工作斗液压控制系统与工程车辆技术领域
本发明涉及一种工程车辆中的液压控制系统，特别地，涉及一种用于工作斗的液压控制系统。
背景技术
在云梯消防车、登高消防车、高空作业车等多种工程车辆中均安装有工作斗，以用作载物平台或者作业人员的站立平台。如图1所示，工程车辆的转台3上铰接有臂架2，臂架2在变幅油缸5的推动下相对于转台3进行枢转变幅运动，带动铰接在臂架2的顶端的工作斗1起升或下降。在工作斗1的起升或下降过程中，通过调平油缸4对工作斗1进行调平，使之始终保持在水平位置，以免对工作斗内装载的人或物体造成不利影响。
但是，当臂架2变幅展开后，如果整车系统的主液压泵或驱动主液压泵的动力装置出现故障而不能动作，则需要将臂架2紧急收回。在一些工程车辆上，为此安装了直流应急泵、交流应急泵或小型汽油发动机等作为动力的应急泵装置，以便将臂架2顺利收回，并且应急泵装置为调平油缸4提供动力以实时调平工作斗1。更进一步地，为了节约能量，同时避免长时间使用应急泵装置而导致的能量不足的情况发生，更为方便地利用臂架2的自身重力作用原理，在臂架2的自重作用下，压迫变幅油缸5的无杆腔内的液压油，使之均匀释放回油箱，从而达到将臂架2自动回收的目的，即所谓的“臂架自重回收”。此时，在臂架2的重力下放过程中，工作斗1难以实时保持水平。如果工作斗内装载有人或物时，实现臂架重力自动下放的同时需要非常频繁的启动应急泵动力单元以调平工作斗1，既严重影响工作效率，又浪费动力单元的能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种工作斗液压控制系统，以及具有该工作斗液压控制系统的工程车辆，在臂架的重力下放过程中能够对工作斗自动调平且无需启动应急泵动力单元。
为实现上述目的，本发明提供了一种工作斗液压控制系统，所述系统包括：用于对所述工作斗进行调平的调平油缸与调平控制回路、变幅油缸与变幅控制回路以及分别为各回路提供进油和回油的主进油油路和主回油油路，所述变幅油缸用于控制臂架的变幅并从而带动与该臂架相连的所述工作斗升降；以及
增压油缸与连接在该增压油缸的无杆腔与所述变幅油缸的无杆腔之间的增压油路，该增压油路中设有第一开关控制阀，所述增压油缸的有杆腔油路连接所述主进油油路以向所述调平控制回路供油；
其中，所述增压油路具有液压连接到所述变幅油缸的有杆腔的第一旁接油路和液压连接到系统油箱的第二旁接油路，该第二旁接油路中设有第二开关控制阀。
优选地，所述变幅控制回路中设有变幅油缸平衡阀组，所述第一旁接油路连接到所述变幅油缸平衡阀组与变幅油缸的有杆腔之间的连接油路上，并且所述第一旁接油路中设有第一单向阀，以使得液压油能够通过所述第一旁接油路流向所述变幅油缸的有杆腔并且反向截止。
优选地，所述变幅控制回路中还设有变幅主操作阀，该变幅主操作阀分别通过有杆腔连接油路和无杆腔连接油路相应连接到所述变幅油缸的有杆腔和无杆腔上，所述变幅油缸平衡阀组包括结构相同的第一外控式平衡阀和第二外控式平衡阀，所述第一外控式平衡阀设置在所述有杆腔连接油路中并且先导控制油路连接所述无杆腔连接油路，所述第二外控式平衡阀设置在所述无杆腔连接油路中并且先导控制油路连接所述有杆腔连接油路，其中，所述第一旁接油路连接到所述第一外控式平衡阀与所述变幅油缸的有杆腔之间的有杆腔连接油路部分上。
优选地，该系统还包括第二单向阀，所述增压油缸的有杆腔油路连接到所述主进油油路中的连接点上，所述第二单向阀设置在所述连接点一侧的所述主进油油路部分中，以使得所述增压油缸中的液压油通过所述连接点另一侧的所述主进油油路部分而流向所述调平控制回路。
优选地，该系统还包括第一溢流阀，该第一溢流阀设置在所述增压油路与所述系统油箱之间的连接油路上。
优选地，所述第一开关控制阀与所述第二开关控制阀联动控制，以使得所述增压油路和第二旁接油路中的一者导通的同时截断另一者。
优选地，所述增压油路中设有节流阀。
