CN100373014C - 液压控制装置和建筑机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的液压控制装置设有：(多个)控制阀，对液压泵输出的压油的方向和流量进行控制；(多个)液压促动器，被供给由控制阀控制后的压油，包括(多个)液压缸和液压马达；返回通路，将液压促动器排出的回油导引到油箱；第一返回通路，与油箱连通，用于使至少一个液压缸的盖侧的回油返回到油箱；第二返回通路，用于使由除液压缸以外的、并包括液压马达的其他液压促动器排出的回油返回到油箱，并设有背压检验阀和补给通路，其中，该补给通路是将背压检验阀产生的背压补给到其他液压促动器的低压侧以防止气蚀。

Description

液压控制装置和建筑机械
技术领域
本发明涉及一种对液压驱动式的促动器进行控制的液压控制回路和具有该液压控制回路的建筑机械。
背景技术
在液压挖掘机中，通过旋转停止操作使旋转马达用的控制阀返回到中立位置而将从液压泵向旋转马达供给的压油切断，但由于上部旋转体的惯性较大，因而会使液压马达继续转动一定时间而发生气蚀。
而且、在将发动机的转速设定成低速空转的状态下，在空中使斗杆液压缸伸长、进行斗杆拉伸操作时，因斗杆的自重起作用而使斗杆拉伸动作加速、从而使供给到斗缸液压缸盖侧的压油不足。这时也会发生气蚀。
因此，提出过许多如下所述的在防止气蚀的同时、能使能量损失减少的方案。
(a)方案是借助梭阀、对行进和旋转操作的先导阀的先导压力进行检测，将该压力导入背压保证阀，由此在行进和旋转操作时，使背压阀产生背压而防止气蚀，在除此以外的其他操作中、不产生背压，以减少能量损失(例如、参照特开平7-180190号公报)。
(b)方案是将液压马达的驱动侧的压力或液压泵压力作为先导压力而取出，在背压回路中设置可变节流阀，该可变节流阀根据上述控制压力将背压切换成低压或高压(例如、参照特开平9-317879号公报)。
(c)方案是在与背压检验阀并列地设置的旁路中设置旁通阀，只在液压促动器停止时将旁通阀关闭而使背压检验阀发生作用的方案(例如、参照特开2002-89505号公报)。
虽然在(a)方案和(b)方案的气蚀防止回路中，通过切换用于防止旋转马达或行进马达气蚀的背压的而使防止气蚀和减少能量损失这两个性能都成立，但没有考虑对正面附件进行操作的液压缸，不能减少整个液压控制回路的能量损失。
虽然在譬如液压马达那样的流入流量和流出流量相同的促动器中，流出流量不会超过来自液压泵的流入流量，但在液压缸中，在沿着液压缸伸长方向进行操作时，就容易因盖侧和损失侧的油室截面积之差而引起气蚀。可是，与此相反、在沿着收缩液压缸的方向进行操作时，由于流出侧流量较大、借助由此形成的促动器管路的压力损失而产生背压。因而不易发生气蚀。但在以前的气蚀防止回路中，即使在液压缸收缩方向上、回油也会流过背压回路而导致能量损失也较大。因此，必须减少这种液压缸中产生的能量损失。
在(c)方案的气蚀防止回路中，为将旁通阀关闭而利用负控制压力，只在所有的促动器(液压马达、液压缸)全部停止时、才由负控制压力将旁通阀关闭，由背压检验阀产生背压。另一方面、除了停止时以外，都将旁通阀打开，使背压检验阀分流，由此来防止能量损失。在这种结构中，个别地操作液压缸时，不能降低能量损失。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术存在的问题而作出的，其目的是提供一种液压控制装置和建筑机械，能防止保括液压马达和液压缸在内的液压控制装置(液压控制回路)发生气蚀、同时能有效地降低由液压缸产生的能量损失。
