CN116044832B - 吊臂防后倾系统、履带式起重机以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吊臂防后倾系统、履带式起重机以及控制方法，涉及工程机械领域，用以提高吊臂防后倾系统在不同压力工况之间切换的稳定性。吊臂防后倾系统包括液压泵、截止阀、油缸、第一溢流阀以及先导控制阀。液压泵包括出油口。截止阀与出油口流体连通。油缸包括有杆腔油口和无杆腔油口；有杆腔油口和无杆腔油口均与截止阀流体连通。第一溢流阀与油缸的无杆腔流体连通；先导控制阀还与第一溢流阀的先导端单向流体连通。上述技术方案，极大地减小了油缸反作用力阶跃冲击对机械结构的疲劳冲击，同时使系统运行更加平稳。

Description

吊臂防后倾系统、履带式起重机以及控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种吊臂防后倾系统、履带式起重机以及控制方法。

背景技术

履带起重机简称履带吊，是移动式起重机的其中一种。履带吊在起吊工作中整体需要达到自平衡。整体(包含重物)的重心需要时刻在履带支撑范围内，保证起吊安全。出现任何导致重心超出履带支撑范围的情况，都可能会发生履带吊翻车事故。

当吊臂超过一定角度的时候，如果吊臂对桅杆的拉力过小，吊臂就会有后倾风险。吊臂防后倾系统可有效消除这种风险。当吊臂对桅杆拉力小于限定值时，吊臂防后倾系统会为吊臂提供一定的支反推力，保证吊臂及整机处于安全状态。

相关技术中，有以下两种吊臂防后倾系统。

弹簧伸缩推杆类型：利用压簧给伸缩式机械推杆一定的预推力，在吊臂起升过程中，随着吊臂角度的增大(升起)，弹簧推力增大，从而给吊臂的反推力增大。当吊臂达到最大角度的时候，伸缩推杆提供最大的推力。因为压簧可压缩量和尺寸限制，通常这种结构用于较小吨位的吊车系统。

液压油缸类型：当需要较大推力或者较长伸缩行程的时候，弹簧伸缩推杆型式的设计都会受到限制。这种情况下，用液压油缸代替弹簧伸缩推杆，可以提供更大的伸缩行程，同时在有限的尺寸下，油缸可以提供更大的推力。

为满足需求，系统采用二级压力控制。当吊臂所需要的推力较小时，油缸仅需维持较小的推力；当吊臂所需要的推力较大时，油缸仅需要提供较大的推力。

发明人发现，现有技术中至少存在以下问题：吊臂防后倾系统从低压切换到高压过程中，系统压力在短时间内会阶跃变化，对系统整体的冲击比较大。吊臂防后倾系统从高压切换到低压过程中，系统压力的急剧降低，会导致系统在短时间内产生快速溢流震动。系统在工作过程中，会经常在高压和低压之间反复切换，油缸对吊臂的反推力是阶跃式变化。油缸对吊臂控制卷扬、吊臂均会产生重复的阶跃式反作用力，影响系统疲劳寿命和工作稳定性。

