是通过平衡阀的节流方式克服重力做负功，因此存在大量的能量损失，并且造成系统发热量过大，缩短了液压元件的使用寿命，降低了液压系统的可靠性；另外开式系统在能量的回收和系统的操纵性能方面难以做到完美程度；但传统的闭式液压系统需要一液压泵对应一马达，液压元件较多，体积过大，装配麻烦，成本较高；另外对控制非对称的液压油缸也存在困难。

发明内容

为解决背景技术中现有起重机液压系统能量损失大，系统发热量大，操控性能差的问题，本发明提供一种油缸、使用该油缸的全闭式液压系统及控制方法。

本发明的技术方案是：一种油缸，包括缸体，所述的缸体内设有主活塞和活塞杆，所述的主活塞将缸体内的空间分隔成第一无杆腔和第一有杆腔，所述的活塞杆一端与主活塞相连接，另一端穿过第一有杆腔伸出缸体外，所述的主活塞与缸体直线滑移配合，所述的活塞杆内设有导向活塞和导向杆，所述的导向活塞将活塞杆内的空间分隔成第二无杆腔和第二有杆腔，所述的第二有杆腔与第一有杆腔相连通，所述的导向杆穿过主活塞并与缸体相连接，所述的导向活塞与活塞杆直线滑移配合。

作为本发明的一种改进，所述的导向杆内套接有用于进油或出油的芯管，所述的导向杆依次穿过主活塞、缸体并与第一有杆腔相连通，所述的活塞杆上设有环形油道，所述的主活塞上设有连通环形油道与第一无杆腔的通孔。

作为本发明的进一步改进，所述的第二有杆腔与第一有杆腔通过主活塞上的连接口相连通。

作为本发明的进一步改进，所述的活塞杆上设有使得第二无杆腔与外界相连通的出气口。

一种全闭式液压系统，包括动作装置和两套控制装置，每一套控制装置均包括闭式泵、补油泵、单向阀和稳定系统压力的第一溢流阀，所述的补油泵通过单向阀与闭式泵相连通，所述的闭式泵通过换向阀与动作装置相连通，所述的动作装置包括变幅油缸、主卷马达、副卷马达、伸缩油缸，所述的变幅油缸采用上述的油缸，所述的伸缩油缸采用上述的油缸。

作为本发明的一种改进，所述的控制装置包括第一控制装置和第二控制装置，所述的换向阀包括第一换向阀和第二换向阀，所述的第一控制装置通过第一换向阀分别与变幅油缸、主卷马达、伸缩油缸相连接，所述的第二控制装置通过第二换向阀分别与变幅油缸、副卷马达、伸缩油缸相连接。

作为本发明的进一步改进，所述的第一换向阀和第二换向阀均采用三位八通换向阀。

作为本发明的进一步改进，还包括第二溢流阀，第二溢流阀的进油口与补油泵的出油口相连接，第二溢流阀的出油口与油箱相连接。

一种全闭式液压系统的控制方法，采用上述的全闭式液压系统，当主卷马达或副卷马达单独动作时，闭式泵通过换向阀给主卷马达或副卷马达供油，控制主卷马达或副卷马达动作，当变幅油缸或伸缩油缸单独动作时，闭式泵通过换向阀给变幅油缸或伸缩油缸供油，同时补油泵通过单向阀、换向阀给变幅油缸或伸缩油缸供油，控制变幅油缸或伸缩油缸动作；变幅油缸和伸缩油缸不能复合动作；当变幅油缸、主卷马达、副卷马达、伸缩油缸中除了变幅油缸和伸缩油缸不能复合动作外，任一两项组合复合动作时，给主卷马达或者副卷马达供油时控制装置均只通过闭式泵供油，给变幅油缸或者伸缩油缸供油时控制装置均通过闭式泵与补油泵共同供油。

