专利名称：卷扬系统及其液压马达的控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及控制技术领域，特别是涉及一种卷扬系统液压马达的控制系统。 此外，本实用新型还涉及一种包括上述控制系统的卷扬系统。
背景技术：
卷扬是重要的工作机械，在起重机吊重作业过程中，尤其在精密部件装配、贵重物 品的安装、或者重要工作翻转等使用工况，对于卷扬系统的工作效率、微动性和安全性均有 较高的要求，以保证起重机的启动、运行和制动在平稳的控制中实现。现有的液压马达驱动的卷扬系统中，采用的液压马达按照变量方式可分为两类 自动变量和外部控制变量(液压控制和电气控制)。其中，自动变量是在控制活塞上引入工 作压力，当工作压力从控制起点开始增加Δρ时，马达排量WVsnin增加到Vgmax ；而外部控制 变量的标准配置是控制起点位于Vgmax,控制终点位于Vgmin。请参考
图1，图1为现有技术中一种典型卷扬系统液压马达控制系统的结构示意 图。图中所示的马达11为电控变量马达，其变量过程是压力上升，转速增加的过程， 为了实现在满足动作要求的前提下追求系统运行效率，往往需要压力切断功能来限制马达 11的最小排量ν_η。卷扬提升重物的过程中，通过电控信号使马达排量\逐渐降低，当Vg 降到Vsoin时，通过切断阀12控制，使压力切断功能启动，马达排量Vg不再随控制信号的增 加而减小，此时马达高压腔压力值P即为系统设定的压力切断值P。ut。在重载大排量工况下，当系统压力升高到系统设定的压力切断值时，切断阀12的 动作是动态调整的非线性过程，往往引起不能接受的冲击抖动，使卷扬和重物均受到不同 程度地冲击，存在安全隐患。为了减小卷扬和重物受到的抖动冲击，可以降低液压马达排量比，即以减小Vgmax、 增大Vgmin来减小马达排量的变化域，使马达排量在较小的范围内变化，通过这样的方法可 以减小抖动现象，提高系统的可靠性。但是该方法却牺牲了马达系统的工作效率，特别是空 载、轻载时的工作效率显著降低，损失较大。因此，如何在保证卷扬工作效率的基础上，减小卷扬受到的冲击抖动，提高卷扬系 统的可靠性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于卷扬系统的液压马达控制系统，该控制系统既 有效减小了卷扬系统的冲击现象，提高了卷扬系统的可靠性，同时也提高了卷扬系统的工 作效率。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述马达控制系统的卷扬。为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种卷扬系统液压马达的控制系统， 包括检测部件，用于检测所述马达的实际压力Pg ；控制部件，其信号输入端与所述检测部 件的信号输出端连接，用于接收所述检测部件的压力信号，并根据所述压力信号输出控制 所述马达排量的控制信号；执行部件，其信号输入端与所述控制部件的信号输出端连接，用于接收所述控制部件的控制信号，并根据所述控制信号调节所述马达的排量\。优选地，所述检测部件具体为压力传感器。优选地，所述压力传感器安装 于所述马达和所述平衡阀之间。优选地，所述执行部件包括控制所述马达的排量Vg的排量控制阀，该排量控制阀 具有第一工作位置和第二工作位置，当所述排量控制阀的阀芯由所述第一工作位置向所述 第二工作位置移动时，所述马达的排量增大，当所述阀芯由所述第二工作位置向所述第一 工作位置移动时，所述马达的排量变小。优选地，所述执行部件还包括手柄，该手柄的控制信号输出端与所述排量控制阀 的信号接收端连接。优选地，所述执行部件还包括连接所述马达的变量油缸和排量控制阀的压力切 断阀，该压力切断阀具有第一工作位置和第二工作位置，所述排量控制阀与所述第一工作 位置连接时，所述马达的排量由所述排量控制器调整；所述排量控制阀与所述第二工作位 置连接时，所述压力切断阀为所述变量油缸泄油。