專利名稱：起重機及超起收繩液壓系統、控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及工程機械技術領域，特別涉及一種起重機及超起收繩液壓系統、控制系統。
背景技術：
起重機，尤其是超大噸位全地面起重機普遍配備超起裝置，超起裝置能夠有效提高起重機吊重量，其原因在于，超起裝置一方面減小了吊臂的撓度，另一方面在一定程度上減小了吊臂的旁彎。請參考圖1和圖2，圖1為一種典型的超起裝置設置于主臂上的結構示意圖，圖2為圖1中超起卷揚的首I]視圖。超起裝置主要包括:超起支架、超起臂12、超起卷揚14、超起鎖止裝置等。超起卷揚14收放繩時，圖2中鋼絲繩層數隨之增減，相應地，超起卷揚的半徑r也隨之增減。超起裝置的各種動作和起重機四大基本動作是一個有機的整體，存在各種復合動作的情況。起重機四大基本動作主要是主副超起卷揚起落、主臂11伸縮、回轉、變幅，其中超起卷揚14和主臂11伸縮的復合動作是非常重要的一個動作。在主臂11縮回的過程中，超起卷揚14需要收繩，此時就需要主臂11伸縮速度和超起卷揚14收繩速度合理匹配。主臂11伸縮速度和超起卷揚14收繩速度需要合理匹配的原因在于:若超起收繩速度偏慢，則超起收繩過程中鋼絲繩13表現為逐步下墜，并且隨著時間的增長，鋼絲繩13會越來越松，超起的功能無法體現，則需要停止主臂11伸縮動作，等待超起卷揚14收繩至一定程度后再進行縮回動作。若超起收繩速度偏快，則收繩過程中鋼絲繩13 —直處于繃緊狀態，這將導致鋼絲繩13對主臂11有一個向上的拉力，這種拉力導致主臂11縮回所需壓力可能隨著拉力的升高而升高，使得發熱量增大；另外，主臂11受向上的拉力，對于結構件有一定的損傷；若超起拉繩速度時慢時快，則收繩過程中，超起鋼絲繩13會忽松忽緊，上述偏快和偏慢的后果會交替出現，并且伴隨聲響。可見，主臂11縮回速度和超起卷揚14收繩速度應當匹配，為了達到匹配目的，一般采用調速閥的組合控制超起卷揚收繩速度，調速閥組合對速度的控制較為有限，目前，調速閥組合后可以將超起卷揚14收繩速度調整為四級，四級收繩速度的比例為η發*0.045: 21.5: 6: 1.5，其中η發為發動機轉速。然而，該種速度匹配控制方式存在下述技術問題:第一、調速閥組合對速度的調整非常有限，比如上述的四種速度調節無法滿足與主臂11縮回速度相匹配的要求。因為，主臂11縮回速度隨著參數的變化是不斷變化的，相應地，超起卷揚速度也應該隨之動態變化，而四種固定的收繩速度顯然無法滿足該匹配要求。第二、采用調速閥控制速度時，無法避開調速閥自身的缺點，即速度調節受溫度、液壓油粘度等的影響比較 大，調節不精確，速度匹配難以實現。[0013]有鑒于此，如何滿足超起卷揚收繩速度和主臂縮回速度匹配的要求，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
實用新型內容本實用新型的目的為提供一種超起收繩液壓系統，該液壓系統能夠無級調整超起收繩速度，以滿足收繩速度和動態變化的主臂縮回速度相匹配的要求。本實用新型的另一目的是提供一種起重機及超起收繩控制系統。本實用新型提供的控制超起收繩的液壓系統，包括超起卷揚、超起馬達、換向閥，以及位于所述超起馬達和所述換向閥之間的第一主油路和第二主油路，所述第一主油路為高壓油路時，所述超起馬達驅動所述超起卷揚收繩，所述第一主油路上設有比例閥。優選地，所述第一主油路上還設有與所述比例閥串聯的壓力補償器。優選地，還包括設于第一主油路上的單向閥，所述單向閥與所述壓力補償器以及所述比例閥并聯，且所述單向閥導通所述超起馬達的一側油口和換向閥。