本发明的有益效果是，采用一种“对称”油缸，使得主活塞两端的有效面积趋于相等，工作中保证油缸进油和出油趋于相等，这样使得油缸结构简单，动作可靠。本发明采用的全闭式液压系统，闭式泵可以使得系统中液压油一直循环利用，实现了各动作平顺的切换，提高了复合动作的效果，并且具有操纵平稳、节能、能量回收比较容易，液压元件较少，体积过小，装配方便，成本少，使用寿命长等优点。

附图说明

附图1为本发明实施例的液压原理图。

附图2为本发明实施例一中油缸1的结构示意图。

附图3为本发明实施例二中油缸1的结构示意图。

附图4为附图1中控制装置3的放大结构示意图。

附图5为本发明实施例三的液压原理图。

附图6为本发明实施例四的液压原理图。

附图7为本发明实施例五的液压原理图。

附图8为附图7中油缸1的结构示意图。

图中，1、油缸；11、缸体；111、第一无杆腔；112、第一有杆腔；12、主活塞；121、通孔；122、连接口；13、活塞杆；131、第二无杆腔；132、第二有杆腔；133、环形油道；134、出气口；14、导向活塞；15、导向杆；16、芯管；2、动作装置；21、变幅油缸；22、主卷马达；23、副卷马达；24、伸缩油缸；3、控制装置；31、闭式泵；32、补油泵；33、单向阀；34、第一溢流阀；35、第一控制装置；36、第二控制装置；37、第二溢流阀；4、换向阀；41、第一换向阀；42、第二换向阀；5、油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

实施例一：由图1结合图2、4所示，一种油缸，包括缸体11，所述的缸体11内设有主活塞12和活塞杆13，所述的主活塞12将缸体11内的空间分隔成第一无杆腔111和第一有杆腔112，所述的活塞杆13一端与主活塞12相连接，另一端穿过第一有杆腔112伸出缸体11外，所述的主活塞12与缸体11直线滑移配合，所述的活塞杆13内设有导向活塞14和导向杆15，所述的导向活塞14将活塞杆13内的空间分隔成第二无杆腔131和第二有杆腔132，所述的第二有杆腔132与第一有杆腔112相连通，所述的导向杆15穿过主活塞12并与缸体11相连接，所述的导向活塞14与活塞杆13直线滑移配合。本发明的有益效果是，采用一种“对称”油缸，使得主活塞两端的有效面积趋于相等，工作中保证油缸进油和出油趋于相等，这样使得油缸结构简单，动作可靠。本发明采用的全闭式液压系统，闭式泵可以使得系统中液压油一直循环利用，实现了各动作平顺的切换，提高了复合动作的效果，并且具有操纵平稳、节能、能量回收比较容易，液压元件较少，体积过小，装配方便，成本少，使用寿命长等优点。

实施例一为变幅油缸所采用，其中由缸体和主活塞下表面组成容腔V1（第一无杆腔），由缸体、主活塞上表面和活塞杆外表面组成容腔V2（第一有杆腔），由活塞杆内表面、主活塞上表面和导向活塞下表面组成容腔V3（第二有杆腔），活塞杆内表面、导向活塞上表面组成容腔V4（第二无杆腔），V4通过出气口与大气联通，V2和V3相联通。当液压油通过第一无杆腔入口进入时，活塞杆和主活塞伸出，容腔V1增加，容腔V2和V3减小，容腔V4增加并且从大气进行吸气。容腔V1的增加量ΔV1，容腔V2的减小量ΔV2，容腔V3的减小量ΔV3，由于V2和V3联通，因此ΔV1约等于ΔV2+ΔV3，油缸近似为对称油缸。

实施例二：由图1结合图3、4所示，所述的导向杆15内套接有用于进油或出油的芯管16，所述的导向杆15依次穿过主活塞12、缸体11并与第一有杆腔112相连通，所述的活塞杆13上设有环形油道133，所述的主活塞12上设有连通环形油道133与第一无杆腔111的通孔121。这样的结构可以倒置油缸，避免缸体漏油，适合各种工况下油缸进油。芯管套设于导向杆的供油通道内并与导向杆滑移配合。

