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1、(10)申请公布号 CN 102562934 A (43)申请公布日 2012.07.11 C N 1 0 2 5 6 2 9 3 4 A *CN102562934A* (21)申请号 201110130128.6 (22)申请日 2011.05.18 F16F 15/027(2006.01) F16F 15/04(2006.01) B66C 23/88(2006.01) (71)申请人中联重科股份有限公司 地址 410013 湖南省长沙市银盆南路361号 (72)发明人刘洋 李宇力 刘耀宗 张劲 (74)专利代理机构北京润平知识产权代理有限 公司 11283 代理人桑传标 李翔 (54) 发。
2、明名称 缓冲装置及具有该缓冲装置的臂架的防后倾 装置 (57) 摘要 本发明公开了一种缓冲装置，该缓冲装置包 括致动缸(1)，其中，该缓冲装置还包括控制阀 (2)和控制装置(5)，所述致动缸(1)的无杆腔与 所述控制阀(2)的工作口连通，所述控制装置(5) 根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀 (2)动作，使所述无杆腔内具有不同的压力。本发 明还公开了一种包括上述缓冲装置的臂架的防后 倾装置。通过上述技术方案，能够实时地调整缓冲 装置的缓冲特性，即使在突然卸载等工况下，也能 够对缓冲装置的动态特性实时进行调整，以优化 臂架动力学行为，在规定仰角范围内稳定臂架防 止臂架后倾并使缓冲力峰值最优。
3、。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 4 页 1/2页 2 1.一种缓冲装置，该缓冲装置包括致动缸(1)，其特征在于，该缓冲装置还包括控制阀 (2)和控制装置(5)，所述致动缸(1)的无杆腔与所述控制阀(2)的工作口连通，所述控制 装置(5)根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀(2)动作，使所述无杆腔内具有不 同的压力。 2.根据权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于，该缓冲装置还包括第一管路和第二 管路，该第一管路和第二管路具有不同的压力，所述控制装置(5)根据。
4、所述缓冲装置的工 作状态控制所述控制阀(2)动作，以控制所述无杆腔选择性地与第一管路和第二管路连通 的时间。 3.根据权利要求2所述的缓冲装置，其特征在于，所述致动缸(1)为液压缸。 4.根据权利要求3所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路和/或所述第二管路通 过液阻元件连通至油箱(4)。 5.根据权利要求4所述的缓冲装置，其特征在于，所述液阻元件(3)为阻尼孔、节流阀 (32)或溢流阀(31)，优选为溢流阀(31)。 6.根据权利要求3所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路和所述第二管路中的 一者直接连通至油箱。 7.根据权利要求3所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一油路和所述第二油路中。
5、的 一者封闭。 8.根据权利要求2至7中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于，所述控制阀(2)为换 向阀，该换向阀的工作油口与所述无杆腔连通，换向阀的进油口和回油口分别与所述第一 管路和第二管路连通。 9.根据权利要求8所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路直接连通至油箱，所述 第二管路通过溢流阀或节流阀连通至油箱。 10.根据权利要求2至7中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于， 所述控制阀(2)为截止阀，其中，所述第一管路和第二管路与所述无杆腔连通，所述截 止阀串接在所述第二管路上；或者 所述控制阀(2)为二位二通换向阀，其中，该二位二通换向阀的进油口和所述第一管 路与所述无杆腔连通，所述二。