优选地，该系统还包括控制单元和安装在所述工作斗中的倾角传感器，所述调平控制回路中设有调平控制阀组，该调平控制阀组包括电比例控制阀，所述控制单元用于根据所述倾角传感器的信号控制所述电比例控制阀以调节流向所述调平油缸的液压油流量。
优选地，所述调平控制阀组中还包括用于限定所述调平控制回路中的供油油压的第二溢流阀。
此外，本发明还提供了一种工程车辆，该工程车辆包括根据本发明上述的工作斗液压控制系统。
根据上述技术方案，本发明的工作斗液压控制系统中由于增设了增压油缸和第一、第二开关控制阀，从而在臂架自重回收的过程中，变幅油缸的无杆腔受压缩，从而使其无杆腔中的压力油的一部分通过第一旁接油路流回至变幅油缸的有杆腔，另一部分通过流到增压油缸的无杆腔，使增压油缸的有杆腔的油液增压，增压后的压力油通过主进油油路和调平控制回路向调平油缸供油，从而实现了多个油缸之间的液压油循环利用，能够自动调平工作斗。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为工程车辆中常见的工作斗及其驱动装置的安装结构示意图；
图2为根据本发明的优选实施方式的工作斗液压控制系统的液压原理图，其中的增压油缸处于非工作状态；
图3为图2所示的工作斗液压控制系统，不同的是其中的增压油缸处于工作状态。
附图标记说明
1工作斗2臂架
3转台4调平油缸
5变幅油缸
7增压油缸8第二开关控制阀
9第一溢流阀10节流阀
11第一开关控制阀12第一单向阀
13变幅油缸平衡阀组14变幅主操作阀
15系统油箱16背压阀
17第二单向阀18调平控制阀组
19调平油缸平衡阀组181电比例控制阀
182第一功能模块183第二功能模块
V1增压油路V2第一旁接油路
V3第二旁接油路A连接点
P主进油油路T主回油油路
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。本发明中所使用的技术用语“臂架自重回收”指的是在系统主液压泵停止工作后，臂架停止工作，利用臂架的自身重力，使之朝向转台变幅回收，进而压迫变幅油缸的无杆腔内的液压油，使之均匀释放回油箱，从而达到将臂架自重回收的目的。
结合图1和图2所示，本发明提供了一种工作斗液压控制系统，工作斗1铰接于臂架2的顶端上，该臂架2的底端铰接于转台3上，其中，该工作斗液压控制系统包括：用于对工作斗1进行调平的调平油缸4与调平控制回路、臂架2的变幅油缸5与变幅控制回路以及分别为各回路提供进油和回油的主进油油路P和主回油油路T；以及增压油缸7与连接在该增压油缸7的无杆腔与变幅油缸5的无杆腔之间的增压油路V1，该增压油路V1中设有第一开关控制阀11（图中为两位两通的电磁换向阀），增压油缸7的有杆腔油路连接主进油油路P以向调平控制回路供油；其中，增压油路V1具有液压连接到变幅油缸5的有杆腔的第一旁接油路V2和液压连接到系统油箱15的第二旁接油路V3，该第二旁接油路V3中设有第二开关控制阀8（图中为两位三通的电磁换向阀）。作为总的发明构思，通过在增压油缸7的无杆腔与变幅油缸5的无杆腔之间增设增压油路V1，使得在臂架自重回收过程中，变幅油缸5的无杆腔中的液压油能够通过增压油路V1流向增压油缸7的无杆腔，从而推动增压油缸7的有杆腔中的油液压力上升并输出给主进油油路P，进而通过调平控制回路给调平油缸4供油，使得工作斗1获得实时调平。这样就实现了多个油缸之间的液压油循环利用，能够自动调平工作斗，而且无需频繁启动应急泵动力单元对工作斗进行调平，节约动力能源和避免相应的复杂控制。
