一种闭式回转比例制动系统及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械，具体涉及一种闭式回转比例制动系统及起重机。

背景技术

起重机回转系统通常配置自由滑转功能，用于吊重物重心找正及缓冲回转惯性。在伐木作业中起重机被用于牵引树木倾倒方向，在树木倾倒瞬间，通常需要打开自由滑转功能，使树木倾倒的巨大冲击力带动整个上车沿冲击力的方向进行滑转，以实现冲击力的缓慢、平稳释放，否则巨大的冲击力可能会造成结构件的损害甚至整车的倾翻。

但受作业空间等因素的限制，在滑转过程中需要根据场地空间的大小控制滑转的距离，该控制需要像行驶车辆的制动系统一样，能够根据操作者的意图实现比例控制，实现滑转过程中的平稳制动。

目前现有的起重机设计比例制动功能多采用减速机的制动器提供比例制动力矩，原理如附图1所示。回转过程中P口控制油进入制动缸的有杆腔打开制动器，比例制动时S口的控制油进入制动缸的无杆腔，制动力矩的大小由制动缸无杆腔控制压力的大小决定，控制压力越大制动力矩越大，从而实现回转机构的比例制动功能。

如上所述，现有回转系统带比例制动功能的起重机均采用回转减速机的机械制动实现，通过比例控制机械制动器摩擦片的摩擦力实现制动力矩的比例控制，

现有方案通过减速机制动片的摩擦力实现比例制动，存在以下弊端：

(1)制动过程中制动片存在磨损，需要定期检查及更换，使用成本增加；

(2)制动片磨损产生的颗粒物会导致减速机齿轮箱中的油液污染速度加快；

(3)连续使用时制动片摩擦产生的热量不能快速释放，导致制动片及齿轮油加速老化降低使用寿命；

(4)此类减速机中的双作用制动缸及动态制动片的应用导致制造成本的增加。

此外，起重机回转系统在使用过程中为实现吊重物重心找正、缓冲回转惯性经常用到自由滑转功能，目前起重机回转系统的自由滑转功能多采用开关阀进行控制，不能实现滑转过程中根据操作者需求进行平稳制动。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种闭式回转比例制动系统，取消了制动片，，相对于现有回转系统的机械机构比例制动，没有制动片的损耗，还能实现在滑转过程中，操作者可通过控制回转制动踏板实现回转系统的平稳制动。

本发明的另一个目的是提供一种采用闭式回转比例制动系统的起重机。

技术方案：本发明的一种闭式回转比例制动系统，包括柱塞泵、第一调节阀、液压马达、控制器和制动踏板；所述柱塞泵的A口连接液压马达的A1口，柱塞泵的B口连接液压马达的B1口；所述第一调节阀的第一油口连接柱塞泵的A口，第一调节阀的第二油口连接柱塞泵的B口；所述控制器的输入端与制动踏板连接，其输出端与第一调节阀连接；回转制动过程中，当操控人员操控制动踏板时，控制器根据制动踏板的控制信号比例控制第一调节阀的开度减小，使液压马达B1口流出的液压油经过第一调节阀时会产生流阻，液压马达B1口的压力升高，该压力作用到液压马达上，与起重机回转惯量的驱动力进行抵消，回转机构平稳停止。

所述控制器的输出端还连接第二调节阀，第二调节阀的第一油口连接液压马达的A1口，第二调节阀的第一油口连接液压马达的B1口。

所述第一调节阀和第二调节阀的开口面积根据控制器发出的控制信号进行比例调节，能够实现回转阻力的比例控制。

所述第一调节阀和第二调节阀均采用电比例节流阀，或者均采用电比例溢流阀。

所述第一调节阀和第二调节阀均采用电比例节流阀时，在第一调节阀的第一油口设置第一单向阀，在第二调节阀的第二油口设置第二单向阀；单向阀与电比例节流阀配合，实现回转时，阻断柱塞泵泵出口的液压油经过缓冲油路流向柱塞泵回油口，回转停止时单向阀打开，回转处于自由滑转状态，实现单方向缓冲。

所述控制器的输出端连接柱塞泵变量机构，柱塞泵变量机构与柱塞泵连接，控制器向柱塞泵变量机构发出控制信号，柱塞泵变量机构根据该控制信号动作。

所述柱塞泵的排量和液压油的流向受柱塞泵变量机构控制。

所述控制器的输出端通过制动器控制阀连接有回转机构制动器。

所述控制器的输入端还连接操控手柄，控制器根据操控手柄的信号控制两个调节阀的开启或关闭。

本发明还包括一种起重机，所述起重机包括所述的闭式回转比例制动系统。

有益效果：本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)本方案利用液阻原理设计了比例制动系统，属于回转机构的动态制动，可实现回转机构制动力矩的无级控制，进而实现回转系统的平稳动态制动；