6、位二通换向阀的工作油口与所述第二管路连通。 11.根据权利要求10所述的缓冲装置，其特征在于，所述第一管路通过节流阀(32)连 通至油箱，所述第二管路直接连通至油箱。 12.根据权利要求3至7中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于，该缓冲装置还包括 单向阀(6)，该单向阀(6)允许液压油从油箱(4)流至所述液压缸(1)的无杆腔。 13.根据权利要求1至7中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于，该缓冲装置还包括 设置在所述致动缸(1)的无杆腔内的弹簧(7)。 14.根据权利要求1-7中任意一项所述的缓冲装置，其特征在于，所述控制装置(5)包 括输入模块、控制模块和输出模块， 所述输入模块包括传感器，。
7、该传感器检测所述缓冲装置的工作状态，并将代表该工作 状态的信号发送给控制模块， 所述控制模块包括控制器，控制器接收代表工作状态的信号，并根据缓冲特性函数计 算与该工作状态相对应的控制阀(2)的动作模式，并将代表该控制阀(2)的动作模式的信 权 利 要 求 书CN 102562934 A 2/2页 3 号发送给所述输出模块， 所述输出模块接收代表控制阀(2)的动作模式的信号，并将该代表控制阀(2)的动作 模式的信号发送给所述控制阀(2)。 15.根据权利要求14所述的缓冲装置，其特征在于，所述缓冲装置的工作状态包括所 述液压缸(1)的活塞杆(11)的位移、速度和加速度以及所述液压缸(1)的无杆腔。
8、中的压力 和流量中的一者或多者。 16.根据权利要求14所述的缓冲装置，其特征在于，所述控制器包括脉冲宽度调制控 制器。 17.根据权利要求16所述的缓冲装置，其特征在于，所述控制装置(5)还包括功率放大 系统，所述脉冲宽度调制控制器发送的信号经过所述功率放大系统放大后发送给所述控制 阀(2)。 18.一种臂架的防后倾装置，该防后倾装置包括根据权利要求1-17中任意一项所述的 缓冲装置。 19.根据权利要求18所述的臂架的防后倾装置，其特征在于，所述致动缸(1)的缸体 (13)和活塞杆(11)中的一者固定在安装所述臂架的支座上，另一者与臂架接触或朝向所 述臂架延伸。 20.根据权利要求18所述。
9、的臂架的防后倾装置，其特征在于，所述致动缸(1)的缸体 (13)和活塞杆(11)中的一者固定在所述臂架上，另一者与安装所述臂架的支座接触或朝 向所述支座延伸。 21.根据权利要求18-20中任意一项所述的臂架的防后倾装置，其特征在于，所述缓冲 装置的工作状态还包括以下七项中的一者或多者：所述臂架的仰角、长度和吊载重量；所 述臂架转动的角度、角速度和角加速度；以及所述臂架所处环境的风速。 权 利 要 求 书CN 102562934 A 1/5页 4 缓冲装置及具有该缓冲装置的臂架的防后倾装置 技术领域 0001 本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于工程机械的大型臂架的防后倾 装置，更具体。
10、地，涉及该防后倾装置中的缓冲装置。 背景技术 0002 用于工程机械的大型臂架的防后倾动态缓冲装置为工程机械中的大型桁架臂、箱 型臂等臂架在大冲击载荷作用下提供后倾防护。 0003 现有的防后倾装置通常采用弹簧缓冲装置和液压缓冲装置，但是无论是弹簧缓冲 装置还是液压缓冲装置，其缓冲特性都固定，使得防后倾装置在工作过程中的缓冲力无法 适应工况的变化。特别是在突然卸载等工况下，臂架动态响应呈非线性变化，这就要求缓冲 装置的动态特性实时进行调整，以优化臂架动力学行为，在规定仰角范围内稳定臂架防止 臂架后倾并使缓冲力峰值最优。而现有的缓冲特性固定的缓冲装置无法进行实时调整，从 而缓冲效果不好。 发明内。
11、容 0004 本发明的目的是提供一种能够根据其工作状态而调节缓冲特性的缓冲装置和具 有该缓冲装置的臂架的防后倾装置。 0005 为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种缓冲装置，该缓冲装置包括致动缸， 其中，该缓冲装置还包括控制阀和控制装置，所述致动缸的无杆腔与所述控制阀的工作口 连通，所述控制装置根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀动作，使所述无杆腔内 具有不同的压力。 0006 优选地，该缓冲装置还包括第一管路和第二管路，该第一管路和第二管路具有不 同的压力，所述控制装置根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀动作，以控制所述 无杆腔选择性地与第一管路和第二管路连通的时间。 0007 。
