CN1152541A - 可伸展起重臂起重机的电动液压操作系统 - Google Patents

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Abstract

一种可伸展起重臂(10)的电动液压操作系统，包含一个或多个液压缸，用于根据存储的程序在起重臂之间作相对运动。加压的液压流体源经适当的控制阀馈馈送，后者包括电磁阀。向电磁控制阀提供控制电流，以根据存储的程序实现速度和位置控制。计量阀与电磁控制阀一起工作。计量阀包括相关的控制阀(52)，以对流到液压缸的流体进行计量。电控制信号使起重臂各段软起动和软停止。

Description

可伸展起重臂起重机的电动液压操作系统
本发明涉及一种起重机或者类似机器的可伸展起重臂的电动液压操作系统。本发明尤其涉及一种能对多级起重臂的各起重臂段进行独立驱动和速度控制的改进的阀门调节系统。
迄今为止，用于起重机架空工作平台或者类似装置的多级起重臂的操作系统、采用各种形式。在最简单的形式中，操作系统可以主要是带有机械驱动控制的液压操作系统。在更复杂的形式中，操作系统可以是电动液压的，对液压缸的输入控制功能是操作者从起重机的驾驶室内的控制台上用电的方式产生的。不论操作系统主要是液压的还是电动液压的，对起重机起重臂的一些控制功能是半自动的，而一些是则全自动的，不需要操作者的介入。
无论起重机或者类似机器的多级可伸展起重臂使用何种类型的操作系统，对于经过大量训练和有技能的操作者来说，系统的操作非常复杂。因此，非常希望能尽可能自动操作可伸展起重臂，以减少操作者学习的弯道，并实现自动安全的特征。为了实现这一目的，一些目前有的自动系统使用了电编程的微处理器来控制多级起重臂的各可伸展段的移动。把各种特征编程入微处理器，例如关于起重臂长度的必要的安全特征；对于具体任务起重臂段的相对位置；以及起重臂的方位角等。
传统上，为起重机的操作者提供用于不同的最佳操作模式的“负载表”(loadtable)。例如提供的最佳稳定性的“负载表”规定了在所选的操作模式下各起重臂段不同的伸展长度、起重臂的总长度以及各起重臂段为到达各段最后的位置的最佳移动顺序。还将提供类似类型的施加到起重臂上的最佳力量的表。这种类型的表非常复杂，操作者在对各方面都容易处置之前需要进行大量的训练。因此，希望能把这些表编程到微处理器中，使这些最佳操作模式仅需要较少的操作者的协助就能自动在微处理器的控制下地实现。
可伸展起重臂起重机的另一个重要的控制功能是起重臂各段的移动速度，不仅是在给定段的移动过程的稳态移动期间，而且在该段移动的开始(或者起动)以及在该段移动结束(或者停止)时。当然，希望能自动地控制该类型，而不需操作者的控制或协助。
因此，在该技术领域中需要一种改进的电动液压阀门系统，它可与微处理器控制的用于起重机或者类似机器的多级可伸展起重臂的需要相兼容。
因此，本发明的主要目的在于提供一种用于可伸展起重臂的操作系统的阀门系统，它与微处理器产生的电控制信号相兼容。
本发明的进一步目的在于提供一种紧凑的需要空间最小计量阀组件，所以它可以安装在可伸展起重臂的可移动部分内。
本发明的另一个目的在于提供一种起重机起重臂的电动液压操作系统，它在驱动起重臂段的各液压缸之间的导流管的数量最少。
本发明的另一个目的在于提供一种电动液压阀门系统，它能对可伸展起重臂的各起重臂段提供准确和自动的速度控制。
本发明的又一个目的在于提供一种电动液压阀门系统，为防止产生强烈振动，该系统具有自动的速度控制，以提供各起重臂段的软起动和停止。
本发明的目的是这样来实现的，提供用于可伸展起重臂的电动压液操作系统，所述起重臂至少具有三个伸缩段，所述操作系统包括：
至少两个液压马达，联接到起重臂段上，以使起重臂段它们之间作相对移动，伸出或缩回起重臂；
对液压驱动液加压的源，用于驱动马达；和
阀门装置，以保持流体沟通的方式与流体源和液压马达相连，以用响应于电控制信号可选择地向其提供加压的液压驱动液；
与各所述液压马达相关联的所述阀门装置包括，
电磁阀以保持流体沟通的方式与加压液压驱动液的源和液压马达相连，液压马达具有一接收具有与所要求的由液压马达驱动的起重臂段的移动速度成比例的可变特性的电控制信号的输入端，所述电磁阀改变可施加于液压马达的驱动液的压力，并输出可变压力液体驱动信号；和
计量阀，用于接收从所述电磁阀输出的该可变压力驱动信号，并以与可变压力驱动信号成比例的流速向液压马达提供驱动液。
最佳，由诸如微处理器等可编程的电子控制装置来提供或触发电控制信号。微处理器的速度控制起作用，所以施加到给定液压马达以驱动特定起重臂段的电控制信号的特性在该段移动过程的起动期间引起起重臂段逐步提高速度；在该过程的中间期间以第二种基本上恒定的速度移动起重臂段；以及在给定段移动过程结束的停止期间以逐步降低的速度移动起重臂段。这提供了起重臂段的软起动和停止，并防止产生强烈的振动。
在另一方案中，可以把微处理器编程成仅提供软起动或者仅提供软停止，以及在其中间操作范围内该段的稳态移动。
本发明的目的进一步是这样实现的，提供一改进的结构的紧凑计量阀，它控制每台液压马达或者液压缸的操作，它包含：
