一种叉车工作装置的控制回路
技术领域
本发明涉及一种用于控制叉车工作机构的液压系统,属于叉车配套设施,特别用于叉车工作装置,降低其工作能耗的控制回路。
背景技术
在叉车上,由液压缸驱动的工作装置的典型工作任务就是叉起重物并将其转运至其他位置,工作装置需要频繁上下往复运动,由于工作装置自身重量和货物重量较大,液压缸驱动其上升时需要克服重力做功,工作装置下降时,工作装置及叉起的重物的重力势能经液压阀节流转换为热能消耗掉,不仅浪费能源,同时还使油温升高、增加系统故障率。如果能将工作装置和重物下降时的重力势能回收利用,将有可观的节能效果。
申请号为201510156788.X的发明专利公开了一种方法,将起升机构下降时的重力势能通过双向泵驱动电机发电并将电能储存在蓄电池中,但是需要解决电池频繁快速充放电带来的电池寿命和充放电效率问题,并且该种方式在重力势能变化率大时,难以高效回收存储发出的电能。专利号为CN203767941U的实用新型专利公开了一种采用蓄能器和涡卷弹簧双重回收负载势能的方法,涡卷弹簧在负载匹配时较难,并且在频繁举升过程中,易疲劳,采用蓄能器方式回收势能,目前常规的方法是供到泵的进油口或者添加一套马达作为辅助驱动,存在二次能耗问题,能量回收再利用效率也低。为了改善这一状况,专利号为CN102561442A的发明专利采用一个气缸进行能量回收利用,使能量回收的液压系统结构简化,但是需要添加第三个独立的气缸。发明专利(CN102518606A)中公开的方法与之类似,三个液压缸回收能量的原理通过专利(CN102660972A)中公开的方法在挖掘机上得以实现,但是采用三油缸的方法对设备机械结构的改动较大,会影响举升机构的机械性能,破环结构完整性。
发明内容
针对现有技术中的不足,本发明提出一种叉车工作装置的控制回路,该回路只需要替换现有液压缸并添加一套独立的液压系统,不需要改变叉车现有的机械结构,适用于各种吨位的机型。
本发明提供的一种叉车工作装置的控制回路,包括有:叉车工作机构,工作装置驱动回路,控制手柄,控制器,其中,叉车工作机构包括车架、货叉、挡货架、门架、起升机构、倾斜机构和配重等。
发明还包括有:起升液压缸是具有三个容腔的液压缸,起升回收液压系统连接起升液压缸的回收腔。
起升回收液压系统包括有:比例阀,平衡蓄能器,备用故障吸油阀,平衡腔溢流阀,平衡腔压力传感器,平衡腔补油阀,平衡腔电磁阀,定量泵,伺服电机,调压腔电磁阀,调压蓄能器,调压腔溢流阀,调压腔压力传感器,调压腔补油,回收控制器。
起升回收液压系统采用起升机构回收控制器控制。
控制手柄的输出端口连接在控制器的控制输入端口Com口上,控制器的泵信号输出端口o2口连接在工作装置驱动回路的in1口上,控制器的阀信号输出端o3口连接在工作装置驱动回路的in2口上,控制器的起升机构回收输出端口o1口连接在起升机构回收控制器的输入端口in3口上,控制器的压力信号输入端口in1口连接在工作装置驱动回路的输出口o1口上。工作装置驱动回路的工作油口A1连接在起升液压缸的B口上,工作装置驱动回路的工作油口B1连接在起升液压缸的A口上。起升液压缸的缸体通过销轴连接在车架上,起升液压缸的活塞杆通过销轴连接在链条或门架上。
起升机构回收系统中的比例阀一端连接在起升液压缸的回收腔工作油口,另一端与平衡腔溢流阀高压口、平衡腔压力传感器、平衡腔补油阀出口、平衡蓄能器和平衡腔电磁阀的一端相连,平衡腔电磁阀的另一端和定量泵的左侧口相连,定量泵的右侧口和调压腔电磁阀的左侧口相连,定量泵的驱动口与伺服电机连接在一起,调压腔电磁阀的右侧口与调压蓄能器、调压腔溢流阀高压口、调压腔压力传感器、调压腔补油阀出口相连,平衡腔溢流阀的出口、平衡腔补油阀的进口、调压腔溢流阀的出口、调压腔补油阀的进口均与油箱相连,备用故障吸油阀一端连接在起升液压缸的回收腔油口,另一端连接油箱。平衡腔压力传感器的信号和调压腔压力传感器的信号分别与起升机构回收控制器的in1口和in2口连接,经过计算的控制信号通过起升机构回收控制器的o1、o2、o3、o4和o5口分别与调压腔电磁阀、伺服电机、平衡腔电磁阀、比例阀和备用故障吸油阀的控制出入端相连。