所述的第二有杆腔132与第一有杆腔112通过主活塞12上的连接口122相连通。这样的方式使得第二有杆腔132与第一有杆腔112连通可靠。

所述的活塞杆13上设有使得第二无杆腔131与外界相连通的出气口134。这样的结构使得主活塞及活塞杆动作可靠，平稳。

实施例二中的油缸本发明液压系统中的伸缩油缸所采用，伸缩油缸在工作时需要倒置安装，普通油缸存在漏油风险，采用本发明实施例二的油缸可以避免油缸漏油。由缸体和主活塞上表面组成容腔V1（第一无杆腔），由缸体、主活塞下表面和活塞杆外表面组成容腔V2（第一有杆腔），由活塞杆内表面、主活塞下表面和导向活塞上表面组成容腔V3（第二有杆腔），活塞杆内表面、导向活塞下表面组成容腔V4（第二无杆腔），V4通过出气口与大气联通，V2和V3通过连接口联通。另外第一无杆腔通过活塞杆内壁环形油道供油，第一有杆腔通过芯管供油，芯管通过导向杆向第一有杆腔供油，导向杆中设有供油通道。当液压油通过环形油道进入无杆腔时，活塞杆和主活塞伸出，容腔V1增加，容腔V2和V3减小，容腔V4增加并且从大气进行吸气。容腔V1的增加量ΔV1，容腔V2的减小量ΔV2，容腔V3的减小量ΔV3，由于V2和V3联通，因此ΔV1近似约等于ΔV2+ΔV3，油缸近似为对称油缸。

一种全闭式液压系统，包括动作装置2和两套控制装置3，每一套控制装置3均包括闭式泵31、补油泵32、单向阀33和稳定系统压力的第一溢流阀34，所述的补油泵32通过单向阀33与闭式泵31相连通，所述的闭式泵31通过换向阀4与动作装置2相连通，所述的动作装置2包括变幅油缸21、主卷马达22、副卷马达23、伸缩油缸24，所述的变幅油缸21采用上述的油缸1，所述的伸缩油缸采用上述的油缸1。本发明采用的全闭式液压系统，闭式泵可以使得系统中液压油一直循环利用，实现了各动作平顺的切换，提高了复合动作的效果，并且具有操纵平稳、节能、能量回收比较容易，液压元件较少，体积过小，装配方便，成本少，使用寿命长等优点。

所述的控制装置3包括第一控制装置35和第二控制装置36，所述的换向阀4包括第一换向阀41和第二换向阀42，所述的第一控制装置35通过第一换向阀41分别与变幅油缸21、主卷马达22、伸缩油缸24相连接，所述的第二控制装置36通过第二换向阀42分别与变幅油缸21、副卷马达23、伸缩油缸24相连接。这样的结构使得只要用两个闭式泵就能实现起重机伸缩臂的动作，减少了成本，同时产品动作可靠，平稳，安全性能比较高，使用寿命长。

所述的第一换向阀41和第二换向阀42均采用三位八通换向阀。

还包括第二溢流阀37，第二溢流阀37的进油口与补油泵32的出油口相连接，第二溢流阀37的出油口与油箱5相连接。第二溢流阀的设置保证补油阀出口压力，使得系统动作平稳可靠。

一种全闭式液压系统的控制方法，采用上述的全闭式液压系统，当主卷马达22或副卷马达23单独动作时，闭式泵31通过换向阀4给主卷马达22或副卷马达23供油，控制主卷马达22或副卷马达23动作，当变幅油缸21或伸缩油缸24单独动作时，闭式泵31通过换向阀4给变幅油缸21或伸缩油缸24供油，同时补油泵32通过单向阀33、换向阀4给变幅油缸21或伸缩油缸24供油，控制变幅油缸21或伸缩油缸24动作；变幅油缸21和伸缩油缸24不能复合动作；当变幅油缸21、主卷马达22、副卷马达23、伸缩油缸24中除了变幅油缸21和伸缩油缸24不能复合动作外，任一两项组合复合动作时，给主卷马达22或者副卷马达23供油时控制装置3均只通过闭式泵31供油，给变幅油缸21或者伸缩油缸24供油时控制装置3均通过闭式泵31与补油泵32共同供油。

