一种卷扬机自由落体下放的电液控制系统 【技术领域】
本发明涉及一种卷扬机控制系统， 特别地， 涉及一种卷扬机自由落体下放的 电液控制系统。背景技术
在起重机上安装有卷扬机， 其通过转动卷筒， 利用缠绕在卷筒上的钢丝绳产生的 牵引力来进行重物的起重操作。 通常， 为了提高卷扬机的作业效率， 同时可实现多种作业工 况， 起重机上多使用自由落体卷扬机。 在自由落体卷扬机中， 卷筒与减速机的输出端通过离 合器相连接。 当卷扬机进行提升、 动力下放操作时， 卷筒与减速机输出端连接的离合器相连 接， 卷筒靠减速机输出端的动力进行传动工作 ； 当需要卷扬机进行快速下放操作时， 卷筒与 减速机输出端连接的离合器脱开， 卷筒靠负载下拉进行自由旋转。 通常， 可控式离合器为多 层摩擦片结构。
然而， 在现有技术中， 卷扬机不能很好地实现自由下放过程中的速度自动控制、 下 落高度自动控制、 人工实时控制、 超载自动保护等功能 ； 同时， 对于使用多个自由落体卷扬 机的强力起重机， 尚不能实现不同卷扬机之间自由落体的同步下放， 以及切换下放的操作。 因而， 急需提供一种新型的卷扬机自由落体下放的控制系统， 以实现起重机操作的智能化， 保证起重机施工作业的安全性。 发明内容
本发明的目的在于提供一种卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其既可实现重 物自由下放过程中的速度自动控制、 下落高度自动控制、 人工实时控制， 又可以实现多个卷 扬机之间的单独控制和复合动作控制。
为了实现上述目的， 本发明的一种卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其包括 第一卷扬机、 第二卷扬机、 第三卷扬机， 第一主控阀组、 第二主控阀组、 切换阀组和控制器， 其中， 所述第一卷扬机通过所述切换阀组连接至第一主控阀组， 第二卷扬机和第三卷扬机 则通过所述切换阀组连接至第二主控阀组， 所述控制器与所述第一主控阀组、 第二主控阀 组和切换阀组相连， 用于对整个电液控制系统的操作进行控制。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 所述第一卷扬机为主提升卷 扬机， 第二卷扬机为副提升卷扬机， 第三卷扬机为拉铲卷扬机。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 所述每个卷扬机都包括有离 合器， 减速机和马达， 其中， 所述马达与所述减速机相连， 所述减速机再与所述离合器相连。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 所述切换阀组包括第一电磁 阀、 第二电磁阀和第三电磁阀， 分别与所述第一卷扬机、 第二卷扬机和第三卷扬机相连。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 所述每个电磁阀与所述每个 卷扬机之间均连接一转速传感器。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 所述第一主控阀组和第二主控阀组均包括有溢流阀， 外控顺序阀和反比例减压阀， 其中， 所述溢流阀连接至所述外控顺 序阀， 所述外控顺序阀再连接至所述反比例减压阀。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 所述电液控制系统还包括一 供油模块， 所述供油模块包括安全阀组， 分流阀和齿轮泵， 其中， 所述安全阀组和所述齿轮 泵均与所述分流阀相连， 用于为所述两套主控阀组供油。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 每个卷扬机上还设置有一速 度检测装置， 所述速度检测装置包括感应盘和接近开关， 其中， 所述感应盘周边为锯齿形， 其安装在所述卷扬机的卷筒外侧， 所述接近开关安装在减速机的固定支架上。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 所述控制器上还连接有一力 矩限制器， 用于检测起重重物的质量。