本发明所描述的一种叉车工作装置的控制回路,其工作装置驱动回路,可以是开式液压回路,也可以是泵控的闭式液压回路。
本发明所描述的开式液压回路,包括有起升机构控制阀,溢流阀,主泵,油箱,主机。主机的输出轴与主泵主轴相连,主泵的吸油口与油箱相连,主泵的出油口与溢流阀的高压口和起升控制阀的进油口相连,起升机构控制阀的回油口、中位回油口、溢流阀的低压口和油箱相连。阀控制输入信号通过驱动控制回路in2口与起升控制阀的控制端相连。工作装置驱动回路输出信号o1与控制器输入信号in1不使用。
本发明所描述的开式液压回路,包括有起升机构控制阀,溢流阀,主泵,油箱,主机,压力传感器,压力信号控制器。主机的输出轴与主泵主轴相连,主泵的吸油口与油箱相连,主泵的出油口与溢流阀的高压口和起升机构控制阀的进油口相连,起升机构控制阀的回油口、中位回油口、溢流阀的低压口和油箱相连。阀控制输入信号通过in2口与起升控制阀的控制端相连,泵控制输入信号in1与主泵的控制端相连。压力传感器分别连接在液压缸的四个工作油口上,其信号进入压力信号控制器,并通过工作装置驱动回路输出口o1输出。
本发明所描述的开式液压回路,包括有溢流阀,主泵,油箱,主机,压力传感器,压力信号控制器,5个起升控制比例阀,从上到下依次为:起升液压缸再生控制阀、起升液压缸伸出腔口回油阀、起升液压缸缩回腔口回油阀、起升液压缸缩回腔口进油阀、起升液压缸伸出腔进油阀。主机的输出轴与主泵主轴相连,主泵的吸油口与油箱相连,主泵的出油口与溢流阀的高压口、两个起升控制进油阀的P口连接,两个起升控制回油阀的T口和油箱连接。起升控制阀组中,液压缸伸出腔进油阀的出口和液压缸伸出腔回油阀的出口与一个工作油口B1相连,液压缸缩回腔进油阀的出口、液压缸缩回腔回油阀的出口与另一个工作油口A1相连,再生控制阀的两个油口分别与液压缸两个工作油口相连。两个传感器连接在两个工作油口上,另一个压力传感器连接在泵的出油口上,压力传感器信号分别进入压力信号控制器中,并通过输出端口o1输出,输入信号in1通过压力信号控制器处理,按设定策略分别对阀和泵进行控制,实现液压缸控制。
本发明所描述的泵控闭式液压回路,包括有溢流阀,主泵,油箱,主机,压力传感器,压力信号控制器,补油阀。主机的输出轴与主泵主轴相连,主泵的两个口分别与液压缸缩回腔工作油口、液压缸伸出腔工作油口、溢流阀、补油阀连接,压力传感器分别连接在液压缸各工作油口上,压力传感器的信号进入压力信号控制器并通过o1口输出,泵控制信号从in1口进入系统并控制起升系统泵的排量,直接控制液压缸。
在本发明所描述的液压回路中,主机除电动机外还可以是汽油机,柴油机等其他动力元件。主机、主泵的数量可以为1个或多个。
本发明所描述的一种叉车工作装置的控制回路与现有技术相比所具有的优点如下:
(1)可有效回收叉车起升机构重复上升与下降工作装置的势能并在其上升过程中高效释放存储的能量,节省能源。
(2)可以实时调节高压蓄能器内的压力,从而调节整个系统的平衡力,适应于多种工况。
(3)可以提高作业效率。将该发明应用于需要频繁上升与下降的工作装置,在工作装置上升时,液压缸所需流量减小,因此可以提高工作装置的上升速度,从而提高作业效率。
(4)不改变原有机械结构。用于机器改装时,无需改变原有机械结构,空间需求较小,不仅适用于由双液压缸驱动的工作装置,也适用于由单个液压缸驱动的小型工作装置。