发明内容

本发明提出一种吊臂防后倾系统、履带式起重机以及控制方法，用以提高吊臂防后倾系统在不同压力工况之间切换的稳定性。

本发明实施例提供了一种吊臂防后倾系统，包括：

液压泵，包括出油口；

先导控制阀，安装于所述液压泵的控制端；

截止阀，与所述出油口流体连通

油缸，包括有杆腔油口和无杆腔油口；所述有杆腔油口和所述无杆腔油口均与所述截止阀流体连通；以及

第一溢流阀，与所述油缸的无杆腔流体连通；所述先导控制阀还与所述第一溢流阀的先导端单向流体连通。

在一些实施例中，吊臂防后倾系统还包括：

第二溢流阀，设置于所述第一溢流阀的先导端和所述先导控制阀之间的油路上。

在一些实施例中，吊臂防后倾系统还包括：

电磁阀，设置于所述第一溢流阀的先导端和所述第二溢流阀之间的油路上，以控制所述油路的通、断。

在一些实施例中，所述油缸的数量为两个，两个所述油缸并联布置。

在一些实施例中，每个所述油缸均对应设置有一个所述第一溢流阀。

在一些实施例中，所有的所述第一溢流阀均与同一个所述第二溢流阀流体连通。

在一些实施例中，所述第一溢流阀包括先导式溢流阀。

在一些实施例中，所述第一溢流阀的弹簧弹力设定为所述油缸的最大工作压力。

在一些实施例中，所述液压泵被配置为：当所述油缸无伸缩动作时，所述液压泵处于零排量位置。

本发明实施例还提供一种履带式起重机，包括本发明任一技术方案所提供的吊臂防后倾系统。

本发明实施例又提供一种吊臂防后倾系统控制方法，包括以下步骤：

根据履带式起重机的吊臂位置以及吊臂对桅杆产生的拉力值，计算吊臂防后倾系统的先导控制阀的第一设定压力；

采用所述液压泵为所述油缸提供液压油，直至所述油缸的压力达到第二设定压力；所述第二设定压力大于所述第一设定压力；

将所述第一溢流阀所在的油路导通，以使得所油缸的压力维持稳定。

在一些实施例中，吊臂防后倾系统控制方法还包括以下步骤：

在异常情况下，断开所述第一溢流阀所在的油路；所述异常情况包括以下至少其中一种：所述油缸失压、所述油缸超压、所述油缸的压差过大、报警、急停。

上述技术方案提供的吊臂防后倾系统，通过将先导溢流阀控制液压泵的出口压力以及第一溢流阀的溢流压力，实现了油缸侧和液压泵侧系统压力的同步控制，实现了系统的无级调压，且使得系统压力按照平滑曲线调节。这样极大地减小了油缸反作用力阶跃冲击对机械结构的疲劳冲击，同时使系统运行更加平稳。并且，上述的吊臂防后倾系统采用无级调压功能，可以根据工况，在吊臂角度调节控制范围内，任意调节吊臂防后倾系统的压力值，进而调节油缸施加给吊臂的推力值。如果后续需要，在任何工况下，可以通过优化控制程序灵活控制、无级调节吊臂防后倾系统的系统压力。并且，即便吊臂对桅杆的拉力变化，在低压、高压相互切换的过程中，因为可以通过先导控制阀控制压力变化速率，系统压力也不会在短时间内阶跃变化，系统整体收到的冲击小，不会产生短时间的快速溢流震动，提高了系统疲劳寿命和工作稳定性；并且系统中参与控制的电磁阀数量少，系统相对精巧，系统故障概率低。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的吊臂防后倾系统结构示意图。

附图标记：

1、液压泵；2、截止阀；3、油缸；4、第一溢流阀；5、第二溢流阀；6、电磁阀；7、先导控制阀；11、出油口；12、泵内置控制阀；31、有杆腔油口；32、无杆腔油口。

具体实施方式

下面结合图1对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

履带起重机是一种实现重物起吊的设备，其包括起吊重物用的吊臂，以及对吊臂提供保护作用的油缸。油缸对履带起重机的吊臂起到辅助作用，以防止吊臂在起吊过程中发生后倾危险。油缸是吊臂防后倾系统的一部分。吊臂防后倾系统用于给油缸提供液压油，以使得油缸维持在所需要的压力状态。吊臂防后倾系统可以防止吊臂发生后倾危险，避免引起吊车倾覆事故或者消除倾覆隐患。

参见图1，本发明实施例提供一种吊臂防后倾系统，包括液压泵1、截止阀2、油缸3、第一溢流阀4以及先导控制阀7。液压泵1包括出油口11。截止阀2与出油口11流体连通。油缸3包括有杆腔油口31和无杆腔油口32；有杆腔油口31和无杆腔油口32均与截止阀2流体连通。第一溢流阀4与油缸3的无杆腔流体连通；先导控制阀7还与第一溢流阀4的先导端单向流体连通。

