CN205204652U - 提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布一种提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统，属于液压控制技术领域。包括油箱、变量泵和变幅油缸；变量泵出油口连接有换向阀，换向阀另一端连接有平衡阀，平衡阀另一端连接至变幅油缸无杆腔；变幅油缸有杆腔回油至油箱；在换向阀至平衡阀之间的油路上设有第一压力传感器；变幅油缸无杆腔连接有第二压力传感器；电液控制系统还包括控制手柄和控制器；第一压力传感器和第二压力传感器分别与控制器连接；控制器还分别连接换向阀、平衡阀和变量泵。本实用新型能使平衡阀通过的流量符合设备操纵人员的意图，提高臂架运动的可控性和平稳性，降低设备对人员操作经验的要求，提高设备的操作安全性，具有较高的实用性。

Description

提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统

技术领域

本实用新型涉及液压控制技术领域，具体是一种提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统。

背景技术

工程机械是用于各种工程建设施工作业的机械和装备的总称。工程机械广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域，种类繁多。臂架类工程机械的主要特点是，通过臂架承受负载或工作装置的重量，并通过臂架的伸缩、摆动等动作完成指定的功能。典型的臂架类工程机械有混凝土泵车、起重机、消防车和高空作业车等。

在工程机械的臂架变幅作业中，以汽车起重机为例，驱动臂架变幅的通常是一支或两支油缸，称为变幅油缸。在进行落臂变幅作业时，变幅油缸下放一般有两种方法，一种是使用比例阀和平衡阀的液压驱动的下放方式，即需要对变幅油缸的有杆腔供给压力油，常称为动力下放。整机在快速起动和制动时，液压系统产生冲击。变幅下落时，油液进入油缸的有杆腔，同时，作为先导油液打开设置在变幅油缸无杆腔的平衡阀。该平衡阀的选用需要考虑补偿负载变化所引起的匹配问题，臂架易抖动，易引起可靠性问题。且难以匹配轻载工况与重载工况的下落速度，严重影响了整机的安全性及工作效率。另外，在变幅油缸下放过程中由于存在超越负载，即负载的方向和运动方向相同，如臂架的自重和重物产生的负载。此时，也需要平衡阀来产生一定的背压，托住臂架和重物，但这会造成系统较大的功率损失。

如图1所示，常见的工程机械臂架的动力下放变幅液压系统包括油源1、换向阀2、平衡阀3、变幅油缸4和油箱5等部分，其中，油源1一般是柱塞泵或齿轮泵等类型，换向阀2多采用电磁或手动控制方式，实现变幅起、落和停止动作的控制。平衡阀3多为液控型，变幅下落时，在先导压力的作用下，克服弹簧力，控制平衡阀的开口大小，实现变幅液压系统的速度控制。

另一种方式为重力下放的方式，靠臂架重力的作用实现变幅油缸下放，从而实现臂架的落臂变幅作业。

如图2所示，常见的工程机械臂架的重力下放变幅液压系统包括油源1、换向阀2、平衡阀3、变幅油缸4和油箱5等部分。其中，油源1一般是变量柱塞泵，以便实现油缸伸出速度的调节。变幅油缸4的有杆腔直接与液压油箱5连通，保证活塞杆回缩时无杆腔不吸空即可。换向阀2多采用电磁或手动控制方式，实现变幅起和停止动作的控制。平衡阀3多为电比例先导型，变幅上升时，作为单向阀导通油液的作用。油缸停止时，单向阀可以闭锁油缸无杆腔内的油液。变幅下落时，在控制电流的作用下，克服弹簧力，控制平衡阀的开口大小，实现变幅液压系统的速度控制，而与油源无关。