本实用新型还提供一种卷扬系统，该卷扬系统的液压马达由上述任一项所述的控 制系统控制其工作。本实用新型所提供的卷扬系统的液压马达的控制系统，包括检测部件、控制部件 和执行部件，其中，检测部件用于检测马达的实际压力值，控制部件用于接收检测部件的压 力信号，并根据所述压力信号输出所述马达排量控制信号，判断马达排量是否大于或等于 马达的安全排量，并判断所述检测部件检测的实际压力值是否大于或等于所述马达的安全 压力值；执行部件用于接收控制部件的控制信号，并根据控制信号调节所述马达的排量。当 马达的排量等于安全排量值时，控制部件判断马达的实际压力值是否大于或等于马达的安 全压力值；若是，控制部件控制执行部件动作，启动压力切断功能，使马达的排量值不再随 控制信号增大而减小，将马达的排量定为安全排量值，由于卷扬在此过程中不会产生抖动 现象，所以，此过程可以稳定提升重物，确保提升安全。如果实际压力值小于安全压力值，则执行部件控制马达的排量继续减小。在此过 程中，检测部件检测到的压力值不断与安全压力值进行比较，直到实际压力值大于或等于 安全压力值，此时控制部件控制执行部件动作，使马达的排量不再减小。此时，由于马达的 压力值为安全压力值，所以，卷扬仍不会发生抖动，确保卷扬稳定提升重物，提高卷扬的可靠性。这样，在上述的卷扬系统中，在安全排量值和安全压力值的双重限定下，可以实现 卷扬系统的平稳工作，减小卷扬和重物受到抖动冲击的可能，提高卷扬系统的可靠性，延长 卷扬系统的使用寿命。而且轻载时马达排量较小，可以高速旋转，提高卷扬的工作效率；重 载时马达排量较大，以满足提升扭矩的需要，确保平稳提升。在一种优选的实施方式中，所述检测部件具体为压力传感器。压力传感器可以直 观地测出马达的实际压力，其检测结果准确，反映灵敏，可以为控制系统提供准确的数字 依据，提高控制效率。在提供上述卷扬系统液压马达控制系统的基础上，本实用新型还提供一种包括上 述马达控制系统的卷扬系统；由于控制系统具有上述技术效果，应用该控制系统的卷扬系 统也具有相应的技术效果。附图 说明图1为现有技术中一种典型卷扬系统液压马达控制系统的结构示意图；图2为本实用新型所提供卷扬系统液压马达控制系统一种具体实施方式
的结构 示意图；图3为图2所示控制系统一种具体实施方式
的控制流程图。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种卷扬系统液压马达的控制系统，该控制系统既有效 减小了卷扬系统的冲击现象，提高了卷扬系统的可靠性，同时也提高了卷扬系统的工作效 率。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述控制系统的卷扬系统。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，
以下结合附图和具体实施 方式对本实用新型作进一步的详细说明。请参考图2，图2为本实用新型所提供卷扬系统液压马达控制系统一种具体实施 方式的结构示意图。在一种具体的实施方式中，排量控制阀5在控制电流的作用下动作，当控制电流 逐渐增大，推动排量控制阀5的阀芯向左运动，高压油依次流经排量控制阀5的第一工作位 置51和压力切断阀7的第一工作位置71，到达变量油缸6的无杆腔，使活塞61向右运动， 马达2的排量减小，马达的实际压力增大；当控制电流逐渐变小，排量控制阀5的阀芯向右 运动，高压油依次经过压力切断阀7的第一工作位置71和排量控制阀5的第二工作位置 52，使变量油缸6的无杆腔油液接至油箱8，这样变量油缸6在有杆腔压力油作用下向左运 动，马达2的排量变大。