專利名稱：上車回轉液控系統及具有該液控系統的起重機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種工程機械技術，具體涉及一種上車回轉液控系統及具有該液控系統的起重機。
背景技術：
對于上車相對底盤作旋轉運動的工程機械來說，回轉機構的啟制動平穩性是整機性能的重要指標之一，因此，優化設計避免回轉機構啟制動過程中慣性沖擊的影響是行業的研發熱點。比如起重機的上車回轉液控系統。目前，隨著經濟建設的迅速發展，道路交通、機場、港口、水利水電、市政建設等基礎設施規模也越來越大，市場起重機械的需求也隨之增加。眾所周知，在起重機作業過程中，需要通過變幅缸的變幅、吊臂的伸縮、吊鉤的起升、轉臺的回轉這些動作來實現吊重物的空間變換。起重機回轉操作系統的工作穩定性直接影響整機的安全可靠性。請參見圖1，該圖為現有技術中一種上車回轉液控系統的工作原理圖。壓力油液自P 口經由回轉換向閥10輸入至回轉馬達20的工作腔，通過回轉馬達 20的正、反轉帶動上車進行回轉。該液控系統中，采用主溢流閥30作為回轉系統的安全閥， 利用先導溢流閥40控制主溢流閥的先導壓力；并經壓力油路P獲取回轉換向的先導油源， 經電比例減壓閥50減壓后控制回轉換向閥10主閥芯進行換向。實際操縱過程中，通過電比例手柄輸出不同的控制信號，調節電比例減壓閥50輸出不同的先導壓力油，從而控制回轉的換向并獲得不同的回轉速度。其中，回轉緩沖閥60由四個單向閥(6a、6b、6c、6d)和一個過載保護溢流閥61構成，從回轉換向閥10的負載反饋口 XL 口獲取先導油到過載保護溢流閥61先導口，可在正、 反轉運動過程中起到緩沖及補油的功能。當回轉馬達向右運動過程中，如果支撐地面不平及風載不恒定等因素導致回轉運動的阻力矩突然增大，則回轉馬達右側的壓力由于回轉運動部件的慣性而突然升高；此狀態下，當壓力超過過載保護溢流閥61調定壓力和溢流閥先導壓力XL共同作用的壓力時，過載保護溢流閥61打開，回轉馬達20右側壓力油通過單向閥6d和過載保護溢流閥61溢流，以減緩管路中的壓力沖擊，實現運動過程中緩沖；同時，通過單向閥6a向回轉馬達20左側補油。反之依然。然而，在回轉運動的啟動和停止的過程中，由于系統由靜止到運動或者由運動到靜止、回轉減速機和回轉支撐齒輪嚙合存在間隙以及吊臂和轉臺為剛性連接，且重物和吊臂通過鋼絲繩為柔性連接，形同單擺，故回轉啟動和停止過程中阻力矩變化率較大、系統的沖擊較大。也就是說，該上車回轉液控系統無法避免回轉啟動和停止過程中的沖擊；特別是，吊運大噸位重物時，在啟動和停止的瞬間沖擊更為嚴重，極易造成液壓管道中的液壓沖擊，降低各相關液壓元件的使用壽命，甚至是由于回轉系統抖動而導致的整車晃動，從而影響整車平穩性。有鑒于此，亟待另辟蹊徑針對現有上車回轉液控系統進行優化設計，以有效避免回轉啟動制動時出現系統沖擊。
發明內容
針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在于，提供一種上車回轉液控系統，以有效提高各工況下回轉運行的平衡。在此基礎上，本發明還提供一種具有該上車回轉液控系統的起重機。本發明提供的上車回轉液控系統，包括設置在回轉馬達和系統壓力油路和回油油路之間的第一方向控制閥，還包括設置在所述第一方向控制閥的回油口與系統回油油路之間的可變背壓元件，且所述第一方向控制閥至所述可變背壓元件之間單向導通。優選地，所述可變背壓元件具體為電控比例溢流閥、液控溢流閥或者電控節流閥， 所述第一方向控制閥的回油口至所述可變背壓元件之間設置有單向閥。優選地，所述回轉馬達的兩個油口之間設置有兩個反向設置的過載保護溢流閥， 且所述可變背壓元件的下游側至所述回轉馬達的兩個油口之間分別設置有單向閥。