液压泵1采用远程压力控制型变量泵。液压泵1的出油压力由先导控制阀7控制。液压泵1出口11压力达到先导控制阀(阀RF4)7限定后，先导控制阀7保持处于溢流状态，其溢流量非常小，简称为小流量溢流。液压泵1的出口油压低于先导控制阀7的设定值时，液压泵1会一直供油，直至液压泵1的出口油压等于先导控制阀7的设定值。在油缸3无伸缩动作的时候，变量泵根据外部控制压力，控制液压泵1内置机液私服变量机构控制液压泵1处于零排量位置，达到节能效果。

先导控制阀7(Y430)选用供电降压型电磁比例溢流阀。当系统发生故障或者急停时，先导控制阀7断电，即可使远程控制回路达到先导控制阀7的最高压力设定值，保证系统安全。通过先导控制阀7(即阀RF4)可以同时控制液压泵1的输出压力和油缸3的第一溢流阀4的压力。并且，通过调节先导控制阀7(即阀RF4)的输入信号，泵输出压力和防后倾油缸3溢流阀设定可以同步调节。

液压泵1的下游安装有截止阀2，截止阀2包括第一油口、第二油口、第三油口和第四油口。截止阀2的第一油口与液压泵1的出油口11流体连通，截止阀2的第三油口连接油箱。截止阀2的第二油口和第四油口作为工作油口，第二油口流体连通油缸3的有杆腔油口31，第四油口流体连通油缸3的无杆腔油口32。

油缸3的数量比如为两个，两个油缸3并联布置。两个油缸3与同一个截止阀2流体连通，且连通方式相同。截止阀2的第二油口通过两个液压支路连至两个油缸3的有杆腔油口31，截止阀2的第四油口通过两个液压支路连至两个油缸3的无杆腔油口32。

两个油缸3的连接方式、作用机理相同，下面以其中一个油缸3为例，详细描述。具体以图1中左边的油缸3为例进行描述。

参见图1，油缸3的无杆腔油口32还连通有第一溢流阀4。每个油缸3的无杆腔油口32单独连通一个第一溢流阀4。第一溢流阀4用于控制油缸3的实时压力，从而使得油缸3对吊臂的推力保持在设定值。

油缸3的无杆腔油口32直接安装或者通过钢管安装有第一溢流阀4：RF1、RF2，其中一个油缸3安装的是阀RF1，另一个油缸3安装的是阀RF2，以满足相关规范对负载保持功能控制的安全要求。第一溢流阀4采用先导式低泄漏溢流阀,两个第一溢流阀4的弹簧弹力设定为吊臂防后倾系统的油缸3的最大工作压力，并以此限定油缸3的最大限定推力。最大限定推力是根据吊臂防后倾系统所在的履带起重机的性能参数，计算得到的。

在履带起重机工作过程中，吊臂防后倾系统存在两种压力变化情况，一种是从高压状态切换为低压状态，另一种是从低压状态切换至高压状态。

下面详细描述低压状态、高压状态对对应的具体工况。需要提供的推力值是根据吊臂角度和吊臂对桅杆产生的反拉力值计算得到的。具体可以通过拉力传感器反馈给控制系统。反拉力是指拉力的反作用力。

当吊臂(图未示出)的角度较低时，吊臂及重物的总体重心靠前同时远离起重机重心范围，吊臂无倾覆风险，此时油缸3只需要维持比较小的推力，就能使得履带起重机满足起吊的安全要求。此工况属于低压工况。

当吊臂角度超过一定角度，且吊臂对桅杆的拉力高于限定值时，虽然吊臂负载较重，但吊臂仍然处于低倾覆风险区域，此时油缸3只需要维持比较小的推力，就能使得履带起重机仍然满足起吊的安全要求。此工况属于低压工况。

