[发明专利]一种起重机作业速度操纵装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是起重机的作业速度操纵装置。本发明还涉及起重机的作业速度操纵方法。

背景技术

起重机多利用液压作为执行元件的动力来源，主要是由于液压系统具有动力性能好、操纵方便、重量轻、系统体积小、布置灵活等优点。

起重机在作业过程中，其动作速度需要根据作业情况不断进行调整，比如在空载、准备动作时，需要高速动作，而在重载、微小动作作业时，需要进行低速作业。一台良好的起重机需要同时保证两种作业速度的需求，需要高速作业时，作业速度要尽可能高；而需要低速作业时，作业速度又要尽可能的低，即需要作业的高速高效率和低速微动稳定性。因此，在起重机上往往会设置一个或多个控制元件，用于控制作业速度的改变。

目前，起重机作业系统调速主要有以下几种方法：

第一种，调整发动机的转速。这种调整方法一般用于发动机直接驱动液压泵，也可以由发动机101通过变速箱103、取力器102等零部件驱动液压泵201。以汽车起重机为例，其动力传递路线如图1所示。

应用这种调速方法的系统中，变速箱103、取力器102等传动件一般维持一个固定的速比(这个速比一般在1附近，这个速比的大小直接影响了作业的一些性能，具体影响效果在后详述)。需要调整系统工作速度时，可通过调整带动液压泵201的发动机101的转速，来调整液压泵201的转速，进而调整泵的流量，实现执行元件的输入流量的调节，进而实现执行元件工作速度的调节。

在此方法中，为了保证汽车起重机的作业速度范围，液压泵201的速度调节范围要有一定的宽度，而这个速度的调节是由作业速度变化需求所控制的，这个变化需求来自于汽车起重机的操纵机构(如油门踏板、操作手柄等)，而这个速度的变化是由发动机101的转速变化所引起的。

对于汽车起重机来说，其整机油耗取决于几个方面：系统执行的效率、发动机的燃油经济性、系统能量回收能力等。

就目前汽车起重机所用的发动机来说，其工作时的油耗受几个方面的影响：发动机的自身结构(自身克服摩擦力以及为了保持自身持续稳定工作的驱动力)、发动机的负荷(驱动作业单元的负荷、驱动发动机附件如发电机等的负荷)、发动机的转速等。一般发动机的经济作业转速(经济油耗区)宽度仅占发动机调速范围的1/8左右，燃油经济性优异的发动机的经济作业转速区宽度可能达到1/6左右。

由于发动机经济油耗工作区较小，如果为了保证汽车起重机作业速度范围，许多工况下发动机将不会在经济作业转速区内工作，机械的综合作业油耗将会非常高(发动机在经济油耗区和非经济油耗区的单位功率油耗差别非常大，高者甚至能达一倍以上，具体可参照图4)；如果为了保证汽车起重机的作业油耗，通过中间传动系速比的搭配，可以实现让发动机尽可能多的工作在经济油耗区(选择一个输入转速/输出转速＜1的传动速比，当要求发动机越多的工作在经济油耗区时，该速比越小)，但此时如果操作人员操纵机械进行微动时，油门的微小变化所导致发动机转速的微小变化经过中间传动系放大后，将会使作业机构的动作幅度大大超出预期，从而降低了系统微小动作的可操作性，工作转速与发动机转速的变化曲线可参照附图5(图中，上边的曲线为作业速度，中间的曲线为发动机转速，下边的曲线为转速变化差)。

第二种，调整液压泵的排量。在应用这种调节方法的液压系统中，主泵一般采用可调节排量的变量液压泵201'，其动力传递路线如图2所示。

应用这种方法的系统，在需要调节动作速度时，可通过调整变量液压泵201'的排量实现执行元件的输入流量的调节，进而实现执行元件工作速度的调节。此时，发动机101的转速一般维持在一个恒定的转速上。

在此方法中，为了保证汽车起重机的作业速度范围，变量液压泵201'的排量调节需要有一定的宽度，而这个排量的调节是由作业速度变化需求所控制的，这个变化需求来自于汽车起重机的操纵机构(如油门踏板、操作手柄等)；变量泵的最大、最小排量取决于汽车起重机作业机构的最大、最小速度，以及作业时发动机的转速。如果发动机101的作业转速较低(位于经济油耗区附近)，就必须选择较大排量(最大、最小排量都较大)的变量泵，用来满足汽车起重机高速作业时液压执行机构的流量需求；如果发动机101的作业转速较高(在额定转速附近或略低于额定转速)，此时略小排量(最大、最小排量都略小)的变量泵即可满足汽车起重机高速作业时液压执行机构的流量需求，但由于发动机101长时间工作在非经济作业区，整机的作业油耗较高。