自重落幅恆功率控制閥和起重機的製作方法

2023-09-15 03:02:05 2

專利名稱：自重落幅恆功率控制閥和起重機的製作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，具體而言，涉及自重落幅恆功率控制閥和具有該自重落幅恆功率控制閥的起重機。
背景技術：
現代液壓控制系統，對平穩性的要求日益提高，在起重吊裝作業中表現得更為突出。起重機落幅性能好壞，是衡量汽車起重機操控性能的一個重要指標。起重機在施工時，對落幅性能有如下要求1)微動時落幅啟動平穩，無衝擊；2)落幅停止時無衝擊；3)在落幅過程中運行平穩，無抖動；4)在落幅過程中，重物在垂直方向勻速下落。因此，起重機吊裝 作業時，要求落幅平穩，實現重物平穩、勻速下落。對於起重機自重落幅液壓系統，為了提高落幅平穩性，通常通過控制電比例變幅平衡閥的電流，只能近似擬合實現重物在垂直方向上的勻速下落，實現平衡閥閥芯開度無級變化，從而控制落幅速度，使重物平穩下落，但重物勻速下落效果不夠理想且控制方式複雜。因為在落幅過程中，因大臂幅角的不同，變幅油缸內壓力變化很大，在同等開口開度下，落幅速度的差距也非常大。因此，如何實現重物的勻速下落成為落幅控制技術的難題。

發明內容
考慮到上述背景技術，本發明的一個目的是提供一種自重落幅恆功率控制閥，能夠實現落幅過程中，變幅油缸無杆腔油液能量的恆功率消耗，從而控制重物的勻速下落。根據本發明的一個方面，提供了一種自重落幅恆功率控制閥，包括閥套和閥芯，其中，所述閥芯可在所述閥套中往復運動，所述閥芯的第一端連接有彈性部件，所述閥芯的第二端連接有控制腔，在所述閥芯上設置有開口，在所述閥套上設置有節流孔口，在起重機進行落幅動作時，所述起重機的變幅油缸的無杆腔的一路高壓油液通過所述節流孔口和所述開口流入回油腔，再通過所述閥芯的出油口回油箱，所述無杆腔的另一路高壓油液流入所述控制腔，推動所述閥芯往所述閥芯的第一端方向運動並調節所述開口的開度。閥套上的節流孔口與閥芯上的開口配合使用，在起重機進行落幅動作時，兩路高壓油液分別進入閥芯和閥芯的控制腔，無杆腔壓力推動閥芯往第一端方向移動，從而使開口的開度減小，當負載壓力不斷變大時，該開口正對節流孔口的面積減小，通過彈性部件使閥芯處於穩定狀態，任一穩定狀態對應一個開口面積，使起重機能夠啟動平穩、停止平穩、落幅過程平穩以及勻速落幅，即起重機在工作過程中，每時每刻都是處於平穩的狀態。在上述技術方案中，優選地，所述開口的輪廓呈曲線結構。為了使開口的開度能夠隨著閥芯往第一端方向的移動而減小，可以將開口的輪廓設計成具有弧度的結構，也可以是三角形結構，能夠使開口的開度變化的結構均屬於本發明的保護範圍之內。在上述任一技術方案中，優選地，所述曲線結構可用如下公式描述^_13
^ixXoY °^x<Xo
13y^< kxxXo $ x < X1，其中，以所述閥芯的往復運動方向為X軸
0工 > X,
方向，垂直於所述閥芯的往復運動方向的豎直方向為Y軸方向，在所述X軸方向上，以所述開口的左邊沿位置為坐標系原點，Xtl為所述自重落幅恆功率控制閥的恆功率區域， X為所述節流孔口與y軸之間的垂直距離，y為所述開口的開度，K1為調整係數。上述公式描述了開口的曲線結構，不同的壓差對應不同的閥芯行程，由於閥芯在不同行程上設置了適當的開口曲線，使得該曲線結構與開口的開度相匹配，從而保證在任意角度落幅時，閥芯所損失的能量趨於定值。在上述任一技術方案中，優選地，在所述閥芯往所述第一端方向運動時，所述開口的開度減小，那麼開口正對所述節流孔口的面積也就減小。當然閥芯的結構並不僅限於上述公式所限定的結構，只需要閥芯在往第一端方向運動時，使開口的開度減小，且能夠與高壓液壓油的壓力相匹配，實現落幅過程中的恆功率消耗。在上述任一技術方案中，優選地，所述彈性部件包括機械彈簧。該機械彈簧能夠控制閥芯的運動。在上述任一技術方案中，優選地，所述彈性部件還可以包括閉式容腔，所述閉式容腔的一側連接至所述機械彈簧，所述閉式容腔內封閉有氣體，所述閉式容腔的另一側連接至電比例閥，由所述電比例閥控制所述閉式容腔的體積。通過調節閉式容腔的體積能夠調節整個彈性部件的剛度，即通過機械彈簧與氣壓彈簧的組合，實現彈簧的變剛度應用，從而實現恆功率點的遷移變換。優選地，所述彈性部件可以包括氣壓彈簧。單獨使用氣壓彈簧同樣能夠控制閥芯的運動，且通過調節氣體容積，可調節該氣壓彈簧的剛度。在上述任一技術方案中，優選地，還可以包括至少一個環形阻尼槽，設置於所述閥芯的外表面。