专利名称：起重机及超起收绳液压系统、控制系统、速度控制方法
技术领域：
本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种起重机及超起收绳液压系统、控制系统、速度控制方法。
背景技术：
起重机，尤其是超大吨位全地面起重机普遍配备超起装置，超起装置能够有效提高起重机吊重量，其原因在于，超起装置一方面减小了吊臂的挠度，另一方面在一定程度上减小了吊臂的旁弯。请参考图1和图2，图1为一种典型的超起装置设置于主臂上的结构示意图，图2为图1中超起卷扬的首I]视图。超起装置主要包括超起支架、超起臂12、超起卷扬14、超起锁止装置等。超起卷扬14收放绳时，图2中钢丝绳层数随之增减，相应地，超起卷扬的半径r也随之增减。超起装置的各种动作和起重机四大基本动作是一个有机的整体，存在各种复合动作的情况。起重机四大基本动作主要是主副超起卷扬起落、主臂11伸缩、回转、变幅，其中超起卷扬14和主臂11伸缩的复合动作是非常重要的一个动作。在主臂11缩回的过程中，超起卷扬14需要收绳，此时就需要主臂11伸缩速度和超起卷扬14收绳速度合理匹配。主臂11伸缩速度和超起卷扬14收绳速度需要合理匹配的原因在于若超起收绳速度偏慢，则超起收绳过程中钢丝绳13表现为逐步下坠，并且随着时间的增长，钢丝绳13会越来越松，超起的功能无法体现，则需要停止主臂11伸缩动作，等待超起卷扬14收绳至一定程 度后再进行缩回动作。若超起收绳速度偏快，则收绳过程中钢丝绳13 —直处于绷紧状态，这将导致钢丝绳13对主臂11有一个向上的拉力，这种拉力导致主臂11缩回所需压力可能随着拉力的升高而升高，使得发热量增大；另外，主臂11受向上的拉力，对于结构件有一定的损伤；若超起拉绳速度时慢时快，则收绳过程中，超起钢丝绳13会忽松忽紧，上述偏快和偏慢的后果会交替出现，并且伴随声响。可见，主臂11缩回速度和超起卷扬14收绳速度应当匹配，为了达到匹配目的，一般采用调速阀的组合控制超起卷扬收绳速度，调速阀组合对速度的控制较为有限，目前，调速阀组合后可以将超起卷扬14收绳速度调整为四级，四级收绳速度的比例为η发*0.045 21.5 6 1. 5，其中η发为发动机转速。然而，该种速度匹配控制方式存在下述技术问题第一、调速阀组合对速度的调整非常有限，比如上述的四种速度调节无法满足与主臂11缩回速度相匹配的要求。因为，主臂11缩回速度随着参数的变化是不断变化的，相应地，超起卷扬速度也应该随之动态变化，而四种固定的收绳速度显然无法满足该匹配要求。第二、采用调速阀控制速度时，无法避开调速阀自身的缺点，即速度调节受温度、液压油粘度等的影响比较大，调节不精确，速度匹配难以实现。
有鉴于此，如何满足超起卷扬收绳速度和主臂缩回速度匹配的要求，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的为提供一种超起收绳液压系统，该液压系统能够无级调整超起收绳速度，以满足收绳速度和动态变化的主臂缩回速度相匹配的要求。本发明的另一目的是提供一种起重机及超起收绳控制系统、速度控制方法。本发明提供的控制超起收绳的液压系统，包括超起卷扬、超起马达、换向阀，以及位于所述超起马达和所述换向阀之间的第一主油路和第二主油路，所述第一主油路为高压油路时，所述超起马达驱动所述超起卷扬收绳，所述第一主油路上设有比例阀。优选地，所述第一主油路上还设有与所述比例阀串联的压力补偿器。优选地，还包括设于第一主油路上的单向阀，所述单向阀与所述压力补偿器以及所述比例阀并联，且所述单向阀导通所述超起马达的一侧油口和换向阀。优选地，所述液压系统中的动力元件为变量泵，所述压力补偿器为二通压力补偿器。优选地，所述超起马达连通第一主油路的一侧油口处设有背压阀。该发明在超起马达的起升侧油路中设置比例阀，比例阀的节流孔大小和输入电流呈正比，即节流孔大小随输入电流比例变化。而比例阀的输出流量主要取决于节流孔大小，故设置比例阀后，通过第一主油路流向超起马达的液压油流量基本上可以实现比例变化，则对超起马达的转速可以实现无级调控，相应地，超起卷扬的收绳速度的调节也为无级调控，相较于背景技术中在四级流量控制的有限调节，该实施例的速度调节方式显然能够满足使超起卷扬收绳速度与动态变化的主臂缩回速度相适配的要求。