柱塞泵复合控制调节器及起重机械

技术领域

本发明涉及工程设备领域，特别是涉及一种柱塞泵复合控制调节器。此外，本发明还涉及一种包括上述调节器的起重机械。

背景技术

现有的起重机械的液压控制系统中，在不同工况下，主机各动作存在负载差异与流量需求差异，这导致柱塞泵输出的流量及压力不能够适时满足系统要求。发动机在不同转速工况下，其扭矩并不是恒定不变的，请参考图7，图7为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的发动机特性曲线，传统的恒转矩调节器不能够适配发动机扭矩特性要求。

随着电气和液压元件的匹配愈发成熟，当前电控液驱动已成为工程机械发展方向，电控程序更能有效简便的发挥液压元件的最大效率，且两者的深度配合对于整车的性能表现也起着决定性作用。起重机在主、副卷扬、伸缩、变幅等任意复合或者单独运行动作时，执行机构的流量会因为负载不一样导致流量分配无法按比例进行分配，其不同的执行机构之间的流量和速度差异将会很大，导致复合动作协调性变差，影响操作手的劳动强度和工作效率。另外根据调查统计，起重机约50％以上时间是待速工作，而吊装时有70％左右时间传统发动机只工作在1500rpm左右，传统的柱塞泵用恒功率调节器会导致发动机在低转速工况下易熄火，高转速工况下扭矩利用不充分浪费能源。

因此，如何提供一种克服上述问题的柱塞泵复合控制调节器是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种柱塞泵复合控制调节器，通过变功率控制阀和变压差控制阀，解决液压系统压差不可变导致的负载流量需求与现实工况需求不一致的问题，同时解决了发动机低转速工况易熄火及高转速工况下扭矩利用不足的问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述调节器的起重机械。

为解决上述技术问题，本发明提供一种柱塞泵复合控制调节器，包括相互连通的变功率控制阀和变压差控制阀，所述变功率控制阀连通变量泵，所述变压差控制阀连通液压系统，所述变量泵出口处设置有导轮机构，所述导轮机构通过拨杆连接所述变功率控制阀并传递推力，所述变功率控制阀包括功率比例电磁铁、功率弹簧和功率阀芯，所述变压差控制阀包括压差比例电磁铁、压差弹簧和恒流阀芯，向所述功率比例电磁铁和所述压差比例电磁铁输入设定电流信号值，使所述功率比例电磁铁推力、所述功率弹簧推力和所述导轮机构推力平衡，以调节所述功率阀芯的位置，使所述压差比例电磁铁推力、所述压差弹簧推力和系统液压力平衡，以调节所述恒流阀芯的位置。

优选地，包括阀体，所述阀体内并列设置有功率腔和压差腔，所述功率腔和所述压差腔通过连接腔连通，所述功率腔连通变量泵出口，所述压差腔连通液压系统的供油口和反馈油口，所述功率比例电磁铁安装于所述功率腔的驱动端口，所述功率弹簧和所述功率阀芯安装于所述功率腔内，所述拨杆伸入所述功率腔，所述压差比例电磁铁安装于所述压差腔的驱动端口，所述压差弹簧和所述恒流阀芯安装于所述压差腔内。

优选地，所述功率阀芯的一端连接所述功率比例电磁铁，所述功率阀芯的另一端通过顶针与所述拨杆末端的一侧面相抵，所述拨杆末端的另一侧面与所述功率弹簧相抵，所述功率比例电磁铁驱动所述功率阀芯移动并压缩所述功率弹簧。

优选地，所述功率腔的调节端口安装有功率端盖，所述功率端盖上安装有功率调节螺钉，所述功率调节螺钉的内端与所述功率弹簧相抵。

优选地，所述功率阀芯和所述功率比例电磁铁之间设置有回位弹簧。

优选地，所述压差腔内设置有阀套，所述阀套内设置有推杆，所述压差比例电磁铁连接所述推杆的一端，所述推杆的另一端连接所述恒流阀芯的一端，所述恒流阀芯的另一端与所述压差弹簧相抵，所述压差比例电磁铁驱动所述推杆和所述恒流阀芯移动并压缩所述压差弹簧，所述反馈油口和所述供油口分别位于所述压差腔中所述恒流阀芯和所述推杆所在位置。