12、优选地，所述致动缸为液压缸。 0008 优选地，所述第一管路和/或所述第二管路通过液阻元件连通至油箱。 0009 优选地，所述液阻元件为阻尼孔、节流阀或溢流阀，优选为溢流阀。 0010 优选地，所述第一管路和所述第二管路中的一者直接连通至油箱。 0011 优选地，所述第一油路和所述第二油路中的一者封闭。 0012 优选地，所述控制阀为换向阀，该换向阀的工作油口与所述无杆腔连通，换向阀的 进油口和回油口分别与所述第一管路和第二管路连通。 0013 优选地，所述第一管路直接连通至油箱，所述第二管路通过溢流阀或节流阀连通 至油箱。 0014 优选地，所述控制阀为截止阀，其中，所述第一管路和第二管路与。
13、所述无杆腔连 通，所述截止阀串接在所述第二管路上；或者所述控制阀为二位二通换向阀，其中，该二位 二通换向阀的进油口和所述第一管路与所述无杆腔连通，所述二位二通换向阀的工作油口 说 明 书CN 102562934 A 2/5页 5 与所述第二管路连通。 0015 优选地，所述第一管路通过节流阀连通至油箱，所述第二管路直接连通至油箱。 0016 优选地，该缓冲装置还包括单向阀，该单向阀允许液压油从油箱流至所述液压缸 的无杆腔。 0017 优选地，该缓冲装置还包括设置在所述致动缸的无杆腔内的弹簧。 0018 优选地，所述控制装置包括输入模块、控制模块和输出模块；所述输入模块包括传 感器，该传感器检测。
14、所述缓冲装置的工作状态，并将代表该工作状态的信号发送给控制模 块；所述控制模块包括控制器，控制器接收代表工作状态的信号，并根据缓冲特性函数计算 与该工作状态相对应的控制阀的动作模式，并将代表该控制阀的动作模式的信号发送给所 述输出模块；所述输出模块接收代表控制阀的动作模式的信号，并将该代表控制阀的动作 模式的信号发送给所述控制阀。 0019 优选地，所述缓冲装置的工作状态包括所述液压缸的活塞杆的位移、速度和加速 度以及所述液压缸的无杆腔中的压力和流量中的一者或多者。 0020 优选地，所述控制器包括脉冲宽度调制控制器。 0021 优选地，所述控制装置还包括功率放大系统，所述脉冲宽度调制控制器发。
15、送的信 号经过所述功率放大系统放大后发送给所述控制阀。 0022 通过上述技术方案，由于控制装置可以根据缓冲装置的工作状态控制控制阀动 作，使得致动缸的无杆腔内具有不同的压力，从而能够实时地调整缓冲装置的缓冲特性 (包括刚度和阻尼等)，从而具有较好的缓冲效果。 0023 另一方面，本发明还提供了一种臂架的防后倾装置，该防后倾装置包括上述缓冲 装置。 0024 优选地，所述致动缸的缸体和活塞杆中的一者固定在安装所述臂架的支座上，另 一者与臂架接触或朝向所述臂架延伸。 0025 优选地，所述致动缸的缸体和活塞杆中的一者固定在所述臂架上，另一者与安装 所述臂架的支座接触或朝向所述支座延伸。 0026。
16、 优选地，所述缓冲装置的工作状态还包括以下七项中的一者或多者：所述臂架的 仰角、长度和吊载重量；所述臂架转动的角度、角速度和角加速度；以及所述臂架所处环境 的风速。 0027 通过上述技术方案，由于防后倾装置的缓冲装置的控制装置可以根据缓冲装置的 工作状态(例如臂架的状态，如臂架转动的角速度、角加速度等)控制控制阀动作，使得致 动缸的无杆腔内具有不同的压力，从而能够实时地调整缓冲装置的缓冲特性(包括刚度和 阻尼等)，即使在突然卸载等工况下，也能够对缓冲装置的动态特性实时进行调整，以优化 臂架动力学行为，在规定仰角范围内稳定臂架防止臂架后倾并使缓冲力峰值最优。 0028 本发明的其他特征和优点将。
17、在随后的具体实施方式部分予以详细说明。 附图说明 0029 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： 0030 图1是根据本发明的第一种实施方式的缓冲装置的示意图； 说 明 书CN 102562934 A 3/5页 6 0031 图2是根据本发明的第二种实施方式的缓冲装置的示意图； 0032 图3是根据本发明的第三种实施方式的缓冲装置的示意图； 0033 图4是根据本发明的第四种实施方式的缓冲装置的示意图； 0034 图5是根据本发明的缓冲装置的控制装置的示意性控制框图。 0035 附图标记说明 。