本发明还提供一种超起收绳的控制系统，超起位于主臂上，控制系统包括控制器和控制超起收绳的液压系统，所述液压系统为上述任一项所述的液压系统；还包括获取超起卷扬收绳时钢丝绳拉力的检测元件，以及检测主臂伸缩速度的速度传感器；所述控制器预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度、超起卷扬半径的关系式；所述控制器根据检测的主臂缩回速度获取当前的主臂总长度以及超起卷扬半径，并根据预存的关系式获得当前工况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力；所述控制器比较理想拉力和实际拉力，并根据二者的差值，控制输入比例阀的电流。优选地，所述检测元件为设置于所述第一主油路上的压力传感器。优选地，还包括检测超起展开角度的角度传感器；所述控制器预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度、超起卷扬半径、超起展开角度的关系式。由于上述液压系统具有上述技术效果，具有该液压系统的超起收绳控制系统也具有相同的技术效果，此处不再赘述。本发明还提供一种起重机，包括超起和主臂，以及所述超起收绳的控制系统，所述控制系统为上述任一项所述的控制系统。由于上述控制系统具有上述技术效果，具有该控制系统的起重机也具有相同的技术效果，此处不再赘述本发明还提供一种超起收绳控制系统的收绳速度的控制方法，包括下述步骤
I)预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度、超起卷扬半径的关系式；2)实时检测超起卷扬钢丝绳的实际拉力，以及主臂伸缩速度；3)根据主臂伸缩速度获取当前的主臂总长度以及超起卷扬半径，并根据预存的关系式获得当前工况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力；4)比较理想拉力和实际拉力，根据二者的差值，控制输入比例阀的电流。优选地，步骤I)中，预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度、超起卷扬半径、超起展开角度的关系式；步骤2)中，还实时检测超起的展开角度；步骤3)中，根据当前的主臂总长度、超起卷扬半径、展开角度，以及预存的关系式获得当前工况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力。该控制方法根据钢丝绳的收放情况和主臂的伸缩状态确定钢丝绳应当承受的理论拉力，并将理论拉力与实际拉力比较，以判定超起卷扬的收绳速度是否与主臂缩回速度匹配，并根据判断结果控制比例阀的电流，以无级调控的方式实时调整超起卷扬的收绳速度，以使收绳速度与主臂缩回速度实时匹配，调控精度较高。
图1为一种典型的超起装置设置于主臂上的结构示意图；图2为图1中超起卷扬的首I]视图；图3为本发明所提供控制超起收绳液压系统一种具体实施方式
的原理图；图4为图3中速度匹配控制阀的示意图。图1-2 中11主臂、12超起臂、13钢丝绳、14超起卷扬；其中，L为主臂总长度、a为展开角度、r为超起卷扬半径；图3-4 中21换向阀、22速度匹配控制阀、221 二通压力补偿器、222比例阀、223单向阀、23超起马达、24背压阀、25超起卷扬、26压力传感器、27第一主油路、28第二主油路、al第一进油口、a2弹簧腔油口、a3第一出油口、bl第二进油口、b2第二出油口
具体实施例方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请参考图3和图4，图3为本发明所提供控制超起收绳液压系统一种具体实施方式
