CN1177952A - 绞车的速度控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种绞车的速度控制方法及其控制系统,采用这种方法和系统,绞车不呈自由落下状态,从而提高了设备的安全性和操作性能,而且,可获得与自由下落同样的下降速度。为此,在操作杆(5)达到规定行程之前,绞车卷筒(13)的转速对于操作杆(5)的行程来说,基本是一样的转速;当操作杆超过规定行程时,根据从数个速度模式中选择的一个速度模式,对于操作杆(5)的同一行程形成不同的转速。

Description

绞车的速度控制方 法及控制系统

本发明涉及绞车速度的控制方法及其控制系统，特别是涉及利用液压驱动绞车卷筒的绞车速度控制方法及其控制系统。

以往，起重机等使用的绞车装置，例如如图5所示，是由主卷扬绞车50和辅助卷扬绞车60构成的。用液压驱动的主卷扬绞车50是由液压电机51、液压电机51驱动的减速机52、减速机52的输出轴52a以及安装在固定于主卷筒56上的驱动轴55之间的离合器53构成的。此外，在主卷筒56的凸缘部上，还固定有制动鼓54a，而且在该制动鼓54a上卷设有手动制动器54。

根据这种结构，液压电动机51的旋转运动是通过减速机52减速并传递给输出轴52a的，在离合器53结合状态下，通过驱动轴55传递给主卷筒56。用众所周知的方法控制液压电动机51的旋转，便可根据液压电动机51的旋转来控制主卷筒56的旋转。此外，在短时间内使吊钩等轻负荷降下时，或者像土木作业中的打桩、打夯作业那样，需要自由落下的锤子的冲击力的情况下，绞车是在自由落下状态下使用的。在这些情况下，将离合器松开，主卷扬绞车50的吊载便呈自由落下状态。在控制该落下速度时，将制动器54按压在制动鼓54a上，并利用按压程度来调节制动力的大小。如上所述，在自由落下状态下使用时，在短时间内使轻负荷降下，可获得锤子等重物的大冲击力。辅助卷扬绞车60的结构及动作与主卷扬绞车50一样，不再说明。

但，上述现有技术，在自由落下状态下使用绞车时，作业者的意图无法控制，吊载负荷的下降速度非常大，很难使吊载的物体停止在规定的位置上。另外，由于操作杆的误动作，绞车突然变成自由落下状态，吊载物掉下的危险性也是存在的，对作业者来说，是相当紧张的。

本发明是为了解决上述现有技术所存在的问题而开发的，目的是为了提供一种绞车的速度控制方法及其控制系统，这种控制方法和系统是使绞车卷筒的驱动装置与绞车卷筒通常处于连接状态，取消自由落下状态，这样，可保证作业者的安全和提高设备的操作性能。

本发明绞车速度控制方法的特征在于，在到达操作杆的规定行程之前，绞车卷筒的转速对于操作杆的行程来说，基本上是一样的转速；在规定行程以上时，根据从数种速度模式中选择出的速度模式，对于操作杆的同一行程来说有不同的转速。此外，在超过规定行程的中途行程中，已选择的速度模式也可转换为其他的速度模式。上述速度模式的转换，从低速度模式向高速模式转换时，也可在预先设定的条件下进行转换。达到规定行程之前绞车卷筒的转速，随着操作杆行程的增加而渐渐增大，同时在数个速度模式之间也可以是一样的转速。

根据这种方法，在各速度模式下，在达到规定行程之前绞车卷筒的转速都相等，因此，开始操作时，操作人员的操作感觉是一样的，可获得良好的操作性能。此外，在规定行程以上时，例如选择高速的速度模式，则转速提高、作业效率提高。在渐渐提高绞车卷筒转速的情况下，将开始操作的转速选得低一些，这样可提高小范围操作性能。如上所述，可根据需要选择不同的速度模式，便可获得良好的操作性能。

