CN108100878A - 一种起重机闭式系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机闭式系统，包括闭式系统控制主阀、变幅油缸、伸缩油缸、变量马达和闭式泵，所述闭式系统控制主阀通过变幅控制阀与变幅油缸相连，所述变量马达和伸缩油缸分别与闭式系统控制主阀相连；所述闭式泵的A1口与闭式系统控制主阀的PA口相连通且闭式泵的B1口与闭式系统控制主阀的PB口相连通，所述闭式泵与电磁阀Y1相连且闭式泵和闭式系统控制主阀之间设置有温度传感器，所述温度传感器与控制器相连；所述闭式系统控制主阀的PA口与闭式泵的B1口之间设置有与油箱相连的补油控制阀组，所述油箱与补油泵相连，所述补油泵与电磁阀Y3相连，所述补油泵分别与闭式系统控制主阀的PA口和PB口相连。提高整个系统的散热性能。

Description

一种起重机闭式系统

技术领域

本发明涉及一种起重机闭式系统。

背景技术

液压系统按油液的循环方式一般分为开式系统和闭式系统，其中，开式系统指液压泵从油箱吸油，油经各种控制阀后驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱；而闭式系统指液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环，执行元件一般为液压马达。国内小吨位汽车起重机通常采取具有换向阀的开式系统实现履行机构正、反方向活动及制动的请求，而中、大吨位起重机大多采用闭式系统，闭式系统采取双向变量液压泵，通过泵的变量转变主油路中液压油的流量和方向来实现履行机构的变速和换向，这种控制方法，可以充分体现液压传动的长处。而采用闭式系统控制的起重机，一般情况下只是针对卷扬机构或者回转机构进行闭式控制，而变幅、伸缩机构则都是开式系统控制方式。

图1是现有设计中起重机的液压系统示意图，其中，电比例变量补油泵7提供的高压油液经由闭式系统控制主阀3控制输入至伸缩油缸14，或经变幅控制阀2到达变幅油缸1的工作腔，通过主阀的换向控制带动起重机上车进行伸缩或变幅起落动作。起重机的卷扬、回转闭式液压系统，通常采取的是闭式泵5和变量马达13组成的闭式系统。

下面以卷扬系统动作为例进行说明：闭式泵5的流量与驱动转速及排量成正比，可无级变量，闭式回路中闭式泵5的出油口和变量马达13的进油口A8相连，变量马达13的出油口B8和闭式泵5的进油口相连，组成一个封闭的液压油路，无需换向阀。通过Y7电比例控制阀调节闭式泵斜盘的角度来控制泵的流量及压力油的方向，从而改变变量马达13的转速和旋转方向。卷扬起动作时，Y7a电磁阀得电，此时从定量补油泵15输出的控制油路调节闭式泵的斜盘，高压油从变量泵经A8口进入马达，实现卷扬的起升动作。变量泵的流量随斜盘摆角变化可从零增加到最大值，卷扬的速度也就随之变化。液压油流动方向由Y7a、Y7b来决定。卷扬落动作时，Y7b电磁阀得电，电比例变量补油泵7提供的控制油调节闭式泵摆角发生变化，低压油从A8口进入马达，经B8油口再进入闭式泵5形成卷扬落回路，实现卷扬落动作控制。左、右回转动作控制方法类似，不再赘述。

需要特别说明的是，闭式泵5两侧设有高压溢流阀，在斜盘摆动时，最大压力由高压溢流阀进行限制，防止泵和马达超载。同时，在闭式系统液压中设有补油溢流阀8和补油单向阀，补油溢流阀8限制最高补油压力，补油单向阀依据两侧管路液压油压力的高低，选择补油方向，向主油路低压侧补油，以补偿由于泵、马达泄漏的流量，防止动作吸空等。