当吊臂角度超过设定角度，且吊臂对桅杆的拉力低于限定值时，此时吊臂倾覆风险增高，系统的油缸3的油压维持在高压级，为吊臂提供足够的向前推力。此时油缸3需要维持比较大的推力，保证系统安全，才能使得履带起重机仍然满足起吊的安全要求。此工况属于高压工况。

无论是高压工况，还是低压工况，先导控制阀7设定的压力值可逐渐改变，比如以一定的速率逐步增加，以使得系统的压力平缓变化，不会发生压力突变现象。

油缸3的压力设定(先导控制阀7设定)通过控制系统用吊臂角度和吊臂对桅杆的拉力值计算得到。任何状况下，不管是履带起重机从低压工况切换至高压工况，还是从高压工况切换至低压工况，油缸3的压力始终等于该计算值。

当履带起重机从低压工况切换至高压工况时，比如吊臂起升，油缸3处于被动推回状态，油缸3中液压油会进一步压缩引起油缸3无杆腔的压力升高。由于油缸3的无杆腔油口32连接有第一溢流阀4，而第一溢流阀4与先导控制阀7流体连通。先导控制阀7一方面控制液压泵1的输出压力，使得液压泵1排量回零、液压泵1不输出液压油；另一方面先导控制阀7使得两个第一溢流阀4(阀RF1和阀RF2)导通、溢流，两个第一溢流阀4会溢流出多余液压油，使得油缸3压力保持在先导控制阀7设定的压力值。

当履带起重机从高压工况切换至低压工况时，比如吊臂下放时，油缸3的压力减小，油缸3外伸。液压泵1排量会自动调节，保证输出流量满足油缸3外伸所需，从而使得油缸3的压力维持在系统设定值。液压系统的压力下降后，由于先导控制阀7设定的压力值是根据系统的设定而变化的，变量泵排量会同步增大，输出高压油以补充系统内的油压，这使得油缸3保持进油，油缸3的压力得以增加，油缸3的油压持续增加直至到达设定值，然后稳定地维持在设定值。

如果吊臂往回收，油缸3被吊臂压缩，通过第一溢流阀4溢流，保持油缸3压力在系统设定值。在此过程中，因为第二溢流阀5产生压差调节开关顺序，液压泵1排量提前回零位，不输出油液，即此过程不需液压泵1供油。

本发明实施例的上述技术方案，通过在油缸3的无杆腔油口32设置第一溢流阀4，且采用先导控制阀7同时控制液压泵1的先导压力以及第一溢流阀4的溢流压力，实现了对液压泵1的出油压力、油缸3内油压的同步控制，且部件数量少，不需要设置额外多的部件，控制精度高、不易出现误差累积，系统故障率低，液压系统响应灵敏，系统压力平稳、不易波动。

继续参见图1，在一些实施例中，吊臂防后倾系统还包括第二溢流阀5，第二溢流阀5设置于第一溢流阀4的先导端和先导控制阀7之间的油路上。第二溢流阀5是单向通油，反向关闭。

通过建立压差来控制第一溢流阀4、第二溢流阀5的开启顺序。具体来说，第一溢流阀4开启前，泵排量调节到零。通过第二溢流阀5的加压，使得第一溢流阀4开启压力比泵排量回零的控制压力稍微高些。

第二溢流阀5可以抵消变量泵内置压力和先导控制阀7的设定压差，使油缸3压力达到第一溢流阀4的设定值时，变量泵的排量可以提前改变。两个第一溢流阀4的溢流压力相同，都等于先导控制阀7的溢流压力和第二溢流阀5的溢流压力之和。在吊臂抬起且油缸3被压缩的过程中，变量泵的压力切断设定值等于先导控制阀7的溢流压力，该压力切断设定值始终低于两个第一溢流阀4(RF1和RF2)的实际控制值。变量泵在两个第一溢流阀4打开前就已经切换至零排量状态。这种使得系统不易出现大流量溢流发热现象，达到了节能效果。

