回转缓冲阀、回转缓冲控制装置及起重机回转液压系统

摘要

本发明涉及一种回转缓冲阀、回转缓冲控制装置及起重机回转液压系统，包括具有进油口、回油口、第一油口和第二油口的阀体；第一油口和第二油口分别用于与回转马达的两侧油口连通；阀体内设置有比例阀和梭阀，其中：第一油口和第二油口分别与比例阀的两个进油口连通；比例阀的旁路接梭阀;梭阀的出油口与比例阀的控制油口连通；比例阀的开度由车载控制器根据获取的回转信息进行调节。本发明能够增强回转机构的负载自适应能力，提高回转机构的平稳性、高效性以及操作的舒适性。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种回转缓冲阀、回转缓冲 控制装置及起重机回转液压系统。

背景技术

回转机构是起重机、挖掘机等工程机械的重要组成部分，承担着物 品转运等功能，要求较高的安全性、平稳性。为保证回转过程的平稳性， 现有回转阀往往设计缓冲油路，用于回转过程缓冲、保护等。

图1示出的是现有技术中回转缓冲阀的原理示意图。如图1所示， 现有技术中回转缓冲阀包括单向阀3’、溢流阀4’、双向平衡阀5’和梭阀 6’，其中：两个单向阀3’并联在回转马达2’的两端，同时，两个溢流阀4’ 也并联在回转马达2’的两端，用于回转过程发生液压冲击时回转马达2’ 的高压腔溢流，低压腔补油。双向平衡阀5’用于回转动作开关控制。

压力油从回转马达2’的A3口进油，对应的是高压腔；B3口回油， 对应的是低压腔。

回转起动时，回转机构存在巨大的惯性力矩，导致回转马达2’A3口 侧的高压腔产生巨大的压力冲击。当高压腔的压力达到溢流阀4’的设定 值时，溢流阀4’开启通流，直至压力降至溢流阀4’的设定值以下；同时 回转马达2’B3口侧的低压腔通过单向阀3’补油。此时，溢流阀4’消减了 回转起动过程中的压力冲击、同时起到了过载保护的作用，从而回转动 作可以平稳起动。

回转稳态时，由于重物摆动、回转机构本身的转动惯性，回转系统 会出现瞬间载荷过大，动作不稳的现象。缓冲作用原理与启动工况相同。

回转停止时，由于上车转动惯性，回转马达2’A3口侧的高压腔转变 为低压腔；B3口侧的低压腔转变为高压腔。缓冲作用原理与启动工况、 稳态工况相同。

但是，溢流阀4’的设定值为系统额定工作压力乘以一定安全系数， 使用时调节为设计值不再更改。故此类回转缓冲阀仅在最大负载情况下 才能起到缓冲作用，存在局限性。

发明内容

本发明的目的是提出一种回转缓冲阀、回转缓冲控制装置及起重 机回转液压系统，其能够增强回转机构的负载自适应能力，提高回转 机构的平稳性、高效性以及操作的舒适性。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种回转缓冲阀，包括具有进油口、回油口、第一油口和第二油口 的阀体；所述第一油口和第二油口分别用于与回转马达的两侧油口连通； 所述阀体内设置有比例阀和梭阀，其中：所述第一油口和第二油口分别 与所述比例阀的两个进油口连通；所述比例阀的旁路接所述梭阀;所述梭 阀的出油口与所述比例阀的控制油口连通；所述比例阀的开度由车载控 制器根据获取的回转信息进行调节。

进一步地，还包括回转换向阀；所述回转换向阀具有第一油口、第 二油口、第三油口和第四油口；在第一工作位置，所述回转换向阀的第 一油口与第三油口导通，第二油口与第四油口导通；在第二工作位置， 所述回转换向阀的第一油口与第四油口导通，第二油口与第三油口导通； 所述回转换向阀的第一油口和第二油口分别与所述阀体的进油口和回油 口连通；所述回转换向阀的第三油口和第四油口分别与所述阀体的第一 油口和第二油口连通。