(2)本发明相对于现有回转系统的机械机构比例制动，没有制动片的损耗，因此使用和维护成本低，而且液阻制动过程中的发热量由液压油带到液压系统中，无需考虑制动器的散热问题；

(3)本发明的比例制动系统结构简单、易于实现，可直接使用目前普遍使用的静态制动减速机，应用成本低。

附图说明

图1为现有技术中起重机比例制动功能的液压原理图；

图2为本发明实施例1中所述闭式回转比例制动系统的液压原理图；

图3为本发明实施例2中所述闭式回转比例制动系统的液压原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明的技术方案进行详细介绍。

实施例1

如图1所示，本发明的闭式回转比例制动系统包括以下元件：柱塞泵11、柱塞泵变量机构12、第一调节阀21、第一单向阀22、第二调节阀31、第二单向阀32、液压马达4、制动器控制阀5、回转机构制动器6、操控手柄7、控制器8、制动踏板9。柱塞泵11的排量和液压油的流向由柱塞泵变量机构12进行控制。本实施例中，第一调节阀21和第二调节阀31均采用电比例节流阀。利用液阻原理设计电比例节流阀，用于回转系统停止时比例改变节流口的大小，实现回转阻力矩的比例控制，进而实现回转系统的平稳动态制动。柱塞泵11的A口连接液压马达4的A1口，柱塞泵11的B口连接液压马达4的B1口。第一调节阀21的第一油口与第一单向阀22的进油口相连，第一单向阀22的出油口与柱塞泵11的A口管路相连。第一调节阀21的第二油口连接柱塞泵11的B口。第二调节阀31的第一油口与柱塞泵11的A口管路相连，其第二油口与第二单向阀32进油口相连，第二单向阀22的出油口与柱塞泵11的B口管路相连。

通过在电比例节流阀缓冲油路上串联设计单向阀，与电比例节流阀控制策略配合，实现回转时，阻断柱塞泵泵出口的液压油经过缓冲油路流向柱塞泵回油口，回转停止时单向阀打开，回转处于自由滑转状态，实现单方向缓冲。

控制器8的输入端与操控手柄7、制动踏板9连接，其输出端与柱塞泵变量机构12、第一调节阀21、第二调节阀31、制动器控制阀5分别连接。制动器控制阀5的工作油口与回转机构制动器6相连。操控手柄7和制动踏板9作为信号输入设备，将操控信号传递到控制器8，控制器8根据预设控制逻辑控制柱塞泵变量机构12、第一调节阀21、第二调节阀31和制动器控制阀5动作。控制器8根据操控手柄7的信号控制两个电比例节流阀的开启或关闭。

第一调节阀21、第二调节阀31的开口面积可根据控制器8的控制信号进行比例调节，具体地，制动踏板9将控制信号输入到控制器8，控制器8根据制动需求控制电比例节流阀，实现回转阻力的比例控制。

本方案的工作原理如下：

当柱塞泵变量机构12工作在中位时，柱塞泵变量机构12控制柱塞泵11的斜盘处于中位状态，柱塞泵11的A口和B口均不出油；当柱塞泵变量机构12左位工作时，假定柱塞泵11的A口出油，B口进油，当柱塞泵变量机构12右位工作时，假定柱塞泵11的B口出油，A口进油。

回转启动时，操控手柄7作为信号输入设备，将操作人员的控制意图(方向，倾角大小等)传递到控制器8，控制器8根据此信号控制柱塞泵变量机构12换向至左位工作，柱塞泵变量机构12控制柱塞泵11的A口出油，同时控制器8控制第一调节阀21得电(节流口打开)，第二调节阀31不得电(节流口关闭)，第一调节阀21和第二调节阀31均采用电比例节流阀。控制器8控制制动器控制阀5工作，使控制油驱动回转机构制动器6打开，液压马达4在液压油的驱动下开始转动，进而驱动回转机构带动起重机回转。

回转过程中，由于第一单向阀22的作用，即使第一调节阀21得电(节流口打开)，柱塞泵11的A口的液压油亦不会从此油路流量B口；第二调节阀31不得电(节流口关闭)，柱塞泵11的A口的液压油亦不会从此油路流量B口，因此柱塞泵11的A口的液压油只能经过液压马达4流向柱塞泵11的B口。