优选地，所述压差腔的调节端口安装有压差端盖，所述压差端盖上安装有压差调节螺钉，所述压差调节螺钉的内端与所述压差弹簧相抵。

优选地，所述压差弹簧包括套装的两组弹簧。

优选地，所述功率弹簧和所述压差弹簧的两端均设置有成对的弹簧座。

本发明提供一种起重机械，包括如上述任意一项所述的柱塞泵复合控制调节器。

本发明提供一种柱塞泵复合控制调节器，包括相互连通的变功率控制阀和变压差控制阀，变功率控制阀连通变量泵，变压差控制阀连通液压系统，变量泵出口处设置有导轮机构，导轮机构通过拨杆连接变功率控制阀并传递推力，变功率控制阀包括功率比例电磁铁、功率弹簧和功率阀芯，变压差控制阀包括压差比例电磁铁、压差弹簧和恒流阀芯，向功率比例电磁铁和压差比例电磁铁输入设定电流信号值，使功率比例电磁铁推力、功率弹簧推力和导轮机构推力平衡，以调节功率阀芯的位置，使压差比例电磁铁推力、压差弹簧推力和系统液压力平衡，以调节恒流阀芯的位置。

利用变功率控制阀和变压差控制阀，只要通过预设电控程序即可对相关比例电磁铁进行电流控制，当发动机处于低转速工况下功率比例电磁铁可补偿推力使功率阀芯进一步压缩功率弹簧，扭矩起变点随之减小最终变量泵整体扭矩随之降低，有效避免了低转速工况易熄火的问题；当发动机处于高转速工况下功率比例电磁铁可减小补偿推力使功率阀芯减弱压缩功率弹簧，扭矩起变点随之增大最终变量泵整体扭矩随之增加，有效的解决了高转速扭矩利用不充分的问题。同时当主机处于待机工况时恒流阀芯两端压差过大，压差比例电磁铁可补偿推力使恒流阀芯压差降低以减小系统压力损失；当主机处于其他复合工况时恒流阀芯两端压差过小，压差比例电磁铁亦可减小补偿推力使恒流阀芯始终维持在临界工作位置，提高复合动作协调性提升作业效率。

本发明还提供一种包括上述调节器的起重机械，由于上述调节器具有上述技术效果，上述起重机械也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。

附图说明

图1为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的液压原理图；

图2为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的剖面图；

图4为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的高转速扭矩控制曲线；

图5为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的低转速扭矩控制曲线；

图6为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的压差控制曲线；

图7为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的发动机特性曲线。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种柱塞泵复合控制调节器，通过变功率控制阀和变压差控制阀，解决液压系统压差不可变导致的负载流量需求与现实工况需求不一致的问题，同时解决了发动机低转速工况易熄火及高转速工况下扭矩利用不足的问题。本发明的另一核心是提供一种包括上述调节器的起重机械。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的液压原理图；图2为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的剖面图。

本发明具体实施方式提供一种柱塞泵复合控制调节器，包括相互连通的变功率控制阀1和变压差控制阀2，变功率控制阀1通过管路连通变量泵3，变压差控制阀2通过管路连通液压系统，且变量泵3出口处设置有导轮机构4，导轮机构4通过拨杆5连接变功率控制阀1并传递推力，即变量泵3出口处的压力通过导轮机构4和拨杆5传递至变功率控制阀1，变功率控制阀1包括功率比例电磁铁11、功率弹簧12和功率阀芯13，变压差控制阀2包括压差比例电磁铁21、压差弹簧22和恒流阀芯23，变功率控制阀1优先级高于变压差控制阀2。设备在不同的工况下，根据预设的电控程序向功率比例电磁铁11和压差比例电磁铁21输入设定电流信号值，推动功率比例电磁铁11，使功率比例电磁铁11推力、功率弹簧12推力和导轮机构4推力平衡，以调节功率阀芯13的位置，使功率阀芯13稳定工作，控制变功率控制阀1输出的液压油，进而控制系统的功率。同时推动压差比例电磁铁21，使压差比例电磁铁21推力、压差弹簧22推力和系统液压力平衡，以调节恒流阀芯23的位置，使恒流阀芯23始终处于临界工作状态，控制变压差控制阀2输出的液压油，进而控制系统的压差。