进一步地，在第一工作位置，所述回转换向阀的第二油口与第四油 口导通的油路上设置有阻尼。

进一步地，在第二工作位置，所述回转换向阀的第二油口与第三油 口导通的油路上设置有阻尼。

进一步地，还包括第一单向阀和第二单向阀；所述第一单向阀和第 二单向阀的进油口相连通；所述第一单向阀和第二单向阀的出油口分别 与所述阀体上的所述第一油口和第二油口连通；所述回转换向阀具有第 五油口和第六油口；所述回转换向阀在第三工作位置，所述回转换向阀 的第五油口与第六油口导通；所述回转换向阀的第五油口与所述阀体的 进油口连通；所述回转换向阀的第六油口同时与所述第一单向阀和第二 单向阀的进油口以及所述阀体的回油口连通。

进一步地，所述回转换向阀的第六油口与所述阀体回油口连通的管 路上设置有双联单向阀。

本发明还提供一种回转缓冲控制装置，包括车载控制器及上述各 实施例中的回转缓冲阀；所述车载控制器用于根据获取的回转机构的 回转信息，控制所述回转缓冲阀中比例阀的开度变化。

进一步地，所述车载控制器包括回转信息采集单元、比例放大器、 计算单元、电-机械转换元件和比较单元；所述回转信息采集单元用于 采集所述回转信息，输入所述比例放大器；所述比例放大器用于对采集 到的所述回转信息进行放大处理，输送给所述计算单元；所述计算单元 用于根据放大处理后的所述回转信息，计算得到比例阀电压信号，输送 给所述电-机械转换元件；所述电-机械转换元件用于将计算得到所述 比例阀电压信号转换成比例阀阀芯的位移信号，输送给所述比较单元； 所述比较单元用于将计算得到的位移量与所述回转缓冲阀中比例阀阀 芯的实际位移相比较，得到所述回转缓冲阀中比例阀需要的电流控制 信号。

进一步地，所述计算单元还用于根据预先设置的所述比例阀阀芯的 压力与施加到所述比例阀上的电压的公式以及二者相对应的曲线，获得 比例阀电压信号。

本发明还提供一种起重机回转液压系统，包括制动油缸和回转马 达；还包括上述各实施例中的回转缓冲控制装置。

基于上述技术方案中的任一技术方案，本发明实施例至少可以产 生如下技术效果：

由于本发明的回转缓冲阀设置了具有进油口、回油口、第一油口 和第二油口的阀体，第一油口和第二油口分别用于与回转马达的两侧 油口连通，阀体内设置有比例阀和梭阀，第一油口和第二油口分别与 比例阀的两个进油口连通，比例阀的旁路接梭阀，梭阀的出油口与比例 阀的控制油口连通，比例阀的开度由车载控制器和梭阀共同进行调节， 其中车载控制器是根据获取的起重机的回转信息进行调节，而梭阀则是 将小股液压油引入到比例阀的两端，使阀体的第一油口和第二油口连通， 回转马达高压腔侧的油液大量地进入另一侧的低压腔，进而实现分流， 回转马达高压腔侧的压力和流量受限，回转保持稳定，实现启动瞬间或 者回转过程中发生液压冲击的时候或回转停止阶段的缓冲。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请 的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构 成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中回转缓冲阀的液压示意图；

图2为本发明中回转缓冲阀一实施例的液压示意图；

图3为本发明中车载控制器一实施例的原理示意图；

图4为本发明中预先设置的比例阀阀芯的压力与施加到比例阀上的 电压相对应的曲线。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合 本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细 的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元 件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实 施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例 性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图 对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、 “横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而 不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方 位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图2为本发明中回转缓冲阀一实施例的液压示意图。如图2所示， 本实施例中的回转缓冲阀包括阀体1，阀体1具有进油口P、回油口T、 第一油口A和第二油口B。其中：进油口P用于与油泵（图中未示出） 连通；回油口T用于与油箱连通。第一油口A和第二油口B分别用于与 回转马达2的两侧油口连通。