優選地，所述第一方向控制閥具體為三位五通換向閥，其第一油口與系統壓力油路連通、第二油口和第三油口均與系統回油油路連通、第四油口和第五油口分別與所述回轉馬達的兩個油口連通；在第一工作位置，其第一油口與第四油口導通、第五油口與第三油口導通、第二油口非導通；在第二工作位置，其第一油口與第五油口導通、第四油口與第二油口導通、第三油口非導通；在第三工作位置，其第一油口非導通、第四油口與第二油口導通、第五油口與第三油口導通。優選地，所述第一方向控制閥具體為雙向液控比例閥；在所述第一方向控制閥的兩個液控油口與系統壓力穩定油路和回油油路之間分別設置有第二方向控制閥和第三方向控制閥。優選地，所述第二方向控制閥和第三方向控制閥具體為電控比例閥。優選地，所述回轉馬達具有常閉式回轉制動油缸，所述回轉制動油缸的工作油腔與系統壓力穩定油路和回油油路之間設置有開關閥。優選地，所述開關閥具體為電控開關閥。優選地，還包括設置在系統壓力油路與回油油路之間的主溢流閥，及控制主溢流閥的先導壓力的先導溢流閥；且，所述回轉馬達的兩個油口之間設置有梭閥，所述梭閥的出油口與所述主溢流閥的先導油口和所述先導溢流閥的進油口連通。本發明提供的起重機，包括底盤和可相對于底盤回轉運動的上車轉臺；還包括如前所述的上車回轉液控制系統，所述上車回轉液控系統的回轉馬達輸出回轉動力至上車轉臺。相比于現有技術，本發明所述上車回轉液控系統主要針對回轉穩定性進行了優化改進。該方案采用第一方向控制閥控制回轉馬達兩個油口與系統壓力油路或者回油油路連通，以實現回轉馬達正、反兩向轉動；其中，第一方向控制閥的回油口與系統回油油路之間設置有可變背壓元件，如此設置，在回轉啟動和停止工況下，當過程中阻力矩變化率較大時，可以根據液壓耗能的原理來調節該可變背壓元件增加了其回油壓力，從而相應增強系統剛度以克服啟動和停止工況下的壓力沖擊，為提高回轉性能以及整車的平穩性提供了可靠保障。同時，該第一方向控制閥至可變背壓元件之間單向導通，從而在系統的回油油路上始終具有一固定背壓，并相應增加了系統剛度，使得上車回轉全程中均具有較好的抗沖擊能力，進一步增加了回轉系統的平穩性。本發明的優選方案中，在回轉馬達的兩個油口之間設置有兩個反向設置的過載保護溢流閥。這樣，當回轉馬達向右運動的阻力矩突然增大時，則回轉馬達右側的壓力由于回轉運動部件的慣性而突然升高，此狀態下，若右側壓力超過過載保護溢流閥的調定壓力時， 則溢流閥打開，以減緩管路中的壓力沖擊，實現運動過程中緩沖；與此同時，回轉馬達右側壓力油液流向回轉馬達左側進行有效補油。并且，還可以通過可變背壓元件的下游側至回轉馬達的向右運動回油口之間的單向閥進一步補油。反之依然。在本發明的另一優選方案中，在回轉馬達的兩個油口之間設置有梭閥，該梭閥的出油口將回轉馬達的工作壓力反饋至主溢流閥和先導溢流閥，以便在回轉馬達運動的阻力矩突然增大時增加主溢流閥的開啟壓力，從而進一步提高系統剛性及平穩性。本發明提供的上車回轉液控系統可適用于任何形式的起重機，特別適用于自行式起重機。
圖1是現有一種典型上車回轉液控系統的工作原理圖；圖2是具體實施方式
中所述輪式起重機的整體結構示意圖；圖具體實施方式
中所述上車回轉液控系統的工作原理圖。圖 3 中回轉馬達1、回轉制動油缸11、第一方向控制閥2、電控比例溢流閥3、第一單向閥 41、第二單向閥42、第一過載保護溢流閥51、第二過載保護溢流閥52、第三單向閥53、第四單向閥M、第二方向控制閥61、第三方向控制閥62、開關閥7、主溢流閥81、先導溢流閥82、 梭閥9。
具體實施例方式本發明的核心在于提供一種上車回轉液控系統，基于回轉運動穩定要求進行了優化改進，以避免上車回轉過程中出現回轉沖擊現象。下面結合說明書附圖具體說明本實施方式。不失一般性，本實施方式以輪式起重機作為主體詳細說明。請參見圖2，該圖是本實施方式所述輪式起重機的整體結構示意圖。如圖所示，該起重機包括輪式底盤、可相對于底盤回轉運動的上車轉臺、鉸接于轉臺前部的吊臂裝置、提供重物升降驅動力的卷揚裝置等主要功能部件。與現有技術相同， 上車轉臺與底盤之間設置有實現兩者相對轉動的回轉座圈，并通過回轉馬達驅動上車轉臺正、反兩向運動。