優選地，所述液壓系統中的動力元件為變量泵，所述壓力補償器為二通壓力補償器。優選地，所述超起馬達連通第一主油路的一側油口處設有背壓閥。該實用新型在超起馬達的起升側油路中設置比例閥，比例閥的節流孔大小和輸入電流呈正比，即節流孔大小隨輸入電流比例變化。而比例閥的輸出流量主要取決于節流孔大小，故設置比例閥后，通過第一主油路流向超起馬達的液壓油流量基本上可以實現比例變化，則對超起馬達的轉速可以實現無級調控，相應地，超起卷揚的收繩速度的調節也為無級調控，相較于背景技術中在四級流量控制的有限調節，該實施例的速度調節方式顯然能夠滿足使超起卷揚收繩速度與動態變化的主臂縮回速度相適配的要求。本實用新型還提供一種超起收繩的控制系統，超起位于主臂上，控制系統包括控制器和控制超起收繩的液壓系統，所述液壓系統為上述任一項所述的液壓系統。優選地，還包括獲取超起卷揚收繩時鋼絲繩拉力的檢測元件，以及檢測主臂伸縮速度的速度傳感器；所述控制器預存超起卷揚鋼絲繩理想拉力與主臂總長度、超起卷揚半徑的關系式；所述控制器根據檢測的主臂縮回速度獲取當前的主臂總長度以及超起卷揚半徑，并根據預存的關系式獲得當前工況下超起卷揚鋼絲繩的理想拉力；所述控制器根據理想拉力和實際拉力的差值，控制輸入比例閥的電流。優選地，所述檢測元件為設置于所述第一主油路上的壓力傳感器。優選地，還包括檢測超起展開角度的角度傳感器；所述控制器預存超起卷揚鋼絲繩理想拉力與主臂總長度、超起卷揚半徑、超起展開角度的關系式。由于上述液壓系統具有上述技術效果，具有該液壓系統的超起收繩控制系統也具有相同的技術效果，此處不再贅述。本實用新型還提供一種起重機，包括超起和主臂，以及所述超起收繩的控制系統，所述控制系統為上述任一項所述的控制系統。由于上述控制系統具有上述技術效果，具有該控制系統的起重機也具有相同的技術效果，此處不再贅述
圖1為一種典型的超起裝置設置于主臂上的結構示意圖；圖2為圖1中超起卷揚的剖視圖；圖3為本實用新型所提供控制超起收繩液壓系統一種具體實施方式
的原理圖；圖4為圖3中速度匹配控制閥的示意圖。圖1-2 中:11主臂、12超起臂、13鋼絲繩、14超起卷揚；其中，L為主臂總長度、a為展開角度、r為超起卷揚半徑；圖3-4 中:21換向閥、22速度匹配控制閥、221 二通壓力補償器、222比例閥、223單向閥、23超起馬達、24背壓閥、25超起卷揚、26壓力傳感器、27第一主油路、28第二主油路、al第一進油口、a2彈簧腔油口、a3第一出油口、bl第二進油口、b2第二出油口
具體實施方式
為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。請參考圖3和圖4，圖3為本實用新型所提供控制超起收繩液壓系統一種具體實施方式
的原理圖；圖4為圖3中速度匹配控制閥的示意圖。該實施例中控制超起收繩的液壓系統，包括超起卷揚25、超起馬達23、換向閥21，以及位于超起馬達23和換向閥21之間的第一主油路27和第二主油路28，換向閥21能夠切換工作位置，以使第一主油路27和第二主油路28在高壓和低壓之間切換。圖2中，第一主油路27為高壓油路時，超起馬達23驅動超起卷揚25收繩。另外，該實施例中，速度匹配控制閥22包括比例閥222，該比例閥222設置于第一主油路27上，比例閥222的節流孔大小和輸入電流呈正比，即節流孔大小隨輸入電流比例變化。