該環形阻尼槽使閥芯的表面敷上一層油膜，增加阻尼力，可使閥芯運動更加平穩，實現更為平穩地落幅速度控制。在上述任一技術方案中，優選地，還可以包括限位槽，設置於所述閥芯的第一端和/或第二端。該限位槽用於閥芯運動的限位。本發明的另一個目的是提供一種起重機，能夠實現落幅過程中，變幅油缸無杆腔油液能量的恆功率消耗，從而控制重物的勻速下落。根據本發明的另一方面，還提供了一種起重機，包括如上述任一技術方案中所描述的自重落幅恆功率控制閥。起重機具有與自重落幅恆功率控制閥相同的技術效果，無需對大臂角度和負載重量進行反饋信號檢測，完全實現自適應控制。根據本發明的自重落幅恆功率控制閥，該閥將變幅油缸無杆腔的壓力反饋到閥芯的控制腔，推動閥芯運動，使其開口與壓力相匹配，實現落幅過程中，變幅油缸無杆腔油液能量的恆功率消耗。變幅油缸有杆腔與液壓油箱相通，無杆腔連接恆功率控制閥的閥芯，通過閥芯上的彈性部件，使其處於穩定狀態，同時開口的任一穩態對應一個開口面積，通過壓力流量的組合匹配，最終實現恆功率控制，進而實現了起重機的平穩落幅，包括落幅啟動平穩、停止平穩、落幅過程平穩以及勻速落幅。


圖I示出了根據本發明的一個實施例的自重落幅恆功率控制閥的示意圖；圖2示出了根據本發明的又一實施例的自重落幅恆功率控制閥的示意圖；圖3示出了根據本發明的一個實施例的閥芯的剖視圖；圖4示出了圖3所示閥芯的俯視圖；圖5示出了根據本發明的又一實施例的閥芯的剖視圖；圖6示出了圖5所示閥芯的剖視圖；圖7示出了根據本發明的實施例的開口曲線的示意圖；圖8示出了通過計算驗證的閥口特性曲線示意圖；圖9示出了通過計算驗證的壓力閥位移特性曲線示意圖；圖10示出了通過計算驗證的閥位移流量特性曲線示意圖；圖11示出了通過計算驗證的閥位移功率特性曲線示意圖。圖I至圖6中的部件名稱與附圖標記之間的對應關係為102閥套；104閥芯；106節流孔口 ; 108開口 ; 110彈性部件；112控制腔；114無杆腔；116有杆腔；202閉式容腔；204電比例閥；206機械彈簧；304出油口 ；302環形阻尼槽。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行進一步的詳細描述。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是，本發明還可以採用其他不同於在此描述的其他方式來實施，因此，本發明的保護範圍並不受下面公開的具體實施例的限制。下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。圖I示出了根據本發明的一個實施例的自重落幅恆功率控制閥的示意圖。如圖I所示，根據本發明的實施例的自重落幅恆功率控制閥，包括閥套102和閥芯104，其中，該閥芯104可在閥套102中往復運動，閥芯104的第一端連接有彈性部件，閥芯104的第二端連接有控制腔112，在閥芯104上設置有開口 108，在閥套102上設置有節流孔口 106，在起重機進行落幅動作時，起重機機的有杆腔116從油箱中吸油，起重機的變幅油缸的無杆腔114的一路高壓油液通過節流孔口 106和開口 108流入回油腔，再通過所述閥芯104的出油口回油箱，無杆腔114的另一路高壓油液流入控制腔112，推動閥芯104往閥芯104的第一端方向運動並調節開口 108的開度。閥套102上的節流孔口 106與閥芯104上的開口 108配合使用，在起重機進行落幅動作時，兩路高壓油液分別進入閥芯104和閥芯104的控制腔112，從而將無杆腔114的壓力反饋到閥芯104的控制腔112，推動閥芯104往第一端方向移動(在圖I中為往左運動)，從而使開口 108的開度減小，當負載壓力不斷變大時，該開口 108正對節流孔口 106的面積、減小，通過彈性部件使閥芯104處於穩定狀態，任一穩定狀態對應一個開口 108面積，使起重機能夠啟動平穩、停止平穩、落幅過程平穩以及勻速落幅，即起重機在落幅過程中，每時每刻都是處於平穩狀態。優選地，在圖I所示，彈性部件110為機械彈簧。應當理解，該彈性部件110也可以為氣壓彈簧。接著參考圖2，圖2示出了根據本發明的又一實施例的自重落幅恆功率控制閥的示意圖，上述實施例中的彈性部件110還可以如圖2所示的結構，其包括電比例閥204、閉式容腔202和機械彈簧206。其中，該閉式容腔202的一側連接至機械彈簧206，閉式容腔內202封閉有氣體，閉式容腔202的另一側連接至電比例閥204，由電比例閥204控制閉式容腔202的體積，從而調節彈性部件110的剛度，進而實現恆功率閥的恆功率點的調節。
