專利名稱：馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的起重機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及液壓馬達(dá)控制技術(shù)，具體涉及一種馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的起重機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有自行式起重機(jī)械的吊重作業(yè)，大多采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)。首先，通過馬達(dá)將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以扭矩形式輸出，再通過卷揚(yáng)鋼絲繩將將扭矩轉(zhuǎn)化為鋼絲繩拉力將重物提起；上述一系列轉(zhuǎn)化中，馬達(dá)起到能量轉(zhuǎn)化的作用。眾所周知，馬達(dá)輸出扭矩可由公式T = PV來表達(dá)，其中，P為壓力，V為馬達(dá)排量，壓力由負(fù)載決定，即由吊重量決定；而馬達(dá)排量是可變量，由馬達(dá)排量比例控制電磁閥的輸入電流決定。請(qǐng)參見圖1，該圖是現(xiàn)有技術(shù)中一種典型液壓馬達(dá)的液壓原理圖。如圖1所示，馬達(dá)處于初始狀態(tài)時(shí)，此狀態(tài)下沒有壓力油通過A/B 口，在彈簧1的作用下，即馬達(dá)處于最大排量。當(dāng)馬達(dá)排量比例控制電磁鐵2通電時(shí)，馬達(dá)排量逐漸變小， 與此同時(shí)馬達(dá)速度增高；也就是說，馬達(dá)排量比例控制電磁鐵的輸入電流越大，馬達(dá)排量越小，輸出轉(zhuǎn)速越高。然而，當(dāng)起重機(jī)械的吊重量達(dá)到一定值時(shí)，需要PV的乘積必須大于等于該定值， 才能將重物吊起。顯然，由于壓力P是由吊重量決定的，因而此工況下只有調(diào)整馬達(dá)排量V 值才能滿足上述作業(yè)條件。以上分析中存在兩個(gè)相互矛盾的需求一方面，吊重量較大時(shí)，馬達(dá)排量比例控制電磁鐵輸出電流越大要求排量越小；另一方面，基于公式T = PV,要求馬達(dá)排量V必須大于一定值時(shí)才能將重物吊起。以上矛盾促使了壓力切斷的產(chǎn)生，即只要吊重量產(chǎn)生的壓力P 值大于某一壓力切斷設(shè)定值，馬達(dá)就處于最大排量(兩點(diǎn)式)或某一趨向于最大排量的值 (漸進(jìn)式)，滿足吊重的需求，從而可最大限度的保證起升系統(tǒng)的安全性。目前，馬達(dá)壓力切斷控制方式中一般采用液壓控制方式，主要有兩種方式1、液控兩點(diǎn)式。當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到壓力切斷設(shè)定值Pl時(shí)，馬達(dá)迅速的由現(xiàn)有排量變至最大排量，此時(shí)控制曲線為一直線。即，馬達(dá)排量非大即小，如圖2所示。該控制方式由于存在排量突變直接造成轉(zhuǎn)速突變，從而在吊重作業(yè)時(shí)產(chǎn)生沖擊。甚至有可能造成吊重的損壞，影響整機(jī)的穩(wěn)定性。2、液控漸變式。當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到壓力切斷設(shè)定值Pl時(shí)，此時(shí)馬達(dá)排量漸進(jìn)的變至最大排量，控制曲線為有一定斜率的曲線。即，壓力切斷起作用時(shí)，由小排量至大排量是一個(gè)漸變、緩沖過程，如圖3所示。顯然，該控制方式優(yōu)于 兩點(diǎn)式，但是，在對(duì)馬達(dá)性能要求愈來愈高的今天，液控漸變式控制方式較為單一，已經(jīng)逐漸不能滿足控制的多樣性和靈活性。有鑒于此，亟待針對(duì)現(xiàn)有液控馬達(dá)切斷方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便于在滿足工作穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，提升系統(tǒng)控制功能
實(shí)用新型內(nèi)容
