CN111497935A - 液压转向系统及移动式起重机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种液压转向系统，包括：转向泵；以及多个数字转向油缸组件，其中每个包括：转向油缸；数字液压阀，阀芯由电机驱动，被配置为有选择地将所述转向油缸的无杆腔连通于所述转向泵和回油油路之一，并将所述转向油缸的有杆腔连通于所述转向泵和回油油路另一；控制器，被配置为向所述电机发出数字脉冲信号，以使所述数字液压阀向第一工作位置或第二工作位置运动；以及机械反馈结构，连接于所述转向油缸与所述数字液压阀的阀芯之间，并被配置为当所述数字液压阀的阀芯向第一工作位置或第二工作位置运动时，由所述转向油缸的活塞杆带动，驱动所述数字液压阀回到中位。本公开能够提高转向系统的控制精度及响应速度。

Description

液压转向系统及移动式起重机

技术领域

本公开涉及工程机械领域，尤其涉及一种液压转向系统及移动式起重机。

背景技术

传统的多桥车辆，即拥有两个或两个以上转向桥的车辆，如大吨位或超大吨位的移动式起重机，若要在行驶过程中实现最小转弯半径转向、蟹行、后桥独立转向、中后桥锁定转向等动作，需要采用各转向轮相互独立的液压转向系统。

相关的液压独立转向系统，一般由转向泵、转向控制阀、转向油缸和中位锁定油缸等组成，每个转向轮均配备一个转向油缸，通过转向控制阀控制对应转向油缸的不同动作和中位锁定油缸的锁定状态，来实现多桥车辆不同的转向模式。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种液压转向系统及移动式起重机，能够提高转向系统的控制精度及响应速度。

在本公开的一个方面，提供一种液压转向系统，包括：

转向泵；以及

多个数字转向油缸组件，其中多个所述数字转向油缸组件中的至少一个包括：

转向油缸；

数字液压阀，具有阀芯，被配置为有选择地将所述转向油缸的无杆腔连通于所述转向泵和回油油路之一，并将所述转向油缸的有杆腔连通于所述转向泵和回油油路另一；

电机，与所述数字液压阀的阀芯驱动连接，被配置为接收数字脉冲信号，并使所述数字液压阀的阀芯向第一工作位置或第二工作位置运动；以及

内部反馈结构，连接于所述转向油缸的活塞杆与所述数字液压阀的阀芯之间，并被配置为当所述数字液压阀的阀芯向第一工作位置或第二工作位置运动时，被所述转向油缸的活塞杆带动，驱动所述数字液压阀的阀芯向中位运动。

在一些实施例中，所述液压转向系统还包括：

传感器组件，被配置为检测所述转向油缸的行程；以及

控制器，内置在多个所述数字转向油缸组件中的至少一个，或通信连接于所述数字转向油缸组件中的所述电机和所述传感器组件，被配置为在所述传感器的检测结果大于预设行程时，发出数字脉冲信号，驱动所述数字液压阀的阀芯向中位运动。

在一些实施例中，所述数字液压阀通过所述内部反馈结构与所述转向油缸连接，所述数字液压阀的第一工作油口连通于所述转向油缸的有杆腔，第二工作油口连通于所述转向油缸的无杆腔，所述内部反馈结构包括：

内部反馈结构，两端分别驱动连接于所述活塞杆内孔和所述阀芯靠近所述第二工作油口一侧。

在一些实施例中，所述数字液压阀的第一工作油口连通于所述转向油缸的有杆腔，第二工作油口连通于所述转向油缸的无杆腔，所述内部反馈结构包括：

活塞结构，两端分别连接所述活塞杆的无杆腔一侧和所述阀芯靠近所述第二工作油口一侧。

在一些实施例中，所述数字液压阀和所述转向油缸互相贴设，所述数字液压阀、所述转向油缸和所述内部反馈结构具有一体化结构。

在一些实施例中，所述数字脉冲信号包括脉冲个数信号和脉冲频率信号中的至少一个，所述控制器被配置为通过所述脉冲个数信号控制所述数字液压阀的阀芯的位移，或通过所述脉冲频率信号控制所述数字液压阀的阀芯的速度。

在一些实施例中，所述传感器组件包括：

连接转换装置，固定连接于所述转向油缸的活塞杆；以及

速度传感器和位移传感器中的至少一个，通过检测所述连接转换装置的速度和位移中的至少一个换算得到所述转向油缸的行程。

在一些实施例中，所述液压转向系统还包括：

联轴器，可传动地连接于所述电机和所述数字液压阀的阀芯之间。

在本公开的另一个方面，提供一种移动式起重机，包括如前文任一实施例所述的液压转向系统。

在一些实施例中，所述多个数字转向油缸组件包括连通于同一所述转向泵和同一所述回油油路的第一数字转向油缸组件、第二数字转向油缸组件、第三数字转向油缸组件和第四数字转向油缸组件，以分别独立控制所述起重机的四个转向轮。