本发明结合液压系统进行具体的说明：

一．液压系统单独控制动作时

1.卷扬单独动作以主卷联为例，第一换向阀41处于中位，闭式泵31电磁阀得电，闭式泵排量由零增大，驱动主卷马达22。

2.油缸单独动作以变幅联为例，变幅起时，第一换向阀41的电磁阀41a和第二阀向阀42的电磁阀42a同时得电，控制装置3中的第一控制装置35和第二控制装置36上的闭式泵31电磁阀31a得电，控制装置中的液压油进入第一无杆腔，第一有杆腔的液压油通过第一换向阀和第二换向阀回闭式泵，由于变幅油缸只是近似“对称”，所以需要补油泵32通过单向阀补充少量的油，具体的说补油泵通过两个单向阀分别与第一无杆腔和第一有杆腔相连通，工作时，补油泵只连通一个单向阀（下同，不做赘述），补油压力通过第二溢流阀37控制（当变幅油缸、伸缩油缸单独动作时，第一控制装置和第二控制装置同时供油，为描述方便，只针对第一控制装置进行说明，第二控制装置结构与第一控制装置结构相同，控制方式相同，不作特别说明，下同）；变幅落时，第一换向阀41的电磁阀41a得电，闭式泵31电磁阀31b得电，闭式泵31的液压油进入第一有杆腔，第一无杆腔的液压油通过第一换向阀回闭式泵，由于变幅油缸只是近似“对称”，所以需要通过第一溢流阀进行溢流少量油，溢流的压力通过第一溢流阀进行控制。

二.复合动作

起重机最常用的复合动作包括：主卷与副卷、主卷与变幅、主卷与伸缩、副卷与变幅、副卷与伸缩。伸缩和变幅不做复合动作。

1.主卷与副卷第一控制装置的闭式泵通过第一换向阀41驱动主卷马达22，需要复合副卷时，第二控制装置的闭式泵供油，通过第二换向阀42驱动副卷马达23，实现主卷与副卷的复合。

2.主卷与变幅第一控制装置的闭式泵通过第一换向阀41驱动主卷马达22，需要复合变幅时，第二控制装置的闭式泵供油，通过第二换向阀42的电磁阀42a得电，驱动变幅油缸21，实现主卷与变幅的复合。

3.主卷与伸缩第一控制装置闭式泵通过第一换向阀41驱动主卷马达22，需要复合伸缩时，第二控制装置的闭式泵供油，通过第二换向阀42的电磁阀42b得电，驱动伸缩油缸24，实现主卷与伸缩的复合。

4.副卷与变幅第二控制装置的闭式泵通过第二换向阀42驱动副卷马达23，需要复合变幅时，第一控制装置闭式泵供油，通过第一换向阀41的电磁阀41a得电，驱动变幅油缸21，实现副卷与变幅的复合。

5.副卷与伸缩第二控制装置的闭式泵通过第二换向阀42驱动副卷马达23，需要复合伸缩时，第一控制装置闭式泵供油，通过第一换向阀41的电磁阀41b得电，驱动伸缩油缸24，实现副卷与伸缩的复合。

实施例三：参看附图5，取消原系统中的第一溢流阀，用平衡阀(或液控单向阀)代替，平衡阀(或液控单向阀)的进油口和控制油口与单向阀出油口相连通，平衡阀(或液控单向阀)的出油口与油箱相连通，使得平衡阀(或液控单向阀)分流油缸第一无杆腔多余的液压油的目的，使得系统压力平稳。

实施例四：参看附图3、6，本发明实施例四中取消了伸缩油缸的活塞杆上环形油道的设置，用软管卷筒代替，使得软管直接与油缸的第一无杆腔相连通，这样的结构使得油缸结构简单，但是在实际生产中存在空间较大，装配麻烦的缺陷。