[0011]針對(duì)上述缺陷，本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題在于提供一種馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，以滿足控制的多樣性和靈活性的要求，提升系統(tǒng)的控制功能。在此基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還提供一種應(yīng)用該控制系統(tǒng)的起重機(jī)。本實(shí)用新型提供的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，用于采用比例控制電磁閥控制排量的液壓馬達(dá)，該控制系統(tǒng)包括信號(hào)獲取裝置和控制器；其中，所述信號(hào)獲取裝置用于獲取所述液壓馬達(dá)的負(fù)載壓力信號(hào)；所述控制器與所述信號(hào)獲取裝置連接，用于根據(jù)該負(fù)載壓力信號(hào)輸出增大馬達(dá)排量的控制信號(hào)至所述比例控制電磁閥。優(yōu)選地，所述信號(hào)獲取裝置實(shí)時(shí)輸出負(fù)載壓力信號(hào)至所述控制器，所述控制器根據(jù)所述負(fù)載壓力信號(hào)中的壓力切斷信號(hào)按預(yù)設(shè)增益曲線輸出所述控制信號(hào)至所述比例控制電磁閥。優(yōu)選地，所述信號(hào)獲取裝置為壓力傳感器。優(yōu)選地，所述信號(hào)獲取裝置輸出所述負(fù)載壓力信號(hào)中的壓力切斷信號(hào)至所述控制器，所述控制器根據(jù)該壓力切斷信號(hào)輸出所述控制信號(hào)至所述比例控制電磁閥。優(yōu)選地，所述信號(hào)獲取裝置為壓力繼電器。本實(shí)用新型提供的起重機(jī)，其卷揚(yáng)起升系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)，所述液壓馬達(dá)采用比例控制電磁閥控制排量，還包括如前所述的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)采用電液控制調(diào)整馬達(dá)排量馬達(dá)壓力切斷，使用過程中，通過馬達(dá)負(fù)載壓力信號(hào)的反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使馬達(dá)壓力切斷造成的轉(zhuǎn)速波動(dòng)處于最小的范圍，起升系統(tǒng)處于最穩(wěn)定的狀態(tài)；同時(shí)，電液控制的有效配合，為實(shí)現(xiàn)各自功能的拓展以及控制方式的多樣性和靈活性提供了可靠的保障。在本實(shí)用新型的優(yōu)選方案中，信號(hào)獲取裝置實(shí)時(shí)輸出負(fù)載壓力信號(hào)至控制器，控制器根據(jù)負(fù)載壓力信號(hào)中的壓力切斷信號(hào)按預(yù)設(shè)增益曲線輸出控制信號(hào)；也就是說，當(dāng)馬達(dá)輸出壓力達(dá)至壓力切斷值時(shí)，或者說需要進(jìn)行馬達(dá)壓力切斷處理時(shí)，控制器按預(yù)設(shè)的增益曲線輸出控制信號(hào)，從而大大提高了控制系統(tǒng)的適應(yīng)性，進(jìn)一步提高了控制方式的多樣性和靈活性。本實(shí)用新型提供的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)可用于任何采用比例控制電磁閥控制排量的液壓馬達(dá)，比如，上車回轉(zhuǎn)馬達(dá)、行走驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等，特別適用于自行式起重機(jī)的卷揚(yáng)起升馬達(dá)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種典型液壓馬達(dá)的液壓原理圖；圖2是現(xiàn)有液控兩點(diǎn)式的控制曲線示意圖；圖3是現(xiàn)有液控漸變式的控制曲線示意圖；圖4是具體實(shí)施方式
所述馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)的方框圖；圖5是第一實(shí)施例中壓力P與電流信號(hào)I之間的一種預(yù)設(shè)增益曲線示意圖；圖6是與圖5中所示預(yù)設(shè)增益曲線相應(yīng)的排量變化曲線示意圖；圖7是第二實(shí)施例中觸發(fā)次數(shù)與各中間排量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；圖8是第二實(shí)施例中壓力繼電器觸發(fā)后控制器輸出的控制電流信號(hào)I與負(fù)載壓力 P之間對(duì)應(yīng)關(guān)系示意4[0029]圖9為與圖8中控制電流信號(hào)I相應(yīng)的排量變化曲線示意圖；圖10是具體實(shí)施方式