现有起重机液压系统在使用过程中存在下述不足：

第一、在进行吊重卷扬落、变幅落动作时是通过先导油打开变幅控制阀后靠自重下落，变幅落无法进行负功率吸收，导致变幅系统产热量较大，节能性较差。

第二、起重机闭式系统，闭式系统没有冲洗功能，整个系统的散热性能较差，热交换性能不好，在重载卷扬起落几个循环后，卷扬回路的温度可迅速达到80℃以上，影响系统的运行。

第三、现有闭式系统中，变幅、伸缩系统主泵压力等级要求较高，这对泵的性能要求及相关零部件的要求也随之提高，容易导致设计成本偏高。

第四、现有闭式系统中，主要通过定量泵进行补油，补油压力恒定，无法随需求进行调整。而实际作业过程中，有些工况不需要太多补油量，定量泵无法根据工况自动控制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种起重机闭式系统，对原有起重机液压系统进行了优化和升级，提高整个系统的散热性能；进一步的，提升整个起重机液压系统的性能。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种起重机闭式系统，包括闭式系统控制主阀、变幅油缸、伸缩油缸、变量马达和闭式泵，所述闭式系统控制主阀通过变幅控制阀与变幅油缸相连，所述变量马达和伸缩油缸分别与闭式系统控制主阀相连；

所述闭式泵的A1口与闭式系统控制主阀的PA口相连通且闭式泵的B1口与闭式系统控制主阀的PB口相连通，所述闭式泵与电磁阀Y1相连且闭式泵和闭式系统控制主阀之间设置有温度传感器，所述温度传感器与控制器相连；

所述闭式系统控制主阀的PA口与闭式泵的B1口之间设置有与油箱相连的补油控制阀组，所述油箱与补油泵相连，所述补油泵与电磁阀Y3相连，所述补油泵分别与闭式系统控制主阀的PA口和PB口相连。

优选，所述补油泵是电比例变量补油泵。

优选，所述电比例变量补油泵的出口设置有压力传感器，所述压力传感器与控制器相连。

优选，所述电比例变量补油泵和闭式系统控制主阀的PA口和PB口之间均设置有第一溢流阀和单向阀，且电比例变量补油泵的出口和油箱之间还设置有电比例溢流阀。

优选，所述补油控制阀组包括顺次相连的选择阀、切换阀和第二溢流阀，所述第二溢流阀与油箱相连，所述选择阀分别与闭式系统控制主阀的PA口和PB口相连。

优选，所述第二溢流阀是电比例溢流阀。

优选，所述补油控制阀组包括选择阀和溢流阀，所述溢流阀与油箱相连，所述选择阀分别与闭式系统控制主阀的PA口和PB口相连。

优选，控制器实时监测压力传感器和温度传感器，其中：

当温度传感器检测的油温低于设定温度T1时，通过控制电比例变量补油泵为闭式泵补油；当温度传感器检测的油温高于设定温度T1时，开启补油控制阀组为闭式泵散热。

优选，设定温度T1为50℃。

本发明的有益效果是：

第一、本发明设计的闭式系统可以同时满足卷扬、回转、伸缩、变幅系统的需求，优化设计了闭式系统的补油控制阀组，为提升起重机闭式液压系统的散热性能提供了解决方案。

第二、本发明变幅落动作可实现负功率吸收，降低了发动机油耗。

第三、本发明的补油泵可以根据不同系统的动作需求进行不同策略的控制，从而提供不同的排量、压力，达到节能及保证不同系统动作平稳的目的。

第四、本发明中闭式系统通过温度控制实现了对高温作业工况下系统的补油冲洗控制，提升了系统可靠性。

第五、本发明通过溢流阀、切换阀、选择阀组合实现了闭式液压系统的冲洗补油回路控制，简单实用，设计成本较低；同时本发明还提供了多种不同的补油冲洗阀组的组合控制方式。

附图说明

图1是现有设计中起重机的液压系统的结构示意图；

图2是本发明一种起重机闭式系统的结构示意图；

附图的标记含义如下：

1-变幅油缸；2-变幅控制阀；3-闭式系统控制主阀；4-温度传感器；5-闭式泵；6-电比例溢流阀；7-电比例变量补油泵；8-第二溢流阀；9-切换阀；10-选择阀；11-补油控制阀组；12-压力传感器；13-变量马达；14-伸缩油缸；15-定量补油泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种起重机闭式系统，如图2所示，包括闭式系统控制主阀3、变幅油缸1、伸缩油缸14、变量马达13和闭式泵5，所述闭式系统控制主阀3通过变幅控制阀2与变幅油缸1相连，所述变量马达13和伸缩油缸14分别与闭式系统控制主阀3相连。