其中，变幅油缸5作为主变幅油缸一般如图1所示地安装在转台3与臂架2之间，但当臂架2为臂架组件形式时，例如臂架2包括一号臂和二号臂，一号臂包括多节伸缩臂，二号臂铰接于一号臂的顶节伸缩臂上时，变幅油缸5也可布置在二号臂与一号臂的顶节伸缩臂之间，只要能够满足臂架自动回收时，变幅油缸5的活塞杆均受压回缩即可。本领域技术人员能够理解的是，通常而言变幅油缸5的活塞腔容积远大于调平油缸4，而且在臂架自重回收过程中变幅油缸5的行程也大于调平油缸4的行程，使得变幅油缸5的无杆腔中流出的油液流量远超出满足调平油缸4的需要流量。同时考虑到变幅油缸5的有杆腔同时需要补充油液，以防止吸空，对液压元件的使用不利。因此变幅油缸5的无杆腔中流出的部分油液还可通过第一旁接油路V2补充到有杆腔中，而变幅油缸5的两腔的容积差大小的液压油应保证能够满足调平油缸4的需要。第二旁接油路V3用于在臂架2正常工作时释放增压油路V1中的液压油，使得增压油缸7中的活塞杆在主进油油路P的压力油作用下向左移动至缸底，为增压油缸7工作时留出足够的活塞行程。
如图2所示，变幅控制回路中设有变幅油缸平衡阀组13和变幅主操作阀14，该变幅主操作阀14包括功能模块和主换向阀等，主换向阀的两个工作油口分别通过有杆腔连接油路和无杆腔连接油路相应连接到变幅油缸5的有杆腔和无杆腔上，以切换控制变幅油缸5的伸出或回缩。变幅油缸平衡阀组13用于对变幅油缸5的杆腔的进油和回油进行控制，并锁止活塞杆以防止活塞杆突然失压下降而造成损害。在设有变幅油缸平衡阀组13的基础上，所述第一旁接油路V2连接到变幅油缸平衡阀组13与变幅油缸5的有杆腔之间的连接油路（即有杆腔连接油路）上，即图2或图3中的K2点。具体地，变幅油缸平衡阀组13包括结构相同的第一外控式平衡阀和第二外控式平衡阀，第一外控式平衡阀设置在有杆腔连接油路中并且先导控制油路连接无杆腔连接油路，第二外控式平衡阀设置在无杆腔连接油路中并且先导控制油路连接有杆腔连接油路。这样，第一旁接油路V2优选地连接到第一外控式平衡阀与变幅油缸5的有杆腔之间的有杆腔连接油路部分上。由于每个外控式平衡阀包括并联的顺序阀和单向阀，因而由于外控式平衡阀中的单向阀的反向截止作用，第一旁接油路V2中的液压油不能流向系统油箱15，而只能流向有杆腔。进一步地，第一旁接油路V2中还设有第一单向阀12，该第一单向阀12的反向端口连接有杆腔，以使得液压油能够通过第一旁接油路V2流向变幅油缸5的有杆腔并且反向截止。
另外，尽管主进油油路P连接的油泵出口一般会设置用于防止向液压泵返流的单向阀等，但更优选地，为确保增压油缸7的有杆腔流出的压力油能够全部流向调平控制回路，如图2所示，本实施方式中的增压油缸7的有杆腔油路连接到主进油油路P中的连接点A上，另有第二单向阀17设置在连接点A一侧的主进油油路P部分中，第二单向阀17的反向端口液压连接增压油缸7的有杆腔，以使得有杆腔中的液压油通过连接点A另一侧的主进油油路P部分而流向调平控制回路。当然，第二单向阀17还可以是例如电磁开关阀等，同样可实现上述效果。
此外，在变幅油缸5的行程较大，导致释放增压油路V1中的液压油过量，压力过大时，还需进行泄压。为此，本发明的液压控制系统中还优选地包括第一溢流阀9，该第一溢流阀9作为增压油路V1的安全溢流阀，如图2所示地设置在增压油路V1与系统油箱15之间的连接油路上。另外，增压油路V1中还优选地设有节流阀10，通过调节该节流阀10的阀口开度大小，使得臂架2均匀平稳地下降。系统油箱15与主回油油路T之间设有背压阀16以使得主回油油路T中保持一定背压，在工程车辆中，车辆的上车部方的主回油油路T中的液压油不至于因为自身重力而完全流回下车部方的系统油箱15中。
在调平控制回路中一般设有如图2所示的调平控制阀组18和调平油缸平衡阀组19，调平油缸平衡阀组19的结构和作用类同变幅油缸平衡阀组13，不再赘述。本实施方式中的工作斗液压控制系统还包括控制单元和安装在工作斗1中的倾角传感器（未显示），调平控制阀组18包括电比例控制阀181，控制单元用于根据倾角传感器的信号控制电比例控制阀181以调节流向调平油缸4的液压油流量。在本实施方式中，如图2所示，调平控制阀组18中一般还具有与电比例控制阀181配合工作的第二功能模块183以及其他的第一功能模块182等，因此控制单元可控制电比例控制阀181并结合第二功能模块183共同控制流向调平油缸4的液压油流量。