需要說明的是，本實施方式所述前述功能部件可以采用現有技術實現，故本文不再贅述。為詳細說明本申請的發明點，請進一步參見圖3所示的上車回轉液控系統的工作原理圖，該液控系統用于控制回轉馬達的轉動方向、速度的調整。該上車回轉液控系統包括設置在回轉馬達1和系統壓力油路P和回油油路T之間的第一方向控制閥2，以通過第一方向控制閥2的換向實現回轉馬達1正、反兩向轉動。并且，在第一方向控制閥2的回油口與系統回油油路T之間設置有可變背壓元件，如此設置，在回轉啟動和停止工況下，當過程中阻力矩變化率較大時，可以根據液壓耗能的原理來調節該可變背壓元件增加其回油壓力，從而相應增強系統剛度以克服啟動和停止工況下的壓力沖擊，為提高回轉性能以及整車的平穩性提供了可靠保障。圖中所示，該可變背壓元件采用電控比例溢流閥3，實際操作時，在回轉啟動和停止運動過程中可以通過操縱手柄調節可變背壓。在回轉啟動過程中阻力矩由大到小變化， 且變化率較大；此狀態下，可通過改變串聯電控比例溢流閥3的電流由小變大及其變化率， 以使得其回油路背壓由小變大，在克服阻力矩變化的同時降低系統的負載變化率，不會出現回轉沖擊現象，使回轉啟動過程中更加的平穩。同理，在回轉停止過程中阻力矩由小到大變化，可通過改變串聯電控比例溢流閥3的電流由大變小及其變化率，以使得其回油路背壓由大變小，在克服阻力矩的變化的同時降低系統的負載變化率，進而使得回轉停止過程中更加的平穩可靠。應當理解的是，基于前述控制原理，該可變背壓元件也可以采用液控溢流閥或者電控節流閥，只要滿足使用需要均在本申請請求保護的范圍內。同時，該第一方向控制閥2至電控比例溢流閥3之間單向導通，具體在第一方向控制閥2的回油口至電控比例溢流閥3之間設置有單向閥；由此，在回轉系統的回油油路上始終具有一固定背壓，并相應增加系統的剛度，使得上車回轉全程中均具有較好的抗沖擊能力。當然，可以根據需要采用不同控制方式、不同結構形式的第一方向控制閥2，例如圖中所示的三位五通換向閥。該閥的第一油口與系統壓力油路P連通，其第二油口和第三油口均分別通過第一單向閥41和第二單向閥42以及電控比例溢流閥3與系統回油油路T連通， 其第四油口和第五油口分別與回轉馬達1的兩個油口連通。在第一工作位置(右位)，其第一油口與第四油口導通、第五油口與第三油口導通、第二油口非導通，此狀態下回轉馬達 1向右轉動；在第二工作位置(左位)，其第一油口與第五油口導通、第四油口與第二油口導通、第三油口非導通，此狀態下回轉馬達1向左轉動；在第三工作位置(中位)，其第一油口非導通、第四油口與第二油口導通、第五油口與第三油口導通。另外，為了進一步提高回轉運動過程中的抗沖擊性，回轉馬達1的兩個油口之間設置有兩個反向設置的過載保護溢流閥，具體為第一過載保護溢流閥51和第二過載保護溢流閥52 ；且電控比例溢流閥3的下游側至回轉馬達10的兩個油口之間分別設置有單向閥，具體為第三單向閥53和第四單向閥M。當回轉馬達10向右運動的阻力矩突然增大時， 則回轉馬達右側的壓力由于回轉運動部件的慣性而突然升高，此狀態下，若右側壓力超過第一過載保護溢流閥51的調定壓力時，則溢流閥打開，以減緩管路中的壓力沖擊，實現運動過程中緩沖；與此同時，回轉馬達右側壓力油液流向回轉馬達10左側進行有效補油。并且，還可以通過電控比例溢流閥3的下游側至回轉馬達1的向右運動回油口之間的第四單向閥M進一步補油。反之依然。實際上，第一過載保護溢流閥51、第二過載保護溢流閥52、 第三單向閥53和第四單向閥M的組合功能相當于可抗沖擊的緩沖閥。為進一步提高整個系統的控制性能，本方案中所述三位五通的第一方向控制閥2 具體為雙向液控比例閥，如圖所示，該第一方向控制閥2的兩個液控油口與系統壓力穩定油路X和回油油路T之間分別設置有第二方向控制閥61和第三方向控制閥62 ；優選地，第二方向控制閥61和第三方向控制閥62具體為電控比例閥，以根據操縱指令輸出的電信號切換壓力穩定油路X或者回油油路T與第一方向控制閥2的相應液控油口連通，進而實現對回轉馬達1的轉向、轉速的可靠控制。