上述的卷扬机自由落体下放的电液控制系统， 其中， 所述控制器上还连接有电控 比例踏板， 用于人工操作控制。
因此， 本发明的一种卷扬机自由落体下放的电液控制系统可很好的实现重物下落 过程中的速度自动控制， 高度自动控制， 以及人工实时调节速度和高度， 同时还可以随时停 止自由落体下放。该电液控制系统结构简单， 操作方便， 适用范围广。 附图说明
图 1 为本发明的卷扬机自由落体下放的电液控制系统的结构示意图 ； 图 2 为本发明的卷扬机自由落体下放的电液控制系统中的速度检测装置的结构示意 图； 图 3 为速度检测装置中的感应盘的局部放大示意图 ； 图 4 为速度检测装置中的接近开关的局部放大示意图 ； 图 5 为本发明的卷扬机自由落体下放的电液控制系统的不同状态下的电磁铁逻辑动 作表。具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明的卷扬机自由落体下放的电液控制系统主要通过切换阀组的控制， 实现由 两套主控阀组对三个自由落体卷扬机的切换、 复合、 同步下落等操作。
图 1 为本发明的卷扬机自由落体下放的电液控制系统的结构示意图。如图所示， 该电液控制系统包括主提升卷扬， 副提升卷扬， 拉铲卷扬， 切换阀组， 两套主控阀组以及控 制器 （图中未示出） 。 三个卷扬机均连接至切换阀组。 其中， 主提升卷扬通过切换阀组连接至 主控阀组 A ； 副提升卷扬和拉铲卷扬则通过切换阀组连接至主控阀组 B。两套主控阀组 A、 B 和切换阀组均与控制器相连， 控制器则根据卷扬机的运行状态对整个电液控制系统的操作 进行控制。
其中， 主提升卷扬包括主卷扬离合器 1， 主卷扬减速机 2 和主卷扬马达 3 ； 副提升卷 扬包括副卷扬离合器 4， 副卷扬减速机 5 和副卷扬马达 6 ； 拉铲卷扬包括拉铲卷扬离合器 8， 拉铲卷扬减速机 9 和拉铲卷扬马达 10。在上述三个卷扬机的结构基本相同， 均为马达连接 在减速机上， 减速机再连接到离合器上。 另外， 在减速机和离合器之间还连接有一压力传感器 12， 用于检测油缸腔的压力， 从而根据该压力的大小实现离合器的打开和闭合。
上述三个卷扬机各自分别连接一个转速传感器 7 后， 再连接到切换阀组 11 上。切 换阀组 11 包括三个电磁阀 QM2， QM3 和 QM4， 分别对应连接到主提升卷扬， 副提升卷扬和拉 铲卷扬。上述三个电磁阀均通过一个阻尼接头 13 进行接地。该切换阀组 11 通过油路切换 控制， 来实现对三套离合器不同方式的单独控制和复合动作控制。
两套主控阀组 A 和 B 的结构相同， 都包含有溢流阀 141， 外控顺序阀 142 和反比 例减压阀 143， 溢流阀 141 连接至外控顺序阀 142， 外控顺序阀 142 再连接至反比例减压阀 143。其中， 溢流阀 141 用于保护离合器免受高压， 且可根据不同离合器单独进行压力控制。 反比例减压阀 143 可接收电流信号， 根据输入电信号的大小连续地调整液压输出信号， 从 而实现对外控顺序阀 142 的控制。外控顺序阀 142 则作为先导式主控压力阀， 根据先导控 制口输入的控制信号调整离合器控制口的压力， 从而实现对离合器的控制。 因而， 两套主控 阀组为整个系统的主控元件， 其通过切换阀组 11 的操作， 对卷扬机离合器的控制腔压力进 行控制， 从而实现对三个卷扬机的动态制动、 停止下落等操作的控制。