在一些实施例中，所有的第一溢流阀4均与同一个第二溢流阀5流体连通。通过一个第二溢流阀5、一个先导控制阀7，实现对两个油缸3、液压泵1三个部件的同步控制。

继续参见图1，在一些实施例中，吊臂防后倾系统还包括电磁阀6，电磁阀6设置于第一溢流阀4的先导端和第二溢流阀5之间的油路上，以控制油路的通、断。

电磁阀6具体比如为二通电磁阀。其中一个油缸3的第一溢流阀4和电磁阀6集成在同一个液压集成块，另一个油缸3的第一溢流阀4和电磁阀6集成在另一个液压集成块上。在系统失效、压力异常等情况下，可以直接断电关闭第一溢流阀4的先导油路，使第一溢流阀4实际控制压力达到自身弹簧设定，以满足系统设计的失效安全需求。另外，正常情况下，电磁阀6处于导通状态；异常的时候，电磁阀6被断开，油缸3维持较大压力，起到保护作用。

在需要采用第一溢流阀4控制油缸3的压力时，导通电磁阀6，使得第一溢流阀4的先导端与第二溢流阀5、先导控制阀7之间的油路导通，可以通过先导控制阀7实现对油缸3的控制。如果履带式起重机有任何失效、报警、急停等现象，电磁阀6(Y410和Y420)断电关闭。油缸3在被持续反推的情况下压力保持在第一溢流阀4设定值，保证吊臂有足够的防后倾推力。同时吊臂防后倾系统的其他动作同步停止。除了吊臂防后倾系统之外的其他动作，在失效、报警和急停状态下，这些动作都是停止的。

本发明实施例还提供一种履带式起重机，包括本发明任一技术方案所提供的吊臂防后倾系统。

吊臂防后倾系统是液压系统，液压系统通过液压泵1，把机械能转换为液压能，用来驱动执行元件(液压马达或者油缸3)工作。

吊臂防后倾系统开机激活后，根据吊臂位置和吊臂对桅杆产生的拉力值反馈，确定先导控制阀7的溢流压力,即确定第一设定压力，系统压力将会被先导控制阀7(Y430)调节至第一设定压力。压力调节过程中，通过控制程序限定先导溢流阀的压力变化速度，使系统整体压力变化平稳。

在先导控制阀7控制系统压力上升的过程中，油缸3压力会同步上升。

当油缸3压力达到设计定义压力值后，电磁阀6(Y410和Y420)通电。吊臂防后倾系统可进入工作状态，并可维持系统压力稳定。

在吊臂下放过程中，油缸3压力减小，油缸3外伸。系统压力出现下降后，变量泵排量会同步增大，输出高压油补充油缸3压力，使其稳定在设定值。

在吊臂起升过程中，油缸3处于被动推回状态，油缸3中液压油会进一步压缩引起压力升高。结合先导控制阀7控制压力，液压泵1排量回零不输出。第一溢流阀4(RF1和RF2)溢流出多余液压油，油缸3压力保持在远程控制阀设定的压力值。

上述技术方案，油缸3的压力可以无级调节。通过对先导阀的压力改变速率的控制，使得油缸3压力平缓调整，将吊臂防后倾系统对吊臂系统和吊臂卷扬的冲击消减到最小，极大地延长了系统疲劳寿命，保证系统运行稳定性。

当系统由高压状态切换至泄压停机时，通过先导控制阀7(RF4)缓慢调整降压，保证了系统的运行平稳性。

本发明实施例又提供一种吊臂防后倾系统控制方法，可以采用上述任一技术方案所提供的吊臂防后倾系统实现。吊臂防后倾系统控制方法包括以下步骤：

首先，根据履带式起重机的吊臂位置以及吊臂对桅杆产生的拉力值，计算吊臂防后倾系统的先导控制阀7的第一设定压力。第一设定压力可以根据需要实时调节。

其次，采用液压泵1为油缸3提供液压油，直至油缸3的压力达到第二设定压力；第二设定压力大于第一设定压力。第二设定压力等于第一设定压力和泵内置控制阀12的压差之和，泵内置控制阀12的压差为7到20Bar。泵内置控制阀12是内置于泵的控制阀。泵内置控制阀12的压差是由泵内置控制阀12的弹簧设定的。