而比例閥222的輸出流量主要取決于節流孔大小，故設置比例閥222后，通過第一主油路27流向超起馬達23的液壓油流量基本上可以實現比例變化，則對超起馬達23的轉速可以實現無級調控，相應地，超起卷揚25的收繩速度的調節也為無級調控，相較于背景技術中在四級流量控制的有限調節，該實施例的速度調節方式顯然能夠滿足使超起卷揚25收繩速度與動態變化的主臂縮回速度相適配的要求。另外，基于自身特性，比例閥222相較于背景技術中的調速閥，其調節受溫度、液壓油粘度等因因素的影響較小。進一步地，第一主油路27上設有與比例閥222串聯的二通壓力補償器221。如圖3所示，二通壓力補償器221具有第一進油口 al、第第一出油口 a3、彈簧腔油口 a2，比例閥222具有第二進油口 bl、第二出油口 b2。二通壓力補償器221的第一出油口 a3與比例閥222的第二進油口 bl連通，二通壓力補償器221彈簧腔油口 a2與比例閥222的第二出油口b2連通，二通壓力補償器221上彈簧對腔連通二通壓力補償器221的第一出油口 a3。收繩時，液壓油自二通壓力補償器221的第一進油口 al進入，二通壓力補償器221導通，基于力平衡，二通壓力補償器221的彈簧對腔壓力(第一出油口 a3壓力)和彈簧腔壓力的差值必然為定值(彈簧彈力和油液作用面積的比值)，而二通壓力補償器221第一出油口 a3壓力與比例閥222第二進油口 bl壓力相等，彈簧腔壓力與比例閥222的第二出油口 b2壓力相等，可見，比例閥222的進油口壓力和出油口壓力的差值為定值，即前后壓差為一定值。如上所述，比例閥222的輸出流量主要取決于節流孔大小，但是負載的變化會導致比例閥222的前后壓差變化，在節流孔相等的情況下，不同的前后壓差也會導致比例閥222的輸出流量不等。設置與比例閥222串聯的二通壓力補償器221后，能夠保證比例閥222前后壓差為定值，即比例閥222的輸出流量不受壓差影響，僅取決于節流孔，而節流孔大小又與輸入電流成正比，則比例閥222和二通壓力補償器221串聯后，比例閥222的輸出流量和比例閥222的輸入電流將成正比。因此，二通壓力補償器221提高了比例閥222流量控制的精確度，進而確保超起卷揚25速度能夠精確調節以與主臂縮回速度匹配。可以想到，為了確保比例閥222前后壓差一定，并不限于設置上述的二通壓力補償器221，比如也可以設置三通壓力補償器，二通壓力補償器221適宜于采用變量泵的場合，三通壓力補償器適用于采用定量泵的場合，即該處設置與比例閥222串聯的補償器即可實現維持壓差不變的效果。進一步地，可以在第一主油路27上設置與比例閥222、二通壓力補償器221并聯的單向閥223，且單向閥223導通超起馬達23的一側油口和換向閥21。則超起馬達23轉動以驅動超起卷揚25放繩時，液壓油可以直接經單向閥223、換向閥21，繼而連通回油路。則放繩時，液壓油的回流不受二通壓力補償器221以及比例閥222的影響，實現快速回流，保證放繩需求。可見，設置單向閥223可以將收繩工況和放繩工況區別開，收繩時實現速度的比例調節，以滿足動態的速度匹配需求，放繩時滿足迅速回流需求，從而使整個收放繩液壓系統具備較為優化的性能。另外，超起馬達23連通第一主油路27的一側油口處設有背壓閥24。背壓閥24能夠起到支撐負載的作用，防止超起卷揚25的鋼絲繩在自重作用下下滑，提高安全系數。本實用新型還提供一種超起收繩的控制系統，超起位于主臂上，主臂為主臂，超起收繩的控制系統包括控制器和控制超起收繩的液壓系統，液壓系統為上述任一實施例所述的液壓系統。由于上述液壓系統具有上述技術效果，具有該液壓系統的超起收繩控制系統也具有相同的技術效果，此處不再贅述。另外，該控制系統還包括檢測超起卷揚25收繩時第一主油路27壓力的壓力傳感器，以及檢測主臂縮回速度的速度傳感器。