通過調節閉式容腔的體積能夠調節整個彈性部件的剛度，即通過機械彈簧與氣壓彈簧的組合，實現彈簧的變剛度應用，從而實現恆功率點的遷移變換。下面結合圖3和圖4來詳細說明上述各實施例中的閥芯104的具體結構，圖3示出了根據本發明的一個實施例的閥芯104的剖視圖，圖4示出了圖3所示閥芯104的俯視圖。如圖3和圖4所示，在閥芯104的一端設置了一個開口 108，該開口 108與閥套102上的節流孔口 106之間的相對運動可以調節該開口 108的開度。在閥芯104的另一端設置了出油口 304，該出油口 304較大，無杆腔114的高壓油液從該開口 108進入閥芯104並從出油口 304回到油箱。優選地，開口 108的輪廓可以呈曲線結構。為了使開口 108的開度能夠隨著閥芯104往第一端方向的移動而減小，可以將開口 108的輪廓設計成具有弧度的結構，也可以是三角形結構，能夠使開口 108的開度變化的結構均屬於本發明的保護範圍之內。優選地，如圖7所示，曲線結構可用如下公式描述
^—M
°^x<X0
13y = < kxxXo乞x < JCi，其中，以閥芯104的往復運動方向為X軸
0x > X1
方向，垂直於閥芯104的往復運動方向的豎直方向為y軸方向，在X軸方向上，以開口 108的左邊沿位置為坐標系原點，Xtl < X < X1為自重落幅恆功率控制閥的恆功率區域，X為所述節流孔口 106與y軸之間的垂直距離，y為所述開口 108的開度，K1為調整係數。上述公式描述了開口 108的曲線結構，不同的壓差對應不同的閥芯104行程，由於閥芯104在不同行程上設置了適當的開口 108曲線，使得該曲線結構與開口 108的開度相匹配，從而保證在任意角度落幅時，閥芯104所損失的能量趨於定值。將圖7與圖3和圖4進行對比可知，圖7描述的曲線與開口 108的輪廓結構是匹配的，以開口 108的左邊沿位置為坐標系原點，閥芯的軸線為X軸，當節流孔口 106在0到
區間時,開口 108的開度最大，且保持恆定的最大開度值，隨著閥芯的移動，自重落幅恆功率控制閥的進油口與出油口之間的壓差增大，但功率不斷增加；當節流孔口 106的位置進入Xtl < X < X1的區間時，閥芯104進入恆功率區域，在壓差增大時，開口 108的開度減小，開口 108正對節流孔口 106的面積不斷減小，開度的減小量正好匹配液壓油的減小量，保證系統處於恆功率工作狀態。在上述技術方案中，優選地，在閥芯104往第一端方向運動時，開口 108正對節流孔口 106的面積減小。當然閥芯104的結構並不僅限於上述公式所限定的結構，只需要閥芯104在往第一端方向運動時，使開口 108的開度減小，且能夠與高壓液壓油的壓力相匹配，同樣能夠實現落幅過程中的恆功率消耗。除了如圖3和圖4所示的閥芯結構之外，根據本發明的閥芯結構還可以如圖5和圖6所示。在閥芯104的外表面還可以設置至少一個環形阻尼槽302。該環形阻尼槽302使 閥芯104的表面敷上一層油膜，增加阻尼力，也可為閥芯起潤滑作用，防止閥芯104震動，進一步使得閥芯104運動更加平穩，實現更為平穩地落幅速度控制。如圖5和圖6所示，在該示例中，在閥芯104的外表面設置了四個全周環形阻尼槽302，每組環形阻尼槽302中有一對凹槽。在此，本領域內的技術人員應該理解，環形阻尼槽302的數量和位置並不僅限於圖中所示的示例。需說明的是，上述實施例中的閥芯104還可以包括限位槽(圖中未示出)，設置於閥芯104的第一端和/或第二端。該限位槽用於閥芯104運動的限位。接下來詳細說明根據本發明的自重落幅恆功率控制閥的工作原理。針對現有技術的局限性，提供了根據本發明的自重落幅恆功率控制閥，該閥將變幅油缸無杆腔的壓力反饋到閥芯的控制腔，推動閥芯運動，使其開口與壓力相匹配，實現落幅過程中，變幅油缸無杆腔油液能量的恆功率消耗。變幅油缸有杆腔與液壓油箱相通，無杆腔連接恆功率控制閥的閥芯，通過閥芯上的彈性部件，使其處於穩定狀態，同時開口的任一穩態對應一個開口面積，通過壓力流量的組合匹配，最終實現恆功率控制，進而實現了起重機的平穩落幅，包括落幅啟動平穩、停止平穩、落幅過程平穩以及勻速落幅。在起重機上，為保證落幅時重物始終以一個恆定的速度下落，可使落幅時重物的勢能被恆功率消耗。因此本發明提供了一種恆功率耗散式恆功率控制閥。首先根據開口壓力流量計算公式Q=A-C- AP172 (I )，A為開口的開度面積，C為開口流量係數，A P為恆功率控制閥的進出油口的壓差(A P=P1-P2，P1為出油口的壓力，P2為進油口的壓力)。根據開口流通功率表達式W= A P * Q (2)，將(I)式的流量代入(2)式，得到W=A C AP3/2 (3)。又根據恆功率控制閥的閥體結構及相關尺寸關係得出節流孔口相對開口的位置滿足x = A/7*」(4)，其中，A1為閥芯的有效面積，根據(3)和(4)式可以得到