机座组件，在其内限定了一计量腔、至少一个用于向该腔提供待计量的液体的输入口、至少一个用于从该腔输出已计量流体的输出口、设置在输入口和输出口之间的腔内的阀座、控制腔(pilot chamber)和向所述导腔的控制口(pilot port)；
在导腔内的控制元件，可与输入到所述导口的控制流体(pilot fluid)的压力成比例地移动；
安装在所述计量腔内作往复移动的阀槽(valve spool)，所述阀槽联接到控制元件上，与其一起移动，所述阀槽具有计量法兰，与腔内的阀座操作地啮合，所述计量法兰相对于所述阀座的位置控制液体在阀座组件的输入口与输出口之间的可变流速；和
设置在所述阀槽内并可与其一起移动的限热阀，当腔体内液体的压力超过预定极限值时，所述限热阀把所述腔内的液体通过输入口排出。
计量阀的计量法兰具有形成在其内的计量通道，沿阀座横向延伸，与阀槽的位移成比例地向流过阀座的液体呈现出可变体积的液流通道。
本发明的计量阀构造非常紧凑，每个工作部件，即导腔和相关的可移动控制元件(pilot element)；可移动阀槽和限热阀均在同一纵向轴上设置成一列。这种紧凑的结构提高了把阀组件放置在可伸展的多级起重臂内的适当的位置的能力。
本发明的进一步的应用范围将从下文给出的详细的描述变得明显。然而，应当理解，由于在本发明的精神和范围内的各种变化和修正对于本技术领域的熟练人员根据该详细描述是明显的，所以虽然指出了本发明的较佳实施例，但这些详细的描述和具体的实施例只是用作说明给出的。
本发明的目的和附带的优点通过参照附图将变得更明了，图中相同的标号涉及相同的部件，其中：
图1是具有三个可伸展段的起重臂的示意图，它示出了2个液压缸安装在起重臂内以驱动各段的方式；
图2与图1相似，示出了五段式起重臂，其中除了驱动起重臂段的三个液压缸外，还设置有钢丝绳和绞盘驱动组件，以移动“顶段”(fly section)或者第五个起重臂段；
图3是本发明的驱动诸如图1所示的三段式起重臂的2个液压缸的电动液压控制系统的示意图；
图4是驱动诸如图2的起重臂内所示的3个液压缸的电动液压控制系统的示意图；
图5是本发明电子控制系统的示意图，它包括根据本发明用图4的电动液压控制系统控制全动力推动的四段式可伸展起重臂的各段的CPU；
图6是图5的CPU和与其输入和输出的放大框图，它更详细地对其进行了图示；
图7是斜波发生器发生的施加于图3和图4所示的阀门系统内的适当的阀门的输入端的电流控制信号的波形曲线图；
图8是图5和图6的CPU以及图3和图4的电动液压控制系统实现的速度控制功能的流程图；以及
图9A、9B和9C示出了根据本发明改进的计量阀组件的结构。
参见图1，表示一个多级可伸展起重臂10的例子，其中安装着液压缸，以使起重臂的相应各段选择伸出和缩回，图1表示三段式起重臂，包括一底段BS、外中段OMS和顶段FS。这些段沿一共同的轴线套在一起，并在由遥控缸(telecylinder)TC2和TC3驱动时可相对移动。遥控缸TC2包括固定到底段B5的杆R2和一固定于外中段OMS的缸C2。在R和14处提供合适的装置以对该遥控缸的各部分提供液压流体，遥控缸TC3的杆R3连接到外中段OMS，而其缸使段C3连接到顶段FS，在16和18处提供装置，以对遥控缸TC3提供和排放液压流体。
图2是一种类似于图1的可伸展的起重臂10的图示，但具有五个可伸展的段，包括底段BS、内中段IMS、中段CMS、外中段OMS和顶段FS，这些主段BS、内中段IMS、中段CMS和外中段OMS由三个液压缸TC1、TC2、TC3而可选择性地和相对地移动。缸TC1连接在底段BS和内中段IMS之间，把杆段R1固定到底段BS而把缸段C1固定到内中段IMS。
缸TC2连接在内中段IMS和中段CM1之间，把杆段R2固定到中段IMS而把缸段C2固定到中段CMS。
缸TC3连接在中段CMS和外中段OMS之间，把杆段R3连接到中段CMS而把缸段C3连接到外中段OMS。
图2的顶段FS由一钢丝绳和滑轮装置驱动，包括伸展钢丝绳、滑轮30、缩回钢丝绳RC和滑轮32，这种钢丝绳装置的工作在已有技术中是熟知的。
缸TC1、TC2和TC3具有合适的流体装置以接纳和抽出液压流体，缸TC1具有装置20、22，缸TC2具有装置24、25，而缸TC3具有装置26、28。
各液压缸的伸展和缩回使起重臂各段相对移动，而液压缸连在这些段之间。
图3表示用于驱动图1中可伸展起重臂的缸TC2和TC3的电动液压控制系统，液压流体(油)的主要供应由存储槽HT提供，它与泵P形成液体沟通，泵是可调节的，以按选定压力输出液压流体，把三位置主控制阀MC连接到泵P的输出侧，排放管DRN连接到存储槽HT中，主控制阀MC有三段E、N、R。在图3所示位置，N段与主控制阀的四个输入输出口对准，通过该阀的所有流体被阻断，如图所示。
主控制阀MC还包括一控制装置(液压、电动式机械的)(未画出)以使阀在其中间、伸展和缩回位置之间移动。若槽朝右移动，则使E段与控制阀的输入输出12对准，可向缸T2和TC3提供液压驱动流体，以使这些缸伸展。若阀槽朝左移动，则使主控制阀MC的R段对准输入输出口，这可按下面所述方法从缸TC2和TC3之一或两者抽出液体，一组管道CO连接到主控制阀MC输出口之一以对相应的液压缸TC2和TC3提供缸油(cylinderoil)。