因此，根据本公开实施例，采用内部反馈、传感器外部反馈的双闭环数字液压技术提高转向控制系统控制精度和响应速度，采用集成设计方法将控制元件和执行元件进行集成设计，减小各元件之间信号传递距离，进一步提高响应速度和控制精度，同时减少元件数量，降低成本。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开一些实施例的液压转向系统的结构示意图；

图2是根据本公开一些实施例的液压转向系统的双反馈系统示意图；

图3是根据本公开一些实施例的液压转向系统中数字转向油缸组件的结构示意图；

图中：

1，转向泵；2，数字转向油缸组件；21，转向油缸；211，有杆腔；212，无杆腔；22，数字液压阀；23，电机；24，控制器；25，内部反馈结构；251，机械反馈结构；252，活塞结构；26，传感器组件；261，连接转换装置；262，速度传感器或位移传感器；27，联轴器；31，第一数字转向油缸组件；32，第二数字转向油缸组件；33，第三数字转向油缸组件；34，第四数字转向油缸组件；A，第一工作油口；B，第二工作油口。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语包括技术术语或者科学术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

申请人研究发现，由于相关的液压独立转向系统基于流量进行控制，转向泵、转向控制阀和转向油缸之间通过管路进行连接，油液传递距离长，因此存在转向响应速度慢、控制精度低、转向滞后大、转向舒适性差等问题。且相关的液压独立转向系统多为开环控制系统，转向精度低，特别是多轴同步转向精度无法保证，可能会影响转向系统的安全性。

此外，相关的液压独立转向系统由转向油缸、控制阀、电磁阀、管路等组成，且转向模式越多，需要的液压元件种类越多、结构越复杂，使得液压独立转向系统的构建成本较高。

基于此，如图1～3所示，在本公开的一个方面，提供一种液压转向系统，包括：

转向泵1；以及

多个数字转向油缸组件2，其中多个所述数字转向油缸组件2中的至少一个包括：

转向油缸21；

数字液压阀22，具有阀芯，被配置为有选择地将所述转向油缸21的无杆腔212连通于所述转向泵1和回油油路之一，并将所述转向油缸21的有杆腔211连通于所述转向泵1和回油油路另一；

电机23，与所述数字液压阀22的阀芯驱动连接，被配置为接收数字脉冲信号，并使所述数字液压阀22的阀芯向第一工作位置或第二工作位置运动；以及

内部反馈结构25，连接于所述转向油缸21的活塞杆与所述数字液压阀22的阀芯之间，并被配置为当所述数字液压阀22的阀芯向第一工作位置或第二工作位置运动时，被所述转向油缸21的活塞杆带动，驱动所述数字液压阀22的阀芯向中位运动。

数字液压阀22与转向油缸21共同构成了数字液压油缸组件，其工作特性是标量化或称数字化的，它与数字脉冲信号一一对应，数字脉冲信号的频率对应油缸的运动速度，数字脉冲信号的数量对应油缸的运动行程，因此油缸的精度几乎不受负载、油压甚至是泄漏等的外在因素影响而发生变化。本申请基于数字液压油缸组件构成的液压转向系统，取代了相关转向系统中的流量控制，从而提高了控制响应的速度。

所述内部反馈结构25连接于所述转向油缸21的活塞杆与所述数字液压阀22的阀芯之间，从而实现数字转向油缸组件2快速准确的位移或速度闭环控制。

为了提高数字转向油缸组件2对位移或速度的控制精度，在一些实施例中，所述液压转向系统还包括：

传感器组件26，被配置为检测所述转向油缸21的行程；以及

控制器24，内置在多个所述数字转向油缸组件2中的至少一个，或通信连接于所述数字转向油缸组件2中的所述电机23和所述传感器组件26，被配置为在所述传感器的检测结果大于预设行程时，发出数字脉冲信号，驱动所述数字液压阀22的阀芯向中位运动。

由传感器组件26和控制器24构成的外部闭环反馈与由内部反馈结构25构成的内部反馈一同，能够在数字液压阀22的阀芯被电机23驱动而运动至第一工作位置或第二工作位置时，提供反馈，使数字液压阀22的阀芯向中位运动，避免在电机23的单次驱动后，阀芯无法及时回到中位，进而影响后续电机23对数字液压阀22的阀芯的驱动动作。

在一些实施例中，所述数字液压阀通过所述内部反馈结构25与所述转向油缸连接，所述数字液压阀22的第一工作油口连通于所述转向油缸21的有杆腔211，第二工作油口连通于所述转向油缸21的无杆腔212，所述内部反馈结构25包括：

