一种双缸头伸缩系统及控制方法与流程

1.本发明涉及一种双缸头伸缩系统及控制方法，属于工程机械技术领域。


背景技术：

2.起重机是工程建设中应用广泛的重要设备，主要包括起升、伸缩、变幅、回转等基本动作，起重机伸缩机构主要由油缸加绳排和单缸插销两种形式，随着起重机吨位的增加，多采用单缸插销的伸缩形式，即在每节吊臂尾端有一个能够把该节吊臂与其外面的吊臂锁定在一起并可以运动的销轴(由于安装在吊臂上称为臂销)，臂销的作用是实现吊臂与吊臂之间的锁定和解锁，臂销初始位置在弹簧力的作用下可以运动到另一节臂的臂销孔中，这样吊臂与吊臂之间不能相互运动以达到固定连接的作用，当臂销受伸缩油缸缸头上的臂销驱动机构作用，从另一节臂的臂孔中缩回，吊臂与吊臂之间处于解锁状态就可以相互间运动，达到解锁的目的。缸销、缸销驱动机构、臂销驱动结构都在伸缩油缸缸头上，缸销在初始位置在弹簧力的作用下为释放状态，当缸销释放在吊臂的缸销孔里，就实现了伸缩油缸和吊臂之间的锁定，可以通过伸缩油缸的伸出或缩回来实现吊臂的伸出或缩回。
3.在起重机吊臂伸出过程中，先插缸销，使伸缩油缸与吊臂连接，后拔臂销，取消吊臂与吊臂之间的连接，由伸缩油缸带着吊臂伸出，到合适的臂位时，先插臂销，使吊臂与吊臂连接，后拔缸销，取消吊臂与伸缩油缸的固定连接，以此类推，实现了吊臂一节节的伸出，起重机缩臂过程中，由伸缩油缸找到合适的臂位，先插缸销，使伸缩油缸与吊臂固定连接，后拔臂销，取消吊臂与吊臂之间的固定连接，由伸缩油缸带着吊臂回缩，到合适的臂位时，先插臂销，使吊臂与吊臂连接，后拔缸销，取消吊臂与伸缩油缸的固定连接，以此类推，实现了吊臂一节节的回缩，进而实现起重机的伸缩动作。
4.随着起重机轻量化技术的发展，为降低伸缩油缸的重量，现伸缩系统开始采用双缸头伸缩油缸，即采用两个缸头安装于油缸不同位置的方式，通过接力的形式将吊臂伸出或缩回：根据到油缸固定点位置分为前缸头(距离油缸固定点远)和后缸头(距离油缸固定点近)，后缸头实现单节臂的短臂长伸出，前缸头实现单节臂的中长臂长伸出，双缸头交替动作完成接力将吊臂伸出或缩回。这种方案能将伸缩油缸的行程缩短40％以上，可以将更多的重量分给结构件，提高起重机的性能。当前起重机单缸插销的臂位多为0％、46％、92％、100％四个臂位，则双缸头伸缩油缸，由后缸头完成吊臂46％的伸缩，由前缸头完成46％到92％的伸缩，以及完成46％到100％的伸缩。
5.现有的伸缩控制液压原理图如图1所示，组成包括双缸头伸缩油缸、伸缩平衡阀、伸缩多路阀、有杆腔溢流阀、无杆腔溢流阀。吊臂伸出时，p口压力油经伸缩多路阀、伸缩平衡阀组，进入伸缩油缸的无杆腔，实现伸缩油缸的伸出，其工作压力由无杆腔溢流阀限制，同时，伸缩油缸的无杆腔油通过伸缩多路阀回油。
6.当前的伸缩控制较为简单，双缸头交替工作时，吊臂伸出的最大工作压力均由无杆腔溢流阀限制，即两个缸头工作时伸缩油缸能提供的推力是相同的；而油缸设计时，在根
据压杆稳定性公式计算时，可以知道临界压力f和计算长度l的平方呈反比。计算时往往根据前缸头的工作工况计算设计油缸，如图2所示，前缸头的计算长度l1约为后缸头计算长度l2的2倍，则后缸头的临界力f2是前缸头临界力f1的4倍，通过前缸头的临界力f1设计油缸，造成后缸头存在约3倍的余量。