本发明绞车的速度控制系统的第一种结构，其特征在于该系统具有控制管道和模式转换用开关阀，其中控制管道将调节器与控制阀连接起来，上述调节器把与主控压相对应的控制压供给可变型液压电机的控制液压缸，控制阀将主控压供给控制式操作阀；模式转换用开关阀用于连通或切断该控制管道。也可在上述调节器上设置设定机构，当达到规定的主控压时，该设定机构便使调节器停止动作；当超过规定的主控压时，根据调节器的控制压相应减小上述可变型液压电动机的固有容积。模式转换用开关阀是采用具有螺线管的螺线管驱动型模式转换用开关阀，也可在控制阀的操作杆捏手上设置开关，由该开关向螺线管发出电信号。此外，也可在连接调节器与控制液压缸的控制压管道上设置节流装置。此外，也可设置容量设定机构，该设定机构是由可变型液压电动机的容量控制机构、连接容量控制机构与控制液压缸的活塞杆的连接机构、容量设定构件以及塞棒构成的，容量设定构件固定在容量控制机构、活塞杆及连接机构的任一方上，用于设定可变型液压电动机的最小容量，塞棒用于限制容量设定构件的移动或解除限制。

根据这种结构，在调节器与控制阀相连通的状态下，由控制式操作阀和可变型液压电动机控制绞车卷筒的转速，可变型液压电动机是由控制液压缸来减少固定容量的。此外，在调节器与控制阀断开状态下，调节器不进行操作，所以不向可变型液压电动机的控制液压缸供给调节器的控制压。因此，只通过根据主控压进行操作的控制式操作阀来控制绞车卷筒的转速。

此外，在设有上述设定机构(例如附设在调节器上的弹簧)的情况下，在达到操作杆的规定行程之前，调节器不向控制液压缸供给控制压，因此，通过控制式操作阀来控制绞车卷筒的转速。当操作杆超过规定行程时，通过与主控压相对应的调节器的控制压来减小可变型液压电动机的固有容积。因比，绞车卷筒的转速是由减小的固有容积和控制式操作阀进行控制。这时，一旦断开模式转换用开关阀，由于绞车卷筒的转速只用控制式操作阀进行控制，因此，相对于同样的操作杆行程，绞车卷筒的转速减小。

如上所述，在达到操作杆的规定行程之前，绞车卷筒的转速与模式转换开关阀的连通或断开无关，对于操作杆的行程来说，基本是一样的。此外，当超过规定行程时，即使操作杆的行程一样，而绞车卷筒的转速则是与各模式相对应的转速。

另外，在操作杆捏手上装有开关的情况下，可一边用操作杆控制绞车卷筒的转速、一边利用开关对速度模式进行转换。在设有上述节流装置的情况下，由于可变型液压电动机的固有容积不会产生急剧变化，故可防止绞车卷筒转速的急剧变化。这样，既可提高安全性、又可提高装置的寿命。通过设置容量设定机构、在由塞棒来限制容量设定构件移动的情况下，可变型液压电动机的固有容积就成为规定的最小固有容积。此外，在解除移动限制的情况下，可变型液压电动机的固有容积可减小到零，于是可在自由落下状态下操作绞车。

本发明绞车速度控制系统的第二种结构，其特征在于附设有选择阀，该选择阀在压力源的规定压和驱动绞车卷筒的可变型液压电动机驱动压中，选择较高一方的压力作为调节器的压源提供。

根据这种结构，当可变型液压电动机的驱动压低时，供给可变型液压电动机的控制液压缸的控制压，便以压力源的规定压作为压源。此外，当驱动压升高时，该驱动压便成为调节器的压源，并供给可变型液压电动机的控制液压缸，因此，可可靠控制可变型液压电动机的固有容积。

本发明绞车速度控制系统的第三种结构，其特征在于，在安全阀与负制动器之间设有转换阀，该转换阀用于把解除安全阀的功能用的主控压和松开负制动器用的主控压连通或将两者断开，上述安全阀的作用是将绞车卷筒下降时液压电动机的回流液压控制在规定压力值，上述负制动器设在液压电动机与绞车卷筒之间的连接部位上。