所述闭式泵5的A1口与闭式系统控制主阀3的PA口相连通且闭式泵5的B1口与闭式系统控制主阀3的PB口相连通，所述闭式泵5与电磁阀Y1相连且闭式泵5和闭式系统控制主阀3之间设置有温度传感器4，所述温度传感器4与控制器相连。

所述闭式系统控制主阀3的PA口与闭式泵5的B1口之间设置有与油箱相连的补油控制阀组11，所述油箱与补油泵相连，所述补油泵与电磁阀Y3相连，所述补油泵分别与闭式系统控制主阀3的PA口和PB口相连。

卷扬起动作时，闭式泵5的高压油液经过PA口进入闭式系统控制主阀3的A4口进入变量马达13，再从B4口流出经闭式系统控制主阀3的PB口回到闭式泵B1口形成回路，此过程中Y1a电磁阀得电。反之，卷扬落动作时Y1b电磁阀得电，先导油提供的控制油调节闭式泵摆角变化，油液从B4口进入变量马达13，经A4油口再进入闭式泵5完成回路。

产品采用闭式卷扬系统的主要目的是在吊重起落过程中保证系统平稳，本发明提供的低压补油压力控制，利用补油泵出口的压力传感器信号，当系统压力降低到一定程度时，为了避免马达吸空等现象，控制器通过读取压力信号判断负载压力，增加补油泵排量，实现卷扬正常动作控制。当然，闭式卷扬系统也可以在高压侧进行压力记忆控制，利用控制器记录液压马达或闭式泵出口处的压力，在卷扬再次起升时通过控制信号，判断达到支撑负载的压力后，打开卷扬制动器，然后液压马达再进行动作，实现卷扬吊重运行。

以图2为例，优选补油泵是电比例变量补油泵7，其中，电比例变量补油泵7的出口设置有压力传感器12，所述压力传感器12与控制器相连。所述电比例变量补油泵7和闭式系统控制主阀3的PA口和PB口之间均设置有第一溢流阀和单向阀，且电比例变量补油泵7的出口和油箱之间还设置有电比例溢流阀6。当系统压力超出设定值时会溢流，第一溢流阀起到安全保护作用，泵的A1或B1口如果压力比较低时，补油泵经过单向阀给A1或B1口补油。

为了解决卷扬闭式回路散热较差的问题，尤其是在重载卷扬起落几个循环后，存在卷扬回路内的温度迅速达到80℃以上这样的现象。本发明提供了一种优化的系统补油控制回路及方法，该补油回路主要包含补油控制阀组或冲洗控制阀组和温度传感器。其中，优选，所述补油控制阀组11包括顺次相连的选择阀10、切换阀9和第二溢流阀8，所述第二溢流阀8与油箱相连，所述选择阀10分别与闭式系统控制主阀3的PA口和PB口相连。其中，选择阀10可以是液控选择阀10，第二溢流阀8可以是电比例溢流阀。补油控制阀组11还可以采取第二种方式，即补油控制阀组11包括选择阀10和电比例溢流阀，所述电比例溢流阀与油箱相连，所述选择阀10分别与闭式系统控制主阀3的PA口和PB口相连。该补油系统可以通过电比例变量补油泵7快速实现从油箱吸来冷却油液输入到闭式回路，使低压侧的高温油液快速流回油箱，实现系统的冷却。