回转停止时，操控人员控制操控手柄7，操控手柄7的动作信号输入到控制器8，控制器8根据此信号控制柱塞泵变量机构12换向至中位，柱塞泵变量机构12控制柱塞泵11的斜盘回到中位，使A口和B口均不出油，同时控制器8控制第一调节阀21和制动器控制阀5延时失电，此时液压马达4在起重机回转惯量的驱动下按照停止前的旋转方向继续转动，液压马达4的A1口进油，B1口出油，B1口的液压油经过第一调节阀21和第一单向阀22流向液压马达4的A1口，如此即实现回转停止时起重机处于自由滑转状态。

回转制动时，当操控人员操控制动踏板9时，控制器8根据制动踏板9的控制信号比例控制第一调节阀21(采用电比例节流阀)的开度减小，使液压马达4的B1口流出的液压油经过此节流口时会产生流阻，使B1口压力升高，该压力作用到液压马达4上，与起重机回转惯量的驱动力进行抵消，最终实现回转机构的平稳停止。

控制器8检测回转停止后或延时一定时间控制制动器控制阀5失电，使回转机构制动器6制动。

反之，当柱塞泵变量机构12右位工作时，柱塞泵11的B口出油，A口进油，控制器8控制第二调节阀31(采用电比例节流阀)得电(节流口打开)，第一调节阀21不得电(节流口关闭)，回转机构反方向旋转，亦可实现上述的工作过程，在此不再赘述。

实施例2

如图3所示，将图2中两个电比例节流阀替换为两个电比例溢流阀，同时取消第一单向阀22和第二单向阀22，亦可实现回转系统比例制动的功能，工作原理如下：

柱塞泵变量机构12工作在中位状态时，柱塞泵变量机构12控制柱塞泵11的斜盘处于中位状态，A口和B口均不出油，当柱塞泵变量机构12左位工作时，假定柱塞泵11的A口出油，B口进油，当柱塞泵变量机构12右位工作时，假定柱塞泵11的B口出油，A口进油。

回转启动时，操控手柄7作为信号输入设备，将操作人员的控制意图(方向，倾角大小等)传递到控制器8，控制器8根据此信号控制柱塞泵变量机构12换向至左位工作，柱塞泵变量机构12控制柱塞泵11的A口出油，同时控制器8控制第一调节阀21，使其溢流压力处于低压状态，第二调节阀31溢流压力处于高压状态，控制制动器控制阀5工作，使控制油驱动回转机构制动器6打开，液压马达4在液压油的驱动下开始转动，进而驱动回转机构带动起重机回转。

回转过程中，第一调节阀21处于截止状态，柱塞泵11的A口的液压油不会从此油路流量B口；第二调节阀31溢流压力处于高压状态，柱塞泵11的A口液压油亦不会从此油路流量B口，因此柱塞泵11的A口液压油只能经过液压马达4流向柱塞泵11的B口。

回转停止时，操控人员通过操控手柄7，手柄动作信号输入到控制器8，控制器8根据此信号控制柱塞泵变量机构12换向至中位，柱塞泵变量机构12控制柱塞泵11的斜盘回到中位，使A口和B口均不出油，同时控制器8控制两个电比例溢流阀和制动器控制阀5保持回转过程中的控制状态，此时液压马达4在起重机回转惯量的驱动下按照停止前的旋转方向继续转动，液压马达4的A1口进油，B1口出油，B1口的液压油经过第一调节阀21低压溢流至回转马达4的A1口，如此即实现回转停止时起重机处于自由滑转状态。

回转制动时，当操控人员操控制动踏板9时，控制器8根据制动踏板9的控制信号比例控制第一调节阀21的压力增加，使B1压力升高，该压力作用到液压马达4上，与起重机回转惯量的驱动力进行抵消，最终实现回转机构的平稳停止。

控制器8检测回转停止后或延时一定时间控制制动器控制阀5失电，使回转机构制动器6制动。

反之，当柱塞泵变量机构12右位工作时，柱塞泵11的B口出油，A口进油，控制器8控制第二调节阀31，使其溢流压力处于低压状态，第一调节阀21溢流压力处于高压状态，回转机构反方向旋转，亦可实现上述的工作过程，在此不再赘述。

本发明还包括一种起重机，所述起重机包括闭式回转比例制动系统。