另外， 本发明的电液控制系统中， 还可包括一供油系统， 其包括安全阀组 15， 分流 阀 16 和齿轮泵 17。齿轮泵 17 和安全阀组 15 均连接至分流阀 16， 齿轮泵 17 和安全阀组 15 提供一 8MPa 的油源， 该油源再经过分流阀 16， 一分为二的分别为两个主控阀组供油。 另外， 在本系统中， 提供有动力油和洗冷却油。其中， 系统外部提供的 0.5MPa 油源为冲洗油， 为离 合器提供动力 ； 系统外部提供的 3.3MPa 油源为先导控制油， 用于系统的先导控制。
本发明的电液控制系统可以实现卷扬机自由落体下放时的不同工况的控制。 在不 同工况下， 相应的各个部件有着不同的状态， 具体如图 5 中的表格所示。其中， “+” 表示电 磁铁得电， “-” 表示电磁铁失电 ； “U” 表示比例阀或者传感器上的电信号， 脚标 “高” 、 “低” 、 “零” 分别表示该电信号处于最大值， 中间值和零值， 其中， 中间值的具体数值依据具体情况 而定。
下面详细介绍一下卷扬机处于不同工况时， 本发明的电液控制系统的操作控制 ： （1） 自由落钩关闭 ： 卷扬机短时间内不做自由落钩动作时， 关闭自由落钩功能的模式， 此时 QM1 失电， 齿轮泵 17 卸荷， 同时系统中所有电磁铁均不得电。
（2） 自由落钩待命 ： 卷扬机短时间内可能需要做自由落钩动作， 此时 QM1 得电， 自由落钩功能进入待命状态， QM2、 QM3、 QM4、 QN1 和 QN2 失电， 此时安全阀组 15 关闭， 油液经分流阀 16 进入切换阀组 11， 由于切换阀组 11 的各电磁铁均不得电， 故油液 经主控阀组 A 的溢流阀 141 溢流。主卷扬离合器 1 工作油腔与油箱相通， 主卷扬离合器 1 可靠关闭。
（3） 主提升卷扬自由落钩 ： 进入待命状态后， QM2 得电， 主卷扬离合器 1 内进入油 液， 压力为主控阀组 A 内溢流阀 141 设定压力， 主卷扬减速机 2 行星架与机架的动静摩擦片 连接脱开， 此时主卷扬离合器 1 全开， 卷筒在重物作用下自由下落， 同时， 压力传感器 SP1 检 测主卷扬离合器 1 的压力， 未到设定压力， 即溢流阀 141 的设定值时， 系统报错， 进行故障检 测。
（4） 主提升卷扬自由落钩程序自动制动 ： 当主提升卷扬转速超过设定的最大下落 速度时， 系统自动减小反比例减压阀 143 的输入电流， 从而使得反比例减压阀 143 的输出压 力增大， 外控顺序阀 142 的开度增大， 主卷扬离合器 1 的控制压力降低， 行星架与机架间的摩擦片变为半摩擦状态， 从而实现制动减速， 直到转速降到设定的最低值后， 再次提高主卷 扬离合器 1 的压力自由下放。
（5） 通过停止前的预先制动策略实现下落高度可控。假设系统预先设定要求下落 L 米停止， 则在未到达 L 米之前必须实施制动， 不允许在到达 L 米后直接停止， 以避免造成冲 击、 损坏离合器系统。这个 “预先” 的制动长度 （s） 和 “开始制动时的下落速度” （v） 、 “制动 过程中的加速度” （a） 有关。即有如下关系 ：由上述两式得出，由于重物在自由落钩工况过程中下落， 则重物收受合力为 F=f - Mg 因而， a= 结合上述各个关系式， 得出其中， g 为常数， f 为离合器制动摩擦力， 由于液压制动力恒定， 故 f 也为定值。 若不考虑 系统内各传动部件的摩擦力， 粘滞力等因素， 只要知道制动前速度 v， 离合器摩擦系数 μ， 卷筒半径 r 等即可求出 f ， 但该种方法繁琐， 且不易得知等效摩擦系数， 故不去直接计算系 数 K 值， 而是采用现场测试几组数据， 直接带入上式求出离合器制动摩擦力 f。
