CN106517019B - 绞车液压控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于液压控制领域，具体涉及一种针对绞车动作控制的绞车液压控制系统。为了解决目前常规液压控制系统在对绞车进行动作控制时，由于外界负载的不稳定而无法通过控制换向阀的开口量完成对进入液压马达流量控制的问题，本发明公开了一种绞车液压控制系统。该绞车液压控制系统，包括液压泵、液压马达和油箱，主换向阀、旁通补偿阀、减压阀、第一先导控制阀组以及第一梭阀。本发明公开的绞车液压控制系统，通过第一梭阀与旁通补偿阀的配合，对流过主换向阀进入液压马达的流体流量进行控制，从而使进入液压马达的流体流量只与主换向阀的阀芯开口量有关，而与外界负载的变化无关，从而提高对系统流量控制的准确性和可靠性。

Description

绞车液压控制系统
技术领域
本发明属于液压控制领域，具体涉及一种针对绞车动作控制的绞车液压控制系统。
背景技术
绞车是一种通过卷筒缠绕钢丝绳或链条进行提升或牵引重物工作的轻小型起重设备。绞车是可以单独使用，也可以作为起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件。因为其操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用，主要运用于建筑、水利工程、林业、矿业、码头等物料升降或平拖。
目前，在海上平台的锚绞设备中，通常是借助液压控制系统对液压马达进行转动控制，然后由液压马达驱动绞车动作，从而完成抛锚和起锚的操作以及其他与绞车相关的操作。然而，在现有的常规液压控制系统中，主要是通过调节液压系统中主换向阀的开口量，控制通过换向阀的流体流量，从而控制进入液压马达中的流体流量，即控制液压马达的输出转速。
但是，在实际工作中发现，由于海上平台的工作环境复杂，绞车经常受到各种无法预料的外在作用力，例如风浪。这样导致该常规液压控制系统的负载，即液压马达的负载经常发生变化。由阀口公式：可知，其中，q为通过液压阀的流体流量，Cq为流体的流量系数，A为液压阀的阀口开启面积，Δp为液压阀的阀口两端压力差，ρ为流体的密度。在流体不变的情况下，Cq和ρ为固定常量。此时在液压阀的阀口开启面积A保持不变的情况下，液压阀的阀口两端压力差Δp发生变化时，通过液压阀的流体流量q也发生变化。因此，在外界负载不稳定的情况下，液压阀的阀口两端压力差Δp也会发生变化，此时常规液压控制系统无法单纯通过控制换向阀的开口量实现对通过换向阀的流量控制，即无法控制进入液压马达的流体流量。
发明内容
为了解决目前常规液压控制系统在对绞车进行动作控制时，由于外界负载的不稳定而无法通过控制换向阀的开口量完成对进入液压马达流量控制的问题，本发明提出了一种绞车液压控制系统。该绞车液压控制系统，包括液压泵、液压马达和油箱，主换向阀、旁通补偿阀、减压阀、第一先导控制阀组以及第一梭阀；其中，
所述液压泵的吸油口与所述油箱连接，所述液压泵的出油口同时与所述主换向阀的进油口、所述旁通补偿阀的进油口以及所述减压阀的进油口连接；
所述主换向阀的回油口与所述油箱连接，所述主换向阀的两个工作油口分别与所述液压马达的进、出油口连接；
所述旁通补偿阀的出油口与所述油箱连接，所述旁通补偿阀的控制油口与所述第一梭阀的出油口连接；
所述减压阀的出油口与所述第一先导控制阀组的进油口连接；
所述第一先导控制阀组的回油口与所述油箱连接，所述第一先导控制阀组的工作油口与所述主换向阀的控制油口连接；
所述第一梭阀的两个进油口分别与所述主换向阀的两个工作油口连接。
优选的，该绞车液压控制系统还包括一个溢流阀，其中，所述溢流阀的进油口与所述旁通补偿阀的控制油口连接，所述溢流阀的出油口与所述油箱连接。
优选的，该绞车液压控制系统还包括节流补偿阀，所述节流补偿阀位于所述液压泵与所述主换向阀之间；其中，所述节流补偿阀的进油口与所述液压泵的出油口连接，所述节流补偿阀的出油口与所述主换向阀的进油口连接，所述节流补偿阀的控制油口与所述第一梭阀的出油口连接。