缸TC2具有一杆R2和一缸C2。杆R2包括一同心管38，其中形成来自管道CO的缸油的流通通道39，缸油从杆R2流经与管38流体内通的管40和在缸C2末端的输出通道42，缸油从通道42连续通到缸C2输出侧，经管道CO到缸C2的液压控制阀下游。
缸TC2具有往复活塞P2，其形成缸的延伸室34，活塞P2另一侧与一环形室流体沟通，用以容纳限定在管38和缸杆R2的内壁之间的杆油(rod oil)。设置端口32和43使杆油从杆内的环形室流到一组管道RO。
设置了第二液压缸TC34，并连接在缸TC2下游。驱动缸TC3的液压流体通过缸TC2和其中内部管道馈送，由此无需用于把存储槽HT中加压流体供应源连接到缸TC3的额外的软管。
由于缸TC3在图3所示液压液体流程的端部，其与缸TC2有着不同的流道内部结构，即，设有流体从缸TC3的端部C3流出经杆R3的内部，缸油通过流道39送入室34至活塞P3的缸侧流道39由R3管内部的同心管39和41之间的环形通路限定，当活塞P3左移时，杆油可流出端口36。
每一缸TC2和TC3分别具有平衡阀HV2和HV3。这些平衡阀基本相同，如图9A至9C所示，后面将详述，每一平衡阀包括一计量阀组件MV2、MV3和一限热阀组件TV2、TV3。测量阀MV2和MV3通常关闭，除非由经管道PL2、PL3送来的控制流体节流打开。当平衡阀HV2、HV3闭合时，保持液压缸TC2和TC3在平衡状态，不再伸展或缩回，但是，当从管道PL2和/或PL3提供控制流体压力时，计量阀MV2、MV3将正比于控制流体压力打开，允许缸油以正比于控制流体压力的流速流入或流出室34。若计量阀MV2、MV3壳体中的流体压力超过一预定极限值时，诸如周围的各段起重臂中高温所引起，则流体会从限热阀TV2、TV3排出这些阀。这一作用于或可由参见下面叙述的图9A至图9C而更好的理解。
经控制流体供应管PL2、PL3，控制流体控制阀组件50用于有选择地把控制流体引至平衡阀HV2、HV3和有关的计量阀MV2、MV3。控制组件50包括电磁铁操纵的压力减小比例控制阀V2、V3，阀V2与控制压力供应管PL2和计量阀MV2在流体管道内；而阀V3与控制压力供应管PL3和计量阀MV3流体沟通，管道PL2连接到计量阀MV2的控制端口，而管道PL3连接到计量阀MV3中的控制端口，检验阀52′设置在组件50中，防止伸展或缩回方式中的回流。限流器54，调整到排放管DRN的流量。
阀V2和V3是大致相同的两位置压力降低比例阀，每个阀有一螺线管线连到有着中央处理单元(CPU)的电路中，将结合图5和图6进一步叙述，每一螺线管线圈接收一正比于通过该阀流出的控制流体的所需流体压力的驱动电流。每一阀是关闭的并响应于加到线圈上的电流或电压打开，在图3所示位置，阀C2和C3都在关闭位置，如阀的对应段的箭头所示，阀V2和V3的市场上可购得的HydraForce，Inc.公司的产品，该公司设在美国的Lincolnshire，Ill，HFTC 03195 _15M，1995/96产品目录中型号为Modll No.TS10-36.这些阀的数据页附在这里的附件I中。
每一对应的阀V2和V3的输出管道与通常关闭的，电磁阀S2、S3串连连接。阀S2、S3是双位三通阀，这些阀是手控超越控制(manual override valve)，若有需要，可切换到其相反位置，以对阀V2、V3其进行手控超越操作，允许在合适条件下手动控制各段起重臂，例如，若CPU控制系统中产生故障，起重臂仍可由操作者手动控制，用阀S2、S3使起重臂伸展或缩回，阀S2、S3由Hydra Force，Inc公司制造，该公司位于美国的Lincolnshire，ILC.，d HFTC 03195-15M，1995/96产品目录中的型号为Model No.SV08-30，其数据页附在附件I中。
如前所述，图3中所示双缸电动液压控制系统操纵图1中三段可伸展的起重臂，相应的缸TC2和TC3的运动分别处于比例压力控制阀V2和V3的有选择的和独立的控制下，比CPU提供合适的电流控制信号至相应阀输入处的螺线线圈，以在相应的管道PL2、PL3中有选择地对阀HV2、HV3提供控制流体，在阀V2和V3控制下的有关缸TC2、TC3的工作顺序将在下面参照图5的全动力的四段起重臂或图2中五段起重臂详细叙述。
参见图4，该图表示一种电动液压控制系统，用于推动图2中五段起重臂或图5中四段起重臂的三个液压缸TC1、TC2和TC3，在此图中，相同的标号对应于图3的液压控制系统中相同的部件，例如，图4实施例中缸TC2和TC3及有关部件基本上与图3实施例中所述的双缸相同。但是，在系统输入侧增加了第三个缸TC1，与主控制阀MC连通，除了第三个缸以外，还增加电磁操纵的比例压力阀V1，以便经管道PL1对与第三缸YC1相关的第三平衡阀HV1提供可变的控制压力，平衡阀HV1基本与平衡阀HV2和HV3相同，包括计量阀MV1和限热阀TV1，比例压力阀V1的输出侧也连接到相关的手控超越控制电磁阀S1，其形式和工作基本上与手控超越控制电磁阀S2和S3相同。
图3和图4所示液压控制系统还包括合适的排放管以对每一阀提供溢出流体的通道，它释放对工作不利的任何不合需要的压力。