当闭式系统内或油泵壳体油液温度较高时，即使卷扬手柄处于中位，闭式泵5不工作时，Y4电磁阀(即选择阀10)处于中位，Y5电磁阀(即切换阀9)得电，由于第二溢流阀8设定压力较低，此时仍有一部分高温油液可以通过控制阀组回到油箱，电比例泵可以维持在一个很小的排量，保证系统的节能。当卷扬起，闭式泵正常动作时，温度升高时，若A5口为低压、B5口为高压，Y4a电比例阀和Y5得电，低压测高温油进行快速热交换到油箱，同时由电比例变量补油泵7通过Y3电比例阀进行排量调节，使补油泵快速提高至较大排量，从而提供冷却油进行补充，保证系统及泵壳体快速冷却。反之Y4b、Y5得电亦然。

实际动作过程中，卷扬系统中控制器根据控制策略实时监测闭式泵压力及温度，即控制器实时监测压力传感器12和温度传感器4，本发明根据控制策略实时监测闭式泵压力及系统温度：对于卷扬、回转系统：根据温度高低、补油压力来控制补油泵的排量大小及冲洗回路、补油回路的状态，达到节能和及时降低系统温度的目的；对于变幅、伸缩系统：变幅起或伸缩臂时，根据需要电比例泵对闭式泵进行补油。其中：当温度传感器4检测的油温低于设定温度T1时，通过控制电比例变量补油泵7以较小排量为闭式泵5补油，此时不开启补油冲洗回路以节能；当温度传感器4检测的油温高于设定温度T1时，开启冲洗回路，开启补油控制阀组11为闭式泵5补油。一般的，油温较低时补油排量设置与系统泄漏有关，补油泵排量过小时，系统容易振荡。回转动作的补油控制方法与卷扬相似，不再赘述。

变幅起动作时，闭式泵提供的油液经PA口进入主阀，通过A2口经变幅控制阀2进入变幅油缸1的大腔，油液再通过B2到达主阀PB口回到闭式泵；变幅落时，A2口也为高压油，低压油通过B2口进入变幅缸小腔。此时，变幅油缸1大腔的油液通过变幅控制阀2作用于闭式泵，来吸收重物下落（变幅缸负载腔）产生的负功率，可较好的起到节能效果，并且避免了开式系统中靠平衡阀产热来消耗重物下落产生的负功率。伸缩动作过程中，油液通过主阀控制口A3或B3进入伸缩油缸14进行动作控制。

在本发明闭式系统中，伸缩、变幅起时，不需要补油回路进行散热，补油泵可以一直以很大的排量给闭式泵补油，此时闭式泵相当于开式泵；而变幅落时补油泵的排量很小，从变幅油缸大腔出来的油经过闭式泵后，一部分通过补油回路流回油箱进行散热，另一部分进入变幅缸小腔。

变幅、伸缩过程中，本发明提供的补油回路（或冲洗回路）根据动作需求进行控制。变幅落时利用了闭式泵吸收负功率的功能，此过程需要冲洗回路的系统控制。而伸臂或缩臂时，高压油进入伸缩缸，低压油通过主阀T1口直接回油箱，伸缩过程中，由于压力较高，补油泵需要一直以大流量给闭式泵补油，这个过程中可不需要冲洗回路。

当变幅起或伸缩动作时，根据控制策略调节电比例变量补油泵7对闭式泵进行补油。伸缩、变幅起时闭式泵当开式泵用，补油泵要提供很大的流量（卷扬时，补油泵提供的流量作用为维持系统泄漏和通过补油回路进行散热）。

变幅落时在大角度空载等负载较小工况，通过电比例溢流阀6使变幅油缸小腔压力升高，从而使变幅油缸大腔压力变高提升变幅落的速度；根据检测当变幅角度变小或大腔压力变大后，借助电比例溢流阀或补油控制阀降低小腔压力起到节能作用。同时在手柄中位时，电比例泵维持在一个很小的排量，达到节能的效果。