7.随着用户需求的增加，在需要带载伸缩功能时，需要伸缩油缸提供更大的推力，通过公式f＝ps(f是推力，p为工作压力，s为油缸无杆腔面积)，可知可以通过增加工作压力p或者增大缸径来实现。若增大缸径，则不仅增加重量，也会造成油缸截面增加，对应的吊臂截面也同样需要增大，不仅重量增加多，对整机布置设计和桥荷分配带来了极大的难度。若增大压力，为保证同样的稳定性系数，需要增加活塞杆壁厚，同样增加较多的重量。


技术实现要素：

8.为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双缸头伸缩系统及控制方法，解决了现有技术中带载伸缩模式下需要临时增大伸缩推力的问题。
9.为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
10.一种双缸头伸缩系统，包括双缸头伸缩油缸、压力传感器、控制器、压力调节装置、报警装置、检测装置和力限器系统；
11.压力传感器安装于伸缩油缸无杆腔，用来实时检测伸缩油缸无杆腔压力，并将数据传递给控制器；
12.检测装置，用来检测缸头的工作状态，并将信号传递给控制器；
13.控制器接收压力传感器传输的压力值，执行判断，并根据比较结果对系统进行限制，保护系统工作安全，控制器根据检测装置传递的信号，进行逻辑的判断，指示压力调节装置和报警装置工作；
14.压力调节装置，用于根据控制器的指示，设定吊臂伸出的压力为低压或高压；
15.报警装置，用来接收控制器的信号，并发出警报提示；
16.力限器系统，用来根据伸缩高低压，提供两种带载伸缩性能，并在自动伸缩模式下，根据吊重量和目标臂长，选择合适的带载伸缩模式并定义臂长组合。
17.进一步地，前述压力调节装置包括伸缩平衡阀、伸缩多路阀、有杆腔溢流阀、无杆腔溢流阀、第一电磁阀和二级溢流阀；
18.双缸头伸缩油缸的无杆腔油口、有杆腔油口分别连接伸缩多路阀，形成无杆腔油路和有杆腔油路；有杆腔溢流阀的出口连接油箱，有杆腔溢流阀的进口连接有杆腔油路，有杆腔油路和无杆腔油路之间设有伸缩平衡阀；
19.无杆腔溢流阀的出口连接油箱，无杆腔溢流阀的外控口连接第一电磁阀，第一电磁阀的输出口连接二级溢流阀的进油口，二级溢流阀的回油口连接油箱；
20.二级溢流阀的设定值小于无杆腔溢流阀的设定值。
21.进一步地，前述压力调节装置包括伸缩平衡阀、伸缩多路阀、有杆腔溢流阀、电比例溢流阀；
22.双缸头伸缩油缸的无杆腔油口、有杆腔油口分别连接伸缩多路阀，形成无杆腔油路和有杆腔油路；有杆腔溢流阀的出口连接油箱，有杆腔溢流阀的进口连接有杆腔油路，有
杆腔油路和无杆腔油路之间设有伸缩平衡阀；
23.电比例溢流阀进油口连接无杆腔油路，电比例溢流阀出油口连接油箱。
24.进一步地，前述电比例溢流阀为正比例的溢流阀。
25.进一步地，前述还包括伸缩油缸位移检测装置，缩油缸位移检测装置连接双缸头伸缩油缸，根据伸缩油缸的伸出长度，输出电比例溢流阀不同的控制电流。
26.进一步地，前述压力调节装置包括伸缩平衡阀、伸缩多路阀、有杆腔溢流阀、插装阀、第二电磁阀、第一溢流阀、第二溢流阀；
27.双缸头伸缩油缸的无杆腔油口、有杆腔油口分别连接伸缩多路阀，形成无杆腔油路和有杆腔油路；有杆腔溢流阀的出口连接油箱，有杆腔溢流阀的进口连接有杆腔油路，有杆腔油路和无杆腔油路之间设有伸缩平衡阀；
28.插装阀进油口连接无杆腔油路，插装阀出油口连接油箱，插装阀的控制口连接第二电磁阀，第二电磁阀的另一端连接第二溢流阀的进油口，第二溢流阀的回油口连接油箱，插装阀与第二电磁阀之间连接有第一溢流阀，第一溢流阀的回油口连接油箱；