现在概述图3中双缸电动液压控制系统的工作，设计起重臂控制逻辑阀组件50通过打开和关闭各个平衡阀HV2和HV3来控制相应的液压缸TC2和TC3的打开和关闭。比例压力降低阀V2和V3改变用来打开和允许关闭相应的缸平衡阀HV2、HV3所需的液压油压力。
将在下面参照图9A至9C更详细地叙述平衡阀，但这些阀的计量阀槽有同样面积，并且流量计量能力取决于其在阀体内相对于阀座的位置，正比于经管道PL2、PL3提供的控制流体压力管道PL2和PL3中的控制压力当然由从相应的压力降低比例阀V2、V3流出的流体压力控制，经V2、V3阀流出的流体的压力正比于加到它们的输入螺线管线圈上的控制电流大小。
在各个缸TC2和TC3内的柱的活塞P2、P3的位置由响应于来自控制管道PL2、PL3的控制压力信号关闭成打开相关的平衡阀HV2、HV3来控制，当平衡阀HV2、HV3关闭时有关的缸不能伸展或缩回当平衡阀打开时，每个阀都允许液压流体流入或流出对应的缸的活塞室34，允许缸柱伸展或缩回。
比例压力降低阀V2和V3可响应于从中央处理单元CPU收到的信号独立操作，阀V2和V3可同步工作或顺序工作，取决于伸展或缩回起重臂所需的工作方式，具体的工作方式由存储在CPU微处理器的存储器的最佳负载表编程，本发明的该特点将参照表I以及按照图5、6中CPU的电子电路示意图详细叙述。
图3和4中电动液压控制系统的工作如下，泵P以可选的压力供应流体，并由主控制阀MC分配到伸展或缩回伸缩TC2、TC3，或附加的缸，如图4控制系统中TC1。这些缸可按照存储在CPU微处理器中的负载表伸展或收缩回，缸的运动可以是顺序的或同步的，取决于存储在负载表中的指令。
由于通过管道CO对缸TC2或TC3提供流体压力，仅在阀HV2和HV3具有通过管道PL1和PL2施加控制压力时流体才能进入活塞P3右侧的缸室34，这一控制压力仅在阀V2和V3接收到其螺线管输入线圈的电信号时才提供，这些信号打开这些阀，并通过管道PL2和PL3将所需控制压力提供至计量阀MV2、MV3的控制端口，当被计量的流体响应于合适的控制压力通过计量阀MV2和MV3时，正比于所加的控制压力的流体流量被允许流入缸室34，使缸伸展。
由于流体压力通过管道RO被引至缸柱区域，流体仅在阀V2和V3接收到打开这些阀的电信号时才能进入缸柱R2、R3，并由此将合适的控制压力引至阀HV2、HV3，当把控制压力加到阀HV2、HV3时，这些阀打开，允许流体压力进入缸TC2和TC3的柱区域，以使柱缩回。
但是，伸缩缸的柱部分和缸部分之间的移动方向是由上面提到的主控制阀MC和相关的杠杆控制的。
每一伸缩缸的柱相对于其缸部分的移动速度正比于流体流经对应的计量阀MV2、MV3的速度，这样，起重臂各段的伸展或缩回速度可由改变加到电磁阀V2、V3的输入线圈上的电流来改变，而将详述，速度控制能力用来控制起重臂各段的软起动和软停止，避免震动。
图4中电动液压控制系统的工作与图3中基本相同之处在于上面的两个缸TC2和TC3基本上与图3所示的两个缸TC2和TC3相同，类似地，包括比例降低阀V2和V3的控制逻辑阀50与图3中的相同，这样，图4控制系统中仅有的附加元件是缸TC1、相关联的平衡阀HV1比例控制阀V1和相关的手控超越控制电磁阀S1，后者在形式和作用与方面控制组件50中阀的V2、V3基本相同。阀V1与阀V2、V3类型相同，而阀S1与阀S2、S3类型相同。所以为简短起见无需进一步叙述图4的工作。
下面结合图5至图8及下述的最佳负载表I叙述本发明的电动操纵系统的电子控制部分。
                                             表1
  方式A                                    起重臂长度(米)
  10.80   16.65   18.60   22.50   26.40   30.30   34.20     38.10   42.0
  内中段   0   50   50   75   100   100   100     100   100
  中段   0   25   50   75   100   100   100     100   100
  外中段   0   0   0   0   0   25   50     75   100
  顶段   0   0   0   0   0   25   50     75   100
  V1＜50，V2＜25       V1&V2＜75                             V3
       V2＜50       V1&V2＜100
方式B
内中段   0   0   0   0   0   0   0   50   100
中段   0   75   100   100   100   100   100   100   100
外中段   0   0   0   25   50   75   100   100   100
顶段   0   0   0   25   50   75   100   100   100
             V2               V1
                             V3