阀体1内设置有比例阀3和梭阀4，其中：阀体1的第一油口A和 第二油口B分别与比例阀3的两个进油口连通，阀体1的第一油口A和 第二油口B还分别与梭阀4的两个进油口连通，即比例阀3和梭阀4相 并联在回转马达2两端。梭阀4的出油口与比例阀3的控制油口连通。 比例阀3的开度由车载控制器5根据获取的回转信息进行调节。

由于回转过程包括启动阶段、回转阶段和回转停止阶段，其中的回 转阶段指的是发生液压冲击的时候，回转马达2的一工作油口侧形成能 够产生巨大压力冲击的高压腔，即高压腔侧，则另一工作油口侧是低压 腔侧。在该过程中，比例阀3的开度由车载控制器5和梭阀4共同进行 调节，其中：车载控制器5通过检测回转机构1的回转信息，该回转信 息至少包括伸臂长度、角度、变幅缸大腔压力、风速、车架倾角、吊重 量、伸臂幅度等信息，下面将会有详细的说明，在此不再穷举。车载控 制器5按照其中已设定的控制策略（如图3所示），调节比例阀3的开度。 而梭阀4则是将小股液压油引入到比例阀3的两端，通过小流量液压油 打开比例阀3的控制阀芯，使阀体1的第一油口A和第二油口B连通， 回转马达2高压腔侧的油液大量地进入另一侧的低压腔，进而实现分流， 回转马达2高压腔侧的压力和流量受限，回转保持稳定，实现启动瞬间 或者回转过程中发生液压冲击的时候或回转停止阶段的缓冲。

对于回转阶段出现的液压冲击，现有技术仅采用梭阀对比例阀的开 度进行控制，但是，这种方式的效率较低，本发明在梭阀4对比例阀3 的开度进行控制的前提条件下，还辅以使用车载控制器5对比例阀3的 开度进行调节和控制，使比例阀3能够在较短的时间内打开倒合适的开 度，从而以较快速度回转马达2高压腔的液压油进行分流，使其压力和 流量受到限制，从而保持稳定的回转速度，实现缓冲。

上述实施例中，本发明所提供的回转缓冲阀还包括回转换向阀6， 回转换向阀6具有第一油口C1、第二油口C2、第三油口C3和第四油口 C4，另外，回转换向阀6至少具有两个工作位置。在第一工作位置，如 图2中示出的回转换向阀6所处的左位，回转换向阀6的第一油口C1 与第三油口C3导通，第二油口C2与第四油口C4导通。在第二工作位 置，如图2中示出的回转换向阀6所处的右位，回转换向阀6的第一油 口C1与第四油口C4导通，第二油口C2与第三油口C3导通。回转换 向阀6的第一油口C1和第二油口C2分别与阀体1的进油口P和回油口 T连通。回转换向阀6的第三油口C3和第四油口C4分别与阀体1的第 一油口A和第二油口B连通。

回转启动时，车载控制器5通过检测回转机构1的回转信息，该回 转信息至少包括伸臂长度、角度、变幅缸大腔压力、风速、车架倾角、 吊重量、伸臂幅度等信息。按照车载控制器5中已设定的控制策略（如 图3所示），与梭阀4相结合调节比例阀3的开度，使阀体1的第一油口 A和第二油口B连通，回转马达2高压腔侧的油液进入低压腔侧，进而 实现分流，回转马达2高压腔侧的压力和流量受限，回转启动的过程可 以保持稳定，同时，阀体1的第一油口A和第二油口B的压差稳步上升， 使回转平稳启动，实现缓冲。