本发明的油压控制装置及建筑机械具有以下基本构成。即，具有：液压泵；(多个)控制阀，对上述液压泵输出的压油的方向和流量进行控制；(多个)液压促动器，被供给由控制阀控制后的压油，包括(多个)液压缸和液压马达。进而，在该装置中还具有：返回通路，将液压促动器排出的回油导引到油箱；第一返回通路，与油箱连通，用于使(多个)液压缸中的至少一个液压缸的盖侧的回油返回到油箱；第二返回通路，用于使由除液压缸以外的、并包括液压马达的其他液压促动器排出的回油返回到油箱，并设有背压检验阀和补给通路，其中，该补给通路将由背压检验阀产生的背压补给到其他液压促动器的低压侧以防止气蚀。
根据本发明，由于在进行液压泵的缩小动作时，从液压缸的盖侧排出的回油不流过设有背压检验阀的第二返回通路、而是通过与油箱相连通的第一返回通路返回到油箱，因而能降低能量损失的发生。
因此，就含有液压马达和液压缸的液压控制回路而言，在能防止气蚀的同时，能有效地降低由液压缸产生的能量损失。
另外，本发明是一种备有上述结构的液压控制装置的建筑机械，具有：作为液压促动器而设置在正面附件上的铲斗液压缸；斗杆液压缸；动臂液压缸和使上部旋转体旋转的旋转马达，其中，各个液压缸各连接到第一返回通路，在复合操作液压缸和旋转马达时，将从旋转马达输出的回油和液压缸的杆侧的回油通过第二返回通路而返回到上述油箱，由此产生背压，并且，将液压缸的盖侧的回油通过第一返回通路，在不产生背压的状态下返回到油箱。
根据本发明的建筑机械，即使对多个液压促动器机进行复合操作，也能在防止每个液压促动器中的气蚀的同时降低能量损失。
附图说明
图1是表示本发明第1实施方式的液压控制回路的示意图。
图2是说明图1所示的液压控制回路的动作的说明图。
图3是表示图1所示的背压回路的变形例的主要部分回路图。
图4是表示图1所示的背压回路的另一个变形例的主要部分回路图。
具体实施方式
本发明的液压控制回路的基本结构是在设有：控制阀，对液压泵输出的压油的方向和流量进行控制；液压促动器，被供给由该控制阀控制后的压油；返回通路，将液压促动器排出的回油导引到油箱的液压控制回路中，具有作为液压促动器的液压缸和液压马达，至少一个液压缸的盖侧的回油是通过与油箱连通的第一返回通路返回，除此之外的由包括液压马达在内的液压促动器输出的回油是通过第二返回通路而返回，该第二返回通路设有背压检验阀和补给通路，该补给通路将该背压检验阀产生的背压向液压促动器的低压侧补给而防止气蚀。
下面，参照着附图所示的实施方式、对本发明进行详细的说明。
图1表示将本发明的液压控制回路应用于建筑机械上时的一个实施方式。
作为建筑机械的液压式挖掘机上设有：用作液压促动器而使上部旋转体旋转的旋转马达；用于对装备在该上部旋转体上的正面附件进行操作的多个液压缸等。借助对这些液压促动器进行单独或复合的操作、就能进行土木作业。
图1中，1、2是可变容量型的第一液压泵和第二液压泵；3是发动机、作为驱动上述两个液压泵1、2的驱动源。
从第一液压泵1排出的压油分别供给配设在第一中心旁通管路4上的铲斗用控制阀6和动臂用控制阀8，铲斗用控制阀6用于驱动铲斗液压缸5；动臂用控制阀8用于驱动动臂液压缸7。
从第二液压泵2排出的压油分别供给配设在第二中心旁通管路9上的旋转用控制阀11和斗杆用控制阀13，旋转用控制阀11用于驱动旋转用液压马达10；斗杆用控制阀13用于驱动斗杆液压缸12。
铲斗液压缸5、动臂液压缸7和斗杆液压缸12分别驱动构成液压式挖掘机的正面附件的图中没有表示的铲斗、动臂和斗杆。旋转用液压马达10使图中没有图示的上部旋转体进行旋转。
第一中心旁通管路4上的动臂用控制阀8的下游侧和第二中心旁通管路9上的斗杆用控制阀13的下游侧在合流点P1处进行合流，并与第二返回油路(第二返回通路)15相连接，所述第二返回油路(第二返回通路)15和油箱14连通。关于第一返回油路的情况将在后面进行说明。