优选的，所述第一先导控制阀组包括手柄和两个手动比例换向阀；所述手柄与两个手动比例换向阀的换向机构连接，所述两个手动比例换向阀的进油口与所述减压阀的出油口连接，所述两个手动比例换向阀的回油口与所述油箱连接，所述两个手动比例换向阀的工作油口分别与所述主换向阀的两个控制油口连接。
优选的，该绞车液压控制系统还包括第二先导控制阀组、第二梭阀和第三梭阀；所述第二先导控制阀组的进油口与所述减压阀的出油口连接，所述第二先导控制阀组的回油口与所述油箱连接，所述第二先导控制阀组的工作油口与所述第二梭阀和所述第三梭阀的其中一个进油口连接，所述第二梭阀和所述第三梭阀的另一个进油口与所述两个手动比例换向阀的出油口连接，所述第二梭阀和所述第三梭阀的出油口分别与所述主换向阀的两个控制油口连接。
进一步优选的，所述第二先导控制阀组包括放大器和两个先导电控比例换向阀，其中所述先导电控比例换向阀的换向机构与所述放大器连接。
优选的，该绞车液压控制系统还包括一个用于系统扩展的第四梭阀；所述第四梭阀的出油口与所述旁通补偿阀的控制油口和所述节流补偿阀的控制油口连接；所述第四梭阀的一个进油口与所述第一梭阀的出油口连接，另一个进油口与扩展系统中进入执行机构的高压油连接。
进一步优选的，所述旁通补偿阀采用二通插装阀。
进一步优选的，该绞车液压控制系统设有两个所述主换向阀。
进一步优选的，所述主换向阀选用三位四通换向阀，且中位机能为P型。
与常规液压控制系统相比，采用本发明的绞车液压控制系统对绞车进行动作控制，具有以下有益效果：
1、本发明的绞车液压控制系统通过设置第一梭阀和旁通补偿阀，对通过主换向阀进入液压马达的油液流量进行负载负反馈控制。当液压马达的负载变大或变小时，第一梭阀将系统中的最大负载压力引至旁通补偿阀的控制端。此时，旁通补偿阀将其控制端的负载压力和液压泵输出的油液压力进行比较，从而调节液压泵输出油液中通过该旁通补偿阀直接流回油箱的油液流量，即控制液压泵输出油液中流入主换向阀处的油液流量，进而对主换向阀进油口端的油液压力进行调整。这样在外界负载力发生变化时，通过对主换向阀进油口处油液压力的调整，使主换向阀的阀口两侧压力差保持稳定，进而使通过主换向阀的流体流量保持不变。从而使进入液压马达的流量只受主换向阀的阀芯开口量的控制，不受外界负载变化的影响，提高对进入液压马达中流体流量控制的准确性和稳定性。
2、本发明的绞车液压控制系统，通过设置节流补偿阀，对通过主换向阀进入液压马达的油液流量进行负载正反馈控制。这样不仅可以实现进入液压马达的油液流量不受负载变化的影响，而且通过与旁路补偿阀的负载负反馈控制相互配合，进一步提高对通过主换向阀流量控制的调节速度和调节过程的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本发明绞车液压控制系统的第一系统图；
图2是图1中第一先导控制阀组的结构示意图；
图3是本发明绞车液压控制系统的第二系统图；
图4是本发明绞车液压控制系统的第三系统图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明中的技术方案进行详细介绍。
结合图1所示，该绞车液压控制系统，包括液压泵11、液压马达12、油箱13、主换向阀2、旁通补偿阀31、减压阀4、第一先导控制阀组5和第一梭阀61。其中，液压泵11的吸油口与油箱13连接，液压泵11的出油口同时与主换向阀2的进油口P，旁通补偿阀31的进油口A3以及减压阀4的进油口A4连接。主换向阀2的回油口T与油箱13连接，工作油口A2和B2分别与液压马达12的进、出油口连接。旁通补偿阀31的出油口B3与油箱13连接，控制油口S3与第一梭阀61的出油口连接。减压阀4的出油口B4与第一先导控制阀组5的进油口连接，控制油口S4与油箱13连接。第一先导控制阀组5的回油口与油箱13连接，工作油口与主换向阀2两端的控制油口S21和S22连接。第一梭阀61的两个进油口分别与液压马达12的进、出油口连接，即分别与主换向阀2的两个工作油口A2和B2连接，从而将工作油口A2和B2两者中的高压油引致旁通补偿阀31的控制油口S3处。