根据这种结构，当把转换阀转换到连通位置时，便提供解除安全阀功能用的主控压和松开负制动器用的主控压，可使绞车卷筒自由旋转，因此，容易对绞车进行检查维修。

图1为本发明实施例主卷扬绞车用及一部分辅助卷扬绞车用的控制回路图；

图2是说明实施例的速度模式-高/额定模式、高/高速模式、低/额定模式及低/高速模式的图表；

图3是说明实施例的绞车速度控制系统的示意图，是表示主卷扬绞车的操作行程与绞车卷筒的转速关系图；

图4是实施例主卷扬绞车的断面图；

图5是现有技术的绞车装置的概要图。

下面根据附图对本发明绞车的速度控制方法及其控制系统的理想实施例进行详述。

图1中，1为绞车驱动用的绞车泵、3为压力补偿阀、4为控制式操作阀、5为绞车操作用操作杆、5a为向控制式操作阀4等供给主控压用的控制阀、5b为高速模式转换按钮。另外，6为液压电动机(本实施例使用可变型液压电动机)、6b为设在液压电动机6上的斜板(容量控制机构)、7a为单向阀、7b为安全阀、8为向本速度控制系统供控制压用的控制泵(压力源)、9为向电动机供控制压用的转换阀、9a为向辅助卷扬绞车供控制压用的转换阀、11为通过安全阀10使压力保持一定的控制泵8的控制压源的转换阀、12为收纳在液压泵6内的负制动器、13为通过液压电动机6驱动的绞车卷筒。

此外，18是高速模式转换阀，用于转换由梭式阀23输出的控制阀5a的主控压；19是控制液压电动机6的容量用的调节器，它根据高速模式转换阀18所供给的主控压与设定弹簧(设定机构)19a的弹力之差进行控制；20是液压电动机6的控制液压缸；20a为联杆(连接机构)，该联杆将控制液压缸20的活塞杆与斜板6b连接起来；21是节流孔(节流装置)，它设在控制液压缸20的控制压管道上；22是设在液压电动机6的驱动主管道间的安全阀。

此外，24为控制器，24a是构成控制器24的“与”回路。该“与”回路24a在下述规定条件下，向高速模式转换阀18的螺线管18a输出激磁信号，这些规定条件是例如本实施例的情况下：(i)高速模式转换按钮5b的ON信号、(ii)控制阀5的下降侧主控压信号Pd、及(iii)规定的钢丝绳张力信号Ts同时输入时。这里，作为限制向高速模式转换的条件，其所以要规定上述(ii)及(iii)条，原因是：条件(ii)是为了避免在进行高速提升作业时产生下述问题，例如由于向卷筒上卷绕的钢丝绳的卷绕性能变差而出现卷乱现象，或者是由于钩子提升过多时紧急停止而产生过大的冲击力。

规定条件(iii)的目的是，即使是在吊载负荷超过液压电动机的承受能力时，也可防止物体落下。另外，条件(iii)还有一个目的就是为了防止整个装置承受过大负荷、以及提高可靠性，因为在通常作业时，基本不使用高速提升重负荷或降下重负荷，把可以进行高速作业的负荷限制为规定限度以下的轻负荷。钢丝绳的张力，是指与吊载负荷相对应的输入信号，从外部直接作用在绞车装置上的负荷成为输入信号。钢丝绳的张力可用下述方法求出，例如用预先输入的钩子吊挂的钢丝绳数量，除以通过过负荷防止装置得到的吊载负荷而求得。

此外，27是设在绞车松卷管道上的低压安全阀；28是油槽；30是卷筒松卷用开关；31为卷筒松卷用转换阀；32为节流装置，它设在通过制动阀11将控制泵8的控制压源供给负制动器12的管道上；33为螺线管式开关阀；34为容量设定机构，它具有容量设定液压缸34a及固定在控制液压缸20的活塞杆上的容量设定构件34b；35a、35b和35c为单向阀。