附图说明
图1是采用本发明的叉车整体结构图
图2是本发明的三容腔液压缸结构。
图3是本发明实施例1中工作装置驱动回路的可选方式之一,为定量泵节流液压系统。
图4是本发明实施例2中工作装置驱动回路的可选方式之一,为负载敏感液压系统。
图5是本发明实施例3中工作装置驱动回路的可选方式之一,为五阀型式的进出口独立控制液压系统。
图6是本发明实施例4中工作装置驱动回路的可选方式之一,为泵控闭式液压系统。
图中,1-控制手柄,2-控制器,3-工作装置驱动回路,4-起升液压缸,5-驾驶室,6-配重,7-转向机构,8-车架,9-倾斜液压缸,10-门架,11-比例阀,12-平衡蓄能器,13-备用故障吸油阀,14-平衡腔溢流阀,15-平衡腔压力传感器,16-平衡腔补油阀,17-平衡腔电磁阀,18-定量泵,19-伺服电机,20-调压腔电磁阀,21-调压蓄能器,22-调压腔溢流阀,23-调压腔压力传感器,24-调压腔压力补油阀,25-起升机构回收控制器,26-起升机构回收控制系统,27-挡货架,28-货叉,29-起升机构,37-压力信号控制器,30-比例阀,31-溢流阀,32-泵,33-邮箱,34-主机,35-单向调速阀,36-压力传感器,41-补油阀,38-液压缸中心杆,39-液压缸活塞杆,40-液压缸缸体,A-液压缸缩回腔油口,B-液压缸伸出腔油口,C-液压缸回收腔油口,a-液压缸缩回腔,b-液压缸伸出腔,c-液压缸回收腔,A1-第一工作油口,B1-第二工作油口,3001-起升液压缸再生控制阀,3002-起升液压缸伸出腔口回油阀,3003-起升液压缸缩回腔口回油阀,3004-起升液压缸缩回腔口进油阀,3005-起升液压缸伸出腔进油阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1:如图1所示,本发明提供的一种叉车工作装置的控制回路包括有:叉车工作机构,工作装置驱动回路3,控制手柄1,控制器2,其中,叉车工作机构包括车架8、货叉28、挡货架27、门架10、起升机构29、倾斜液压缸9、驾驶室5和配重6。发明还包括有:起升液压缸4是具有三个容腔的液压缸,起升液压缸4的回收腔连接起升回收液压系统25。起升回收液压系统包括有:11-比例阀,12-平衡蓄能器,13-备用故障吸油阀,14-平衡腔溢流阀,15-平衡腔压力传感器,16-平衡腔补油阀,17-平衡腔电磁阀,18-定量泵,19-伺服电机,20-调压腔电磁阀,21-调压蓄能器,22-调压腔溢流阀,23-调压腔压力传感器,24-调压腔压力补油阀,25-起升机构回收控制器。
控制手柄1的输出端口连接在控制器2的控制输入端口Com口上,控制器2的泵信号输出端口o2口连接在工作装置驱动回路3的in1口上,控制器2的阀信号输出端口o3口连接在工作装置驱动回路3的in2口上,控制器2的起升回收输出端口o1口连接在起升机构回收控制器25的输入端口in3口上。
工作装置驱动回路3的第一工作油口A1连接在起升液压缸4的伸出腔油口B口上,工作装置驱动回路3的第二工作油口B1连接在起升液压缸4的缩回腔油口A口上。起升液压缸4的缸体通过销轴连接在门架10上,起升液压缸6的活塞杆通过销轴连接在起升机构29上。