對于具有常閉式回轉制動油缸11的回轉馬達1，回轉制動油缸11的工作油腔與系統壓力穩定油路X和回油油路τ之間設置有開關閥7，該開關閥7可以采用電控二位三通閥，控制回轉制動油缸11的工作腔與壓力穩定油路X或者回油油路T連通。也就是說，常態下回轉制動油缸11的工作腔與回油油路T連通，而當需要上車回轉時，則輸出操縱信號控制該開關閥7換向，控制回轉制動油缸11與壓力穩定油路X連通，解除回轉制動，即相當于電控開關閥。實際上，壓力穩定油路X可以為獨立油源提供，也可以來自于系統壓力油路 P，控制其處于恒定壓力狀態即可。基于系統安全性要求，本方案提供的上車回轉液控系統同樣采用溢流閥提供保障。如圖所示，主溢流閥81設置在系統壓力油路P與回油油路T之間，并采用先導溢流閥 82控制主溢流閥81的先導壓力，以確保回轉系統壓力過高時實現泄流。同時，本方案進一步有效利用回轉馬達1的負載反饋信號，如圖所示，回轉馬達1的兩個油口之間設置有梭閥 9，梭閥9的兩個進油口分別與回轉馬達1的兩個油口連通，其出油口與主溢流閥81的先導油口和先導溢流閥82的進油口連通；由此，將回轉馬達1的工作壓力實時反饋至主溢流閥 81和先導溢流閥82，以便在回轉馬達1運動的阻力矩突然增大時增加主溢流閥81的開啟壓力，從而進一步提高系統剛性及平穩性。當然，基于梭閥的工作原理，該梭閥9也可以采用兩個相對設置的單向閥實現其功能需要，只要滿足使用需要均可。以下簡要說明本方案的減少回轉沖擊的工作原理。回轉馬達1的左側A壓力為1 ，其右側B通過第一方向控制閥2、第一單向閥41 及電控比例溢流閥3與系統回油油路(油箱)相連，壓力為1 ；則，回轉馬達1進回油口壓差為ΔΡ = Pa-Pb0
V ·ΑΡ·η馬達扭矩公式-J = g m式中
IOTt ·
5Vg-回轉馬達的排量，常數；Ilm-回轉馬達的機械效率，常數；Δ P-為回轉馬達進回油口的壓差。由回轉馬達1的扭矩公式可知用于平衡回轉系統阻力矩的回轉馬達1輸出的扭矩只與其進回油口的壓差有關。1、啟動工況1. 1回轉啟動向右運動時，為了使得回轉馬達進口壓力1 不變，可控制使其回油路中的電控比例溢流閥3的控制電流由小變大，從而控制打開電控比例溢流閥3的壓力由小變大，進而而控制回油壓力1 由小變大，最終達到進回油壓差ΔΡ呈由大變小的趨勢變化，以實現則回轉馬達1的輸出扭矩由大變小，滿足在回轉向右啟動的過程中，由靜止到運動，阻力距由大到小并且變化率大。1. 2回轉啟動向左運動時，為了使得回轉馬達1進口壓力1 不變，通過控制使回油路中電控比例溢流閥3的控制電流由小變大，從而控制打開電控比例溢流閥3的壓力由小變大，進而控制回油壓力1 由小變大，最終達到進回油壓差ΔΡ呈由大變小的趨勢變化， 以實現回轉馬達1的輸出扭矩由大變小，滿足在回轉向左啟動的過程中，由靜止到運動，阻力距由大到小并且變化率大。
因此，大大減少了啟動沖擊，系統可以使回轉運動的啟動過程中較為平穩可靠。2、停止工況在回轉運動的停止過程中，回轉馬達1由向右或向左運動到靜止，阻力距均由小到大并且變化率大；第一方向控制閥2處于中位。回轉馬達1的左右側通過第一方向控制閥2、第一單向閥41和第二單向閥42、電控比例溢流閥3與系統回油油路(油箱)相連。當回轉馬達1向右運動停止的過程中，回轉馬達1右側為回油口，通過控制使回油路中電控比例溢流閥3的控制電流由大變小，從而控制打開電控比例溢流閥3的壓力由大變小，進而控制回油壓力1 由大變小，最終達到進回油壓差ΔΡ呈由小變大的趨勢變化，以實現回轉馬達1的輸出扭矩由小變大，滿足阻力距變化的要求；與此同時，回轉馬達1左側通過第二單向閥討補油。反之亦然。因此，大大減少了停止沖擊，系統可以使回轉運動的停止過程中較為平穩可靠。