下面对上述结构的作用进行说明。

本实施例的速度模式有发动机高速旋转的高/额定模式和高/高速模式，以及发动机低速旋转的低/额定模式和低/高速模式等4种模式。

首先，就本实施例的各速度模式共用的主卷扬绞车的作用进行说明。辅助卷扬绞车与主卷扬绞车相同，故不重复说明。在图1中，操作操作杆5时，从控制阀5a输出与该控制量相对应的主控压，操作控制式操作阀4。与该控制式操作阀4的操作量相对应的流量，由绞车泵1及悬臂泵(图中未示出)供给液压电动机6，与此同时，通过从控制式操作阀4取出的负荷压将转换阀9转换到b位置。这样，控制泵8的控制压便通过转换阀9的b位置及节流装置32供给制动阀11，而解除负制动器12的制动状态。由于解除了制动状态，绞车卷筒13便以与操作杆5的操作量相对应的转速进行旋转。

在下降侧急速操作上述操作杆5时，绞车卷筒13会急速向下降侧旋转，但由于设定为规定压力的安全阀27使下降侧管道内的动作油溢流，因此，可防止向下降侧旋转的转速激剧增加，从而可防止钢丝绳卷乱。

在使绞车卷筒13自由旋转的情况下，将卷筒松卷开关30闭合，则卷筒松卷转换阀31处于b位置，同时，制动阀11处于a位置。这样，由于控制泵8的控制压而使负制动器12解除制动，并将控制泵8的控制压供给安全阀7b，因此，绞车卷筒13也可在下降侧自由旋转。

其他的自由旋转操作，首先将未图示的开关电信号输出到制动阀11的螺线管，使制动阀11处于a位置，解除负制动器12的制动状态。同时，电信号也向螺线管式开关阀33的螺线管输出，使螺线管式开关阀33处于b位置，于是，控制泵8将控制压供给容量设定液压缸34a的活塞杆室及控制液压缸20。这样，容量设定液压缸34a的活塞杆(塞棒)收缩，解除对容量设定构件34b的移动限制。被解除的容量设定构件34b，通过控制液压缸20的活塞杆及联杆20a使斜板6b移动，将液压电动机6的容量设定为Occ/rev。因此，在需要比高/高速模式更快的下降速度时，就象上述那样将液压电动机6的容量设定为Occ/rev，这样，即使没有离合器也可进行自由落下作业。

图2所示为本实施例的4种速度模式。这里，发动机转速采用相当于高速空转状态的高速状态、以及相当于低速空转状态的低速状态等两种状态表示，是为了简单说明上述情况，作为实际使用条件也可设定为相当于上述两种状态的中间状态。此外，即使发动机的转速一定，亦可用改变液压泵数量的方法来改变流向液压电动机的最大流量，设定为上述高、低或中间状态，上述液压泵的作用是向液压电动机供给与液压泵的固有容积或速度模式相对应的动作油。在使用高速模式的情况下，使液压电动机的固有容积在V～0.5V之间变化，但不是将最小固有容积限定为0.5V。因此，可选择适宜的最小固有容积，而且可将最小固有容积设定为数个，这样，上述高速模式当然也成为数个。

图3是采用上述结构的绞车速度控制系统的说明图。现参照图2的动作条件及图1，对图3右侧所示的通过主卷扬绞车下降时的各模式进行说明。

(1)高/额定模式

操作杆行程N～S1之间，是由于液压泵1及液压电动机6等液压机器漏油而产生的死区，绞车卷筒13不旋转。另外，处在该操作杆行程N～S1之间的绞车卷筒13，即使采用后述的高/高速模式、低/额定模式及低/高速模式中的任一种模式，也不旋转。操作杆行程S1～S6之间的卷筒转速，根据由控制式操作阀4的开口特性所决定的流量，最大转速可增加到N6。卷筒转速以额定转速N6作为100％，表示在图中。

(2)高/高速模式

由压力开关(设在控制式操作阀4的下降侧的控制管道上)输出的主控压信号Pd及规定的安全负荷-钢丝绳负荷信号Ts，处于被输入控制制器24的“与”回路24a的状态下，按压操作杆5的高速模式转换按钮5b，通过“与”回路24a发出信号而将高速模式转换阀18转换到b位置。

因此，根据操作杆5的杆行程，控制阀5a向容量控制用调节器19供给相应的主控压。但，在操作杆行程S1～S4之间，由于将主控压的推力设定得比设定弹簧19a的弹力小，所以容量控制用调节器19仍处于b位置。