在该第二返回油路15上设置着背压回路16。在背压回路16上设有：背压检验阀16a、油冷却器16b和旁路检验阀16c，该背压检验阀16a用于使第二返回油路15中产生背压；该油冷却器16b用于冷却那些使促动器动作而温度上升了的返回液；该旁路检验阀16c用于保护上述的油冷却器16b。
背压检验阀16a是由止回阀构成，该止回阀由弹簧施以设定的力。该背压检验阀16a在其上游侧产生由上述弹簧设定的压力、即发生背压。
背压检验阀16a的上游侧的点P2经由补给通路17a而与马达驱动回路18的压油供给通路18a连接。由此、在旋转用液压马达10停止时，压油给排通路18b、18c中的任意一方处于低压(负压倾向)的情况下，从该压油供给通路18a、通过一对检验阀18d、18e中的任意一方将压油补给液压马达10。
铲斗用控制阀6具有：中立位置a、进行铲斗拉伸操作时转换到的伸长位置b、进行铲斗缩回操作时转换到的缩小位置c。在缩小位置c上新设置着一条转换通路6b，用于将盖侧油室5a排出的压油导引到与排出通路6a分开设置的专用返回油路19中。图中的6c是表示供给通路。
动臂用控制阀8具有：中立位置d、进行动斗杆提起操作时转换到的伸长位置e、进行动斗杆落下操作时转换到的缩小位置f。在缩小位置f上新设置着一条转换通路8b，用于将盖侧油室7a排出的压油导引到与排出通路8a分开设置的专用返回油路20中。图中的8c是表示供给通路。
斗杆用控制阀13具有：中立位置g、进行斗杆拉伸操作时转换到的伸长位置h、转换成进行斗杆缩回操作时的缩小位置i。在缩小位置i上新设置着一条转换通路13b，用于将盖侧油室12a排出的压油导引到与排出通路13a分开设置的专用返回油路21中。图中的13c是表示供给通路。
旋转用控制阀11与以前的结构相同，具有：作为转换位置的中立位置j、右回旋位置k和左回旋位置1。
上述各条专用返回油路19、20和21合流到第一返回油路(第一返回通路)22上。而且、该第一返回油路22连接在背压回路16上的背压检验阀16a的下游侧位置P3。
在控制阀内安装转换通路6b、8b、13b比较理想，该转换通路是如上所述、在各个控制阀6、8、13的转换位置处在使液压缸进行缩小动作的位置时、使液压缸的盖侧的回油与第一返回油路22相连接的通路。
下面，参照着图2来说明上述液压控制回路的动作。
图中、涂黑的箭头表示液压缸盖侧回油的方向，空白的箭头表示液压马达的回油+活塞杆侧回油的方向。而且在该图中示出了同时操作4个促动器时的压油的流动，是表示动臂液压缸7、斗杆液压缸12被操作成盖侧成为回油、铲斗液压缸5被操作成杆侧成为回油的情况。
当驱动液压马达10、进行液压缸拉伸操作时，从这些液压促动器排出的回油与以前同样地被导引到第二回油通路15。以铲斗液压缸5为例对液压缸拉伸操作进行说明。
譬如、在将旋转用控制阀11转换成左回旋位置1时，从第二液压泵2输出的压油通过给排通路18b而供给旋转用液压马达10，从给排通路18c排出的压油从油路15a流入第二返回油路15，被导入到背压回路16。
当由背压回路16的背压检验阀16a建立起背压时，第二返回油路15的压油通过补给通路17a而供给到将要产生气蚀的旋转用液压马达10。
当进行铲斗拉伸操作时，铲斗用控制阀6转换到伸长位置b上、第一液压泵1排出的压油向盖侧油室5a供给。这时，从杆侧油室5b排出的压油从油路15b流入第二返回油路15，被导入背压回路16。这时也在第二返回油路15上建立起背压、当盖侧油室5a有负压倾向时，将压油通过补给通路17b而供给到铲斗液压缸5，由此防止气蚀的发生。
当进行动斗杆放下操作时，第一液压泵1输出的压油通过缩小位置f而供给到动臂液压缸7的杆侧油室7b，从盖侧油室7a排出的压油从专用的返回油路20流入到第一返回油路22。由于这时的回油不经过背压检验阀16a地返回到油箱14，因而不会产生背压检验阀16a的那部分压力，能降低能量损失。