中所述輪式起重機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的核心是提供一種馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，以滿足控制的多樣性和靈活性的要求，提升馬達(dá)壓力切斷的控制功能。下面結(jié)合說明書附圖具體說明本實(shí)施方式。請(qǐng)參見圖4，該圖是本實(shí)施方式所述馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)的方框圖。圖中所示的液壓馬達(dá)43采用比例控制電磁閥(圖中未示出)控制排量，該系統(tǒng)還包括信號(hào)獲取裝置41和控制器42 ；其中，信號(hào)獲取裝置41用于獲取液壓馬達(dá)43的負(fù)載壓力信號(hào)，并輸出至控制器42 ；控制器42用于接收液壓馬達(dá)43的負(fù)載壓力信號(hào)，并根據(jù)該負(fù)載壓力信號(hào)輸出增大馬達(dá)排量的控制信號(hào)至比例控制電磁閥。應(yīng)當(dāng)理解，采用比例控制電磁閥控制排量的液壓馬達(dá)為已有技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需要配套選購或者自制， 本文不再贅述。實(shí)際上，該控制器42可優(yōu)選采用PCL控制器，以根據(jù)不同工況調(diào)定不同的控制策略，提高該控制系統(tǒng)的可適應(yīng)性。此外，信號(hào)獲取裝置41可以采用多種結(jié)構(gòu)形式的配套元件，只要能夠滿足基本功能需要均在本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍內(nèi)。比如，壓力傳感器或者壓力繼電器等。以下將分別以壓力傳感器和壓力繼電器為例，詳細(xì)說明其控制方式。實(shí)施例1 信號(hào)獲取裝置41采用壓力傳感器，相應(yīng)地，控制器42包括用于存儲(chǔ)預(yù)設(shè)增益曲線的存儲(chǔ)單元、判斷是否處于壓力切斷工況的判斷單元以及輸出控制信號(hào)的輸出單元。工作過程中，該壓力傳感器將檢測(cè)到的負(fù)載壓力信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至控制器42，控制器42根據(jù)負(fù)載壓力信號(hào)中的壓力切斷信號(hào)按預(yù)設(shè)增益曲線輸出控制信號(hào)至液壓馬達(dá)1的比例控制電磁閥，以根據(jù)檢測(cè)壓力P值的大小來調(diào)定馬達(dá)比例電磁鐵的控制電流信號(hào)的大小，以預(yù)設(shè)增益曲線為對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)，一定電流的大小對(duì)應(yīng)著馬達(dá)排量的大小。也就是說，判斷單元根據(jù)負(fù)載壓力信號(hào)進(jìn)行判斷確定是否啟動(dòng)馬達(dá)壓力切斷控制，并根據(jù)壓力P與輸出控制電流信號(hào)I之間的預(yù)設(shè)增益曲線輸出控制電流信號(hào)。當(dāng)然，該控制器42輸出的控制信號(hào)也可以電壓信號(hào)形式輸出。請(qǐng)一并結(jié)合圖5和圖6所示，其中，圖5為本實(shí)施例中壓力P與電流信號(hào)I之間的一種預(yù)設(shè)增益曲線示意圖，圖6為與圖5中所示預(yù)設(shè)增益曲線相應(yīng)的排量變化曲線示意圖。圖5中，檢測(cè)壓力P與控制電液I之間為非比例關(guān)系，在達(dá)到壓力切斷值Pl的水平段51時(shí)電流由操縱手柄輸出；達(dá)到壓力切斷值Pl后，控制器輸出的控制電流信號(hào)逐漸下降，以增大排量，降低馬達(dá)轉(zhuǎn)速。如圖所示，初始段52、中間段53和終止段M構(gòu)成了預(yù)設(shè)增益曲線，且該預(yù)設(shè)增益曲線的初始段52和終止段M的增益斜率均大于中間段53的總增益斜率。即，初始段52內(nèi)電流I下降增益為tan θ 1，中間段53內(nèi)隨著壓力的繼續(xù)增加電流I 下降增益變?yōu)閠an θ 2，終止段M內(nèi)隨著壓力的繼續(xù)增加電流I的下降增益變?yōu)閠an θ 3,從而使得馬達(dá)排量的變化不是突變，可增加調(diào)整過程中的平穩(wěn)性。優(yōu)選地，預(yù)設(shè)增益曲線的初始段51、中間段52和終止段53之間均為圓滑曲線過渡，可進(jìn)一步的提高整機(jī)作業(yè)的安全穩(wěn)定性。如圖6所示，在壓力切斷控制過程中，隨著壓力的變化對(duì)應(yīng)著馬達(dá)排量的變化，該曲線所示的馬達(dá)排量變化也分為3個(gè)階段初始段61、中間段62和終止段63，同樣，每個(gè)階段有不同的增益，圖6中的排量增益實(shí)質(zhì)為圖5中控制電流信號(hào)增益的映射。