根据液压理论中的阀的通流量计算公式，通过阀口的流量

$Q=\mathrm{\α}A\sqrt{\mathrm{\Δ}p}$

α是流量系数，一般取常数；A是阀的通流面积；△p为阀口前后的压力差。

由于臂架在运动过程中角度是变化的，臂架对变幅油缸的作用力也会不同，臂架和水平面的角度越小，则对变幅油缸作用力越大。此时，下放速度的调节和平衡阀的节流口之间呈现非线性，不能实现良好的调速特性，则要求操作者有较丰富的经验，耗费更多的精力，并很可能在调整不及时造成事故。

实用新型内容

为了克服现有的技术中重力下放方式存在的变幅下落动作中动作难以操控的问题，本实用新型提供了一种新型的电液控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统，包括油箱、变量泵和变幅油缸；所述的变量泵出油口连接有换向阀，换向阀另一端连接有平衡阀，平衡阀另一端连接至变幅油缸无杆腔；所述的变幅油缸有杆腔回油至油箱；在所述的换向阀至平衡阀之间的油路上设有第一压力传感器；所述的变幅油缸)无杆腔连接有第二压力传感器；所述的电液控制系统还包括控制手柄和用于接收控制手柄信号的控制器；所述的第一压力传感器和第二压力传感器分别与控制器连接；所述的控制器还分别连接换向阀、平衡阀和变量泵。

其进一步是：所述的换向阀二位三通电磁换向阀，换向阀P油口连接变量泵，换向阀T油口连接油箱，换向阀A油口连接平衡阀。

所述的平衡阀是二位二通电磁换向阀，平衡阀的左位是节流通道，平衡阀的右位是单向通道。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：控制器接受操纵人员的指令，并结合第一压力传感器和第二压力传感器实时测量的压力信号来控制换向阀和平衡阀，以及变量泵，主要是能使平衡阀通过的流量符合设备操纵人员的意图，提高臂架运动的可控性和平稳性，降低设备对人员操作经验的要求，提高设备的操作安全性，具有较高的实用性。

附图说明

图1是现有技术中常见的动力下放式变幅液压系统结构示意图；

图2是现有技术中常见的重力下放式变幅液压系统结构示意图；

图3是本实用新型结构示意图；

图中：1-油源；2-换向阀；3-平衡阀；4-变幅油缸；5-油箱；6-操纵手柄；7-控制器；8-第一压力传感器；9-第二压力传感器；10-变量泵。

具体实施方式

以下是本实用新型的一个具体实施例，现结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图3所示，一种提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统，包括油箱5、变量泵10、换向阀2、平衡阀3和变幅油缸4；换向阀2二位三通电磁换向阀，换向阀2P油口连接变量泵10，换向阀2T油口连接油箱5，换向阀2A油口连接平衡阀3；平衡阀3是二位二通电磁换向阀，平衡阀3的左位是节流通道，平衡阀3的右位是单向通道；平衡阀3连接在换向阀2和变幅油缸4无杆腔之间，变幅油缸4有杆腔回油至油箱5。在换向阀2至平衡阀3之间的油路上设有第一压力传感器8，用于测量平衡阀3前的压力；变幅油缸4无杆腔连接有第二压力传感器9，用于测量其无杆腔的压力。所述的电液控制系统还包括控制手柄6和用于接收控制手柄6信号的控制器7；第一压力传感器8和第二压力传感器9分别与控制器7连接；控制器7还分别控制连接换向阀2、平衡阀3和变量泵10。手柄6受操纵人员控制，将操纵人员的动作转换成电信号送给控制器7；第一压力传感器8和第二压力传感器9测得的压力信号传递给控制器7；控制器70经过一定的算法计算后将结果以电信号的形式送给对应的元件的电磁铁，完成相应的动作。