当进行斗杆缩回操作时，第一液压泵1输出的压油通过斗杆用控制阀13的缩小位置i而供给到斗杆液压缸12的杆侧油室12b，从盖侧油室12a排出的压油从专用的返回油路21流入到第一返回油路22。由于这时的情况和上述动臂液压缸7的动作同样，不经过背压检验阀16a地返回到油箱14，因而不会产生背压检验阀16a的那部分压力，能降低能量损失。
虽然有时不必在通过第二返回油路15的回油上产生背压，但通过该第二返回油路15的回油是与液压泵供给的压油的流量相同或比它还小。因此，该第二返回油路15上产生的由背压而引起的能量损失是较小的。
与此相对、流过第一返回油路22的压油的流量是从液压缸盖侧输出的回油，与泵的供给流量相比、回油的流量较大。因此、即使是在相同背压下、能量损失还是因其流量比和由背压检验阀16a的过调特性确定的背压增加部分而变大。由此可见，由不通过背压检验阀16a的这一点所引起的降低能量损失的效果是大的。
详细的说明是如下所述。对于液压马达10那样、相对于促动器的流入流量和流出流量相同的促动器，流出流量不会超过来自液压泵的流入流量。但是、就液压缸而言，由于相对于盖侧截面积而言、杆侧截面积较小，因而在进行使液压缸缩小的操作时，与从液压泵供给到杆侧的流入流量相比、从盖侧流出的流出流量较多。
本实施方式是相对于对该能量损失影响较大的液压缸盖侧排出的压油、抑制能量损失的构成。
而且，由于就液压缸缩小操作时而言，本来就不易引起气蚀，因而即使在第一返回油路22上不设置背压检验阀16a，也不会对操作带来障碍。
图3是表示背压回路16的变形例的图。
在该图中，在第二返回油路15上设置着为了检测该油路压力的压力传感器23。另一方面、在第一返回油路22上设置着具有连通位置(打开位置)m和切断位置(关闭位置)n的流量控制阀24(转换阀)。
由压力传感器23检测的压力被输出到作为转换阀控制机构的控制器25，控制器25根据上述检测的压力就能对流量控制阀24进行转换。而且，流量控制阀24的上游侧和第二返回油路15之间经由检验阀26以连通管路27而连接着。
根据这样的结构，对第二返回油路15的压力进行检测、当检测到的压力是规定值以下时，控制器25将流量控制阀24转换到切断位置n，能将流过第一返回油路22的压油补给到第二返回油路15侧。
由此，在进行复合操作，譬如通过补给通路17a、从第二返回油路15对即将产生气蚀的促动器供给的压油的必要流量增大时，能在第一返回油路22上产生背压。由此，将该第一返回油路22的压油转送第二返回油路15，能确保构成必要的流量。
如上所述，可以设置辅助补给机构，该辅助补给机构在第二返回油路15的压力降低时，将返回油路22上产生的背压补给到第二返回油路15。
作为该辅助补给机构，具有：设置在第一返回油路22上、在打开位置m和关闭位置n之间进行转换的作为转换阀的流量控制阀24；使该转换阀的上游侧和背压检验阀16a的上游侧连通的连通管路27；以及对流量控制阀24进行控制的作为转换阀控制机构的控制器25，而且、该控制器25比较理想的是构成为，在第二返回油路15的压力降低时，将流量控制阀24关闭、使第一返回油路22上产生背压，使该第一返回油路22上产生的背压通过连通管路27而补给第二返回油路15。这样，在对将要产生气蚀的促动器供给的压油的必要流量增大时，将第一返回油路22的背压转送到第二返回油路15，就能确保构成必要的流量。
图4是表示背压回路16的另一个变形例的示意图。
与图3相同的构成元素都标上相同的附图标记、并省略对它们的说明。
在图4所示的背压回路16中，在第一返回油路22上设置可变压力检验阀28，以取代上述的流量控制阀24，该可变压力检验阀28的构成为可以通过第二返回油路15的压力进行开关动作。