特別說明的 是，以上預(yù)設(shè)增益曲線劃分為三個(gè)階段僅僅是作為一個(gè)優(yōu)選方案，實(shí)際上，中間段還可以分為多段，每個(gè)階段都可以設(shè)置不同的增益。也就是說，預(yù)設(shè)增益曲線的中間段由增益不同的多段構(gòu)成。增益不同的多段之間均為圓滑曲線過渡，且各階段節(jié)點(diǎn)處可以隨工況設(shè)置不同的過渡，以滿足不同的工況需求。實(shí)施例2 信號(hào)獲取裝置采用壓力繼電器，壓力繼電器設(shè)定值即為壓力切斷設(shè)定值P1。相應(yīng)地，控制器42包括用于存儲(chǔ)馬達(dá)最大排量Vmax的存儲(chǔ)單元、比較計(jì)算單元以及輸出控制信號(hào)的輸出單元。以下描述為對(duì)其控制過程的詳細(xì)描述，假設(shè)負(fù)載壓力為P，則負(fù)載壓力P與壓力切斷值Pl進(jìn)行比較共形成三種情況，分別如下1、馬達(dá)最大排量下產(chǎn)生的壓力P > P1。此種情況下，壓力繼電器處于觸發(fā)狀態(tài)，控制器控制馬達(dá)排量的電流無論手柄擺角多大，輸出電流值始終為最小電流。2、馬達(dá)最小排量下產(chǎn)生的壓力P < P1。此種情況下，整個(gè)起升過程壓力繼電器都不被觸發(fā)，馬達(dá)排量按照曲線1隨操縱手柄發(fā)出的控制電流進(jìn)行變化。3、馬達(dá)最大排量下產(chǎn)生的壓力P < P1，且馬達(dá)最小排量下產(chǎn)生的壓力P > Pl0此時(shí)，在最大排量Vmax和最小排量Vmin之間的一個(gè)排量下VI，根據(jù)公式T = PXV1, 即Pl必然對(duì)應(yīng)著一個(gè)排量Vl，使壓力繼電器可以觸發(fā)，那么以排量Vl為界可以將整個(gè)排量區(qū)間(V-至Vmin)劃分為兩個(gè)區(qū)間。即(1)、區(qū)間Vmax Vl內(nèi)，壓力P不會(huì)大于壓力繼電器設(shè)定的壓力切斷值P1，此區(qū)間內(nèi)電流I和排量V按照Vmax Vl區(qū)間內(nèi)的曲線進(jìn)行變化。(2)、區(qū)間Vl Vmin內(nèi)，由于排量V已經(jīng)不能滿足負(fù)載要求，因此就必須將排量V變化為> Vmin的狀態(tài)，此狀態(tài)需要執(zhí)行本實(shí)施例的控制策略。即，信號(hào)獲取裝置41輸出負(fù)載壓力信號(hào)中的壓力切斷信號(hào)至控制器42，控制器42根據(jù)該壓力切斷信號(hào)輸出控制信號(hào)至比例控制電磁閥。具體而言，一旦負(fù)載壓力大于壓力切斷值P1，則壓力繼電器觸發(fā)，控制器42接收到到該信號(hào)后，比較計(jì)算單元首先根據(jù)此狀態(tài)下的馬達(dá)排量值Vl與馬達(dá)最大排量Vmax確定多個(gè)中間排量值V2、V3. . . Vn (VI < V2、V3. . . Vn < Vmax)，并根據(jù)壓力切斷信號(hào)依次輸出與所述多個(gè)中間排量值對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)至所述比例控制閥，如圖7所示。也就是說，首先輸出與V2對(duì)應(yīng)的控制電流信號(hào)至馬達(dá)比例控制電磁閥；若再次檢測(cè)到負(fù)載壓力大于馬達(dá)壓力切斷壓力值P1，則依次輸出與V3對(duì)應(yīng)的控制電流信號(hào)，直至滿足要求。請(qǐng)一并參見圖8和圖9，其中，圖8為壓力繼電器觸發(fā)后控制器輸出的控制電流信號(hào)I與負(fù)載壓力P之間對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖，圖9為與圖8中控制電流信號(hào)I相應(yīng)的排量變化曲線示意圖。圖中所示，為避免在拐點(diǎn)處形成排量調(diào)整沖擊，每次觸發(fā)后輸出電流信號(hào)的初始階段為具有一緩沖作用的圓弧漸變。[0057]另外，在前述馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還提供一種輪式起重機(jī)。請(qǐng)參見圖 10，該圖示出了輪式起重機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。