一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，涉及絞盤領(lǐng)域，解決現(xiàn)有技術(shù)中液壓絞盤的輸出特性可控性不夠理想的技術(shù)問題，本實用新型提供的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)包括壓力傳感器、控制器以及流量控制閥，流量控制閥連接液壓絞盤中的液壓馬達，流量控制閥調(diào)節(jié)流經(jīng)液壓馬達的流量，壓力傳感器分別設(shè)置在液壓馬達的進油口和出油口，流量控制閥和壓力傳感器電連接所述控制器，壓力傳感器檢測進油口和出油口的流體壓力并反饋給控制器，控制器根據(jù)進油口和出油口的壓差控制流量控制閥的閥口開度，從而控制液壓馬達的流量，實現(xiàn)對液壓絞盤輸出特性的精確控制。
【專利說明】一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型涉及一種絞盤，尤其是一種液壓絞盤的流量控制系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]液壓絞盤通常由平衡閥、液壓馬達、制動器、行星減速器、卷筒、機架等部件組成，使用時只需配備泵站和換向閥即可。由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、較高的功率密度和較強的連續(xù)工作能力等優(yōu)點，液壓絞盤已被廣泛運用。但傳統(tǒng)液壓絞盤由于采用定量液壓馬達作為執(zhí)行元件、普通的換向閥用于改變液壓油的流向來使卷筒實現(xiàn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，絞盤作業(yè)時的操作精準(zhǔn)度欠佳；在繩索拉力恒定時，絞盤由于卷徑的變化必然導(dǎo)致繩索線速度的改變，因此難以實現(xiàn)全程穩(wěn)定的提拉；或者在卷徑恒定而繩索拉力變動時，也無法主動進行較準(zhǔn)確的補償來獲得較穩(wěn)定的線速度，空載和加載時牽引速度單一等；此外，換向閥操作時由于流量的突變造成系統(tǒng)的液壓沖擊，影響液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的使用壽命。因此，傳統(tǒng)液壓絞盤的輸出特性可控性不夠理想，達不到用戶期望的性能需求。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本實用新型解決的技術(shù)問題是提供一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對液壓絞盤輸出特性的準(zhǔn)確控制，并能減緩換向時液壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力突變和液壓沖擊。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，包括壓力傳感器、控制器以及流量控制閥，所述流量控制閥連接液壓絞盤中的液壓馬達，流量控制閥可調(diào)節(jié)流經(jīng)液壓馬達的流量，所述壓力傳感器分別設(shè)置在液壓馬達的進油口和出油口，所述流量控制閥和壓力傳感器電連接所述控制器，壓力傳感器檢測進油口和出油口的流體壓力并反饋給控制器，控制器根據(jù)進油口和出油口的壓差控制流量控制閥的閥口開度。
[0006]進一步的，所述流量控制閥為具有壓力補償功能的電液比例流量控制閥。
[0007]進一步的，所述控制器包括CPU，所述CPU上連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊、CAN總線接口、程序存儲模塊、參數(shù)存儲模塊以及PWM電流驅(qū)動電路，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊連接所述壓力傳感器，所述PWM電流驅(qū)動電路連接流量控制閥。
[0008]進一步的，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊包括12位A/D芯片。
[0009]進一步的，所述程序存儲器為電可擦除型存儲器。
[0010]進一步的，所述控制器還包括備用的I/O接口，所述I/O接口連接所述CPU。
[0011]進一步的，所述控制器還包括穩(wěn)壓的供電電源。
[0012]進一步的，所述壓力傳感器為電壓型壓力傳感器或是電流型壓力傳感器。
[0013]本實用新型的有益效果:
[0014]本實用新型的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)是用一種模塊化設(shè)計的電液控制系統(tǒng)，通過壓力傳感器檢測進油口和出油口的流體壓力并反饋給控制器，控制器根據(jù)進油口和出油口的壓差控制流量控制閥的閥口開度，實現(xiàn)液壓馬達的流量調(diào)節(jié)，從而對液壓絞盤的輸出特性進行調(diào)節(jié)，例如調(diào)節(jié)液壓絞盤輸出的拉力和速度，使其在恒定的拉力下實現(xiàn)繩索的恒線速度牽引，以及降低拉力波動對線速度的影響。
[0015]本實用新型的這些特點和優(yōu)點將會在下面的【具體實施方式】、附圖中詳細的揭露。【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明:
[0017]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0018]圖2為本實用新型中控制器的結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為本實用新型中電液比例流量控制閥的結(jié)構(gòu)圖。
【【具體實施方式】】
[0020]本實用新型提供一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，包括壓力傳感器、控制器以及流量控制閥，流量控制閥連接液壓絞盤中的液壓馬達，流量控制閥調(diào)節(jié)流經(jīng)液壓馬達的流量，壓力傳感器分別設(shè)置在液壓馬達的進油口和出油口，流量控制閥和壓力傳感器電連接所述控制器，壓力傳感器檢測進油口和出油口的流體壓力并反饋給控制器，控制器根據(jù)進油口和出油口的壓差控制流量控制閥的閥口開度，從而控制液壓馬達的流量，實現(xiàn)對液壓絞盤輸出特性的精確控制。
[0021]以下為該控制系統(tǒng)對液壓絞盤輸出特性進行調(diào)節(jié)的原理:
[0022]液壓絞盤輸出特性的關(guān)鍵參數(shù)為負載拉力F和繩索的線速度V。卷筒在負載情況下所輸出的功率為:`
[0023]Pl— = F.V
[0024]根據(jù)守恒定律，卷筒的負載功率與液壓馬達輸出功率PM()tOT滿足如下關(guān)系:
[0025]PLoad = PMotor.η
[0026]液壓馬達到卷筒的機械傳動通過齒輪減速機構(gòu)，可認為機械傳動的效率η為一個給定常數(shù)。
[0027]而對于排量給定的液壓馬達，其輸出功率為:
[0028]Psfotor = Λ P.Q
[0029]其中，Λ P為液壓馬達進出口的壓差，Q為流經(jīng)馬達的流量。
[0030]因此，卷筒的輸出特性與液壓馬達的工作參數(shù)關(guān)系為:
[0031]F.V = Λρ.Q.n
[0032]以上關(guān)系式是對液壓絞盤輸出特性進行調(diào)節(jié)的基本依據(jù)，控制系統(tǒng)通過壓力傳感器、控制器及流量控制閥實現(xiàn)以下列舉的各項功能:
[0033]1、控制器通過壓力傳感器測取液壓馬達的進油口壓力P1與出油口壓力P2，從而得到液壓馬達的進出口壓差Λρ =ρι-ρ2。
[0034]2、第一種工況:液壓絞盤在給定負載下牽引或起吊，F(xiàn)值不變，線速度V可以作為被調(diào)節(jié)量。根據(jù)公式“F.V = Λ P.Q.η ”，n為定值，F(xiàn)和Q保持不變，在V變化過程時，必然改變Λρ，控制器根據(jù)壓力傳感器檢測數(shù)據(jù)Ap的變化，并控制流量控制閥改變Q的大小，從而控制V的穩(wěn)定。例如在V增大時，會使得Δρ增大，控制器可減小Q，Q減小因此Δρ-Q* η的乘積減小，F(xiàn).V隨之減小，由于F值保持不變，因此使得V減小，保證在設(shè)定范圍。因此在給定負載拉力F下，可保持繩索線速度在各層卷徑下均實現(xiàn)恒定，且線速度值的大小可自主設(shè)定。
[0035]3、第二種工況:液壓絞盤在工作中的負載發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在牽引工況中被拖拽物體因坡度、溝坎或摩擦系數(shù)變化造成的繩索拉力F改變。一種工作模式是，控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)卷筒的恒功率牽引，即F.V和Ap*Q.η的恒定不變，F(xiàn)變化導(dǎo)致Ap變化時，控制器根據(jù)實際測量Ap的值，通過調(diào)節(jié)流量控制閥來調(diào)節(jié)液壓馬達中的流量Q，實現(xiàn)Δρ-Q* Π的恒定不變，因此線速度V條件下可維持繩索拉力F的穩(wěn)定。另一種工作模式是，控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)變功率方式牽引，通常目的是使拉力變動時線速度仍保持不變，即控制器使Λρ.Q的值與拉力F正比例變動。
[0036]4、液壓絞盤在啟動、停止及換向時，控制器也可通過調(diào)節(jié)流量控制閥，從而使系統(tǒng)流量的增減實現(xiàn)平滑過渡，有效避免系統(tǒng)內(nèi)的液壓沖擊。