3、正常回轉工況由于第一方向控制閥2的兩個回油口至電控比例溢流閥3之間分別設置有第一單向閥41和第二單向閥42，回轉系統的回油油路上始終具有一固定背壓，相應增加了系統的剛度，使得上車回轉全程中均具有較好的抗沖擊能力特別說明的是，本方案中的第一方向控制閥2、第一過載保護溢流閥51、第二過載保護溢流閥52、第三單向閥53、第四單向閥M和開關閥7可以采用獨立元件，也可以集成為閥組，相應油源取于閥體內部，使得系統布管更加緊湊；此外，如此設置具有較好的裝配工藝性，便于進行整機的組裝操作。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.上車回轉液控系統，包括設置在回轉馬達和系統壓力油路和回油油路之間的第一方向控制閥，其特征在于，還包括設置在所述第一方向控制閥的回油口與系統回油油路之間的可變背壓元件，且所述第一方向控制閥至所述可變背壓元件之間單向導通。
2.根據權利要求1所述的上車回轉液控系統，其特征在于，所述可變背壓元件具體為電控比例溢流閥、液控溢流閥或者電控節流閥，所述第一方向控制閥的回油口至所述可變背壓元件之間設置有單向閥。
3.根據權利要求2所述的上車回轉液控系統，其特征在于，所述回轉馬達的兩個油口之間設置有兩個反向設置的過載保護溢流閥，且所述可變背壓元件的下游側至所述回轉馬達的兩個油口之間分別設置有單向閥。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的上車回轉液控系統，其特征在于，所述第一方向控制閥具體為三位五通換向閥，其第一油口與系統壓力油路連通、第二油口和第三油口均與系統回油油路連通、第四油口和第五油口分別與所述回轉馬達的兩個油口連通；在第一工作位置，其第一油口與第四油口導通、第五油口與第三油口導通、第二油口非導通；在第二工作位置，其第一油口與第五油口導通、第四油口與第二油口導通、第三油口非導通；在第三工作位置，其第一油口非導通、第四油口與第二油口導通、第五油口與第三油口導通。
5.根據權利要求4所述的上車回轉液控系統，其特征在于，所述第一方向控制閥具體為雙向液控比例閥；在所述第一方向控制閥的兩個液控油口與系統壓力穩定油路和回油油路之間分別設置有第二方向控制閥和第三方向控制閥。
6.根據權利要求5所述的上車回轉液控系統，其特征在于，所述第二方向控制閥和第三方向控制閥具體為電控比例閥。
7.根據權利要求4所述的上車回轉液控系統，其特征在于，所述回轉馬達具有常閉式回轉制動油缸，所述回轉制動油缸的工作油腔與系統壓力穩定油路和回油油路之間設置有開關閥。
8.根據權利要求7所述的上車回轉液控系統，其特征在于，所述開關閥具體為電控開關閥。
9.根據權利要求4所述的上車回轉液控系統，其特征在于，還包括設置在系統壓力油路與回油油路之間的主溢流閥，及控制主溢流閥的先導壓力的先導溢流閥；且，所述回轉馬達的兩個油口之間設置有梭閥，所述梭閥的出油口與所述主溢流閥的先導油口和所述先導溢流閥的進油口連通。
10.一種起重機，包括底盤和可相對于底盤回轉運動的上車轉臺；其特征在于，還包括如權利要求1至9中任一項所述的上車回轉液控制系統，所述上車回轉液控系統的回轉馬達輸出回轉動力至上車轉臺。
全文摘要
本發明公開一種上車回轉液控系統，包括設置在回轉馬達和系統壓力油路和回油油路之間的第一方向控制閥，還包括設置在所述第一方向控制閥的回油口與系統回油油路之間的可變背壓元件，且所述第一方向控制閥至所述可變背壓元件之間單向導通。相比于現有技術，在回轉啟動和停止工況下，當阻力矩變化率較大時，可以調節該可變背壓元件增加了其回油壓力，從而相應增強系統剛度以克服啟動和停止工況下的壓力沖擊，為提高回轉性能以及整車的平穩性提供了可靠保障。同時，由于系統回油油路上始終具有一固定背壓，相應增加了系統剛度，使得上車回轉全程中均具有較好的抗沖擊能力。在此基礎上，本發明還提供一種具有該上車回轉液控系統的起重機。
文檔編號B66C13/20GK102515025SQ201110453780
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者張盛楠, 張鵬, 王守偉, 陳向東 申請人:徐州重型機械有限公司