29.第二溢流阀的设定值小于第一溢流阀的设定值。
30.一种双缸头伸缩控制方法，包括如下步骤：
31.实时检测前缸头和后缸头的工作状态，判断伸缩油缸工作状态；
32.实时检测双缸头伸缩油缸无杆腔压力p3，执行判断，并根据比较结果对系统进行限制，保护系统工作安全；
33.力限器据吊重量以及目标吊臂长度，合理匹配对应带载伸缩模式。
34.进一步地，前述实时检测前缸头和后缸头的工作状态，判断伸缩油缸工作状态的步骤包括：
35.若前缸头和后缸头的缸销均不在吊臂的缸销孔内，则判定伸缩系统处于低压工作模式；
36.若前缸头的缸销插在吊臂的缸销孔内，则判定伸缩系统处于低压工作模式；
37.若后缸头的缸销插在吊臂的缸销孔内，则判定伸缩系统处于高压工作模式；
38.若处于上述三个状态以外的其他状态，则判定伸缩系统处于低压工作模式，并进行警报提示工作模式异常；
39.若判断为低压工作模式，则通过压力调节装置对系统压力进行设定为低压，吊臂伸出最高工作压力为p1；
40.若判断为高压工作模式，则通过压力调节装置对系统压力进行设定为高压，吊臂伸出最高工作压力为p2，其中0＜p1＜p2。
41.进一步地，前述实时检测双缸头伸缩油缸无杆腔压力p3，执行判断，并根据比较结果对系统进行限制，保护系统工作安全的步骤包括：
42.若p3≤p1，则无论伸缩系统处于低压工作模式还是高压工作模式，均不进行任何限制；
43.若p1＜p3≤p2，则若伸缩系统处于伸缩高压工作模式，不进行限制，若伸缩系统处于伸缩低压模式，限制吊臂伸出动作，并进行警报提示工作压力异常；
44.若p3＞p2，则无论伸缩系统处于低压工作模式还是高压工作模式，均限制吊臂伸出动作，并进行警报提示工作压力异常。
45.进一步地，前述方法还包括若无杆腔压力p3小于传感器量程下限或高于上限，或传感器线路出现断路、短路，进行警报并提示传感器故障，限制吊臂伸出动作。
46.进一步地，前述力限器据吊重量以及目标吊臂长度，合理匹配对应带载伸缩模式的方法包括：
47.若当前伸缩模式为自动伸缩，则根据此时的吊重量以及目标吊臂长度，由力限器判断是否超出低性能带载伸缩模式性能，若超出则自动根据高性能带载伸缩模式的臂长组合作为目标组合。
48.进一步地，前述方法还包括臂长组合择优匹配方法，
49.若需要带载伸缩时，根据臂长需求以及吊重量需求，将需求臂长分解的较大值优先分配给较细的吊臂，再从中选择性能高的臂长组合显示出来。
50.本发明所达到的有益效果：
51.通过压力调节装置控制吊臂不同状态下的不同伸出压力值，可以在不更改伸缩油缸参数，不增加设计重量，不增加成本的基础上，大幅度的提升伸缩系统的推力，提升起重机的性能。
附图说明
52.图1是现有技术中伸缩控制系统液压原理图；
53.图2是本发明前、后缸头计算长度对比示意图；
54.图3是本发明压力调节装置第一实施例液压原理图；
55.图4是本发明压力调节装置第二实施例液压原理图；
56.图5是本发明压力调节装置第三实施例液压原理图。
57.图中附图标记的含义：1-双缸头伸缩油缸；2-伸缩平衡阀；3-伸缩多路阀；4-有杆腔溢流阀；5-无杆腔溢流阀；6-第一电磁阀；7-二级溢流阀；8-压力传感器；9-电比例溢流阀；10-插装阀；11-第二电磁阀；12-第一溢流阀；13-第二溢流阀。
具体实施方式
58.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