机械反馈结构，两端分别驱动连接于所述活塞杆内孔和所述阀芯靠近所述第二工作油口一侧。

结合图3对上述实施例进行具体说明如下：

数字液压阀22和转向油缸21布置机械反馈结构251构成数字转向油缸组件2的内部机械反馈。数字液压阀22包括高压油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口。转向泵1的高压油口与数字液压阀22的高压油口相连，数字液压阀22的回油口与油箱相连。数字液压阀22的第一工作油口和第二工作油口分别与转向缸的有杆腔211和无杆腔212相连。

控制器24输出数字脉冲信号控制电机23转动，电机23通过联轴器27驱动数字液压阀22向右/向左移动，转向泵1的高压油液流经第一工作油口/第二工作油口，进入转向油缸21的有杆腔211/无杆腔212，进而促动转向油缸21缩回或伸出。与此同时，转向油缸21实时驱动机械反馈结构251，机械反馈结构251实时反馈使数字液压阀22向左/向右移动以关闭第一工作油口/第二工作油口。

由此，每个数字脉冲信号对应一个预设位移的转向油缸21运动，转向油缸21运动位置和运动速度只与脉冲个数和脉冲频率相关，内部反馈机构作为实时反馈，响应时间短，使得数字转向油缸组件2的控制精度更高。

在一些实施例中，所述数字液压阀22的第一工作油口连通于所述转向油缸21的有杆腔211，第二工作油口连通于所述转向油缸21的无杆腔212，所述内部反馈结构25包括：

活塞结构，两端分别连接所述活塞杆的无杆腔212一侧和所述阀芯靠近所述第二工作油口一侧。

结合图1，以第一数字转向油缸组件31为例说明单个数字转向油缸组件2的运动控制如下：

单个数字转向油缸21的活塞杆缩回运动：控制器24设置转向油缸21的活塞杆缩回运动的运动位置或运动速度，第一数字转向油缸组件31的电机23接收控制器24发出的数字脉冲信号进行正向转动，通过联轴器27驱动数字液压阀22的阀芯向下移动，高压油口与第一工作油口相通为转向油缸21的有杆腔211供油，回油口与第二工作油口相通为转向缸的无杆腔212泄油，转向油缸21的活塞杆缩回带动车桥转动。

此时，内部反馈结构25实时进行闭环反馈，使数字液压阀22的阀芯向中位运动，从而实现单个数字脉冲信号与油缸位移的准确关系。同时，控制器24实时接收传感器组件26输出的活塞杆的行程信号，并与设置值进行对比，在行程信号超过设置值时使数字液压阀22的阀芯向中位运动，从而通过传感器的实时反馈保证油缸运动位置或运动速度的精度。

单个数字转向油缸组件2的伸出运动过程与缩回运动过程相反，反馈原理相似，在此不再赘述。

为了省略转向控制阀、电磁阀等部件，减小液压元件和管路连接，简化控制系统，在一些实施例中，所述数字液压阀22和所述转向油缸21互相贴设，所述数字液压阀22、所述转向油缸21和所述内部反馈结构25集成化设计而具有一体化结构。

例如在一些实施例中，所述数字液压阀22、所述转向油缸21和所述内部反馈结构25具有同一个外置的阀体，从而方便对数字转向油缸组件2进行整体的拆装与维修。

在一些实施例中，所述数字脉冲信号包括脉冲个数信号和脉冲频率信号中的至少一个，所述控制器24被配置为通过所述脉冲个数信号控制所述数字液压阀22的阀芯的位移，或通过所述脉冲频率信号控制所述数字液压阀22的阀芯的速度。

相应的，在一些实施例中，所述传感器组件26包括：

连接转换装置261，固定连接于所述转向油缸21的活塞杆；以及

速度传感器262和位移传感器262中的至少一个，通过检测所述连接转换装置261的速度和位移中的至少一个换算得到所述转向油缸21的行程。

在一些实施例中，所述液压转向系统还包括：

联轴器27，可传动地连接于所述电机23和所述数字液压阀22的阀芯之间。

因此，根据本公开实施例，采用内部反馈、传感器外部反馈的双闭环数字液压技术提高转向控制系统控制精度和响应速度，采用集成设计方法将控制元件和执行元件进行集成设计，减小各元件之间信号传递距离，进一步提高响应速度和控制精度，同时减少元件数量，降低成本。

在本公开的另一个方面，提供一种移动式起重机，包括如前文任一实施例所述的液压转向系统。

在一些实施例中，所述多个数字转向油缸组件2包括连通于同一所述转向泵1和同一所述回油油路的第一数字转向油缸组件31、第二数字转向油缸组件32、第三数字转向油缸组件33和第四数字转向油缸组件34，以分别独立控制所述起重机的四个转向轮。