正常回转时：

回转换向阀6处于第一工作位置，即处于图2中示出的左位，回转 换向阀6的第一油口C1与第三油口C3导通。来自油泵的液压油自阀体 1的进油口P进入，依次经过回转换向阀6的第一油口C1与第三油口 C3，进入阀体1的第一油口A，再通过回转马达2进入阀体1的第二油 口B，由于阀体1的第一油口A的压力大于第二油口B的压力，因此梭 阀4中的钢球往右移动，左侧的油口导通，右侧堵死，从而切断第一油 口A到第二油口B经梭阀4的钢球的通路，第一油口A的一部分液压油 从梭阀4通过第一先导油路41进入比例阀3的上腔c，第一油口A的另 一部分液压油同时通过第二先导油路42进入比例阀3的下腔d，上腔c 和下腔d在面积差和缓冲换向阀5弹簧的作用下使比例阀3处于关闭状 态，从而第一油口A到第二油口B直接通路。第一油口A的液压油进入 回转马达2，推动回转马达2转动。回转马达2回油经其第二油口B，流 回回转换向阀6，依次经回转换向阀6的第四油口C4和第二油口C2， 从阀体1的回油口T流回油箱。

需要与上述例子的回转方向相反的时候，将回转换向阀6处于第二 工作位置，即处于图2中示出的右位即可，由于右位设置成交叉位，回 转换向阀6的第一油口C1与第四油口C4导通，第二油口C2与第三油 口C3导通。来自油泵的液压油自阀体1的进油口P进入，依次经过回 转换向阀6的第一油口C1与第四油口C4，进入阀体1的第二油口B， 再通过回转马达2进入阀体1的第一油口A，由于阀体1的第二油口B 的压力大于第一油口A的压力，因此梭阀4中的钢球往左移动，右侧的 油口导通，左侧堵死，从而切断第二油口B到第一油口A经梭阀4的钢 球的通路，第二油口B的一部分液压油从梭阀4通过第一先导油路41 进入比例阀3的上腔c，第二油口B的另一部分液压油同时通过第二先 导油路42进入比例阀3的下腔d，上腔c和下腔d在面积差和缓冲换向 阀5弹簧的作用下使比例阀3处于关闭状态，从而第二油口B到第一油 口A直接通路，第一油口A的液压油进入回转马达2，推动回转马达2 转动。回转马达2回油经其第一油口A，流回回转换向阀6，依次经回转 换向阀6的第三油口C3和第二油口C2，从阀体1的回油口T流回油箱。

回转过程中，由于重物摆动、回转机构本身的转动惯性，回转机构 会出现瞬间载荷过大，动作不稳的现象，本发明所提供的回转缓冲阀需 要进行缓冲，其缓冲作用原理是：

车载控制器5根据压力传感器所采集到的压力信号，判断出回转过 程中的液压冲击，并根据预设在车载控制器5中的控制策略，给比例阀 3的阀芯一定大小的电流，从而控制阀芯的位移，进而控制比例阀3的开 度；同时，来自油泵的液压油自阀体1的进油口P进入，依次经过回转 换向阀6的第一油口C1与第四油口C4，进入阀体1的第一油口A或第 二油口B，推动梭阀4的钢球往右或左移动，切断第一油口A到第二油 口B或第二油口B到第一油口A经梭阀4的钢球的通路，另一路进入比 例阀3的上腔c，再进入比例阀3的下腔d，由于上腔c的压力大于下腔 d，因此比例阀3的阀芯向图2中示出的向下的方向推动，即上腔c空间 增大，下腔d的空间减小，也控制比例阀3的开度；在车载控制器5和 梭阀4的共同作用下，通过控制比例阀3的开度，使第一油口A和第二 油口B直通，实现分流，回转马达2入口的压力和流量受限，回转速度 保持稳定，实现缓冲。