其中,起升机构回收控制系统26中的比例阀11一端连接在起升液压缸4的回收腔C口,另一端与平衡腔溢流阀14高压口、平衡腔压力传感器15、平衡腔补油阀16出口、平衡蓄能器12和平衡腔电磁阀17的一端相连,平衡腔电磁阀17的另一端和定量泵18的左侧口相连,定量泵18的右侧口和调压腔电磁阀20的左侧口相连,定量泵18的驱动口与伺服电机19连接在一起,调压腔电磁阀20的右侧口与调压蓄能器21、调压腔溢流阀22高压口、调压腔压力传感器23、调压腔补油阀24出口相连,平衡腔溢流阀15的出口、平衡腔补油阀16的进口、调压腔溢流阀22的出口、调压腔补油阀24的进口均与油箱相连,备用故障吸油阀13一端连接在起升液压缸的回收腔油口,另一端连接油箱。平衡腔压力传感器15的信号和调压腔压力传感器23的信号分别与起升机构回收控制器25的in1口和in2口连接,经过计算的控制信号通过起升机构回收控制器24的o1、o2、o3、o4和o5口分别与调压腔电磁阀20、伺服电机19、平衡腔电磁阀17、比例阀11和备用故障吸油阀的控制输入端相连。
本发明的工作装置驱动回路采用开式液压回路,图3所示,开式液压回路包括有起升控制阀30,溢流阀31,主泵32,油箱33,主机34,单向调速阀35。其中,主机34的输出轴与主泵32主轴相连,主泵32的吸油口与油箱33相连,主泵32的出油口与溢流阀31的高压口和起升控制阀30的进油口相连,起升控制阀30的回油口、中位回油口、溢流阀31的低压口和油箱相连。起升控制阀的出油口分别为第一工作油口A1、第二工作油口B1,阀控制输入信号通过in2口与起升控制阀的控制端相连。工作装置驱动回路输出信号o1与控制器输入信号in1不使用。
如图1-图3所示,在该实施例中,工作装置驱动回路3采用如图3所示的采用定量泵节流液压系统的开式回路。起升液压缸的结构如图2所示,工作装置驱动回路中的A1、B1工作油口分别连接在起升液压缸伸出腔油口B口和缩回腔油口A口,起升液压缸回收腔油口C口连接在起升机构回收控制器25中的比例阀11的左侧油口上,本实施例以起升工作装置为例。
初始状态下,工作装置处于较低位置时,起升液压缸全回缩,各电磁阀和比例阀均处于关闭状态,主泵32输出的液压油通过起升控制阀30中位流回油箱33。
当控制手柄1产生起升信号时,控制器2接收信号并通过控制程序或策略设定,将控制信号通过o3端口输出到工作装置驱动回路的in2口,并进入起升控制阀30的信号输入端,起升控制阀移动到左位,第二工作油口B1出油、第一工作油口A1回油。同时将控制信号通过o1端口输出到起升回收系统控制器25的in3口,根据平衡蓄能器12内液压油压力状态,通过控制程序或策略设定控制比例阀11开启或关闭。主泵32输出的液压油通过单向调速阀35单向阀侧进入起升液压缸B腔,如果比例阀11打开,则平衡蓄能器12通过比例阀11与起升液压缸4平衡油口C沟通,向起升液压缸4平衡腔c供油,起升液压缸4的工作油口A通过起升控制阀30与油箱沟通回油,使工作装置举升。
当控制手柄1产生起升装置下降信号时,控制器2接收信号并通过运算,将控制信号通过o3端口输出到工作装置驱动回路的in2口,并进入起升控制阀30的信号输入端,起升控制阀移动到右位,第二工作油口B1出油、第1工作油口A1回油。同时将控制信号通过o1端口输出到起升回收系统控制器25的in3口,通过控制程序或策略设定控制比例阀11开启或关闭。由于工作装置或货物自重,起升液压缸4开始回缩,压缩b腔油液通过起升液压缸伸出腔油口B口回到第一工作油口A1口,并同时压缩c腔油液通过起升液压缸回收腔油口C口进入起升机构回收控制器26,通过比例阀11进入平衡蓄能器12,下落过程中的一部分能量因此存储在平衡蓄能器12中。
在起升液压缸不断举升和下降的过程中,平衡蓄能器12的压力通过平衡腔压力传感器15检测,当压力大于最高设定值时,信号通过in2口进入起升机构回收控制器25,开启平衡腔电磁阀17和调压腔电磁阀20,并驱动伺服电机19带动定量泵18将平衡蓄能器12的高压油转移到调压蓄能器21中。当压力小于某设定值时,压力信号通过in2口进入起升机构回收控制器25,开启平衡腔电磁阀17和调压腔电磁阀20,并驱动伺服电机19带动定量泵18将调压蓄能器21的液压油转移到平衡蓄能器12中。通过这种方式维持平衡蓄能器12的压力在合理高效范围内。平衡蓄能器12和调压蓄能器21均安装有溢流阀和补油阀,用于压力峰值的系统保护和吸空时的补油。