本发明根据控制策略实时监测闭式泵压力及系统温度：对于卷扬、回转系统：根据温度高低、补油压力来控制补油泵的排量大小及冲洗回路、补油回路的状态，达到节能和及时降低系统温度的目的。对于变幅、伸缩系统：变幅起或伸缩臂时，根据需要电比例泵对闭式泵进行补油；变幅落时根据负载及产品状态来控制补油泵的排量、压力及补油阀的状态，并且发动机可以吸收由于吊臂变幅落油缸产生的“负功率”，以达到节能效果。

本发明设计的闭式系统可以同时满足卷扬、回转、伸缩、变幅系统的需求，通过优化设计的闭式系统的补油控制阀组，为提升起重机闭式液压系统的散热性能提供了解决方案；本发明提供了卷扬液压系统和控制策略，解决了闭式卷扬回路散热不好的问题。本发明变幅落动作可实现负功率吸收，降低了发动机油耗；本发明的补油泵可以根据不同系统的动作需求进行不同策略的控制，从而提供不同的排量、压力，达到节能及保证不同系统动作平稳的目的；本发明中闭式系统通过温度控制实现了对高温作业工况下系统的补油冲洗控制，提升了系统可靠性；本发明通过溢流阀、切换阀、选择阀组合实现了闭式液压系统的冲洗补油回路控制，简单实用，设计成本较低；同时本发明还提供了多种不同的补油冲洗阀组的组合控制方式。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种起重机闭式系统，包括闭式系统控制主阀（3）、变幅油缸（1）、伸缩油缸（14）、变量马达（13）和闭式泵（5），所述闭式系统控制主阀（3）通过变幅控制阀（2）与变幅油缸（1）相连，所述变量马达（13）和伸缩油缸（14）分别与闭式系统控制主阀（3）相连，其特征在于：

所述闭式泵（5）的A1口与闭式系统控制主阀（3）的PA口相连通且闭式泵（5）的B1口与闭式系统控制主阀（3）的PB口相连通，所述闭式泵（5）与电磁阀Y1相连且闭式泵（5）和闭式系统控制主阀（3）之间设置有温度传感器（4），所述温度传感器（4）与控制器相连；

所述闭式系统控制主阀（3）的PA口与闭式泵（5）的B1口之间设置有与油箱相连的补油控制阀组（11），所述油箱与补油泵相连，所述补油泵与电磁阀Y3相连，所述补油泵分别与闭式系统控制主阀（3）的PA口和PB口相连。

2.根据权利要求1所述的一种起重机闭式系统，其特征在于，所述补油泵是电比例变量补油泵（7）。

3.根据权利要求2所述的一种起重机闭式系统，其特征在于，所述电比例变量补油泵（7）的出口设置有压力传感器（12），所述压力传感器（12）与控制器相连。

4.根据权利要求3所述的一种起重机闭式系统，其特征在于，所述电比例变量补油泵（7）和闭式系统控制主阀（3）的PA口和PB口之间均设置有第一溢流阀和单向阀，且电比例变量补油泵（7）的出口和油箱之间还设置有电比例溢流阀（6）。

5.根据权利要求1所述的一种起重机闭式系统，其特征在于，所述补油控制阀组（11）包括顺次相连的选择阀（10）、切换阀（9）和第二溢流阀（8），所述第二溢流阀（8）与油箱相连，所述选择阀（10）分别与闭式系统控制主阀（3）的PA口和PB口相连。

6.根据权利要求5所述的一种起重机闭式系统，其特征在于，所述第二溢流阀（8）是电比例溢流阀。

7.根据权利要求1所述的一种起重机闭式系统，其特征在于，所述补油控制阀组（11）包括选择阀（10）和溢流阀，所述溢流阀与油箱相连，所述选择阀（10）分别与闭式系统控制主阀（3）的PA口和PB口相连。

8.根据权利要求4所述的一种起重机闭式系统，其特征在于，控制器实时监测压力传感器（12）和温度传感器（4），其中：

当温度传感器（4）检测的油温低于设定温度T1时，通过控制电比例变量补油泵（7）为闭式泵（5）补油；当温度传感器（4）检测的油温高于设定温度T1时，开启补油控制阀组（11）为闭式泵（5）补油。