59.本实施例公开了一种双缸头伸缩系统的控制方法，实现由后缸头推动的吊臂0-46％可提供较大的推力，实现较大的性能，由前缸头推动的吊臂46％-100％提供较小的推力，实现较低的性能(此处的较低实际和现有技术是相当的，较低仅仅是对比后缸头的效果)，并提出了一种高性能带载伸缩功能(吊臂伸缩组合均为46％或0％，可实现全程高推力)。
60.一、实时检测前缸头和后缸头的工作状态，判断伸缩油缸工作状态：
61.1)若处于空缸状态，即前缸头和后缸头的缸销均不在吊臂的缸销孔内，则伸缩系统处于低压工作模式；
62.2)若处于前缸头带臂状态，即前缸头的缸销插在吊臂的缸销孔内，则伸缩系统处于低压工作模式；
63.3)若处于后缸头带臂状态，即后缸头的缸销插在吊臂的缸销孔内，则伸缩系统处
于高压工作模式；
64.4)若处于上述三个状态以外的其他状态，则伸缩系统处于低压工作模式，并进行警报提示工作模式异常。
65.若判断为低压工作模式，则通过压力调节装置对系统压力进行设定为低压，吊臂伸出最高工作压力为p1；
66.若判断为高压工作模式，则通过压力调节装置对系统压力进行设定为高压，吊臂伸出最高工作压力为p2，其中0＜p1＜p2。
67.二、实时检测伸缩油缸无杆腔压力p3，并与p1和p2进行比较：
68.1)若p3≤p1，则无论伸缩系统处于低压工作模式还是高压工作模式，均不进行任何限制；
69.2)若p1＜p3≤p2，则若伸缩系统处于伸缩高压工作模式，不进行限制；若伸缩系统处于伸缩低压模式，限制吊臂伸出动作，并进行警报提示工作压力异常；
70.3)若p3＞p2，则无论伸缩系统处于低压工作模式还是高压工作模式，均限制吊臂伸出动作，并进行警报提示工作压力异常。
71.实时检测伸缩油缸无杆腔压力p3时，若压力小于传感器量程下限或高于上限，或传感器线路出现断路、短路等，均判断传感器发生故障，进行警报并提示传感器故障；若传感器发生故障，则限制吊臂伸出动作。
72.三、根据序一所述方法，其特征在于，还包括：
73.力限器系统可以提供两种带载伸缩性能，根据现有技术(前、后缸头均为低压工作模式)决定的低性能带载伸缩功能(简称带载模式一)，以及根据专利技术(后缸头高压工作模式)决定的高性能的带载伸缩功能(简称带载模式二)。
74.吊臂伸缩动作前，检测起重机当前的伸缩模式；若当前伸缩模式为自动伸缩，则根据此时的吊重量以及目标吊臂长度，由力限器判断是否超出带载模式一性能，若超出了，则自动根据带载模式二的臂长组合作为目标组合。为方便理解，举个例子，比如吊重10t，长度需要继续伸两节臂，大概等于一节臂需求长度46％ 另一节臂需求长度92％的长度，但带重量超过带载模式一的吊重性能，此时控制器判断后，自动将需求臂长分解为伸三节臂，每节臂46％的长度。
75.自动伸缩模式下，还包括臂长组合择优匹配方法，即若需要带载伸缩时，根据臂长需求以及吊重量需求，将需求臂长分解的较大值优先分配给较细的吊臂，再从中选择性能高的臂长组合显示出来。比如6节臂单缸插销吊臂伸出顺序为6、5、4、3、2，需求臂长大致对应三节臂92％，两节臂46％的长度，那么优先将92％分配给6、5、4，将46％分配给3、2,这样最后伸出的3节臂和2节臂，都能有较大的推力，提供较高的带载伸缩性能。如需求两节臂92％，两节臂46％的长度，那么优先将92％分配给6、5、4中的两节臂，将46％分配给4、3、2中的两节臂，再从所有的组合中选择吊重性能较高的显示出来。