结合图2所示，在本发明中，第一先导控制阀组5包括手柄51和两个先导手动比例换向阀52和53。手柄51与两个先导手动比例换向阀52和53的换向机构连接,用于控制先导手动比例换向阀52和53中油路的切换。两个先导手动比例换向阀52和53的进油口A52和A53相通，并与减压阀4的出油口B4连接。两个先导手动比例换向阀52和53的回油口T52和T53相通，并与该系统中的泄油口DR连接，泄油口DR与油箱13连接。两个先导手动比例换向阀52和53的工作油口B52和B53分别与主换向阀2的控制油口S21和S22连接。其中，在操作手柄51过程中，如果A52与B52接通，则T52关闭，B53与T53接通，A53关闭；如果A53与B53接通，则T53关闭，B52与T52接通，A52关闭。
结合图1所示，在本发明中，设有两个主换向阀2并且采用并联连接。这样可以提高整个系统的通流流量，以及换向操作过程的稳定性和可靠性。主换向阀2选用三位四通换向阀，并且中位机能为P型，即主换向阀2位于中位时，回油口T关闭，进油口P与工作油口A2和B2相通。这样当主换向阀2位于中位状态时，液压马达12的进、出油口相通内部所受的液压力彼此平衡，处于停止状态。并且通过控制主换向阀2换向，对液压马达12进行启动的过程也更加平稳。同样，在进行制动操作时，液压马达12的进、出油口同时接入高压油，因此制动过程也更加平稳。
优选的，旁通补偿阀31采用二通插装阀的结构。这样不仅安装方便，便于实现系统的集成化和模块化，而且二通插装阀具有通流量大的特性，因此可以满足系统对大流量的要求，
此外，在该绞车液压控制系统中设有多个外接端口。其中，GP1，用于检测液压泵11的出油口压力；GP2，用于检测主换向阀2的进油口P处压力；GA、GB，分别用于检测主换向阀2的出油口A2和B2处压力；G1，用于检测第一梭阀61的出油口压力；XA、XB，分别用于检测主换向阀2的控制油口S22和S21处压力；JP，用于检测减压阀4的出油口B4处压力，即控制油的压力；LS，用于检测旁通补偿阀31的控制油口S3处压力；DR，为泄油口与油箱13连接。
结合图1和图2所示，采用本发明的绞车液压控制系统对绞车进行动作控制的过程，主要有以下几个状态：
第一状态，在液压泵11开启，第一先导控制阀组5未操作时，主换向阀2位于中间位置，液压马达12处于停止状态。此时，液压泵11输出油液的流向分为三部分：第一部分流至主换向阀2的进油口P处，通过主换向阀2的工作油口A2和B2同时进入液压马达12的进、出油口；第二部分流至旁通补偿阀31的进油口A3处；第三部流至减压阀4的进油口A4处，经过减压阀4的降压处理后成为压力较低的控制油，控制油从出油口B4流至第一先导控制阀组5的进油口A52和A53处。
由于第一先导控制阀组5未被操作，手柄51位于中间状态，进油口A52和A53处于关闭状态。所以控制油无法通过先导手动比例换向阀52和53流到主换向阀2的控制油口S21和S22处，去驱动主换向阀2的阀芯进行换向操作。因此，液压马达12此时处于停止状态。
与此同时，第一梭阀61的两个进油口与主换向阀2的工作油口A2和B2相通，将工作油口A2和B2输出的高压油引至旁通补偿阀31的控制油口S3处。旁通补偿阀31的阀芯在进油口A3处的高压油和控制油口S3处的高压油以及内部弹簧的共同作用下处于平衡状态，使阀口保持一定的开度。因此，液压泵11输出的油液一部分通过回油口B3流回至油箱13处。此时，液压泵11输出到该绞车液压控制系统中的油液保持在低压小流量状态，用于补充各个液压元件的泄露量，这样可以减低整个系统的功率损失，提高系统的工作效率。
第二状态，对第一先导控制阀组5的手柄51进行操作时。减压阀4的出油口B4输出的控制油，通过先动手动比例换向阀52或53，流至主换向阀2的控制油口S21或S22处，从而驱动主换向阀2的主阀芯移动，进而将主换向阀2中的工作油口A2与进油口P(或回油口T)接通，工作油口B2与回油口T(或进油口P)接通，使液压马达12的进、出油口产生压力差，从而驱动液压马达12开始旋转，带动绞车工作。