操作杆行程S1～S4之间的卷筒转速，根据控制式操作阀4的开口特性，最大可增加到N4。S1～S4之间与高/额定模式的完全相同。当操作杆行程到达S4时，容量控制用调节器19的推力比设定弹簧19a的弹力大，故容量控制用调节器19开始向a方向操作。

在操作行程S4～S5之间，由于与操作杆行程相对应的主控压的作用，液压电动机6的固有容积从V减小到0.5V，同时绞车卷筒13的转速也随着控制式操作阀4而引起的流量增加而相应增加到最大值N7。即，S4～S5之间的绞车卷筒的转速为高/额定模式的2倍。在操作杆行程S5～S6之间，液压电动机6的固有容积一定，根据控制式操作阀4的开口特性，操作杆行程使流量增加很少，所以绞车卷筒的转速仍维持一定、为N7。

在操作杆行程S4～S6，解除高速模式转换按钮5b的按压状态，便可从P位置转换到Q位置。相反，通过按压高速模式转换按钮5b，便可从Q位置转换到P位置。

此外，容量控制用调节器19的压源，是在由单向阀35a、35b所选择的液压电动机6的较高一方的驱动压、以及由安全阀10保持在规定压的控制泵8的排出压中，通过单向阀35C(选择阀)选择高液压作为压源。该压源，根据与操作杆行程相对应的调节器19的操作量相应减压，然后供给液压电动机6的控制液压缸20。因此，在液压电动机6的驱动压比较低的期间，供给控制液压缸20的控制压，是由保持在规定压的控制泵8的排出压来保障。另外，当液压电动机6的驱动压升高时，该驱动压便作为容量控制用调节器19的压源，供给控制液压缸20，因此，可对液压电动机6的容量进行可靠控制。

(3)低/额定模式

操作杆行程S1～S3之间的绞车卷筒的转速，根据控制式操作阀4的开口特性，最大可增加到N3。由于流入控制式操作阀4的流量是与低/额定模式相对应的规定的最大流量(一定)，故操作杆行程S3～S6之间的绞车卷筒保持一定转速N3。

(4)低/高速模式

绞车卷筒的转速，在操作杆行程S1～S3之间，通过控制式操作阀4最大可增加到N3；在操作杆行程S3～S4之间，保持一定转速N3。因此，S1～S4之间的绞车卷筒的转速，与低/额定模式的一样。操作杆行程S4～S5之间的绞车卷筒13的转速，与高/高速模式一样，根据与操作杆行程相对应的液压电动机6的容量减少量、以及由控制式操作阀4的开口特性决定的流量增加量，最大可增速到N5。操作杆行程S5～S6之间的绞车卷筒转速，由于液压电动机6的固有容积一定，而且由于操作杆行程增加而增加的流量很少，故保持一定转速N5。

此外，与高/高速模式的情况一样，在操作杆行程S4～S6之间，将按压高速模式转换按钮5b的手指离开，便从T位置转换到S位置；按压高速模式转换按钮5b，便可从S位置转换到T位置。

例如，想从低/高速模式变为高/额定模式时，事先提高发动机的转速，然后便可转换为高/额定模式。

以上对利用主卷扬绞车下降时的各模式进行了说明，但在主卷扬绞车的提升侧(图3的左侧)，由于操作杆行程与绞车卷筒转速的关系，对上述下降侧的高/额定模式及低/额定模式来说，绝对值是相等的，只是旋转方向相反，故不再说明。辅助绞车也与主卷扬绞车一样，也不再说明。

在图4中，6a为液压电动机6的主轴，12为负制动器，13a为绞车卷筒13的行星减速机，16为卷绕在绞车卷筒13上的钢丝绳。下面对这种结构的作用进行说明，由液压管道(未图示)向液压电动机6供动作油时，主轴6a便按该动作油流量和液压电动机6的固有容积所决定的转速进行旋转。该主轴6a的旋转，通过行星减速机13a减速之后，使绞车卷筒13沿提升方向或下降方向旋转。这样，钢丝绳16便提升吊载的物体或降下吊载的物体。辅助卷扬绞车与图4中的主卷扬绞车为线对称结构，故不再说明。