在上表中，每一指定段的长度表示为以米为单元的总长度的百分比，例如总的方式A_长度为22.5米一列中，内中段“I_MID”伸展其长度的75％，中段“C_MID”伸展其长度的75％，外中段“O_MID”以及“顶段”为0(不伸展)。
在每一方式图的底部对每一相关的起重臂长度表示每一控制阀V1、V2和V3的时段和顺序。
参见图5，该图表示一全动力的电动的回段可伸展的起重臂，包括底段BS内中段IMS、外中段OMS和顶段FS。在内中段IMS上安装着前面结合图4叙述过的比例压力降低阀V1，而阀V2和V3则安装在外中段OMS上，如前面在图3和4中叙述过那样，对应的起重臂各段的移动在图5和6所示CPU单元142的控制下初始化，按方式A或方式B进行起重臂各段的移动，根据表I中设置的准则，该表存储在CPU142的微控制140中的“最佳伸缩顺序数据”块153中。对应于每一段可移动的起重臂的长度信号由图5的传感器T1、T2和T3检测，它们是连接到相关的可移动段MIS、OMS和FS的电位计，这些信号作为相应各段起重臂移动长度信号L1、L2、L3输入中央处理单元142，并与在微处理器140中存储器内的最佳位置控制数据相比较，各可动起重臂段的位置或长度在微处理器140的块146中计算，在比较器152中与存储的最佳伸缩顺序负载表数据比较。
电缆卷盘CR1、CR2和CR3用来使电信号电缆可卷绕于其上，以馈送(输入或输出)以及在各段起重臂伸展或收拢时与CPU142的输入和输出沟通。电缆经终端端TB1和TB2送入相应的各可移动段到各个比例阀V1、V2、V3。如图5所示，电流信号I1、I2、I3在CPU142控制下送到相应的比例用V1、V2和V3，如指明的那样，在由微处理器140中表1内数据控制下实现最佳伸展或收拢序列。
本发明另一明显特点是起重臂各段移动速度的能力，包括在其按基本不变的速度移动的过程的中间和任一移动过程的开始和结束时，为消除起重臂各段之间的振动，希望能逐渐开始任一段起重臂的移动，直至达到其稳态工作速度，以及在到达其移动过程结束之前减缓速度，换句话说，希望能提供软起动和软停止，而在中间是基本上恒定的速度。
本发明用一斜波发生器实现了这一点，其产生如图7所示电流对时间的波形，如图中所示，在时刻t1和t2之间的启动期间，加到压力降低阀(如V1、V2、V3)螺线管线圈上的电流斜升到工作速度OS。图7中，电流波形的斜升部分标为RU，而波形的工作速度标为OS。从时刻t2到t3，起重臂段将以不变的速度移动，正比于加到比例阀的基本恒定的电流，从时刻t3起(它略早于该段运动结束的时刻t4)，电流波形倾降(如RD所示)到0以停止该段，这样，由于把这些斜升和斜降的电流波形部分加到控制阀V1、V2、V3，对计量阀MV1、MV2、MV3的控制压力正比于倾斜段，引起流体进入伸缩缸的流速逐渐斜升或斜降，由此实现软起动和软停止，在较佳实施例中，一给定段移动的开始期间斜升发生在该段移动约12英寸，类似地，在该段到达距所需长度及英寸时开始软停止功能，这样，图7中电流I的波形经电缆作为如前图5中所述的信号I1、I2、I3提供。
再参见图6，图5中电位计T1、T2、和T3的长度信号送到中央处理单元，经或门158进入模/数转换器160，随后送入段长度计算器146。段长度计算器146的输出随后送入比较器152，比较起重臂各段位置与存储在的微处理器140存储器负载表153中的位置。然后，比较器152把合适的输出信号送到斜波发生器155，后者输出如图7所示波形的电流至相应的比例控制阀V1、V2、V3。每一段关联的起重臂将移动直至从电位计T1、T2、T3接收到输入到中央处理单元的信号达到比较器152确定的匹配值。除了在循环中，速度将油图7中波形所控制。即，当每一段起重臂移动时，它将有一斜升(软起动)功能和一斜降(软停止)功能。
斜波发生器155可以有各种形式，可以是模拟的，包括充放电以产生斜波的RC电路。在此情形下，发生器会简单地由来自微处理器的时钟信号接通或断开。在另一种做法中，用于控制电流的波形可数字地存储在微处理器的查找表中和读出，以将波形施加到控制阀V1、V2和V3。
图6中本发明操纵系统的电子控制系统的另一些特点包括在起重机162驾驶室室内的主控制台，在各段起重臂移动时该控制台显示各段变化中的长度，供操作者监视。此外，设置一个三位置选择开关144以对表I的方式A或方式B或手控超越控制功能的选择初始化。该手控超越控制功能由前面参照图3和4叙述的电磁阀S1、S2、S3实现。
还设置了与图3和4的主控制阀MC相关的方向开关148和150。当主控制阀MC在缩回位置时伸缩缸缩回开关148关闭，而当在主控制阀150在伸展位置时开关150关闭。
图8的流程图更详细地说明由图7的电流波形所进行的速度控制功能的作用。