卷扬系统在提升作业时，马达2在初始状态处于最大排量，提升重物加速上升， 此时马达排量Vg在减小，马达的实际压力Pg在增大、马达转速η在增大，直到马达2的实际 压力Pg增大到压力切断值时，压力切断阀7在高压油作用下阀芯向右运动，到达压力切断 阀7的第二工作位置72，使变量油缸6的无杆腔油液接至油箱8，无杆腔泄压，这样，变量油 缸6在有杆腔压力油作用下向右运动，马达2的排量变大。提升重物至勻速阶段时，由于重物质量不变，所以，卷扬的扭矩保持不变，马达2 的排量减小，则其高压腔压力增大；而使用定量泵时，马达的排量越小，马达的转速越高，则 马达的工作效率越高。本实用新型提供一种卷扬系统液压马达的控制系统，用于控制卷扬马达的排量。 该控制系统包括检测部件、控制部件和执行部件，其中，检测部件用于检测马达2的实际压 力Pg，控制部件用于接收检测部件的压力信号，判断检测部件检测的实际压力Pg是否大于 或等于马达的安全压力Pg'，并判断马达排量\是否大于或等于马达的安全排量V。；执行 部件用于接收控制部件的控制信号，并根据控制信号调节马达的排量。当马达的排量\等于安全排量值Vtl时，控制部件判断马达2的实际压力Pg是否大 于或等于马达的安全压力Pg'；若是，控制部件控制执行部件动作，使马达的排量值不再减 小，将马达的排量定为安全排量值Vtl，由于卷扬系统在此过程中不会产生抖动现象，所以， 此过程可以稳定提升重物，确保提升安全。[0034] 如果实际压力值Pg小于安全压力值Pg'，则执行部件控制马达的排量继续减小。 在此过程中，检测部件检测到的实际压力值Pg不断与安全压力值Pg'进行比较，直到实际 压力值Pg大于或等于安全压力值Pg'，此时控制部件控制执行部件动作，则排量控制器5 输出的控制信号不再增加，使马达的排量不再减小。此时，由于马达2的压力值为安全压力 值Pg'，所以，卷扬系统仍不会发生抖动，确保卷扬系统稳定提升重物，提高卷扬系统的可 靠性。这样，在上述的卷扬系统中，在安全排量值Vtl和安全压力值Pg'的双重限定下， 可以实现卷扬系统的平稳工作，减小卷扬和重物受到抖动冲击的可能，提高卷扬系统的可 靠性，延长卷扬系统的使用寿命。而且轻载时马达排量较小，可以高速旋转，提高卷扬的工 作效率；重载时马达排量较大，以满足提升扭矩的需要，确保平稳提升。如图2所示，在一种具体的实施方式中，本实用新型所提供的马达控制系统中设 有排量控制器4，该排量控制器4可以接收三个信号1)压力传感器检测到的马达实际工作压力Pg ；2)初始设置的最小排量限值V0 ；3)手柄的电流控制信号I ；先控制液压马达的排量Vg从马达的最大排量Vgmax向马达的安全排量Vtl变化，排量 控制阀5的阀芯由第二工作位置52向第一工作位置51移动，此过程系马达排量Vg减小、转 速η增加、效率增大的过程；此变化过程中，卷扬系统不会发生抖动现象。马达排量Vg减小 到安全排量Vtl时，比较检测部件检测到的实际压力值Pg与马达的安全压力值Pg'的大小， 如果实际压力值Pg大于或等于安全压力值Pg'，使马达2的排量不再随控制信号的增加而 减小，以马达2的安全排量为排量值，由于卷扬系统在此过程中不会产生抖动现象，所以， 此过程可以稳定提升重物，确保提升安全。如果实际压力值Pg小于安全压力值Pg'，则马达2的排量可以继续减小，排量控 制阀5的阀芯可以继续由第二工作位置52向第一工作位置51移动，马达2的转速可以继 续增加，马达2的效率也可以继续提高，并且在马达排量Vg继续减小的过程中，检测部件检 测到的实际压力值Pg不断与安全压力值Pg'进行比较，只要实际压力值&大于或等于安全 压力值Pg'，则压力切断功能启动，使马达2的排量不再减小。此时，由于马达2的工作压 力值为安全压力值，所以，卷扬系统仍不会发生抖动，确保卷扬系统稳定提升重物，提高卷 扬系统的可靠性。