利用变功率控制阀1和变压差控制阀2，只要通过预设电控程序即可对相关比例电磁铁进行电流控制，当发动机处于低转速工况下功率比例电磁铁11可补偿推力使功率阀芯13进一步压缩功率弹簧12，扭矩起变点随之减小最终变量泵3整体扭矩随之降低，有效避免了低转速工况易熄火的问题；当发动机处于高转速工况下功率比例电磁铁11可减小补偿推力使功率阀芯13减弱压缩功率弹簧12，扭矩起变点随之增大最终变量泵整3体扭矩随之增加，有效的解决了高转速扭矩利用不充分的问题。同时当主机处于待机工况时恒流阀芯23两端压差过大，压差比例电磁铁21可补偿推力使恒流阀芯23压差降低以减小系统压力损失；当主机处于其他复合工况时恒流阀芯23两端压差过小，压差比例电磁铁21亦可减小补偿推力使恒流阀芯23始终维持在临界工作位置，提高复合动作协调性提升作业效率。

在本发明具体实施方式提供的柱塞泵复合控制调节器中，设置有阀体6，阀体6内并列设置有功率腔和压差腔，具体地，可以在阀体6内部上下布置两个横向延伸的通孔，通孔的两端开口分别位于阀体6两侧，两个通孔分别为功率腔和压差腔，其中通孔的两端分别为驱动端口和调节端口，两个通孔的驱动端口可以位于阀体6的同一侧，也可位于异侧。进一步地，功率腔和压差腔之间设置有纵向延伸的孔，作为连接腔61以连通功率腔和压差腔，同时，在阀体6设置多个油道管路，使功率腔连通变量泵3出口，压差腔连通液压系统的供油口和反馈油口，使液压油依次经过变量泵3、变功率控制阀1和变压差控制阀2进入液压系统，还可通过反馈油口流回变压差控制阀2。

将功率比例电磁铁11安装于功率腔的驱动端口，功率弹簧12和功率阀芯13安装于功率腔内，拨杆5伸入功率腔，进一步地，功率阀芯13的一端连接功率比例电磁铁11，功率阀芯13的另一端通过顶针14与拨杆5末端的一侧面相抵，拨杆5末端的另一侧面与功率弹簧12相抵，功率比例电磁铁11驱动功率阀芯13移动，能够依次推动顶针14和拨杆5，进而压缩功率弹簧12。还可在功率阀芯13和功率比例电磁铁11之间设置有回位弹簧17，辅助功率阀芯13复位。即变功率控制阀1包括依次设置的功率比例电磁铁11、回位弹簧17、功率阀芯13、顶针14、拨杆5和功率弹簧12。

变功率的控制方法为：不同的工况下，根据预设的电控程序给予功率比例电磁铁11相应的电流信号值，功率比例电磁铁11的推力传递至功率阀芯13，导轮机构4感受变量泵3的出口压力，并最终反映至拨杆5的末端；功率比例电磁铁11推力传递至功率阀芯13最终依靠顶针14反映至拨杆5末端的右端面，功率弹簧12的弹力反映至拨杆5末端的左端面；最终功率比例电磁铁11推力、导轮机构4推力、功率弹簧12弹力达成力的平衡，使功率阀芯13移动至预设位置后稳定工作。

压差比例电磁铁21安装于压差腔的驱动端口，压差弹簧22和恒流阀芯23安装于压差腔内。进一步地，压差腔内固定有阀套24，阀套24内设置有推杆25，压差比例电磁铁21连接推杆25的一端，推杆25的另一端连接恒流阀芯23的一端，恒流阀芯23的另一端与压差弹簧22相抵，压差比例电磁铁21驱动推杆25在阀套24内移动，并推动恒流阀芯23移动，进而压缩压差弹簧22，同时反馈油口和供油口分别位于压差腔中恒流阀芯23所在位置和推杆25所在位置。其中，压差弹簧22包括套装的两组弹簧，即两组弹簧直径不同，直径大的套装在直径小的外周，实现多级压缩调节。即变压差控制阀2包括依次设置的压差比例电磁铁21、推杆25、恒流阀芯23和压差弹簧22。