其中的控制单元可以是独立控制器，也可以包括控制线路或控制程序等。另外，调平控制阀组11中还优选地包括用于限定调平控制回路中的供油油压的第二溢流阀（图中未显示），该第二溢流阀一般设置在电比例控制阀181前的第一功能模块182中。当增压油缸7的供油油压过大时可从第一功能模块182中的第二溢流阀泄压溢出。需要说明的是，图2所示的本实施方式中的调平控制阀组18为常见调平控制阀组，设置在电比例控制阀181前后的第一功能模块182和第二功能模块183的结构组成为本领域技术人员所公知，并不属于本发明要点，因而在此不再展开细述。
上述工作斗液压控制系统可应用到云梯消防车、登高消防车、高空作业车等具有工作斗的各式工程车辆中，可保持工作斗的实时水平，且节省能耗，避免频繁启动应急泵动力单元。以下结合图2和图3阐述工作斗液压控制系统的工作过程。
在臂架2正常工作时，如图2所示，第一开关控制阀11关断而使得增压油路V1断开，第二开关控制阀8打开而导通第二旁接油路V3，此时增压油路不工作，调平油缸4和变幅油缸5由系统主液压泵正常驱动工作，同时增压油缸7的无杆腔中的液压油通过第二旁接油路V3全部回流至系统油箱15，增压油缸7的活塞左移至缸底。
当需要臂架自重回收时，主液压泵的动力源和液压应急泵动力源均处于停止运转状态，如图3所示，此时使得第一开关控制阀11打开而导通增压油路V1，第二开关控制阀8关断而使得第二旁接油路V3断开。此时，由于臂架2自身的重力作用，变幅油缸5的无杆腔内的液压油存在一定压力，于是该无杆腔内的液压油流向增压油路V1，油缸回缩，臂架2达到自重回收的目的。其中，节流阀10的存在可防止臂架3回收速度过快，使臂架2均匀平稳的下降。在变幅油缸5的回缩过程中，有杆腔内需要及时补充液压油，否则会吸空，对液压元件的使用不利，而且在变幅油缸下降过程中，工作斗1不能自动调平。随着臂架2的下降，工作斗1产生倾斜。因而，在本发明中，变幅油缸5的无杆腔内的液压油流经第一开关控制阀11、节流阀10，然后一部分液压油经过设有第一单向阀12的第一旁接油路V2补充到变幅油缸5的有杆腔内，另一部分液压油流向增压油缸7的无杆腔。液压油推动增压油缸7的活塞杆向外运动，由于活塞杆的存在，有杆腔与无杆腔之间存在容积差，使得在活塞杆的伸出过程中，有杆腔中的油液压力不断上升，有杆腔的液压油向外流出至主进油油路P，因为主进油油路P中设置了第二单向阀17，所以增压油缸7的有杆腔流出的压力油被强制流向调平控制阀组18。调平控制阀组18控制向工作斗1的调平油缸4供给适当的液压油，使工作斗1保持水平状态。
若增压油缸7的有杆腔的输出压力为P1，则P1应大于调平油缸4的最大工作压力，同时又小于调平控制阀组中的第一功能模块182中内置的第二溢流阀的溢流压力，这样既保证调平油缸4在任何状态下都能顺利动作，又保证增压油缸7的有杆腔内的液压油不产生溢流。
另外，在设计中应保证增压油缸7的有杆腔内液压油的供应量大于调平油缸4的液压油需求量，保证在液压油有少量泄漏的情况下，也能供油充分。此外，图2和图3所示的第二开关控制阀8为常开型，也可设计为常闭型。
在本发明中，可保证臂架自重回收过程中，工作斗1能够自动调平，始终保持水平状态。与现有技术相比，节约了应急动力单元的能量。在工作斗1载有人或物的情况下，能够大大提高了臂架2下降过程的安全性，也大大缩短了臂架2的回收时间，同时，避免了应急动力单元频繁启动对机器造成的不利影响。其中，由于图2中的第二开关控制阀8的使用，既保证在自重回收时，增压油缸7的有杆腔顺利建立起压力。同时又保证在液压系统采用主油泵带动臂架上下动作的正常工作状态下，增压油缸7的活塞杆可顺利回收到底，使增压油缸7的有杆腔充满液压油，为重力下放作好准备。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。