最后，将第一溢流阀4所在的油路导通，以使得所油缸3的压力维持稳定。

在一些实施例中，吊臂防后倾系统控制方法还包括以下步骤：在异常情况下，断开第一溢流阀4所在的油路；异常情况包括以下至少其中一种：所述油缸失压、所述油缸超压、所述油缸的压差过大、部件失效、报警、急停。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种吊臂防后倾系统，其特征在于，包括：

液压泵（1），包括出油口（11）；

先导控制阀（7），安装于所述液压泵（1）的控制端；

截止阀（2），与所述出油口（11）流体连通；

油缸（3），包括有杆腔油口（31）和无杆腔油口（32）；所述有杆腔油口（31）和所述无杆腔油口（32）均与所述截止阀（2）流体连通；以及

第一溢流阀（4），与所述油缸（3）的无杆腔流体连通;所述先导控制阀（7）还与所述第一溢流阀（4）的先导端单向流体连通；

其中，所述吊臂防后倾系统还包括：

第二溢流阀（5），设置于所述第一溢流阀（4）的先导端和所述先导控制阀（7）之间的油路上；

其中，所述第二溢流阀（5）被构造为抵消所述液压泵（1）内置压力和所述先导控制阀（7）的设定压差，使所述油缸（3）压力达到所述第一溢流阀（4）的设定值时，所述液压泵（1）的排量提前改变。

2.根据权利要求1所述的吊臂防后倾系统，其特征在于，还包括：

电磁阀（6），设置于所述第一溢流阀（4）的先导端和所述第二溢流阀（5）之间的油路上，以控制所述油路的通、断。

3.根据权利要求1所述的吊臂防后倾系统，其特征在于，所述油缸（3）的数量为两个，两个所述油缸（3）并联布置。

4.根据权利要求3所述的吊臂防后倾系统，其特征在于，每个所述油缸（3）均对应设置有一个所述第一溢流阀（4）。

5.根据权利要求4所述的吊臂防后倾系统，其特征在于，所有的所述第一溢流阀（4）均与同一个所述第二溢流阀（5）流体连通。

6.根据权利要求1所述的吊臂防后倾系统，其特征在于，所述第一溢流阀（4）包括先导式溢流阀。

7.根据权利要求1所述的吊臂防后倾系统，其特征在于，所述第一溢流阀（4）的弹簧弹力设定为所述油缸（3）的最大工作压力。

8.根据权利要求1所述的吊臂防后倾系统，其特征在于，所述液压泵（1）被配置为：当所述油缸（3）无伸缩动作时，所述液压泵（1）处于零排量位置。

9.一种履带式起重机，其特征在于，包括权利要求1～8任一所述的吊臂防后倾系统。

10.一种吊臂防后倾系统控制方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一所述的吊臂防后倾系统实现，所述方法包括以下步骤：

根据履带式起重机的吊臂位置以及吊臂对桅杆产生的拉力值，计算吊臂防后倾系统的先导控制阀（7）的第一设定压力；

采用所述液压泵（1）为所述油缸（3）提供液压油，直至所述油缸（3）的压力达到第二设定压力；所述第二设定压力大于所述第一设定压力；

将所述第一溢流阀（4）所在的油路导通，以使得所油缸（3）的压力维持稳定。

11.根据权利要求10所述的吊臂防后倾系统控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在异常情况下，断开所述第一溢流阀（4）所在的油路；所述异常情况包括以下至少其中一种：所述油缸失压、所述油缸超压、所述油缸的压差过大、部件失效、报警、急停。