实施例五：参看附图7、8，本发明实施例五中的油缸上的主活塞上设有缺口，活塞杆上设有与缺口相连通的容置槽，活塞杆与主活塞配合形成几字形。工作中，第一无杆腔内的液压油通过缺口进入容置槽，此时第一无杆腔液压油充满活塞杆内，将主活塞的部分作用力转移至进油处，因此在保持油缸同样稳定情况下可将活塞杆变小，即：主活塞第一无杆腔与第一有杆腔的面积差减少，使得工作中油缸近似对称油缸，从而保证液压系统动作的平稳可靠。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (9)

1.一种油缸，包括缸体，其特征在于:所述的缸体内设有主活塞和活塞杆，所述的主活塞将缸体内的空间分隔成第一无杆腔和第一有杆腔，所述的活塞杆一端与主活塞相连接，另一端穿过第一有杆腔伸出缸体外，所述的主活塞与缸体直线滑移配合，所述的活塞杆内设有导向活塞和导向杆，所述的导向活塞将活塞杆内的空间分隔成第二无杆腔和第二有杆腔，所述的第二有杆腔与第一有杆腔相连通，所述的导向杆穿过主活塞并与缸体相连接，所述的导向活塞与活塞杆直线滑移配合。

2.根据权利要求1所述的油缸，其特征在于所述的导向杆内套接有用于进油或出油的芯管，所述的导向杆依次穿过主活塞、缸体并与第一有杆腔相连通，所述的活塞杆上设有环形油道，所述的主活塞上设有连通环形油道与第一无杆腔的通孔。

3.根据权利要求2所述的油缸，其特征在于所述的第二有杆腔与第一有杆腔通过主活塞上的连接口相连通。

4.根据权利要求1所述的油缸，其特征在于所述的活塞杆上设有使得第二无杆腔与外界相连通的出气口。

5.一种全闭式液压系统，其特征在于:包括动作装置和两套控制装置，每一套控制装置均包括闭式泵、补油泵、单向阀和稳定系统压力的第一溢流阀，所述的补油泵通过单向阀与闭式泵相连通，所述的闭式泵通过换向阀与动作装置相连通，所述的动作装置包括变幅油缸、主卷马达、副卷马达、伸缩油缸，所述的变幅油缸采用权利要求1所述的油缸，所述的伸缩油缸采用权利要求2所述的油缸。

6.根据权利要求5所述的全闭式液压系统，其特征在于所述的控制装置包括第一控制装置和第二控制装置，所述的换向阀包括第一换向阀和第二换向阀，所述的第一控制装置通过第一换向阀分别与变幅油缸、主卷马达、伸缩油缸相连接，所述的第二控制装置通过第二换向阀分别与变幅油缸、副卷马达、伸缩油缸相连接。

7.根据权利要求6所述的全闭式液压系统，其特征在于所述的第一换向阀和第二换向阀均采用三位八通换向阀。

8.根据权利要求6所述的全闭式液压系统，其特征在于还包括第二溢流阀，第二溢流阀的进油口与补油泵的出油口相连接，第二溢流阀的出油口与油箱相连接。

9.一种全闭式液压系统的控制方法，其特征在于：采用权利要求5所述的全闭式液压系统，当主卷马达或副卷马达单独动作时，闭式泵通过换向阀给主卷马达或副卷马达供油，控制主卷马达或副卷马达动作，当变幅油缸或伸缩油缸单独动作时，闭式泵通过换向阀给变幅油缸或伸缩油缸供油，同时补油泵通过单向阀、换向阀给变幅油缸或伸缩油缸供油，控制变幅油缸或伸缩油缸动作；变幅油缸和伸缩油缸不能复合动作；当变幅油缸、主卷马达、副卷马达、伸缩油缸中除了变幅油缸和伸缩油缸不能复合动作外，任一两项组合复合动作时，给主卷马达或者副卷马达供油时控制装置均只通过闭式泵供油，给变幅油缸或者伸缩油缸供油时控制装置均通过闭式泵与补油泵共同供油。