在第一步骤180，根据由控制移动的方向决定的伸展或缩回方式，把驱动流体通过主控制阀MC送到所有的平衡阀，然后，在步骤181，按照存储在微处理中的负载表程序，控制电流加到每一电磁铁操纵的压力降低控制阀V1、V2或V3。为简化起见，假定图8中电流的施加是可选择的，并在某时刻的与一个控制阀无关，但应该理解可同时驱动一个或多个阀。在步骤182，任何正在移动的一段起重臂的位置由图5中相关的电位计测量，位置信息送到判定框183，其确定该段的移动是否大于或等于12英寸，若回答为否，则控制过程进到步骤184，其中送至V1、V2、V3的电流斜升。在步骤185，对阀HV1、HV2、HV3的控制压力也斜升，并在框182中继续测量该段位置，一旦该段位置被确定为离初始位置大于或等于12英寸，该过程进到步骤185，其中恒定的电流加到阀V1、V2、V3，以使被控制的该段获得大致恒定的工作速度，在下一步骤187中，恒定的控制压力加到阀HV1、HV2、HV3，在下一步骤188，由图8中适当的长度电位计来测量该段位置。然后，把长度测量送到判定框189，其中确定该段离按照存储在微处理器中程序决定的所需移动长度的终点是否小于或等于12英寸。若回答为是，则加到阀V1、V2、V3的电流斜降，使得在步骤191中对阀HV1、HV2、HV3的控制压力也斜降，以减慢该段的移动，而提供软停止，如框192中所示，斜降导致控制压力的到达基本为0并且平衡阀HV1、HV2、HV3的关闭，结束被控制的该段的移动循环。
最好是，任一指定段的每一移动循环都按照图7所示电流波形控制，其包括斜升和斜降功能，以及中间的基本恒速功能。然而，在本发明范围内也可以是去除电流控制波形的斜升段，仅留下斜降段以实现软停止。类似地，也有可以仅提供斜升或软开始功能，而去除软停止功能。这也在本发明的精神实质和范围内，即，在整个移动的工作循环中逐渐斜升电流成在整个移动工作循环中逐渐斜降电流。
图9A至9C表明下按照本发明的平衡阀HV1、HV2、HV3的较佳结构。图9A表示在提供控制流体超过打开阀的阈值之前计量阀在关闭位置，图9B表示在控制流体已达到阈值以上后阀处在打开状态。图9C是沿图9A的线9C-9C所作横截面图。
该阀在主要部件包括一壳体组件70，围住一同轴的阀筒58，其中形成一计量腔室，在壳体组件70中至少设置一个入口74，经阀筒58与端口64对准。最好是，在阀筒58上设置多个等间距的入口，以对计量腔室供应流体，在壳体70中至少设置一个出口72，与阀筒58壁上的输出端口62对准，最好对形成计量腔室的缸设置多个等间距的这些输出端口，阀座60以突起的环状沿阀筒58内表面扩展，处于入口和出口64、62的中间。控制室75设置在壳体组件70一端，与控制端76相通。
往复控制件52与控制室75流体沟通，并可正比于进入控制口76的控制流体压力移动。控制件52安装在端盖50的中心孔内，端盖50接合阀筒58的开口端。端盖58固定连接到阀筒58，而控制件52可动地安装，在端盖50的中心孔内往复运动，控制件52有一平底形头部52A，它与可动的阀槽54一端的凹人部分配合。这样，控制流体使控制件52的移动通过于阀槽的控制元件52传递给可动调槽54。
调槽54有着隔开的端部法兰54A和54B，以及一中间计量法兰54C，后者与计量腔室中阀座60成工作配合。计量法兰54C对于阀座60的位置提供了可变流速，这由计量法兰54C中形成的计量通道56来控制。这些计量通道在图9C中更详细地以剖面图示出。通道56对通过阀座60的流体呈现出可变体积的液流通路，它正比于阀槽54响应于输入至端口76控制压力信号的位移。
图9A-图C的阀组件非常紧凑，阀槽54。控制腔76和控制件52都基本上在壳体70的公共纵轴上排成一列。而且，限热阀80置于阀槽54的中心孔内。阀80包括一弹簧承载的检验球86，连接到可往复的阀杆87，其由螺旋弹簧88围绕，后者通常使验球86处在使输入通道82关闭的位置。输入通道82与计量腔室流体连通，这样当计量腔室内压力超过螺旋弹簧88的力量确定的预定限度时，检验球86离开通路82，允许计量腔室的流体经限热阀80排放，并经输入端口64、74离开通路84，排放可在例如由于阀体70周围环境高温度计量腔室内温度超过预定安全限度时发生。
在没有经端口76来的控制压力时，阀槽54通常由于弹簧S2而偏置到一闭合位置。螺旋弹簧92位于壳体组件90内，有一锥形推钮96在一端，推钮96与阀槽54靠近法兰54A一端的凹处工作配合。柱塞93在弹簧组件壳体90的端部并有一中心孔94连接到排放管，以避免在弹簧壳体中聚集不希望有的流体压力。
如表明的那样，在阀组件的各个工作部件之间设有O形密封圈。
阀槽部件54中设有纵向通路63，并在其中完全延伸贯通，以允许阀筒58内阀槽54远端外表面上压力均等。
现在叙述图9A至9C的阀组件的工作。阀的各元件通常处于图9A所示关闭位置，当控制压力经端口76加到控制腔75时，将控制元件52按所加的控制压力或比例地推向左面，由于阀槽54连接到控制元件52，它也向左移动，这密封法兰54C离开阀座60，这就使流体可经阀座60周围的计量槽56流动，从入口64、74流到出口62、72。流体流动速率由法兰54相对于阀座60的位置和计量槽56打开的程度来控制，在图9B所示位置，阀完全打开，在此完全打开的位置通过计量阀的流速最大，而在图9A的关闭位置和图9B的完全打开位置之间的各中间位置，按加到控制端口76的控制流体的压力的比例产生不同的流速。所以，流体通过平衡阀的计量阀部分的流速最终由前述加到控制阀HV1、HV2、HV3上的控制电流大小来控制。
已对本发明作了叙述，显然可以各种方式作出变化，这些变化不离开本发明实质范围，而所有这些修改对本领域的技术人员来说将是显然的，应将它们包括在下面的权利要求书范围。

Claims (20)