第三状态，在手柄51保持换向动作不变，绞车正常工作过程时。如果液压马达12的负载突然变大(或变小)，则主换向阀2的阀口两侧压力差Δp发生变化，即进油口P与工作油口A2(或B2)之间的压力差变化，进而通过主换向阀2的流量发生变化。此时，通过旁通补偿阀31对系统负载压力的变化进行负反馈调整，达到对通过主换向阀2的流量控制，保证在手柄5保持换向动作不变的情况下，进入液压马达12的流量保持不变。即通过主换向阀2进入液压马达12的流量只受主换向阀2的阀芯开口量的控制，而不受外界负载变化的影响。
其中，旁通补偿阀31进行负反馈调整的过程为：当负载突然变大(或变小)时，主换向阀2的工作油口A2(或B2)处的压力油的压力升高(或减低)，并通过第一梭阀61流至旁通补偿阀31的控制油口S3处的压力油的压力升高(或降低)。此时，旁通补偿阀31的阀芯之前保持的平衡状态被破坏，阀芯发生移动，阀芯的开口量减小(或增大)，使通过回油口B3流回油箱13的油液减少(或增多)，流入主换向阀2的进油口P处的油液增多(或减少)，进而使主换向阀2的进油口P处的油液压力升高(或降低)，直至将进油口P与工作油口A2(或B2)之间的压力差重新恢复。此时通过主换向阀2的流量与负载变化前通过主换向阀2的流量保持一致。
结合图3所示，优选的，本发明的绞车液压控制系统还包括溢流阀32。溢流阀32的进油口与旁通补偿阀31的控制油口S3连接，出油口与油箱13连接。在液压马达12启动瞬间或受到的负载突然变大时，会产生一个压力冲击，并且该压力冲击通过第一梭阀61传至旁通补偿阀31的控制油口S3处。此时，在溢流阀32的作用下，可以对该压力冲击进行吸收和削弱，从而避免旁通补偿阀31受到压力冲击，提高该绞车液压控制系统的稳定性和旁通补偿阀31的使用寿命。其中，溢流阀32的开启压力设定为该绞车液压控制系统的安全压力即可。
优选的，该绞车液压控制系统还包括一个节流补偿阀7。节流补偿阀7位于液压泵11与主换向阀2之间，节流补偿阀7的进油口A7与液压泵11的出油口连接，节流补偿阀7的出油口B7与主换向阀2的进油口P连接，节流补偿阀7的控制油口S7与第一梭阀61的出油口连接。这样根据负载的变化，通过节流补偿阀7的自动调节，可以实现对通过主换向阀2的流量控制。在液压马达12的负载不变时，节流补偿阀7的阀芯在出油口B7处的压力油与控制油口S7处的压力油和内部弹簧的共同作用下处于平衡状态，使进油口A7与出油口B7相通。当液压马达12的负载变大(或变小)时，节流补偿阀7的阀芯受力失去平衡发生移动，使节流补偿阀7的阀芯开口量变大(或变小)，流过节流补偿阀7的流量变大(或变小)，从而使主换向阀2的进油口P处的压力升高(或降低)。根据负载的变化，通过节流补偿阀7对流至主换向阀2的流量进行正反馈操作，从而使流过主换向阀2的流量保持稳定，进而提高该绞车液压控制系统对进入液压马达12流量控制的准确性和稳定性。此外，由于节流补偿阀7具有灵敏反应快的特点，这样可以更好的辅助旁通节流阀31快速消除由风浪造成液压马达12负载变化所带来的问题。
优选的，结合图2和图3所示，该绞车液压控制系统还包括第二先导控制阀组8、第二梭阀62和第三梭阀63。第二先导控制阀组8包括先导电控比例换向阀81和82，放大器83，其中，先导电控比例换向阀81和82的换向机构通过电路与放大器83连接。此时，先导电控比例换向阀81和82的进油口与减压阀4的出油口B4连接，第二梭阀62的进油口分别与先导电控比例换向阀81的工作油口和先导手动比例换向阀52的工作油口B52连接，第二梭阀62的出油口与主换向阀2的控制油口S21连接。同理，第三梭阀63的进油口分别与先导电控比例换向阀82的工作油口和先导手动比例换向阀53的工作油口B53连接，第二梭阀63的出油口与主换向阀2的控制油口S22连接。这样对主换向阀2的换向操作，既可以通过手柄51进行近距离的手动控制，也可以通过放大器83进行远距离的自动控制。