18、0036 1 致动缸 2 控制阀 0037 5 控制装置 4 油箱 0038 3 液阻元件 6 单向阀 0039 7 弹簧 11 活塞杆 0040 31 溢流阀 32 节流阀 0041 13 缸体 具体实施方式 0042 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。 0043 如图1至图4所示，本发明提供了一种缓冲装置，该缓冲装置包括致动缸1，其中， 该缓冲装置还包括控制阀2和控制装置5，所述致动缸1的无杆腔与所述控制阀2的工作 口)连通，所述控制装置5根据所述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀2动作，使所述。
19、无 杆腔内具有不同的压力。 0044 通过上述技术方案，由于控制装置5可以根据缓冲装置的工作状态控制控制阀2 动作，使得致动缸1的无杆腔内具有不同的压力，从而能够实时地调整缓冲装置的缓冲特 性(包括刚度和阻尼等)，从而具有较好的缓冲效果。 0045 可以采用各种适当的方式来改变致动缸1的无杆腔内的压力，例如可以通过调节 为无杆腔供应流体的变量泵的排量来实现，优选地，如图1至图4所示，缓冲装置还可以包 括第一管路和第二管路，该第一管路和第二管路具有不同的压力，所述控制装置5根据所 述缓冲装置的工作状态控制所述控制阀2动作，以控制所述无杆腔选择性地与第一管路和 第二管路连通的时间。控制阀2的动作使。
20、得无杆腔高频地切换与第一管路或第二管路连 通，宏观上表现为在单位周期内无杆腔与第一管路或第二管路连通的时间，从而使得无杆 腔内具有不同的压力。 0046 所述缓冲装置可以为气动型缓冲装置，也可以为液压型缓冲装置，对应地，上述致 动缸1可以为气缸，也可以为液压缸。由于液压油的压缩比较小，因此比较适用于缓冲装 置，因此致动缸1优选为液压缸。 0047 所述第一管路和第二管路具有不同的压力，该不同的压力可以通过各种适当的方 式来产生。例如，所述第一管路和/或所述第二管路通过液阻元件连通至油箱4，该液阻元 件可以阻尼孔、节流阀或溢流阀等，优选为溢流阀。或者，所述第一管路和所述第二管路中 的一者可以直接。
21、连通至油箱。或者，所述第一油路和所述第二油路中的一者可以封闭。 0048 所述控制阀2可以为各种适当的类型，例如换向阀或截止阀等。如图1至图3所 示，所述控制阀2可以为换向阀，该换向阀的工作油口与所述无杆腔连通，换向阀的进油口 和回油口分别与所述第一管路和第二管路连通。 说 明 书CN 102562934 A 4/5页 7 0049 在图1所示的第一种实施方式中，控制阀2为二位三通换向阀，所述第一管路直接 连通至油箱，所述第二管路通过液阻元件3连通至油箱。在图2和图3所示的第二、第三种 实施方式中，所述液阻元件3分别为溢流阀31和节流阀32。即，第一管路中的压力基本为 零，第二管路中的压力为液。
22、阻元件3(溢流阀31或节流阀32)的背压p，通过换向阀的高频 切换使得无杆腔中的压力在零至背压p之间的范围内变化，以与缓冲装置的工作状态相适 应。 0050 在如图4所示的第四种实施方式中，所述控制阀2可以为二位二通换向阀，其中， 该二位二通换向阀的进油口和所述第一管路与所述无杆腔连通，所述二位二通换向阀的工 作油口与所述第二管路连通；或者该控制阀2可以为截止阀，其中，所述第一管路和第二管 路与所述无杆腔连通，所述截止阀串接在所述第二管路上。在如图4所示的第四种实施方 式中，所述第一管路通过节流阀32连通至油箱，所述第二管路直接连通至油箱。从而，当所 述二位二通换向阀位于左位时，或者当所述截止。
23、阀导通时，所述无杆腔中的压力基本为零， 当所述二位二通换向阀位于右位时，或者当所述截止阀截止时，无杆腔中的压力位截止阀 和节流阀共同提供的背压p，通过二位二通换向阀或截止阀的高频切换使得无杆腔中的压 力在零至背压p之间的范围内变化，以与缓冲装置的工作状态相适应。 0051 优选地，如图1至图4所示，缓冲装置还可以包括单向阀6，该单向阀6允许液压油 从油箱4流至所述液压缸1的无杆腔。从而当活塞杆11向右移动时，能够进一步确保从油 箱4向无杆腔补油。 0052 优选地，如图2至图3所示，缓冲装置还可以包括设置在所述致动缸1的无杆腔内 的弹簧7。从而通过弹簧7进一步为缓冲装置提供缓冲力和回复力。 0。