[0037]下面結(jié)合本實用新型實施例的附圖對本實用新型實施例的技術(shù)方案進行解釋和說明，但下述實施例僅僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非全部?；趯嵤┓绞街械膶嵤├?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得其它實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。
[0038]參考圖1，所示的液壓絞盤包括液壓馬達3和卷筒1，液壓馬達3和卷筒I之間通過齒輪減速器2傳動連接，液壓馬達3上連接有液壓系統(tǒng)。液壓馬達驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動，帶動繩索拉動物體。
[0039]在液壓絞盤上連接有電液控制系統(tǒng)，電液控制系統(tǒng)包括壓力傳感器、控制器4以及流量控制閥5，流量控制閥5連接在液壓馬達3和液壓泵之間，流量控制閥5調(diào)節(jié)液壓馬達3的供流量，在液壓馬達3的進油口上設(shè)有第一壓力傳感器61，出油口上設(shè)有第二壓力傳感器62，并且流量控制閥5、第一壓力傳感器61和第二壓力傳感器62電連接控制器4，壓力傳感器檢測進油口和出油口的流體壓力并反饋給控制器4，控制器4根據(jù)反饋信號計算進油口和出油口的壓差控制流量控制閥5的閥口開度，從而調(diào)節(jié)液壓馬達的供流量。
[0040]使用時，可在控制器中設(shè)定Λρ.Q的值，根據(jù)實際測量的Λρ變化，通過改變流量控制閥的流量實現(xiàn)對Q的控制，來調(diào)節(jié)輸出的F或V。
[0041]本實用新型中的流量控制閥5為具有壓力補償功能的電液比例流量控制閥，該流量控制閥克服了動力油源本身及負載的壓力變化對實際流量的影響，并使通過流量控制閥閥口的流量大小僅由控制器發(fā)出的電比例信號所決定，從而使系統(tǒng)具有良好的可控性和精確性。
[0042]參考圖3，其中的流量控制閥5包括流量閥51和壓力補償閥52，流量閥51通過電液比例控制方式來實現(xiàn)對閥口的調(diào)節(jié)，壓力補償閥52根據(jù)流量閥51的進口壓力和出口壓力之差調(diào)節(jié)閥口開度，以實現(xiàn)電液比例流量控制閥中進口到出口之間的壓差恒定，從而使通過電液比例流量控制閥的流量僅由閥口開度所決定。
[0043]所采用的壓力傳感器可以是電壓型壓力傳感器，也可以是電流型壓力傳感器。
[0044]本實用新型中的控制器為嵌入式控制器，具體組成如下:
[0045]參考圖2，控制器包括CPU41，CPU41上連接了 A/D轉(zhuǎn)換模塊43、CAN總線接口 47、程序存儲模塊44、參數(shù)存儲模塊45以及PWM電流驅(qū)動電路42，A/D轉(zhuǎn)換模塊43與外部的第一壓力傳感器61和第二壓力傳感器62連接，PWM電流驅(qū)動電路42與外部的流量控制閥5連接。
[0046]PWM電流驅(qū)動電路42用于調(diào)節(jié)通過電液比例流量控制閥的平均電流值。電流值最高可達1500mA，并具有短路自保護功能。脈沖頻率的范圍50?1000Hz，具體值可由軟件設(shè)定。PWM電流驅(qū)動電路包含回路電流值檢測功能，供CPU進行閉環(huán)控制達到軟件預(yù)設(shè)的驅(qū)動電流，從而精準(zhǔn)控制閥口開度，準(zhǔn)確控制流量Q。
[0047]A/D轉(zhuǎn)換模塊43用于采集壓力傳感器的信號，將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸?shù)紺PU。A/D轉(zhuǎn)換模塊采用12位的A/D芯片以實現(xiàn)高達0.02%的分辨率。并且A/D轉(zhuǎn)換模塊有兩種實現(xiàn)方式，用于接收兩種不同的壓力傳感器信號輸入:第一種是直接采集電壓型壓力傳感器的模擬電壓值；第二種則是先通過一個精密電阻將電流型壓力傳感器輸入的的電流值轉(zhuǎn)換為模擬電壓值。
[0048]參數(shù)存儲器45用于保存重要的控制系統(tǒng)參數(shù)，例如Λρ *Q的乘積、η的值以及F等；控制器電啟動后即可從參數(shù)存儲器中讀取或修改這些參數(shù)。在控制器正常關(guān)閉電源或即使在非正常斷電時，該參數(shù)存儲器依舊能保存最近寫入的參數(shù)內(nèi)容，供下一次控制器啟動后讀取并使用。
[0049]程序存儲器44用于存放控制器的執(zhí)行軟件；采用的程序存儲器為電可擦除型存儲器，從而支持軟件的在線更新。