的原理图；图4为图3中速度匹配控制阀的示意图。该实施例中控制超起收绳的液压系统，包括超起卷扬25、超起马达23、换向阀21，以及位于超起马达23和换向阀21之间的第一主油路27和第二主油路28，换向阀21能够切换工作位置，以使第一主油路27和第二主油路28在高压和低压之间切换。图2中，第一主油路27为高压油路时，超起马达23驱动超起卷扬25收绳。另外，该实施例中，速度匹配控制阀22包括比例阀222，该比例阀222设置于第一主油路27上，比例阀222的节流孔大小和输入电流呈正比，即节流孔大小随输入电流比例变化。而比例阀222的输出流量主要取决于节流孔大小，故设置比例阀222后，通过第一主油路27流向超起马达23的液压油流量基本上可以实现比例变化，则对超起马达23的转速可以实现无级调控，相应地，超起卷扬25的收绳速度的调节也为无级调控，相较于背景技术中在四级流量控制的有限调节，该实施例的速度调节方式显然能够满足使超起卷扬25收绳速度与动态变化的主臂缩回速度相适配的要求。另外，基于自身特性，比例阀222相较于背景技术中的调速阀，其调节受温度、液压油粘度等因因素的影响较小。进一步地，第一主油路27上设有与比例阀222串联的二通压力补偿器221。如图3所示，二通压力补偿器221具有第一进油口 al、第第一出油口 a3、弹簧腔油口 a2，比例阀222具有第二进油口 bl、第二出油口 b2。二通压力补偿器221的第一出油口 a3与比例阀222的第二进油口 bl连通，二通压力补偿器221弹簧腔油口 a2与比例阀222的第二出油口b2连通，二通压力补偿器221上弹簧对腔连通二通压力补偿器221的第一出油口 a3。收绳时，液压油自二通压力补偿器221的第一进油口 al进入，二通压力补偿器221导通，基于力平衡，二通压力补偿器221的弹簧对腔压力(第一出油口 a3压力)和弹簧腔压力的差值必然为定值(弹簧弹力和油液作用面积的比值)，而二通压力补偿器221第一出油口 a3压力与比例阀222第二进油口 bl压力相等，弹簧腔压力与比例阀222的第二出油口 b2压力相等，可见，比例阀222的进油口压力和出油口压力的差值为定值，即前后压差为一定值。如上所述，比例阀222的输出流量主要取决于节流孔大小，但是负载的变化会导致比例阀222的前后压差变化，在节流孔相等的情况下，不同的前后压差也会导致比例阀222的输出流量不等。设置与比例阀222串联的二通压力补偿器221后，能够保证比例阀222前后压差为定值，即比例阀222的输出流量不受压差影响，仅取决于节流孔，而节流孔大小又与输入电流成正比，则比例阀222和二通压力补偿器221串联后，比例阀222的输出流量和比例阀222的输入电流将成正比。因此，二通压力补偿器221提高了比例阀222流量控制的精确度，进而确保超起卷扬25速度能够精确调节以与主臂缩回速度匹配。可以想到，为了确保比例阀222前后压差一定，并不限于设置上述的二通压力补偿器221，比如也可以设置三通压力补偿器，二通压力补偿器221适宜于采用变量泵的场合，三通压力补偿器适用于采用定量泵的场合，即该处设置与比例阀222串联的补偿器即可实现维持压差不变的效果。进一步地，可以在第一主油路27上设置与比例阀222、二通压力补偿器221并联的单向阀223，且单向阀223导通超起马达23的一侧油口和换向阀21。则超起马达23转动以驱动超起卷扬25放绳时，液压油可以直接经单向阀223、换向阀21，继而连通回油路。则放绳时，液压油的回流不受二通压力补偿器221以及比例阀222的影响，实现快速回流，保证放绳需求。可见，设置单向阀223可以将收绳工况和放绳工况区别开，收绳时实现速度的比例调节，以满足动态的速度匹配需求，放绳时满足迅速回流需求，从而使整个收放绳液压系统具备较为优化的性能。另外，超起马达23连通第一主油路27的一侧油口处设有背压阀24。背压阀24能够起到支撑负载的作用，防止超起卷扬25的钢丝绳在自重作用下下滑，提高安全系数。本发明还提供一种超起收绳的控制系统，超起位于主臂上，主臂为主臂，超起收绳的控制系统包括控制器和控制超起收绳的液压系统，液压系统为上述任一实施例所述的液压系统。由于上述液压系统具有上述技术效果，具有该液压系统的超起收绳控制系统也具有相同的技术效果，此处不再赘述。另外，该控制系统还包括检测超起卷扬25收绳时第一主油路27压力的压力传感器，以及检测主臂缩回速度的速度传感器。如图3所示，压力传感器26用于检测第一主油路27的压力，该压力与超起卷扬25钢丝绳的拉力存在特定关系，检测该压力后通过转换计算即可获取钢丝绳的拉力。第一主油路27压力可以反应驱动扭矩，而驱动扭矩可以由钢丝绳拉力作用于超起卷扬25的力矩相平衡，故钢丝绳的拉力与第一主油路27压力存在特定关系，该特定关系可以通过理论计算获得，也可以通过试验或是仿真获得。