1、一种可伸展起重臂(10)的电动液压操作系统，所述起重臂(10)至少具有三个伸缩段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)，其特征在于，所述操作系统包含：
至少两个液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)，连接到起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)上，以使它们之间相对运动，伸展或缩回起重臂(10)；
加压液压驱动流体(HT)的源，用于驱动马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)；和
阀门装置(MC，HV1，HV2，HV3，V1，50)，与流体源(HT)和液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)以流体沟通方式相连，以响应于电控制信号可选择地向其提供加压的液压驱动流体；
与各所述液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)相关联的所述阀门装置(MC，HV1，HV2，HV3，V1，50)包括，
电磁阀(V1，V2，V3)，与加压液压驱动流体(HT)的源和液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)流体沟通，液压马达具有以正比于液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)驱动的起重臂段(MC，HV1，HV2，V1，50)的所要求的移动速度的可变特性接收电控制信号的输入端，所述电磁阀(V1，V2，V3)改变可施加于液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)的驱动流体的压力，并输出可变压力控制信号；和
计量阀(HV1，HV2，HV3)，用于接收从所述电磁阀(V1，V2，V3)输出的可变压力控制信号，并以与可变压力控制信号成比例的流速向液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)提供驱动流体。
2、如权利要求1所述的操作系统，其特征在于，包括可编程电子控制装置(142)，用于向所述阀装置(MC，HV1，HV2，HV3，V1，50)的各电磁阀(V1，V2，V3)提供所述电控制信号。
3、如权利要求2所述的操作系统，其特征在于，电控制信号的特性曲线是这样的，液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)在该段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)任何移动过程的起始期间以逐渐提高的速度，在该过程的中间期间以第二种基本上恒定的速度，以及在移动过程结束的停止期间以逐渐降低的速度移动相关的起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)。
4、如权利要求2所述的操作系统，其特征在于，电控制信号的特性曲线是这样的，液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)在该起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)任何移动过程的起始期间以逐渐提高的速度移动相关起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)。
5、如权利要求2所述的操作系统，其特征在于，电控制信号的特性曲线是这样的，液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)在该段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)任何移动过程结束的停止期间以逐渐降低的速度移动相关起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)。
6、如权利要求1所述的操作系统，其特征在于，电控制信号的特性曲线是这样的，液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)在该段任何移动过程的起始期间以逐渐提高的速度，在该过程的中间期间以第二种基本上恒定的速度，以及在移动过程结束的停止期间以逐渐降低的速度移动相关的起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)。
7、如权利要求1所述的操作系统，其特征在于，电控制信号的特性曲线是这样的，液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)在该起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)任何移动过程的起始期间以逐渐提高的速度移动相关起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)。