回转停止时，由于上车转动惯性，回转马达2第一侧高压腔转变为 低压腔，第二侧低压腔转变为高压腔，此时，回转马达2第二侧高压腔 产生巨大的压力冲击，本发明所提供的回转缓冲阀需要进行缓冲，其缓 冲作用原理与启动工况相同，在此不再赘述。

上述实施例中，在第一工作位置，回转换向阀6的第二油口C2与第 四油口C4导通的油路上设置有第一阻尼7。同样，在第二工作位置，回 转换向阀6的第二油口C2与第三油口C3导通的油路上设置有第二阻尼 8。当然，第一阻尼7和第二阻尼8目的在于提高回转过程的平稳性。与 此目的相同地，第一先导油路也可以设置第三阻尼12，第二先导油路也 可以设置第三阻尼13。

上述各实施例中，本发明所提供的回转缓冲阀还包括第一单向阀9 和第二单向阀10，第一单向阀9和第二单向阀10的进油口相连通。第一 单向阀9和第二单向阀10的出油口分别与第一油口A和第二油口B连 通。回转换向阀6具有第五油口C5和第六油口C6，另外，回转换向阀 6还具有第三工作位，即图2示出的中位。在第三工作位置，回转换向阀 6的第五油口C5与第六油口C6导通。回转换向阀6的第五油口C5与 阀体1的进油口P连通，回转换向阀6的第六油口C6同时与第一单向 阀9和第二单向阀10的进油口以及阀体1的回油口T连通。当回转停止， 回转马达2在制动器作用下停止工作时，使回转换向阀6回中位，液压 油可以自回油口T回油箱，从而减少回转制动时的冲击，进一步地提高 了回转控制的稳定性。

上述各实施例中，回转换向阀6的第六油口C6与阀体1的回油口T 连通的管路上还可以设置双联单向阀11，起到液压油的止回作用。

本发明还提供一种回转缓冲控制装置，包括车载控制器5及上述各 实施例中的回转缓冲阀；车载控制器5用于根据获取的回转机构的回转 信息，控制回转缓冲阀中比例阀的开度变化。

如图3所示，车载控制器5包括回转信息采集单元51、比例放大器 52、计算单元55、电-机械转换元件53和比较单元54，其中：

回转信息采集单元51用于采集所述回转信息，输入比例放大器52。 比例放大器52可以使用比例放大板，用于对采集到的所述回转信息进行 放大处理，输送给计算单元55。

计算单元55中预先设置有比例阀3阀芯的压力p与施加到比例阀3 上的电压u的公式以及二者相对应的曲线（如图4所示），该公式的表达 形式是：

p=z+ku；

其中：p为比例阀3阀芯的压力，u为施加到比例阀3上的电压，图 5中示出了不同的比例阀所对应的曲线，根据实际工况所采用的比例阀 种类，确定所述压力p与所述电压u相对应的曲线，比如图4中标示出 来的H、I、J分别对应的不同种类比例阀的曲线，横坐标代表电压u， 纵坐标代表压力p；再根据采集到的各种信息，计算得到比例阀3阀芯 的压力p；然后根据计算得到的比例阀3阀芯的压力p，从确定了的曲线 上，找出与其相对应的施加到比例阀3上的电压u即可。图4中显示的 曲线只是为了说明本发明的电压u的获得方式而已，并不局限于图4中 示出的曲线。