該輪式起重機(jī)的底盤系統(tǒng)、上車回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、卷揚(yáng)起升系統(tǒng)以及吊臂系統(tǒng)等功能部件與現(xiàn)有技術(shù)相同，同樣，其卷揚(yáng)起升系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)，以帶動(dòng)卷筒正反兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)吊重起升作業(yè)。特別是，該液壓馬達(dá)采用比例控制電磁閥控制排量，還包括如前所述的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)輪式起重機(jī)卷揚(yáng)起升馬達(dá)的液控方式相比，應(yīng)用馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)將控制方式拓展至電液相結(jié)合的控制方式，實(shí)現(xiàn)了液壓與控制器的協(xié)同工作，利用控制器控制方式的多樣性和靈活性實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)壓力切斷的多樣性，提升了壓力切斷控制的靈活性，可以做到馬達(dá)壓力切斷的最優(yōu)化。同時(shí)，漸變式進(jìn)行切斷控制，并可以將壓力切斷曲線進(jìn)行任意設(shè)置，滿足系統(tǒng)多樣性、靈活性的需求。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，用于采用比例控制電磁閥控制排量的液壓馬達(dá)，其特征在于，該控制系統(tǒng)包括信號(hào)獲取裝置，用于獲取所述液壓馬達(dá)的負(fù)載壓力信號(hào)；與所述信號(hào)獲取裝置連接的控制器，用于根據(jù)該負(fù)載壓力信號(hào)輸出增大馬達(dá)排量的控制信號(hào)至所述比例控制電磁閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)獲取裝置實(shí)時(shí)輸出負(fù)載壓力信號(hào)至所述控制器，所述控制器根據(jù)所述負(fù)載壓力信號(hào)中的壓力切斷信號(hào)按預(yù)設(shè)增益曲線輸出所述控制信號(hào)至所述比例控制電磁閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)獲取裝置為壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)獲取裝置輸出所述負(fù)載壓力信號(hào)中的壓力切斷信號(hào)至所述控制器，所述控制器根據(jù)該壓力切斷信號(hào)輸出所述控制信號(hào)至所述比例控制電磁閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)獲取裝置為壓力繼電器。
6.起重機(jī)，其卷揚(yáng)起升系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)，所述液壓馬達(dá)采用比例控制電磁閥控制排量，其特征在于，還包括如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種馬達(dá)壓力切斷控制系統(tǒng)，用于采用比例控制電磁閥控制排量的液壓馬達(dá)，該控制系統(tǒng)包括信號(hào)獲取裝置和控制器；其中，信號(hào)獲取裝置用于獲取液壓馬達(dá)的負(fù)載壓力信號(hào)；控制器用于接收液壓馬達(dá)的負(fù)載壓力信號(hào)，并根據(jù)該負(fù)載壓力信號(hào)輸出增大馬達(dá)排量的控制信號(hào)至比例控制電磁閥。該系統(tǒng)采用電液控制調(diào)整馬達(dá)排量馬達(dá)壓力切斷，使用過程中，通過馬達(dá)負(fù)載壓力信號(hào)的反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使馬達(dá)壓力切斷造成的轉(zhuǎn)速波動(dòng)處于最小的范圍，起升系統(tǒng)處于最穩(wěn)定的狀態(tài)；同時(shí)，電液控制的有效配合，為實(shí)現(xiàn)各自功能的拓展以及控制方式的多樣性和靈活性提供了可靠的保障。在此基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還提供一種應(yīng)用該控制系統(tǒng)的起重機(jī)。
文檔編號(hào)F15B21/08GK201982416SQ20112007679
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者劉邦才, 史先信, 王清送 申請(qǐng)人:徐州重型機(jī)械有限公司