8、如权利要求1所述的操作系统，其特征在于，电控制信号的特性曲线是这样的，液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)在该段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)任何移动过程结束的停止期间以逐渐降低的速度移动相关起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)。
9、如权利要求1所述的操作系统，其特征在于，计量阀(HV1，HV2，HV3)包含：
座组件(70)，在其内限定了一计量腔室、至少一个用于向该腔室提供待计量的驱动流体的输入口(74)、至少一个用于从该腔室输出已计量驱动流体的输出口(72)、设置在输入口和输出口(74，72)之间的腔内的阀座(60)、控制腔(75)和至所述控制腔(75)的控制口(76)；
在控制腔(75)内的控制元件(52)，可与输入到所述控制口(76)的控制信号的压力成比例地移动；
安装成在所述计量腔室内往复移动的阀槽(54)，所述阀槽(54)联接到控制元件(52)上，并与其一起移动，所述阀槽(54)具有计量法兰(54c)，后者与腔内的阀座(60)工作接合，所述计量法兰(54c)相对于所述阀座(60)的位置控制驱动流体在阀座组件(70)的输入口(74)与输出口(72)之间的可变流速。
10、如权利要求9所述的操作系统，其特征在于，计量阀(HV1，HV2，HV3)的计量法兰(54c)具有形成在其内的计量通道(56)，沿阀座(60)横向延伸，所述通道(56)对于流经阀座(60)的流体呈现出与阀槽(54)的位移成比例的可变的流体通道体积。
11、如权利要求9所述的操作系统，其特征在于，计量阀(HV1，HV2，HV3)进一步包括设置在所述阀槽(54)内并可与其一起移动的限热阀(80)，当所述腔体内的流体的压力超过预定限值时，把流体从所述腔内向所述至少一个输入口(74)排出。
12、如权利要求1所述的操作系统，其特征在于，液压马达(TC2，TC3，TC1，TC2’，TC3’)包含具有可相对移动的杆(R1，R2，R3)和缸体(C1，C2，C3)的液压缸，所述杆(R1，R2)具有贯穿穴的纵向导管，以调节液压驱动流体，流动到依次连接的液压缸内。
13、如权利要求2所述的操作系统，其特征在于，液压马达(TC1，TC2，TC3，TC2’，TC3’)包含具有可相对移动的杆(R1，R2，R3)和缸体(C1，C2，C3)的液压缸，所述杆(R1，R2)具有贯穿它的纵向导管，以调节液压驱动流体，流动到依次连接的液压缸内。
14、如权利要求1所述的操作系统，其特征在于，包含至少四个起重臂段(BS，IMS，CMS，OMS，FS)以及至少三个液压马达(TC1，TC2’，TC3’)。
15、如权利要求14所述的操作系统，其特征在于，液压马达(TC1，TC2’，TC3’)包含具有可相对移动的杆(R1，R2，R3)和缸体(C1，C2，C3)的液压缸，所述杆(R1，R2)具有贯穿它的纵向导管，以调节液压驱动流体，流动到依次连接的液压缸内。
16、一种计量阀(HV1，HV2，HV3)，其特征在于，包含：
座组件(70)，在其内限定了一计量腔室、至少一个用于向该腔室提供待计量的流体的输入口(74)、至少一个用于从该腔室输出已计量流体的输出口(72)、设置在输入口和输出口(74，72)之间的腔内的阀座(60)、控制腔(75)和至所述控制腔(75)的控制口(76)；
在控制腔(75)内的控制元件(52)，可与输入到所述控制口(76)的控制信号的压力成比例地移动；
安装成在所述计量腔室内往复移动的阀槽(54)，所述阀槽(54)联接到控制元件(52)上，并与其一起移动，所述阀槽(54)具有计量法兰(54c)，后者与腔内的阀座(60)工作接合，所述计量法兰(54c)相对于所述阀座(60)的位置控制流体在阀座组件(70)的输入口(74)与输出口(72)之间的可变流速；
设置在所述阀槽(54)内并可与其一起移动的限热阀(80)，所述阀槽(54)当腔室体内的流体的压力超过预定极限值时把所述腔室内的流体通过所述输入口(74)排出。
17、如权利要求16所述的计量阀，其特征在于，计量阀(HV1，HV2，HV3)计量法兰(54)具有形成在其内的计量通道(56)，沿阀座横向延伸，所述通道(56)对于流经阀座(60)的流体呈现出与阀槽60位移成比例的可变的流体通道体积。
18、如权利要求17所述的计量阀，其特征在于，阀槽(54)、控制腔(75)和控制腔(75)内的控制元件(52)在座组件的纵向轴上基本上设置成一列。
19、如权利要求16所述的计量阀，其特征在于，阀槽(54)、控制腔(75)和设置在控制腔(75)内的控制元件(52)在座组件的纵向轴上基本上设置成一列。
20、如权利要求11所述的计量阀，其特征在于，阀槽(54)、控制腔(75)和设置在控制腔(75)内的控制元件(52)在座组件的纵向轴上基本上设置成一列。
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