所述移动式起重机的转向轮数量也不限于四个，以下以四个转向轮为例对移动式起重机进行说明：

基于本申请所提供的液压转向系统，移动式起重机的每个转向轮均可独立转向，由此若移动式起重机需要进行最小半径的转向时，只需输出指令，通过控制器发出数字脉冲信号，控制前转向车桥的两个转向轮向一侧偏转相同的角度大小，同时后转向车桥的两个转向轮向另一侧偏转相同的角度大小，即可实现移动式起重机的最小半径转向。

而蟹行、后桥独立转向、中后桥锁定转向等动作的控制过程类似于上述最小半径转向，这里不再赘述。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种液压转向系统，其特征在于，包括：

转向泵(1)；以及

多个数字转向油缸组件(2)，其中多个所述数字转向油缸组件(2)中的至少一个包括：

转向油缸(21)；

数字液压阀(22)，具有阀芯，被配置为有选择地将所述转向油缸(21)的无杆腔(212)连通于所述转向泵(1)和回油油路之一，并将所述转向油缸(21)的有杆腔(211)连通于所述转向泵(1)和回油油路另一；

电机(23)，与所述数字液压阀(22)的阀芯驱动连接，被配置为接收数字脉冲信号，并使所述数字液压阀(22)的阀芯向第一工作位置或第二工作位置运动；以及

内部反馈结构(25)，连接于所述转向油缸(21)的活塞杆与所述数字液压阀(22)的阀芯之间，并被配置为当所述数字液压阀(22)的阀芯向第一工作位置或第二工作位置运动时，被所述转向油缸(21)的活塞杆带动，驱动所述数字液压阀(22)的阀芯向中位运动。

2.根据权利要求1所述的液压转向系统，其特征在于，还包括：

传感器组件(26)，被配置为检测所述转向油缸(21)的行程；以及

控制器(24)，内置在多个所述数字转向油缸组件(2)中的至少一个，或通信连接于所述数字转向油缸组件(2)中的所述电机(23)和所述传感器组件(26)，被配置为在所述传感器的检测结果大于预设行程时，发出数字脉冲信号，驱动所述数字液压阀(22)的阀芯向中位运动。

3.根据权利要求2所述的液压转向系统，其特征在于，所述数字液压阀通过所述内部反馈结构(25)与所述转向油缸连接，所述数字液压阀(22)的第一工作油口连通于所述转向油缸(21)的有杆腔(211)，第二工作油口连通于所述转向油缸(21)的无杆腔(212)，所述内部反馈结构(25)包括：

内部反馈结构，两端分别驱动连接于所述活塞杆内孔和所述阀芯靠近所述第二工作油口一侧。

4.根据权利要求2所述的液压转向系统，其特征在于，所述数字液压阀(22)的第一工作油口连通于所述转向油缸(21)的有杆腔(211)，第二工作油口连通于所述转向油缸(21)的无杆腔(212)，所述内部反馈结构(25)包括：

活塞结构，两端分别连接所述活塞杆的无杆腔(212)一侧和所述阀芯靠近所述第二工作油口一侧。

5.根据权利要求3或4任一所述的液压转向系统，其特征在于，所述数字液压阀(22)和所述转向油缸(21)互相贴设，所述数字液压阀(22)、所述转向油缸(21)和所述内部反馈结构(25)具有一体化结构。

6.根据权利要求2所述的液压转向系统，其特征在于，所述数字脉冲信号包括脉冲个数信号和脉冲频率信号中的至少一个，所述控制器(24)被配置为通过所述脉冲个数信号控制所述数字液压阀(22)的阀芯的位移，或通过所述脉冲频率信号控制所述数字液压阀(22)的阀芯的速度。

7.根据权利要求6所述的液压转向系统，其特征在于，所述传感器组件(26)包括：

连接转换装置(261)，固定连接于所述转向油缸(21)的活塞杆；以及

速度传感器(262)和位移传感器(262)中的至少一个，通过检测所述连接转换装置(261)的速度和位移中的至少一个换算得到所述转向油缸(21)的行程。

8.根据权利要求1所述的液压转向系统，其特征在于，还包括：

联轴器(27)，可传动地连接于所述电机(23)和所述数字液压阀(22)的阀芯之间。

9.一种移动式起重机，其特征在于，包括如权利要求1～8任一所述的液压转向系统。

10.根据权利要求9所述的移动式起重机，其特征在于，所述多个数字转向油缸组件(2)包括连通于同一所述转向泵(1)和同一所述回油油路的第一数字转向油缸组件(31)、第二数字转向油缸组件(32)、第三数字转向油缸组件(33)和第四数字转向油缸组件(34)，以分别独立控制所述起重机的四个转向轮。

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