调压腔压力传感器监测调压蓄能器压力,在其压力过高且无法向平衡端转移时报警提示泄压,在其压力过低且平衡端无法向其转移油液时提示低压。
当起升机构回收控制器出现不可预知故障,并在非可维修状态时,可手动打开备用故障吸油阀使系统可以继续正常运转,此备用阀为紧急情况下的解决方案,不推荐长期使用,需在设备故障发生后在可维修时段对设备进行维护。
实施例2:本发明的工作装置驱动回路采用如图4所示的负载敏感液压系统,它包括有压力信号控制器37,起升控制阀30,溢流阀31,主泵32,油箱33,主机34,单向调速阀35,压力传感器36。其中,主机34的输出轴与主泵32主轴相连,主泵32的吸油口与油箱33相连,主泵32的出油口与溢流阀31的高压口和起升控制阀30的进油口相连,起升控制阀30的回油口、中位回油口、溢流阀31的低压口和油箱相连。
起升控制阀的出油口分别为第一工作油口A1、第二工作油口B1,阀控制输入信号通过in2口与起升控制阀的控制端相连,泵控制输入信号in1与主泵32的控制端相连。压力传感器36分别连接在第一工作油口A1、第二工作油口B1、起升控制阀30的负载传感油口以及主泵的出油口,其信号进入压力信号控制器37,并通过输出口o1输出。
实施例3:本发明的工作装置驱动回路采用如图5所示的五阀型式的进出口独立控制式液压系统回路,包括有溢流阀31,主泵32,油箱33,主机34,压力传感器36,压力信号控制器37,起升液压缸再生控制阀3001,起升液压缸伸出腔口回油阀3002,起升液压缸缩回腔口回油阀3003,起升液压缸缩回腔口进油阀3004,起升液压缸伸出腔进油阀3005;主机34的输出轴与主泵32主轴相连,主泵32的吸油口与油箱33相连,主泵32的出油口分别与溢流阀31的高压口、起升液压缸伸出腔进油阀3005的P口、起升液压缸缩回腔进油阀3004的P口连接,起升液压缸伸出腔回油阀3002、起升液压缸缩回腔回油阀3003均和油箱连接。
起升液压缸伸出腔进油阀的出口、起升液压缸伸出腔回油阀的出口与第二工作油口B1相连,起升液压缸缩回腔进油阀的出口、起升液压缸缩回腔回油阀的出口与第一工作油口A1相连,起升再生控制阀的两个油口分别与与第一工作油口A1口和第二工作油口B1口相连;
三个传感器36连接在第一、第二工作油口和主泵出口,三个传感器的采集信号分别进入压力信号控制器37中,并通过输出端口o1输出,输入信号in1和in2通过压力信号控制器37按程序设计或策略控制比例阀,实现起升液压缸工作。
实施例4:如图6所示,本实施例的工作装置驱动回路采用泵控闭式液压回路。所述泵控闭式液压系统,包括有溢流阀31,主泵32,油箱33,主机34,压力传感器36,压力信号控制器37,补油阀41。其中,主机34的输出轴与主泵32主轴相连,主泵32的两个工作油口(缩回腔油口A、伸出腔油口B),两个工作油口连接有两个溢流阀31、两个补油阀37,压力传感器36分别连接在两个工作油口上,压力传感器的信号进入压力信号控制器37并通过o1口输出,泵控制信号从in1口进入系统并控制起升系统泵的排量,直接控制液压缸动作。
说明:本发明所述的控制器2和起升机构回收控制器25均采用西门子SIMATICS7-300,压力信号控制器37采用西门子SIMATICET200分布式I/O。
上述仅本发明较佳可行的实施例,非因此局限本发明保护范围,依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。