本发明使绞车卷筒在动力上通常与驱动源连接，不是自由落下状态，因此，可靠性和操作性能都提高了，而且通过简单的操作便可得到与自由落下同等的下降速度，绞车的这种速度控制方法及其控制系统是很有实用价值的。

Claims (11)

1.一种绞车的速度控制方法，该方法通过操作杆对绞车卷筒的转速进行控制，其特征在于，在操作杆达到规定行程之前，上述绞车卷筒的转速相对于操作杆的行程基本保持同一转速；当操作杆超过规定行程时，对应于从多个速度模式中选择的一个速度模式，操作杆的同一行程有不同的转速。

2.如权利要求1所述的绞车速度控制方法，其特征在于，在超过规定行程的中途行程中，上述所选择的速度模式，可转换为其他的速度模式。

3.如权利要求2所述的绞车速度控制方法，其特征在于，转换上述速度模式的转换，在从低速模式向高速模式转换时，可以在预先设定的条件下进行。

4.如权利要求1所述的绞车速度控制方法，其特征在于，达到规定行程之前绞车卷筒的转速随着操作杆行程的增加而渐渐增大，而且在上述数个速度模式之间是一样的。

5.一种绞车速度的控制系统，包括以下几部分：液压泵；驱动绞车卷筒的可变型液压电动机；控制式操作阀，它安装在上述液压泵与可变型液压电动机之间，对绞车卷筒的转速进行控制；控制阀，它用于向上述控制式操作阀提供主控压；调节器，它把与上述主控压相对应的控制压供给可变型液压电动机的控制液压缸；其特征在于，它设有连接上述调节器与控制阀的控制管道、以及接通或断开上述控制管道的模式转换用开关阀。

6.如权利要求5所述的绞车速度控制系统，其特征在于，上述调节器设有设定机构，当压力达到规定的主控压之前，该机构使调节器停止动作，当压力超过规定的主控压时，便根据上述调节器的控制压相应减小可变型液压电动机的固有容积。

7.如权利要求5所述的绞车速度控制系统，其特征在于，上述模式转换用开关阀是设有螺线管的螺线管驱动型模式转换用开关阀，而且在上述控制阀的操作杆捏手上设有开关，通过该开关向该螺线管发出电信号。

8.如权利要求5所述的绞车速度控制系统，其特征在于，在连接上述调节器与控制液压缸的控制压管道上，设有节流装置。

9.如权利要求5所述的绞车速度控制系统，其特征在于，该系统具有上述可变型液压电动机的容量控制机构、连接该容量控制机构与上述控制液压缸的活塞杆的连接机构、以及由容量设定构件和塞棒组成的容量设定机构，上述容量设定构件固定在所述容量控制机构、所述活塞杆、所述连接机构的任一个机构上，对上述可变型液压电动机的最小容量进行设定，上述塞棒用于限制容量设定构件的移动或解除限制。

10.一种绞车的速度控制系统，包括以下几部分：液压泵；驱动绞车卷筒的可变型液压电动机；控制式操作阀，它安装在液压泵与可变型液压电动机之间，用于控制绞车卷筒的转速；控制阀，它的作用是将主控压供给上述控制式操作阀；调节器，它的作用是把与上述主控压相对应的控制压供给可变型液压电动机的控制液压缸；其特征在于，该系统设有选择阀，该选择阀在压力源的规定压与上述可变型液压电动机的驱动压中，选择较高一方的压力作为调节器的压源供给。

11.一种绞车的速度控制系统，它具有以下几部分：液压泵；驱动绞车卷筒的液压电动机；操作阀，它设在上述液压泵与液压电动机之间，用于控制绞车卷筒的转速；连接上述部件的液压驱动管道；安全阀，它设在液压驱动管道的绞车卷筒的提升侧，以便在绞车卷筒下降时将液压电动机的回油压控制在规定压力值；负制动器，它设在液压电动机与绞车卷筒之间的连接部位上，其特征在于，在上述安全阀与负制动器之间设有转换阀，该转换阀的作用是将解除安全阀功能用的主控压和松开负制动器用的主控压连通或将两者断开。

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