将上式记入该电液控制系统， 根据重物的实时下落速度， 得知所带重物重量即可 求出制动距离 s。
（6） 自由落钩制动的安全保护 ： 在下放制动过程中， 系统仍然检测主卷扬离合器 1 的压力、 卷筒转速， 并反馈数据。若转速、 压力并未下降， 则程序给 QN1 一个斜坡电流信号到 最小值， 使得主卷扬离合器 1 的压力降到最低值， 实现停止下放， 保护系统 ； 若反比例减压 阀 143 故障， 则 QN1 的输入控制已不起作用， 则无法实现 Pi1 的降低。因此在改变 QN1 电流 的同时切断 QM2, 使得主卷扬离合器 1 内的压力卸荷， 进而保护系统。为了避免太大的冲击 对离合器摩擦片造成损坏， 因此在切换阀出口设置阻尼接头 13， 放慢压力释放的时间， 以保 护摩擦片。
（7） 自由下放中的人工制动减速控制 ： 驾驶室设置电控比例踏板， 其与控制器相 连。 在自动下放过程中， 当重物自由下落速度低于程序设定的最大允许值时， 可以随时人工 干预控制， 踩下踏板， 则控制器减小对 QN1 的输入， 实现减速制动。不进行人工制动时， 下落 速度逐渐增大， 直到到达最大设定值后， 程序自动控制， 实现减速。
（8） 副卷自由落钩和拉铲卷扬自由落钩 : 单独自由落钩时， 原理同主卷扬， 且拉铲卷扬与副卷扬不会复合动作， 故按照电气动作实施即可。
（9） 复合自由落钩和同步自由落钩 : 当主卷扬与副卷扬或拉铲卷扬都需要自由落 钩时， 则系统的两套控制机构均按需求动作， 实现复合动作。
（10） 主副卷扬的同步自由落钩 ： 当主卷扬与副卷需要同步自由落钩时， 则系统的 两套控制机构按照相同的输入控制， 由于主副卷同步自由下放时由同一负载牵拉， 故基本 可以解决系统差异带来的同步偏差 ； 同时， 为防止较大的系统差异导致的不同步， 故检测离 合器压力和卷筒转速， 存在较大差异时予以调整 QN 输入信号， 实现同步动作。若出现某一 卷筒转速为零或离合器压力为零时， 则使得切换阀组 11 的电磁铁失电， 紧急停止， 保护系 统。
在上述工况内， 需要实时检测出重物下降的度和重物的质量。 因而， 在该电液控制 系统中， 还可包括一个速度检测装置和一力矩限制器。其中， 力矩限制器与控制器相连， 将 检测到的重物质量传送给控制器， 以进行相应的控制。速度检测装置则安装在每一个卷扬 机上， 其结构如图 2 所示。该速度检测装置主要包括一感应盘 22 和一接近开关 24。感应 盘 22 安装在卷扬机卷筒 21 外侧上， 其为环形结构， 周边为锯齿形。图 3 即为感应盘 22 的 局部结构示意图。感应盘 22 周边的锯齿为等分的。在本发明的一优选实施例中， 每个锯齿 分度为 3.6 度， 则全周分为一百份。感应盘 22 随着卷筒 21 的旋转而同步旋转。同时， 在减 速机的固定支架 23 上的接近开关安装座 25 上， 安装有接近开关 24， 如图 4 所示。接近开关 24 可以检测感应盘 22 边缘的锯齿部分。当卷筒 21 旋转时， 每转 3.6 度， 接近开关 24 就通 断一次。通过对计数接近开关 24 通断次数和感应盘 22 转过的锯齿数， 即可计算出卷筒 21 的转速。再由卷筒 21 的直径便可计算出卷筒上缠绕的钢丝绳的绳速， 也就是重物下落的速 度。 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述， 但本发明并不限制于以上描述的具 体实施例， 其只是作为范例。 对于本领域技术人员而言， 任何对该卷扬机自由落体下放的电 液控制系统进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此， 在不脱离本发明的精 神和范围下所作出的均等变换和修改， 都应涵盖在本发明的范围内。