进一步优选的，结合图4所示，该绞车液压控制系统还包括一个用于系统扩展的第四梭阀64，第四梭阀64位于第一梭阀61与旁通补偿阀31和节流补偿阀7之间。其中，第四梭阀64的出油口与旁通补偿阀31的控制油口S3和节流补偿阀7的控制油口S7连接，第四梭阀64的一个进油口与第一梭阀61的出油口连接，另一个进油口与扩展端口K连接。当该绞车液压控制系统单独使用时，扩展端口K与泄油口DR连接，即与油箱13连接；当扩展系统与该绞车液压控制系统共用液压泵11、旁通补偿阀31和节流补偿阀7，且同样需要对通过扩展系统中主换向阀的流体流量进行控制时，扩展端口K与扩展系统中流入执行机构的高压油连接。这样可以将扩展系统中流入执行机构的高压油液引至旁通补偿阀31和节流补偿阀7处，进而对扩展系统中通过主换向阀的流体流量进行控制。

Claims (8)

1.一种绞车液压控制系统，包括液压泵、液压马达和油箱，其特征在于，还包括主换向阀、旁通补偿阀、减压阀、第一先导控制阀组以及第一梭阀；其中，
所述液压泵的吸油口与所述油箱连接，所述液压泵的出油口同时与所述主换向阀的进油口、所述旁通补偿阀的进油口以及所述减压阀的进油口连接；
所述主换向阀的回油口与所述油箱连接，所述主换向阀的两个工作油口分别与所述液压马达的进、出油口连接；
所述旁通补偿阀的出油口与所述油箱连接，所述旁通补偿阀的控制油口与所述第一梭阀的出油口连接；
所述减压阀的出油口与所述第一先导控制阀组的进油口连接；
所述第一先导控制阀组的回油口与所述油箱连接，所述第一先导控制阀组的工作油口与所述主换向阀的控制油口连接；
所述第一梭阀的两个进油口分别与所述主换向阀的两个工作油口连接；
该绞车液压控制系统还包括一个溢流阀，其中，所述溢流阀的进油口与所述旁通补偿阀的控制油口连接，所述溢流阀的出油口与所述油箱连接；
该绞车液压控制系统还包括节流补偿阀，所述节流补偿阀位于所述液压泵与所述主换向阀之间；其中，所述节流补偿阀的进油口与所述液压泵的出油口连接，所述节流补偿阀的出油口与所述主换向阀的进油口连接，所述节流补偿阀的控制油口与所述第一梭阀的出油口连接。
2.根据权利要求1所述的绞车液压控制系统，其特征在于，所述第一先导控制阀组包括手柄和两个手动比例换向阀；所述手柄与两个手动比例换向阀的换向机构连接，所述两个手动比例换向阀的进油口与所述减压阀的出油口连接，所述两个手动比例换向阀的回油口与所述油箱连接，所述两个手动比例换向阀的工作油口分别与所述主换向阀的两个控制油口连接。
3.根据权利要求2所述的绞车液压控制系统，其特征在于，该绞车液压控制系统还包括第二先导控制阀组、第二梭阀和第三梭阀；所述第二先导控制阀组的进油口与所述减压阀的出油口连接，所述第二先导控制阀组的回油口与所述油箱连接，所述第二先导控制阀组的工作油口与所述第二梭阀和所述第三梭阀的其中一个进油口连接，所述第二梭阀和所述第三梭阀的另一个进油口与所述两个手动比例换向阀的出油口连接，所述第二梭阀和所述第三梭阀的出油口分别与所述主换向阀的两个控制油口连接。
4.根据权利要求3所述的绞车液压控制系统，其特征在于，所述第二先导控制阀组包括放大器和两个先导电控比例换向阀，其中所述先导电控比例换向阀的换向机构与所述放大器连接。
5.根据权利要求1所述的绞车液压控制系统，其特征在于，该绞车液压控制系统还包括一个用于系统扩展的第四梭阀；所述第四梭阀的出油口与所述旁通补偿阀的控制油口和所述节流补偿阀的控制油口连接；所述第四梭阀的一个进油口与所述第一梭阀的出油口连接，另一个进油口与扩展系统中进入执行机构的高压油连接。
6.根据权利要求1所述的绞车液压控制系统，其特征在于，所述旁通补偿阀采用二通插装阀。
7.根据权利要求1所述的绞车液压控制系统，其特征在于，该绞车液压控制系统设有两个所述主换向阀。
8.根据权利要求1所述的绞车液压控制系统，其特征在于，所述主换向阀选用三位四通换向阀，且中位机能为P型。
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