如圖3所示，壓力傳感器26用于檢測第一主油路27的壓力，該壓力與超起卷揚25鋼絲繩的拉力存在特定關系，檢測該壓力后通過轉換計算即可獲取鋼絲繩的拉力。第一主油路27壓力可以反應驅動扭矩，而驅動扭矩可以由鋼絲繩拉力作用于超起卷揚25的力矩相平衡，故鋼絲繩的拉力與第一主油路27壓力存在特定關系，該特定關系可以通過理論計算獲得，也可以通過試驗或是仿真獲得。該控制系統具體在控制超起收繩速度時，其控制方法具體可以包括下述步驟:S11、預存超起卷揚鋼絲繩理想拉力與主臂總長度L、超起卷揚半徑r的關系式；可以參考圖1和圖2理解，超起卷揚的半徑r、鋼絲繩放出的長度均隨超起卷揚鋼絲繩的收放而變化，主臂總長度L也隨伸縮而變化，當超起卷揚的半徑r和主臂總長度L確定為某一值時，鋼絲繩、主臂、超起臂能夠大致形成尺寸固定三角形，根據該三角形可以計算出鋼絲繩的理論拉力，該理論拉力的建立基礎為鋼絲繩的理論拉力應當為鋼絲繩的最佳承受拉力，即鋼絲繩既不過緊也不過松，因此，超起卷揚鋼絲繩理想拉力與主臂總長度L、超起卷揚半徑r存在預定的關系，將該預定關系存儲于控制系統的控制器中。可知，當超起卷揚的收繩速度和主臂的縮回速度相匹配時，鋼絲繩所受的松緊程度適中。S12、實時檢測超起卷揚鋼絲繩的實際拉力，以及主臂縮回速度；主臂縮回速度可以通過上述的速度傳感器檢測，超起卷揚鋼絲繩的實際拉力可以通過上述壓力傳感器26檢測的壓力計算獲得，也可以設置直接檢測鋼絲繩拉力的拉力傳感器。S13、根據主臂伸縮速度獲取當前的主臂總長度L以及超起卷揚25半徑r，并根據預存的關系式獲得當前工況下超起卷揚鋼絲繩的理想拉力；控制器將步驟S12中獲得數據代入其預存的關系式計算，即可獲得當前工況下超起卷揚鋼絲繩的理想拉力，即鋼絲繩在當前工況下松緊適中時應當承受的拉力。S14、比較理想拉力和實際拉力，根據二者的差值，控制輸入比例閥222的電流。顯然，當實際拉力大于理想拉力時，表明此時的鋼絲繩繃緊度偏高，超起卷揚25的收繩速度過快，控制器可以輸入減小比例閥222輸入電流的指令，以減速；當實際拉力小于理想拉力時，表明此時的鋼絲繩偏于松弛，超起卷揚25的收繩速度過慢，控制器可以輸入增加比例閥222輸入電流的指令，以增速；當實際拉力等于理想拉力時，表明此時鋼絲繩松緊程度適中，控制器對比例閥222的輸入電流可以不作調整。增加或減少的輸入電流值根據理想拉力和實際拉力的差值確定。該控制方法根據鋼絲繩的收放情況和主臂的伸縮狀態確定鋼絲繩應當承受的理論拉力，并將理論拉力與實際拉力比較，以判定超起卷揚25的收繩速度是否與主臂縮回速度匹配，并根據判斷結果控制比例閥222的電流，以無級調控的方式實時調整超起卷揚25的收繩速度，以使收繩速度與主臂縮回速度實時匹配，調控精度較高。另外，上述實施例中，在步驟Sll中，預存的關系式還可以包括超起展開角度a，可以繼續參考圖1理解，超起臂12 —般為兩個，超起臂12展開角度a即兩個超起臂展開后的夾角，實際上，鋼絲繩和主臂之間的最佳受力關系受到夾角的影響，故可以預存超起卷揚25鋼絲繩理想拉力與主臂總長度L、超起卷揚25半徑r、超起展開角度a的關系式。相應地，在步驟S12中，還實時檢測超起的展開角度a，可以通過角度傳感器檢測；在步驟S13中，根據當前的主臂總長度L、超起卷揚半徑r、展開角度a，以及預存的關系式獲得當前工況下超起卷揚鋼絲繩的理想拉力。將超起臂展開角度a作為考量因素是為了更為精確地獲得預存的關系式，進而精確獲得理論拉力，當然，超起臂在展開過程中基本上可以看作是以超起展開支點為圓心，以超起臂為半徑的一個圓，所以即使展開角度變化，根據勾股定理，鋼絲繩長度的變化也很小，故在一般場合下，超起臂展開角度對于鋼絲繩、主臂的受力影響也可以忽略。