图中：1-油源；2-换向阀；3-平衡阀；4-变幅油缸；5-油箱；6-操纵手柄；7-控制器；8-第一压力传感器；9-第二压力传感器；10-变量泵。

变幅起升：需要控制变幅起升时，操纵人员控制手柄6，手柄6将操纵人员的意图转换成电信号送给控制器7；经控制器7逻辑判别为起升动作后，控制器7输出电信号给换向阀2，使之工作在右位，同时控制变量泵1变量，输出一定的油液；此油液经换向阀2的右位，平衡阀3的右位，进入变幅油缸4的无杆腔，有杆腔的油液排出至油箱5，故变幅油缸4的活塞杆伸出。变幅油缸4推动设备的变幅机构进行变幅起升动作。整个过程中，平衡阀3的电磁铁不得电。操作人员控制手柄6角度的大小与变量泵1的排量大小成正比。

变幅位置保持：当设备的臂架调整到合适的角度时，操纵人员停止操作，控制器7停止对变量泵1和各个阀输出信号；换向阀2复位至左位；变量泵1停止对外输出油液；变幅油缸4的无杆腔内的油液被平衡阀3的单向阀功能闭锁，变幅油缸4的活塞杆停止在当前位置上，故设备的臂架保持当前位置不变。

变幅下放：需要控制变幅下放时，操纵人员控制手柄6，手柄6将操纵人员的意图转换成电信号送给控制器7；经控制器7逻辑判别为下放动作后，控制器7输出电信号给平衡阀3，使之工作在左位；此时，变量泵1和换向阀2的电磁铁不得电，故变量泵1不输出油液，换向阀2保持左位工作；变幅油缸4的无杆腔内的油液经平衡阀3的节流口，换向阀2的左位排出至油箱5；同时，油箱5的油液补充至变幅油缸4有杆腔，变幅油缸4的活塞杆缩回，故与变幅油缸4连接的设备的变幅机构进行变幅下放动作。

在变幅油缸缩回时，平衡阀3的开口大小不是由手柄输出信号决定的，而是由控制器7输出的电信号决定的。手柄输出信号与手柄角度成正比，平衡阀3通过的流量Q与手柄输出信号成正比。第二压力传感器测得变幅油缸4无杆腔的压力P₂，此压力值由臂架自重、负载和角度等因素决定；第一压力传感器测得平衡阀3前的压力P₁，此压力值由换向阀20的特性及通流量决定；二者之差P₂-P₁即为平衡阀前后的压差△p，根据公式即可得到平衡阀的理论开口大小。而平衡阀的开口大小与其电磁铁的电流信号成正比，故可以经控制器7内部计算出与手柄6角度有关的平衡阀3控制电流的关系式，从而达到不论起重机臂架角度大小、吊重大小，使能保证平衡阀通过的流量符合设备操纵人员的意图，即实现手柄角度大小与臂架下落速度成正比。如此，提高臂架运动的可控性和平稳性，降低设备对人员操作经验的要求，提高设备的操作安全性。

Claims (3)

1.一种提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统，包括油箱（5）、变量泵（10）和变幅油缸（4）；所述的变量泵（10）出油口连接有换向阀（2），换向阀（2）另一端连接有平衡阀（3），平衡阀（3）另一端连接至变幅油缸（4）无杆腔；所述的变幅油缸（4）有杆腔回油至油箱（5）；其特征在于：在所述的换向阀（2）至平衡阀（3）之间的油路上设有第一压力传感器（8）；所述的变幅油缸（4）无杆腔连接有第二压力传感器（9）；所述的电液控制系统还包括控制手柄（6）和用于接收控制手柄（6）信号的控制器（7）；所述的第一压力传感器（8）和第二压力传感器（9）分别与控制器（7）连接；所述的控制器（7）还分别连接换向阀（2）、平衡阀（3）和变量泵（10）。

2.根据权利要求1所述的提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统，其特征在于：所述的换向阀（2）二位三通电磁换向阀，换向阀（2）P油口连接变量泵（10），换向阀（2）T油口连接油箱（5），换向阀（2）A油口连接平衡阀（3）。

3.根据权利要求2所述的提高工程机械臂架运动平顺性的电液控制系统，其特征在于：所述的平衡阀（3）是二位二通电磁换向阀，平衡阀（3）的左位是节流通道，平衡阀（3）的右位是单向通道。