这样，上述的卷扬系统中，在安全排量值Vtl和安全压力值Pg'的双重限定下，可以 实现卷扬系统的平稳工作，减小卷扬和重物受到抖动冲击的可能，提高卷扬系统的可靠性， 延长卷扬系统的使用寿命。而且轻载时马达排量较小，可以高速旋转，提高卷扬的工作效 率；重载时马达排量较大，以满足提升扭矩的需要，确保平稳提升。具体地，上述的马达的安全压力可以根据马达的实际排量计算得出。通过实验得 知，在马达排量Vg从大排量至小排量变化的过程中，其实际压力值Pg在小于设定的压力切 断值p。ut的某个范围内，且马达排量Vg和马达的实际压力值Pg之间具有预定关系时，系统 产生抖动的可能性较小，较为稳定，是较理想的工作模式。因此，可以根据马达2的实际排量Vg计算出马达2的安全压力Pg'，再比较马达 2的实际压力Pg和安全压力Pg'的大小关系，根据上述方法确定马达2的控制策略。具体地，马达2的安全压力Pg'与马达2的排量呈线性比例关系，即Pc/ =K νο+ΔΡ(ΔΡ>0), 以压力的单位为Bar、排量的单位为ml/转为例，其比值K的范围为1. 5-3. 5。即每一个马 达排量Vg均有一个与之对应的安全压力Pg'，当马达2的压力小于安全压力Pg'时，马达2比较安全，产生抖动冲击的可能性较小。在一种具体的实施方式中，可以采用手柄控制排量控制阀5，使手柄的控制信号输 出端与排量控制阀5的信号接收端连接。当系统的实际压力Pg小于安全压力Pg'时，手柄 电流的大小变化时，马达2的排量随之变化，使马达的排量控制更方便；当系统的实际压力 Pg大于或接近于安全压力Pg'时，压力切断阀7动作，手柄的控制电流不再控制马达2的 排量，而是由排量控制器4控制，使马达排量控制在方便控制的基础上，减小卷扬系统的抖 动。进一步地，马达2的实际压力Pg可以由压力传感器测量。压力传感器可以直观地 测出马达2的实际压力Pg，其检测结果准确，反映灵敏，可以为控制系统提供准确的数字依 据，提高控制效率。具体地，上述的压力传感器安装于马达2和控制马达的平衡阀3之间。即压力传 感器所检测的是马达高压腔的压力，通过马达高压腔的压力体现马达的真实压力。显然， 压力传感器可以安装在其它地方，通过测量其它的压力来体现马达2的真实压力也是可以 的。比如说，可以通过检测马达旋转轴的扭矩或者通过检测马达2所提升的重物本身，也 可以检测到马达2的压力，也能满足马达排量的控制要求，与之对应的压力传感器可以安 装在其它地方。请参考图3，图3为图2所示控制系统一种具体实施方式
的控制流程图。在一种具体的实施方式中，本实用新型所提供的卷扬系统液压马达控制系统可以 包括以下控制步骤步骤Sll 根据液压马达的参数设置合理的安全排量值Vtl，作为控制系统的初始条 件，并控制马达排量从最大排量Vgmax向安全排量值Vtl变化。 由于马达排量在不小于安全排量值Vtl的范围内，不会产生抖动问题，所以，此过程 中马达是稳定的。步骤S12 当Vg = Vtl时，可以假设马达的排量Vg与马达的安全压力Pg'的比值为 K，根据Pc/ =K ν。+ΔΡ(ΔΡ>0)计算出此时的安全马达高压腔压力Pg'，比较此时压力 传感器测量的马达高压腔压力Pg与Pc/的大小；根据实验得知，当马达的排量Vg与Pg'满足Pg' =K Vg+AP(AP>0)时，卷扬马 达可以保持稳定，不易产生抖动，提高卷扬马达的可靠性，延长卷扬马达的使用寿命。若Pg≥P0'，则此时的马达排量达到最小，保持此状态持续提升重物，以确保卷扬 不会产生抖动；步骤S13 若Pg < Pc/，控制马达从安全排量Vtl向最小排量Vgmin变化，并计算马达 的安全压力。即如果马达的实际压力小于安全压力，则马达排量Vg可以继续减小，马达的 实际工作压力Pg继续增大。步骤S14:根据Pg' =K Vg+AP(AP>0)计算安全马达压力Pg'，动态比较&和 Pg'的大小，如果Pg < Pg'，则循环进行上述步骤13和步骤14，直到Pg≥Pg'。