本實用新型還提供一種起重機，包括超起和主臂，以及所述超起收繩的控制系統，所述控制系統為上述實施例所述的控制系統。由于上述控制系統具有上述技術效果，具有該控制系統的起重機也具有相同的技術效果。以上對本實用新型所提供的一種起重機及超起收繩液壓系統、控制系統均進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內。
權利要求1.一種控制超起收繩的液壓系統，包括超起卷揚、超起馬達、換向閥，以及位于所述超起馬達和所述換向閥之間的第一主油路和第二主油路，所述第一主油路為高壓油路時，所述超起馬達驅動所述超起卷揚收繩，其特征在于，所述第一主油路上設有比例閥。
2.如權利要求1所述的控制超起收繩的液壓系統，其特征在于，所述第一主油路上還設有與所述比例閥串聯的壓力補償器。
3.如權利要求2所述的控制超起收繩的液壓系統，其特征在于，還包括設于第一主油路上的單向閥，所述單向閥與所述壓力補償器以及所述比例閥并聯，且所述單向閥導通所述超起馬達的一側油口和換向閥。
4.如權利要求3所述的控制超起收繩的液壓系統，其特征在于，所述液壓系統中的動力元件為變量泵，所述壓力補償器為二通壓力補償器。
5.如權利要求1-4任一項所述的控制超起收繩的液壓系統，其特征在于，所述超起馬達連通第一主油路的一側油口處設有背壓閥。
6.一種超起收繩的控制系統，超起位于主臂上，控制系統包括控制器和控制超起收繩的液壓系統，其特征在于，所述液壓系統為權利要求1-5任一項所述的液壓系統。
7.如權利要求6所述的超起收繩的控制系統，其特征在于，還包括獲取超起卷揚收繩時鋼絲繩拉力的檢測元件，以及檢測主臂伸縮速度的速度傳感器； 所述控制 器預存超起卷揚鋼絲繩理想拉力與主臂總長度、超起卷揚半徑的關系式；所述控制器根據檢測的主臂縮回速度獲取當前的主臂總長度以及超起卷揚半徑，并根據預存的關系式獲得當前工況下超起卷揚鋼絲繩的理想拉力；所述控制器根據理想拉力和實際拉力的差值，控制輸入比例閥的電流。
8.如權利要求7所述的超起收繩的控制系統，其特征在于，所述檢測元件為設置于所述第一主油路上的壓力傳感器。
9.如權利要求7或8所述的超起收繩的控制系統，其特征在于，還包括檢測超起展開角度的角度傳感器；所述控制器預存超起卷揚鋼絲繩理想拉力與主臂總長度、超起卷揚半徑、超起展開角度的關系式。
10.一種起重機，包括超起和主臂，以及所述超起收繩的控制系統，其特征在于，所述控制系統為權利要求6-9任一項所述的控制系統。
專利摘要本實用新型公開一種控制超起收繩的液壓系統，包括超起卷揚、超起馬達、換向閥，以及位于超起馬達和換向閥之間的第一主油路和第二主油路，第一主油路為高壓油路時，超起馬達驅動超起卷揚收繩，第一主油路上設有比例閥。該實用新型在超起馬達的作為起升側油路的第一主油路中設置比例閥，則通過第一主油路流向超起馬達的液壓油流量基本上可以實現比例變化，則超起卷揚的收繩速度的調節為無級調控，相較于背景技術中在四級流量控制的有限調節，該種速度調節方式顯然能夠滿足使超起卷揚收繩速度與動態變化的主臂縮回速度相適配的要求。本實用新型還公開一種超起收控制系統以及起重機。
文檔編號B66C13/18GK203079588SQ20122073479
公開日2013年7月24日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者曹立峰, 王守偉, 王清送, 郁中太 申請人:徐州重型機械有限公司