该控制系统具体在控制超起收绳速度时，其控制方法具体可以包括下述步骤S11、预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度L、超起卷扬半径r的关系式；可以参考图1和图2理解，超起卷扬的半径r、钢丝绳放出的长度均随超起卷扬钢丝绳的收放而变化，主臂总长度L也随伸缩而变化，当超起卷扬的半径r和主臂总长度L确定为某一值时，钢丝绳、主臂、超起臂能够大致形成尺寸固定三角形，根据该三角形可以计算出钢丝绳的理论拉力，该理论拉力的建立基础为钢丝绳的理论拉力应当为钢丝绳的最佳承受拉力，即钢丝绳既不过紧也不过松，因此，超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度L、超起卷扬半径r存在预定的关系，将该预定关系存储于控制系统的控制器中。可知，当超起卷扬的收绳速度和主臂的缩回速度相匹配时，钢丝绳所受的松紧程度适中。S12、实时检测超起卷扬钢丝绳的实际拉力，以及主臂缩回速度；主臂缩回速度可以通过上述的速度传感器检测，超起卷扬钢丝绳的实际拉力可以通过上述压力传感器26检测的压力计算获得，也可以设置直接检测钢丝绳拉力的拉力传感器。S13、根据主臂伸缩速度获取当前的主臂总长度L以及超起卷扬25半径r，并根据预存的关系式获得当前工况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力；控制器将步骤S12中获得数据代入其预存的关系式计算，即可获得当前工况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力，即钢丝绳在当前工况下松紧适中时应当承受的拉力。S14、比较理想拉力和实际拉力，根据二者的差值，控制输入比例阀222的电流。显然，当实际拉力大于理想拉力时，表明此时的钢丝绳绷紧度偏高，超起卷扬25的收绳速度过快，控制器可以输入减小比例阀222输入电流的指令，以减速；当实际拉力小于理想拉力时，表明此时的钢丝绳偏于松弛，超起卷扬25的收绳速度过慢，控制器可以输入增加比例阀222输入电流的指令，以增速；当实际拉力等于理想拉力时，表明此时钢丝绳松紧程度适中，控制器对比例阀222的输入电流可以不作调整。增加或减少的输入电流值根据理想拉力和实际拉力的差值确定。该控制方法根据钢丝绳的收放情况和主臂的伸缩状态确定钢丝绳应当承受的理论拉力，并将理论拉力与实际拉力比较，以判定超起卷扬25的收绳速度是否与主臂缩回速度匹配，并根据判断结果控制比例阀222的电流，以无级调控的方式实时调整超起卷扬25的收绳速度，以使收绳速度与主臂缩回速度实时匹配，调控精度较高。另外，上述实施例中，在步骤Sll中，预存的关系式还可以包括超起展开角度a，可以继续参考图1理解，超起臂12 —般为两个，超起臂12展开角度a即两个超起臂展开后的夹角，实际上，钢丝绳和主臂之间的最佳受力关系受到夹角的影响，故可以预存超起卷扬25钢丝绳理想拉力与主臂总长度L、超起卷扬25半径r、超起展开角度a的关系式。相应地，在步骤S12中，还实时检测超起的展开角度a，可以通过角度传感器检测；在步骤S13中，根据当前的主臂总长度L、超起卷扬半径r、展开角度a，以及预存的关系式获得当前工况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力。将超起臂展开角度a作为考量因素是为了更为精确地获得预存的关系式，进而精确获得理论拉力，当然，超起臂在展开过程中基本上可以看作是以超起展开支点为圆心，以超起臂为半径的一个圆，所以即使展开角度变化，根据勾股定理，钢丝绳长度的变化也很小，故在一般场合下，超起臂展开角度对于钢丝绳、主臂的受力影响也可以忽略。本发明还提供一种起重机，包括超起和主臂，以及所述超起收绳的控制系统，所述控制系统为上述实施例所述的控制系统。由于上述控制系统具有上述技术效果，具有该控制系统的起重机也具有相同的技术效果。以上对本发明所提供的一种起重机及超起收绳液压系统、控制系统、速度控制方法均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明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发明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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种控制超起收绳的液压系统，包括超起卷扬、超起马达、换向阀，以及位于所述超起马达和所述换向阀之间的第一主油路和第二主油路，所述第一主油路为高压油路时，所述超起马达驱动所述超起卷扬收绳，其特征在于，所述第一主油路上设有比例阀。