[0050]CAN總線接口 47用于數(shù)據(jù)通信，由CAN芯片和驅(qū)動器組成，芯片支持國際CAN通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B。CAN總線接口可配合CPU實現(xiàn)控制器軟件的在線下載，并將最新的軟件更新到程序存儲器中；能實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的在線查看與修改；并可與外部設(shè)備實現(xiàn)通訊。
[0051]并且控制器還包括有備用的I/O接口 46，I/O接口 46電連接CPU41。CPU與外部設(shè)備以及外部存儲器的連接和數(shù)據(jù)交換可以通過該接口設(shè)備來實現(xiàn)。使用時，可以根據(jù)外部設(shè)備的類型有選擇的連接I/o接口或是CAN總線接口。
[0052]另外，控制器的供電電源48包括外部輸入的電源和電源電路，電源電路將電流穩(wěn)壓并轉(zhuǎn)換為幾種電壓值分別供給控制器內(nèi)部的各個模塊。
[0053]控制器工作時，通過外部設(shè)備的配合從CAN總線接口 47或是I/O接口 46輸入?yún)?shù)值，在參數(shù)存儲模塊45中保存數(shù)值，在程序存儲模塊44中載入運行軟件；兩路壓力傳感器的檢測信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊43，轉(zhuǎn)化傳送到CPU41，CPU根據(jù)程序存儲模塊44中運行軟件的控制算式和參數(shù)存儲模塊45中的設(shè)定值，算的輸出電流并控制PWM電流驅(qū)動電路42的電流輸出，電液比例流量控制閥根據(jù)電流值控制閥口的開度，改變液壓馬達中的流量。
[0054]通過本控制系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)液壓絞盤的輸出特性，使其在給定拉力下實現(xiàn)恒定線速度，還可以在拉力變動下仍保持線速度穩(wěn)定，甚至實現(xiàn)加速牽引；而且可用于各個噸位的液壓絞盤，可用于垂直起吊和水平牽引，使用范圍廣泛；功能豐富、靈活。
[0055]通過上述實施例，本實用新型的目的已經(jīng)被完全有效的達到了。熟悉該項技術(shù)的人士應(yīng)該明白本實用新型包括但不限于附圖和上面【具體實施方式】中描述的內(nèi)容。任何不偏離本實用新型的功能和結(jié)構(gòu)原理的修改都將包括在權(quán)利要求書的范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，其特征在于:包括壓力傳感器、控制器以及流量控制閥，所述流量控制閥連接液壓絞盤中的液壓馬達，流量控制閥可調(diào)節(jié)流經(jīng)液壓馬達的流量，所述壓力傳感器分別設(shè)置在液壓馬達的進油口和出油口，所述流量控制閥和壓力傳感器電連接所述控制器，壓力傳感器檢測進油口和出油口的流體壓力并反饋給控制器，控制器根據(jù)進油口和出油口的壓差控制流量控制閥的閥口開度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述流量控制閥為具有壓力補償功能的電液比例流量控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器包括CPU，所述CPU上連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊、CAN總線接口、程序存儲模塊、參數(shù)存儲模塊以及PWM電流驅(qū)動電路，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊連接所述壓力傳感器，所述PWM電流驅(qū)動電路連接流量控制閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換模塊包括12位A/D芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述程序存儲器為電可擦除型存儲器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器還包括備用的I/o接口，所述I/O接口連接所述CPU。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器還包括穩(wěn)壓的供電電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種輸出特性可調(diào)的液壓絞盤電液控制系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力傳感器為電壓型壓力傳感器或是電流型壓力傳感器。
【文檔編號】B66D1/08GK203382434SQ201320505860
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】胡驍, 張理天 申請人:金華諾王液壓控制科技有限公司