24、053 所述控制装置5可以采用各种适当的形式来实现，例如，如图5所示，所述控制装 置5可以包括输入模块、控制模块和输出模块；所述输入模块包括传感器，该传感器检测所 述缓冲装置的工作状态，并将代表该工作状态的信号发送给控制模块；所述控制模块包括 控制器，控制器接收代表工作状态的信号，并根据缓冲特性函数计算(可以为在线计算或 离线计算)与该工作状态相对应的控制阀2的动作模式，并将代表该控制阀2的动作模式 的信号发送给所述输出模块；所述输出模块接收代表控制阀2的动作模式的信号，并将该 代表控制阀2的动作模式的信号发送给所述控制阀2。 0054 所述缓冲装置的工作状态可以根据缓冲装置的不同应用目的而具。
25、体设置。该缓冲 装置的工作状态例如可以包括液压缸1的活塞杆11的位移、速度、加速度以及所述液压缸 1的无杆腔中的压力和所述液压缸1的无杆腔中的流量中的一者或多者。 0055 所述控制器可以为各种适当的类型，优选地可以为脉冲宽度调制控制器，该脉冲 宽度调制控制器发送的代表控制阀2的动作模式的信号形式为频率和占空比，从而能够方 便地控制换向阀或截止阀动作。 0056 所述缓冲特性函数可以通过数值模拟或实验等方式获得。该缓冲特性函数的自 变量为缓冲装置的工作状态(该工作状态可以包括各种适当的参数，例如上文所述的活塞 杆11的位移和/或速度以及如下文所述的其他参数)，该函数的应变量为控制阀2的动作 模。
26、式，例如动作的频率、占空比等。更具体地，该缓冲特性函数可以理解为一个缓冲特性查 询表。从而，控制器可以在缓冲特性查询表中查询得到与特定的工作状态相对应的控制阀 2的动作模式，该动作模式能够使得无杆腔中具有与该特定的工作状态相适应的压力，即使 说 明 书CN 102562934 A 5/5页 8 得缓冲装置具有相应的缓冲特性。 0057 优选地，所述控制装置还包括功率放大系统，所述脉冲宽度调制控制器发送的信 号经过所述功率放大系统放大后发送给所述控制阀2。 0058 根据本发明的另一方面还提供了一种臂架的防后倾装置，该防后倾装置包括上述 缓冲装置。 0059 通过上述技术方案，由于防后倾装置的缓。
27、冲装置的控制装置可以根据缓冲装置的 工作状态(例如臂架的状态，如臂架转动的角速度、角加速度等)控制控制阀2动作，使得 致动缸1的无杆腔内具有不同的压力，从而能够实时地调整缓冲装置的缓冲特性(包括刚 度和阻尼等)，即使在突然卸载等工况下，也能够对缓冲装置的动态特性实时进行调整，以 优化臂架动力学行为，在规定仰角范围内稳定臂架防止臂架后倾并使缓冲力峰值最优。 0060 所述缓冲装置可以通过各种适当的方式安装到臂架上，例如，所述致动缸1的缸 体13和活塞杆11中的一者固定在安装所述臂架的支座上，缸体13和活塞杆11中的另一 者与臂架接触或朝向所述臂架延伸；或者，所述致动缸1的缸体13和活塞杆11中的。
28、一者固 定在所述臂架上，另一者与安装所述臂架的支座接触或朝向所述支座延伸。例如在一种具 体的实施方式中，所述致动缸1的缸体13固定在安装所述臂架的支座上，所述致动缸1的 活塞杆11与所述臂架接触，在这种安装方式中，臂架始终与活塞杆11的末端接触。在另一 种具体的实施方式中，所述致动缸1的缸体13固定在安装所述臂架的支座上，所述致动缸1 的活塞杆11朝向所述臂架延伸，在这种安装方式中，活塞杆11的末端通常不与臂架接触， 只有当臂架转动(后倾)到一定位置时才与活塞杆11的末端接触，防后倾装置才起作用。 0061 在上述臂架的防后倾装置中，所述缓冲装置的工作状态还可以包括以下七项中 的一者或多者：所。
29、述臂架的仰角、长度和吊载重量；所述臂架转动的角度、角速度和角加速 度；以及所述臂架所处环境的风速。活塞杆的运动状态(例如上文所述的位移和速度等参 数)不易测量，可以通过臂架转动的角度、角速度和角加速度等来体现活塞杆的运动状态。 0062 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。 0063 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。 0064 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。 说 明 书CN 102562934 A 1/4页 9 图1 说 明 书 附 图CN 102562934 A 2/4页 10 图2 说 明 书 附 图CN 102562934 A 10 3/4页 11 图3 说 明 书 附 图CN 102562934 A 11 4/4页 12 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102562934 A 12 。