2.如权利要求1所述的控制超起收绳的液压系统，其特征在于，所述第一主油路上还设有与所述比例阀串联的压力补偿器。
3.如权利要求2所述的控制超起收绳的液压系统，其特征在于，还包括设于第一主油路上的单向阀，所述单向阀与所述压力补偿器以及所述比例阀并联，且所述单向阀导通所述超起马达的一侧油口和换向阀。
4.如权利要求3所述的控制超起收绳的液压系统，其特征在于，所述液压系统中的动力元件为变量泵，所述压力补偿器为二通压力补偿器。
5.如权利要求1-4任一项所述的控制超起收绳的液压系统，其特征在于，所述超起马达连通第一主油路的一侧油口处设有背压阀。
6.一种超起收绳的控制系统，超起位于主臂上，控制系统包括控制器和控制超起收绳的液压系统，其特征在于，所述液压系统为权利要求1-5任一项所述的液压系统；还包括获取超起卷扬收绳时钢丝绳拉力的检测元件，以及检测主臂伸缩速度的速度传感器；所述控制器预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度、超起卷扬半径的关系式；所述控制器根据检测的主臂缩回速度获取当前的主臂总长度以及超起卷扬半径，并根据预存的关系式获得当前工况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力；所述控制器比较理想拉力和实际拉力，并根据二者的差值，控制输入比例阀的电流。
7.如权利要求6所述的超起收绳的控制系统，其特征在于，所述检测元件为设置于所述第一主油路上的压力传感器。
8.如权利要求6或7所述的超起收绳的控制系统，其特征在于，还包括检测超起展开角度的角度传感器；所述控制器预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度、超起卷扬半径、超起展开角度的关系式。
9.一种起重机，包括超起和主臂，以及所述超起收绳的控制系统，其特征在于，所述控制系统为权利要求6-8任一项所述的控制系统。
10.一种如权利要求6所述的超起收绳控制系统的收绳速度的控制方法，其特征在于，包括下述步骤1)预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度、超起卷扬半径的关系式；2)实时检测超起卷扬钢丝绳的实际拉力，以及主臂伸缩速度；3)根据主臂伸缩速度获取当前的主臂总长度以及超起卷扬半径，并根据预存的关系式获得当前工况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力；4)比较理想拉力和实际拉力，根据二者的差值，控制输入比例阀的电流。
11.如权利要求10所述的超起收绳速度的控制方法，其特征在于，步骤I)中，预存超起卷扬钢丝绳理想拉力与主臂总长度、超起卷扬半径、超起展开角度的关系式；步骤2)中，还实时检测超起的展开角度；步骤3)中，根据当前的主臂总长度、超起卷扬半径、展开角度，以及预存的关系式获得当前工 况下超起卷扬钢丝绳的理想拉力。
全文摘要
本发明公开一种控制超起收绳的液压系统，包括超起卷扬、超起马达、换向阀，以及位于超起马达和换向阀之间的第一主油路和第二主油路，第一主油路为高压油路时，超起马达驱动超起卷扬收绳，第一主油路上设有比例阀。该发明在超起马达的作为起升侧油路的第一主油路中设置比例阀，则通过第一主油路流向超起马达的液压油流量基本上可以实现比例变化，则超起卷扬的收绳速度的调节为无级调控，相较于背景技术中在四级流量控制的有限调节，该种速度调节方式显然能够满足使超起卷扬收绳速度与动态变化的主臂缩回速度相适配的要求。本发明还公开一种超起收控制系统、速度控制方法，以及起重机。
文档编号B66C23/62GK103058071SQ20121057939
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者曹立峰, 王守伟, 王清送, 郁中太 申请人:徐州重型机械有限公司