下面的公式是根据采集到的各种信息，获得比例阀3阀芯的压力p 的计算公式：

1、回转机构回转阻力距Msw的确定（单位为N.m）

Msw=Mf+Ms+Mw+Mp+MQ，式中：

1）回转支承装置的摩擦阻力矩Mf（单位为N.m）

Mf=ΣN*μ*Do/2，式中：

Do:回转支撑装置的滚道中心直径（单位为m)，根据车辆实际配置 取值；

μ:滚动综合摩擦系数摩擦系数，此处取0.01；

ΣN：回转支承转至全部滚动体上的总正压力(单位为N)，其根据 伸臂长度、角度和质量计算得出，起重机基本设计数据。

2)回转平台倾斜引起的阻力距Ms（单位为N.m）

Ms=[Q*R+G_b*l_b+G₁*l_上]*9.8*sinA*0.64，式中：

A:回转平台倾角，一般取1°；

Q:起重量（单位为kg），起重力矩最大时所对应的起重量；

G_b：主臂重量（单位为kg），其含副臂、伸缩油缸、油和变幅缸等 重量；

G₁:上车回转部分（包括配重、吊臂等部分）或重心不变部分重量（单 位为kg）；

R：幅度（单位为m）；

l_b：主臂重心到回转中心的距离(单位为m)，根据伸臂长度、角度和 质量计算得出，起重机基本设计数据；

l_上：上车回转部分到回转中心线的距离(单位为m)；

φ:转角位置，此处选为最大π/2。

3)由风压引起的回转阻力矩Mw（单位为N.m）

Mw=q_f（Fq*R+1.2*F_b*l_b）*9.8，式中：

q_f：标准风压（单位为kg/m²）；

Fq：起重机迎风面积（单位为m²），车辆设计面积；

F_b：吊臂迎风面积（单位为m²），车辆设计面积。

4）惯性引起的回转阻力矩Mp（单位为N.m）

Mp=n*（Q*R²+G_bR²/3+4*G₁*l_上²/3）/(9.55*t)，式中：

n：回转速度（单位为r/min），根据设计取值；

t：启动时间（单位为s），取值范围是1-10s。

5）吊重PQ的偏角引起的回转阻力矩MQ

α：偏摆角，GB3811-83推荐，轮胎式起重机取α=3°-6°。

2、比例阀3压力p计算（单位为Mpa）

p=（2*π*Mm）/（q_m*η_m）+p1，式中：

回转马达输出扭矩Mm（单位为N.m）

Mm=Msw/（i1*i2*η_回*η_v）；

p1为系统被压按1MPa计算；

i1：回转机构减速比；

i2：回转支承减速比；

Msw（Nm）：回转阻力矩；

η_回：回转减速机机械效率，一般为85%-99.99%

η_v：啮合效率，一般为85%-99.99%；

q_m：：回转马达的排量；

η_m：回转马达的机械效率。

计算单元55用于根据所述回转信息，计算出比例阀3上的电压u 信号，输送给电-机械转换元件53。

电-机械转换元件53可以使用双向驱动的比例电磁铁，利用线圈 通过将比例电磁铁产生的电磁力使得衔铁做机械运动。电-机械转换元 件53用于将计算得到的比例阀电压信号转换为位移信号，输出给比例 阀3的阀芯。

比较单元54用于将计算得到的位移量与所述回转缓冲阀中比例 阀3阀芯的实际位移相比较，得到所述回转缓冲阀中比例阀3需要的 电流控制信号。

上述实施例中，所述回转信息至少包括伸臂长度、角度、变幅缸 大腔压力、风速、车架倾角、吊重量、伸臂幅度等信息。

车载控制器5工作时，回转信息采集单元51将采集到的所述回转 信息通过比例放大器52的信号放大处理，输入计算单元55进行计算， 得到比例阀电压信号，再由电-机械转换元件53将比例阀电压信号转 换成输出给比例阀3阀芯位移信号，输入到比较单元54中，同时所述 回转缓冲阀中比例阀3阀芯的实际位移量也输入到比较单元54中，比 较单元54将计算得到的位移量与所述回转缓冲阀中比例阀3阀芯的实 际位移相比较，得到所述回转缓冲阀中比例阀3需要的电流控制信号， 从而控制比例阀3阀芯的位移量，继而控制比例阀3的开度。

本发明还包括一种包括上述各实施例中回转缓冲阀的起重机回转 液压系统。所述起重机回转液压系统的其它部分可以参照现有技术， 本文不再展开描述。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而 非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属 领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行 修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精 神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。