变压差的控制方法为：不同的工况下，根据预设的电控程序给予压差比例电磁铁21相应的电流信号值，压差比例电磁铁21的推力将通过推杆25作用于恒流阀芯23，且推杆25具备两台阶面积差，以此感受液压系统的压力，恒流阀芯23通过反馈油口感受液压系统负载压力，最终压差比例电磁铁21推力、推杆25承受的液压力、恒流阀芯23承受的液压力、压差弹簧22弹力达成力的平衡，使恒流阀芯23移动至预设位置后始终处于临界工作状态。

优选地，功率腔的调节端口安装有功率端盖15，功率端盖15上安装有功率调节螺钉16，功率调节螺钉16的内端与功率弹簧12相抵。压差腔的调节端口安装有压差端盖26，压差端盖26上安装有压差调节螺钉27，压差调节螺钉27的内端与压差弹簧22相抵。通过旋转功率调节螺钉16和压差调节螺钉27，即可调节功率弹簧12和压差弹簧22的压缩程度，进而调节功率初始起变点及压差调节参数等。为了保证密封效果，各部件相应位置可设置密封圈等结构。

在上述各具体实施方式提供的柱塞泵复合控制调节器中，功率弹簧12和压差弹簧22的两端均设置有成对的弹簧座，便于弹簧的安装与使用。

请参考图4至图7，图4为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的高转速扭矩控制曲线；图5为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的低转速扭矩控制曲线；图6为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的压差控制曲线；图7为本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器的一种具体实施方式的发动机特性曲线。

根据图4和图5，对功率的控制初始设置要求如下：控制起点的功率为28KW，转速为800rpm，控制电流200mA；控制终点的功率为88KW，转速为2300rpm，控制电流600mA。通过计算公式

其中qv为流量，ηt为总效率，可得28KW/88KW时的功率起变点，当确定了功率比例电磁铁11最大推力后导轮机构4的阀芯面积差亦被确定，功率比例电磁铁推力×力臂L1+导轮机构推力×力臂L2＝功率弹簧弹力×力臂L1。比例电磁铁输入电流200mA至600mA时功率由88KW降低至28KW即实现了电流升高使功率降低的功能，说明可有效解决发动机低转速工况易熄火，且高转速工况下扭矩利用不足的问题。

根据图6，对压差的控制初始设置要求如下：控制起点的压差△p＝25bar，控制电流200mA；控制终点的压差△p＝12bar，控制电流600mA。压差△p＝变量泵出口压力p-液压系统反馈压力PLs，当恒流阀芯处于临界工作状态时，压差弹簧弹力＝(变量泵出口压力p-液压系统反馈压力PLs)×恒流阀芯截面积+压差比例电磁铁推力，亦即电流增大导致压差比例电磁铁推力增大，进而使压差△p减小。

待机工况时，液压系统节流阀全关，此时可通过电控程序使电流增大因此压差△p得以减小，最终系统压力损失得以降低；当主机进入复合工况时由于功率段优先级要高于恒流段，因此变量泵流量会相应降低，根据压差经典公式

可知压差与流量成反比，w为阀口宽度，x为阀口开度，因此压差△p减小；由于初始弹簧已设置完毕，恒流阀芯将趋向于偏离临界工作位置，致使恒流阀芯不能够处于随时待命状态，需要一定的反应行程；此时可根据电控程序给予压差比例电磁铁电流信号，压差比例电磁铁的推力将通过推杆作用于恒流阀芯，最终压差比例电磁铁推力、推杆承受的液压力、恒流阀承受的液压力、压差弹簧弹力达成力的平衡，使恒流阀始终处于临界工作状态，以此可有效提高复合动作协调性提升作业效率。或适用性调整各数据参数，均在本发明的保护范围之内。

除了上述柱塞泵复合控制调节器，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述柱塞泵复合控制调节器的起重机械，该起重机械其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的柱塞泵复合控制调节器及起重机械进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。