[发明专利]油缸顺序动作液压控制系统及工程机械设备

说明书

技术领域

本发明涉及液压技术及工程机械领域，尤其涉及一种油缸顺序动作液压控制系统及工程机械设备。

背景技术

油缸是液压系统的执行元件，它能将液体的压力能转换成工作机构的机械能，带动相应结构部件进行直线往复动作。以汽车起重机为例，为了增大汽车起重机的起重能力，在汽车起重机上设计了可在起重机行驶时收回，工作时外伸支撑整机的支腿，支腿的收回和外伸动作则是由液压系统中的油缸来驱动完成的。

如图1A-1C所示，分别为现有的汽车起重机支腿在全伸、半伸以及全缩状态的结构示意图。在安装在支腿内的水平油缸a5的一端安装于固定支腿a1的A点，另一端安装于活动支腿a2的B点，安装在支腿内的水平油缸6的一端安装于活动支腿a2的C点，另一端安装于活动支腿a3的D点，垂直油缸a4安装于活动支腿a3的端部。利用起重机的水平油缸可使活动支腿伸出和缩回，而利用垂直油缸可使起重机整机支撑离地。

当支腿收回时，水平油缸a6回缩，拉动D点使活动支腿a3动作，动作完成如图1B的半伸状态，然后水平油缸a5回缩，拉动B点使活动支腿a2动作，动作完成最终如图1C的全缩状态。支腿伸出过程与之相反，先水平油缸a5伸出，后水平油缸a6伸出，动作完成最终如图1A的全伸状态。根据上述其支腿动作过程，需要液压系统控制水平油缸a5、a6顺序动作的功能。

为了实现油缸的顺序动作，图2示出了一种油缸顺序动作液压控制系统，系统包括液压油箱b1、液压泵b2、溢流阀b3、油缸b4、b5、电磁换向阀b6、外泄顺序阀b7、内泄顺序阀b9以及单向阀b8、b10。电磁换向阀b6、外泄顺序阀b7、单向阀b8构成阀组一，内泄顺序阀b9和单向阀b10构成阀组二。当电磁换向阀b6换向至右端时，液压泵b2工作，压力油进入油缸b4的大腔及阀组二，由于阀组二中的内泄顺序阀b9未达到其设定压力、单向阀b10反向不能开启，所以油缸b4伸出，油缸b4的小腔油液经单向阀b8及电磁换向阀b6回油。当油缸b4完全伸出后，系统压力上升达到内泄顺序阀b9的设定压力，压力油进入油缸b5的大腔，油缸b5的小腔则直接经电磁换向阀b6回油，直至油缸b5全伸出。

当电磁换向阀b6换向至左端时，液压泵b2工作，压力油分别作用在油缸b5的小腔、外泄顺序阀b7、单向阀b8，由于外泄顺序阀b7未达到其设定压力、单向阀b8反向不能开启，所以油缸b5进行缩回动作，油缸b5的大腔回油经单向阀b10、油缸b4的大腔、电磁换向阀b6回油，直至油缸b5全缩回。油缸b5全缩回后系统压力上升，达到外泄顺序阀b7的设定压力后，压力油进入油缸b4的小腔，油缸b4的大腔油液经电磁换向阀b6回油，直至油缸b4全缩回。

上述即为液压系统控制的油缸一二顺序伸缩动作过程，其顺序动作依靠液压系统中的顺序阀实现，而其顺序阀开启依靠系统压力达到设定值，并需一直维持不小于设定值。但上述油缸顺序动作液压控制系统在执行实际油缸伸缩动作时，往往存在着在先缩回的油缸尚未收回到底其他油缸就开始缩回，或者出现两油缸同步缩回的情形。

探究该顺序控制失败的原理，发明人注意到：现有的液压系统中的油缸存在大小腔面积比，对于工程机械用油缸，一般大腔面积多是小腔面积的2倍及以上。以图1的汽车起重机支腿用水平油缸为例，大腔面积是小腔面积的2倍。因此当水平油缸大腔进入x L油量，小腔排出x/2L油量，而当水平油缸小腔进入x L油量，大腔则需排出2x L油量。排出的油量即液压系统回油，当回油流量超过液压系统管路、接头、液压阀允许流量时，即产生回油背压阻力。而回油背压阻力就是导致油缸伸缩动作失败的重要原因。

举例来说，假设电磁换向阀b6的公称流量60L/min，当油缸缩回动作时，其小腔最大进油流量为60L/min时，根据油缸大小腔面积比2，此时大腔回油流量为120L/min，该流量从油缸大腔流出经管路、接头、电磁换向阀b6后回油箱。在流经电磁换向阀6时，因其流量远远超出该阀的公称流量，所以此处会产生较大压力损失，造成油缸大腔回油背压增大。由于油缸大腔回油背压增大，使得小腔油路的油压也相应增大，这就可能会造成因小腔油路油压过大而提前打开顺序阀，使得后一顺序油缸提前动作。为了克服此问题，如果将顺序阀的压力设定值设定为较高，超过安全阀设定压力，则又会造成小腔油路油压难以顺利打开顺序阀，致使缩回动作失败。

另外，不同的油缸小腔进油量则产生不同的回油背压值，这进一步使得背压阻力还会随油缸回缩时的不同的系统流量进行相应波动变化。