76.本发明还涉及一种双缸头伸缩系统，包括：双缸头伸缩油缸1、压力传感器8、控制器、压力调节装置、报警装置、检测装置、力限器系统，
77.压力传感器8安装于伸缩油缸1无杆腔，用来实时检测伸缩油缸1无杆腔压力p3，并将数据传递给控制器；
78.检测装置，用来检测缸头的工作状态，并将信号传递给控制器；
79.控制器用来根据检测装置传递的信号，进行逻辑的判断，当后缸头带臂，判断为高压工作模式，指示压力调节装置对系统压力设定为高压；当空缸状态或前缸头带臂，判断为低压工作模式，指示压力调节装置对系统压力设定为低压；当处于上述三个状态以外的状态时，判断为低压工作模式，指示压力调节装置对系统压力设定为低压，并指示报警装置发出警报，
80.控制器接收实时检测到的伸缩油缸1无杆腔压力p3，并与p1和p2进行比较，并根据比较结果对系统进行限制，保护系统工作安全；
81.报警装置，用来接收控制器的信号，并发出警报提示；
82.力限器系统，用来根据伸缩高低压，提供两种带载伸缩性能，并在自动伸缩模式下，根据吊重量和目标臂长，选择合适的带载伸缩模式并定义臂长组合；
83.压力调节装置，用于根据控制器的指示，设定吊臂伸出的压力为低压或高压。
84.压力调节装置第一实施例：
85.如图3所示，在现有技术的基础上，将无杆腔溢流阀5的外控口连接至第一电磁阀6，第一电磁阀6的输出口连接至二级溢流阀7的进油口，二级溢流阀7的回油口连接至油箱。其中，二级溢流阀7的设定值小于无杆腔溢流阀5的设定值；当第一电磁阀6不得电时，吊臂伸出的压力由二级溢流阀7限制，此时为低压；当第一电磁阀6得电时，二级溢流阀7不起作用，吊臂伸出的压力由无杆腔溢流阀5限制，此时为高压。
86.压力调节装置第二实施例：
87.如图4所示，采用电比例溢流阀9，通过设置不同电流来实现高压和低压两种状态的切换。
88.本实施例中，电比例溢流阀优选正比例的溢流阀，保证了电比例溢流阀在不得电的情况对应低压，保证系统的安全。
89.该系统还包括伸缩油缸位移检测装置，可以实时检测伸缩油缸的伸出长度，控制器根据前、后缸头的工作情况，再结合伸缩油缸的伸出长度，输出电比例溢流阀不同的控制电流，可以进一步将高压和低压进行细化，实现压力的无级调节，进一步的释放油缸的推力余量。比如前缸头工作时为低压模式，压力设定值p1，这对应前缸头工作且油缸全伸时的压杆稳定性情况，当前缸头工作油缸半伸时，p1压力设定值可以提高很多，即前缸头工作时，随着伸缩油缸伸出长度的增加，由控制器实时根据油缸伸出长度的增加，调节电比例溢流阀的控制电流，调节压力逐渐降低，实现推力的均匀变化。
90.压力调节装置第三实施例：
91.压力调节装置，对于大流量伸缩系统，如图5所示。插装阀10进油口连接至伸缩多路阀3和伸缩平衡阀2之间，插装阀10出油口连接至油箱，插装阀10的控制口连接至第二电磁阀11，第二电磁阀11的另一端连接第二溢流阀13的进油口，第二溢流阀13的回油口连接至油箱，插装阀10与第二电磁阀11之间连接有第一溢流阀12，第一溢流阀12的回油口连接至油箱。其中第二溢流阀13的设定值小于第一溢流阀12的设定值，当第二电磁阀11不得电时，吊臂伸出的压力由第二溢流阀13限制，此时为低压；当第二电磁阀11得电时，第二溢流阀13不起作用，吊臂伸出的压力由第一溢流阀12限制，此时为高压。
92.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形
也应视为本发明的保护范围。