自平衡補償系統、船用起重機及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程機械領域，特別涉及一種自平衡補償系統、船用起重機及其控制方法。
【背景技術】
[0002]船用起重機是在海上環境中執行運輸作業的一種特殊起重機，主要用于艦船間貨物的運輸轉移、海上補給、水下作業設備的投放與回收等重要任務。海上特殊的應用環境給船用起重機的控制帶來了很大的挑戰性。
[0003]傳統船用起重機的工作海況一般為3級及以下，當船體橫搖運動超過12°，縱搖超過6°時，起重機的能力將大大降低而被限制使用，且不能保證操作人員的安全。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對上述問題，提供了一種自平衡補償系統、船用起重機及其控制方法，該系統能夠實現船用起重機在4-6級海況時的安全工作。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]一種自平衡補償系統，包括吊機油缸，其特征在于，還包括姿態采集系統和油缸補償系統，其中，所述姿態采集系統由傾角傳感器和控制器組成，所述傾角傳感器用于測量起重直臂相對于水平面X軸及Y軸雙向的傾角，所述控制器用于實時采集傾角傳感器所測的傾角信號并將該傾角信號處理成控制信號輸出給油缸補償系統；所述油缸補償系統包括第一儲能器、第二儲能器、比例換向閥、液控單向閥、單向節流閥、單向平衡閥、液壓泵和單向閥；所述比例換向閥的控制端接控制器的信號輸出端，比例換向閥的進油口分別接液壓泵的排油口和第一儲能器，比例換向閥的第一工作口經液控單向閥后接吊機油缸的小腔，比例換向閥的第二工作口經單向平衡閥后接吊機油缸的大腔，所述液控單向閥還和單向平衡閥相通，所述吊機油缸的小腔還經單向閥后接比例換向閥的回油口，所述吊機油缸的大腔還依次經單向節流閥和第二儲能器后接比例換向閥的回油口。
[0007]進一步地，所述油缸補償系統還包括背壓閥，所述背壓閥接比例換向閥的回油口。
[0008]進一步地，所述油缸補償系統還包括三個安全閥和三個壓力表；其中，第一安全閥和第一壓力表分別接吊機油缸的小腔，第二安全閥接在第二儲能器和比例換向閥的回油口之間，第二壓力表接在第二儲能器和單向節流閥之間，第三安全閥和第三壓力表分別接第一儲能器。
[0009]進一步地，所述液壓泵為變量泵。
[0010]另一方面，本發明還提出一種船用起重機，包括起重直臂、吊機油缸和液壓泵，其特征在于，還包括分別與起重直臂、吊機油缸和液壓泵相連的權利要求1-4中任一項所述的自平衡補償系統。
[0011]又一方面，本發明還提出一種自平衡補償系統的控制方法，包括如下步驟，傾角測量步驟，傾角傳感器測量起重直臂相對于水平面X軸及Y軸雙向的傾角，并將該傾角信號傳輸給控制器；信號處理步驟，控制器實時采集傾角傳感器的傾角信號，并在該傾角信號大于設定值時，將其轉換成控制信號傳輸給比例換向閥以驅動比例換向閥工作；油缸調節步驟，比例換向閥根據接收到的控制信號，通過左、右位換向控制吊機油缸伸出或是縮回，使起重直臂保持在可安全工作的范圍內。
[0012]其中，所述油缸調節步驟進一步為，當控制信號表示起重直臂相對于水平面向上傾斜時，比例換向閥接通第一工作口，液壓泵向吊機油缸的小腔補油迫使吊機油缸收縮，將吊機油缸的大腔中的多余高壓液壓油擠出并儲存在第二蓄能器中，直到控制器采集到的傾角信號小于設定值時，比例換向閥恢復中位；當控制信號表示起重直臂相對于水平面向下傾斜時，比例換向閥接通第二工作口，液壓泵向吊機油缸的大腔補油，同時第二蓄能器配合液壓泵迅速將儲存的高壓液壓油補償至油缸的大腔中，迫使吊機油缸伸展，直到控制器采集到的傾角信號小于設定值時，比例換向閥恢復中位。
[0013]本發明的有益效果為:
[0014]1.本系統適用于船用起重機，使船用起重機擁有高海況起重作業的能力。
[0015]2.采集起重直臂的傾角信號作為控制吊機油缸伸出與縮回的依據，從而保證起重機在高海況條件下能夠正常工作，保證操作人員安全。
[0016]3.油缸補償系統采用兩個蓄能器完成主動補油與被動蓄能的交替工作，一方面大大減少了系統壓力波動，另一方面保證液壓系統在高海況條件下工作穩定。
[0017]4.本系統可通過對原有船用起重機的液壓系統的改造獲得，改造內容少，成本低。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明自平衡補償系統的原理圖。
[0019]圖2為本發明自平衡補償系統的控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發明。
[0021]如圖1所示，一種自平衡補償系統，包括吊機油缸3和液壓泵4，液壓泵4可以選用變量泵，還包括姿態采集系統I和油缸補償系統2。
[0022]其中，姿態采集系統I具體由傾角傳感器101和控制器102組成，傾角傳感器101用于測量起重直臂相對于水平面X軸及Y軸雙向的傾角，控制器102用于實時采集傾角傳感器101所測的傾角信號并將該傾角信號處理成控制信號輸出給油缸補償系統2。
[0023]油缸補償系統2包括第一儲能器201、第二儲能器202、比例換向閥203、液控單向閥204、單向節流閥205、單向平衡閥206和單向閥207。其中，比例換向閥203的控制端接控制器102的信號輸出端，比例換向閥203的進油口分別接液壓泵4的排油口和第一儲能器201，比例換向閥203的第一工作口經液控單向閥204后接吊機油缸3的小腔，比例換向閥203的第二工作口經單向平衡閥206后接吊機油缸3的大腔，液控單向閥204還和單向平衡閥206相通，吊機油缸3的小腔還經單向閥207后接比例換向閥203的回油口，吊機油缸3的大腔還依次經單向節流閥205和第二儲能器202后接比例換向閥203的回油口。這里，比例換向閥203具體采用三位四通換向閥。
[0024]本系統根據控制器102發出的控制信號，通過比例換向閥203的左、右位換向控制吊機油缸3伸展或是收縮，從而保證起重機在高海況條件下能夠正常工作。本系統中引入第一儲能器201和第二儲能器202以緩沖系統沖擊與吊機油缸3的運動慣性。其中，第一儲能器201用于吸收比例換向閥203中位時管路突然關閉造成的液壓沖擊，以及吸收液壓泵4的壓力脈動。而第二儲能器202具有兩個作用，第一個作用是用于吸收主動補償起重直臂下傾過程中產生的過剩能量，即在吊機油缸3收縮過程中，儲存吊機油缸3的大腔中被擠出的多余高壓液壓油；第二個作用是用于在起重直臂上傾過程中為吊機油缸3的大腔補油，緩沖系統壓力，降低補償功率。
[0025]油缸補償系統2還包括背壓閥208，該背壓閥208接比例換向閥203的回油口，保證系統管路中保持一定的液壓油，防止管路放空。
[0026]油缸補償系統2還包括三個安全閥和三個壓力表。其中，第一安全閥209和第一壓力表210分別接吊機油缸3的小腔，用于保證吊機油缸3的小腔進油壓力不超過第一安全閥209的設定值，將吊機油缸3的大腔與起重重物之間的動態平衡壓力調整在第一安全閥209的設定值之內，保證補償狀態穩定。第二安全閥211接在第二儲能器202和比例換向閥203的回油口之間，第二壓力表212接在第二儲能器202和單向節流閥205之間，用于保證第二儲能器202的最高工作壓力不超過第二安全閥211的設定值，當本系統受外界突發狀況(如涌浪)影響或者超過補償能力時起到保護整套液壓系統的作用。第三安全閥213和第三壓力表214分別接第一儲能器201，用于保證變量泵出口油壓在系統安全范圍之內。
[0027]前述自平衡補償系統中的傾角傳感器101安裝在船用起重機的起重直臂上，油缸補償系