K
K ^ ,r = (—)j，A為開口的開度面積，K為彈性部件的剛度。
Al
根據開口的曲線結構公式
權利要求
1.一種自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，包括閥套(102)和閥芯(104)，其中，所述閥芯(104)可在所述閥套(102)中往復運動，所述閥芯(104)的第一端連接有彈性部件(110)，所述閥芯(104)的第二端連接有控制腔(112)，在所述閥芯(104)上設置有開口(108)，在所述閥套(102)上設置有節流孔口( 106)，在起重機進行落幅動作時，所述起重機的變幅油缸的無杆腔(114)的一路高壓油液通過所述節流孔口(106)和所述開口(108)流入回油腔，再通過所述閥芯(104)的出油口回油箱，所述無杆腔(114)的另一路高壓油液流入所述控制腔(112)，推動所述閥芯(104)往所述閥芯(104)的第一端方向運動並調節所述開口(108)的開度。
2.根據權利要求I所述的自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，所述開口(108)的輪廓呈曲線結構。
3.根據權利要求2所述的自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，所述曲線結構可用如下公式描述
4.根據權利要求2所述的自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，在所述閥芯(104)往所述第一端方向運動時，所述開口(108)的開度減小。
5.根據權利要求I所述的自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，所述彈性部件(110)包括機械彈簧(206)。
6.根據權利要求I所述的自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，所述彈性部件(110)包括氣壓彈簧。
7.根據權利要求5所述的自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，所述彈性部件(110)還包括閉式容腔(202)，所述閉式容腔(202)的一側連接至所述機械彈簧(206)，所述閉式容腔(202)內封閉有氣體，所述閉式容腔的另一側連接至電比例閥(204)，由所述電比例閥(204)控制所述閉式容腔(202)的體積。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，還包括至少一個環形阻尼槽(302)，設置於所述閥芯(104)的外表面。
9.根據權利要求I至7中任一項所述的自重落幅恆功率控制閥，其特徵在於，還包括限位槽，設置於所述閥芯(104)的第一端和/或第二端。
10.一種起重機，其特徵在於，包括如權利要求I至9中任一項所述的自重落幅恆功率控制閥。
全文摘要
本發明提供了一種自重落幅恆功率控制閥，包括閥套和閥芯，其中，閥芯可在閥套中往復運動，閥芯的第一端連接有彈性部件，閥芯的第二端連接有控制腔，在閥芯上設置有開口，在閥套上設置有節流孔口，在起重機進行落幅動作時，起重機的變幅油缸的無杆腔的一路高壓油液通過節流孔口和開口流入回油腔，再通過閥芯的出油口回油箱，無杆腔的另一路高壓油液流入控制腔，推動閥芯往閥芯的第一端方向運動並調節開口的開度。根據本發明的技術方案，重物的勢能能夠被恆功率消耗，從而保證落幅時，重物以一個恆定的速度下落，無需增加額外的信號檢測器件，便能調整重物的下落速度。相應地，本發明還提供了一種起重機。
文檔編號F15B13/04GK102661299SQ20121014857
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者劉丹傑, 雙志, 黃長發 申請人:三一汽車起重機械有限公司