这样，在卷扬系统重载时，马达排量Vg较大，其马达的实际压力&就大于安全压力Pg'，使马达排量Vg不再减小，保持马达转速较低，排量较大，以满足系统稳定地提升重量 较大的物体。当 卷扬系统轻载时，马达排量Vg到达安全排量Vtl时，马达2的实际压力Pg仍小于 安全压力Pg'，此时可以使马达排量Vg继续减小，使马达转速继续增大，缩短马达2提升重 物到达目的地的时间，提高马达2的工作效率。这样，马达2的保证平稳提升的基础上，可 以尽可能地提高马达2的工作效率，减小功率损失，降低系统发热量。充分利用马达，达到 重载低速，轻载高速的技术效果。除了上述卷扬系统液压马达的控制系统，本实用新型还提供一种包括上述控制系 统的卷扬系统，该卷扬系统其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。以上对本实用新型所提供的卷扬系统及其液压马达的控制系统进行了详细介绍。 本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只 是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1.一种卷扬系统液压马达的控制系统，其特征在于，包括检测部件，用于检测所述马达的实际压力Pg ；控制部件，其信号输入端与所述检测部件的信号输出端连接，用于接收所述检测部件 的压力信号，并根据所述压力信号输出控制所述马达排量的控制信号；执行部件，其信号输入端与所述控制部件的信号输出端连接，用于接收所述控制部件 的控制信号，并根据所述控制信号调节所述马达的排量\。
2.根据权利要求1所述的卷扬系统液压马达的控制系统，其特征在于，所述检测部件 具体为压力传感器。
3.根据权利要求2所述的卷扬系统液压马达的控制系统，其特征在于，所述压力传感 器安装于所述马达和所述平衡阀之间。
4.根据权利要求1至3任一项所述的卷扬系统液压马达的控制系统，其特征在于，所 述执行部件包括控制所述马达的排量Vg的排量控制阀，该排量控制阀具有第一工作位置 和第二工作位置，当所述排量控制阀的阀芯由所述第一工作位置向所述第二工作位置移动 时，所述马达的排量增大，当所述阀芯由所述第二工作位置向所述第一工作位置移动时，所 述马达的排量变小。
5.根据权利要求4所述的卷扬系统液压马达的控制系统，其特征在于，所述执行部件 还包括手柄，该手柄的控制信号输出端与所述排量控制阀的信号接收端连接。
6.根据权利要求5所述的卷扬系统液压马达的控制系统，其特征在于，所述执行部件 还包括连接所述马达的变量油缸和排量控制阀的压力切断阀，该压力切断阀具有第一工作 位置和第二工作位置，所述排量控制阀与所述第一工作位置连接时，所述马达的排量由所 述排量控制器调整；所述排量控制阀与所述第二工作位置连接时，所述压力切断阀为所述 变量油缸泄油。
7.一种卷扬系统，其特征在于，该卷扬系统的液压马达由如权利要求1至6任一项所述 的控制系统控制其工作。
专利摘要本实用新型公开了一种用于卷扬系统液压马达的控制系统，包括检测部件，用于检测所述马达的实际压力Pg；控制部件，用于接收所述检测部件的压力信号，并根据所述压力信号输出控制所述马达排量的控制信号；执行部件，用于接收所述控制部件的控制信号，并根据所述控制信号调节所述马达的排量Vg。该控制系统既有效减小了卷扬系统的冲击现象，提高了卷扬系统的可靠性，同时也提高了卷扬系统的工作效率。本实用新型还公开了一种包括上述马达控制系统的卷扬系统。
文档编号B66D1/40GK201873475SQ20102024952
公开日2011年6月22日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者刘基浩, 向小强, 徐怀玉, 沈千里, 石峰, 胡金萍 申请人:徐工集团工程机械股份有限公司建设机械分公司