根据该结构，在第二返回油路15的压力降低时，关闭可变压力检验阀28、在第一返回油路22上产生背压，能使第一返回油路22的压油与第二返回油路15合流。因此、不必用传感器、控制器就能在必要时使第一返回油路22和第二返回油路15合流。
在该结构中，具有作为辅助补给机构的检验阀28和连通管路27，前者设置在第一返回油路22上、将第二返回油路15的压力作为先导压力而进行开关动作；后者将该检验阀28的上游侧和背压检验阀16a的上游侧连通，检验阀28的结构比较理想的是如下所述，即、在第二返回油路15的压力降低时，检验阀28关闭、使第一返回油路22上产生背压，通过连通管路27而将该第一返回管路22上产生的背压补给到第二返回油路15。由此，在对将要产生气蚀的促动器供给的压油的必要流量增大时，用简单的回路就能确保这必要的流量。
在将上述的液压控制回路用于建筑机械的情况下，为如下所述的结构，即、具有作为液压促动器的设置在正面附件上的铲斗液压缸5、斗杆液压缸12、动臂液压缸7和使上部旋转体进行旋转的旋转用液压马达10；在各个液压缸5、7、12上设有第一返回通路22，在复合操作液压缸和旋转用液压马达10时、从旋转用液压马达10输出的回油和液压缸杆侧的回油是通过第二返回通路15而返回到油箱14、由此产生背压；液压缸的盖侧的回油是通过第一返回通路22、在不产生背压的状态下返回到油箱14。
根据该建筑机械，即使对前部附件的各液压油缸进行复合操作，也可以通过产生背压而防止操作到拉伸侧的液压缸产生气蚀，而对于操作到缩小侧的液压缸则不产生背压从而可以降低能量损失。
虽然已参照着附图所示的优选实施方式对本发明进行了说明，但是应该指出的，可以在不超出本发明的权利要求的范围内作出一些等同物的利用和替换。

Claims (6)

1.一种液压控制装置，具有：液压泵；多个控制阀，对上述液压泵输出的压油的方向和流量进行控制；多个液压促动器，被供给由上述控制阀控制后的压油，包括液压马达和多个液压缸；返回通路，将上述液压促动器排出的回油导引到油箱；第一返回通路，与上述油箱连通，用于使从上述多个液压缸中的至少一个液压缸的盖侧的回油返回到上述油箱；第二返回通路，用于使由除上述液压缸以外的、并包括上述液压马达的其他液压促动器排出的回油返回到上述油箱，并设有背压检验阀和补给通路，其中，该补给通路将由上述背压检验阀产生的背压补给到上述其他液压促动器的低压侧以防止气蚀。
2.如权利要求1所述的液压控制装置，其特征在于，上述控制阀内部设有转换通路，在上述控制阀的转换位置处于使上述液压缸进行缩小动作的位置时，使上述液压缸的盖侧的回油连接到上述第一返回通路。
3.如权利要求1所述的液压控制装置，其特征在于，还具有辅助补给机构，在上述第二返回通路的压力降低时，将在上述第一返回通路上产生的背压补给到上述第二返回通路。
4.如权利要求3所述的液压控制装置，其特征在于，上述辅助补给机构具备转换阀、连通油路和转换阀控制机构，其中，上述转换阀设置在上述第一返回通路上、在打开位置和关闭位置之间进行转换；上述连通油路将该转换阀的上游一侧和上述背压检验阀的上游一侧连通；上述转换阀控制机构控制上述转换阀，而且，上述转换阀控制机构在上述第二返回通路的压力降低时关闭上述转换阀，使在上述第一返回通路上产生背压，将在该第一返回通路上产生的背压通过上述连通油路补给到上述第二返回通路。
5.如权利要求3所述的液压控制装置，其特征在于，上述辅助补给机构具备检验阀和连通油路，其中，上述检验阀设置在上述第一返回通路上、将上述第二返回通路的压力作为先导压力而进行开闭动作；上述连通油路将该检验阀的上游一侧和上述背压检验阀的上游一侧连通，而且，上述检验阀在上述第二返回通路的压力降低时关闭，使在上述第一返回通路上产生背压，将在该第一返回通路上产生的背压通过上述连通油路补给到上述第二返回通路。
6.一种备有权利要求1所述的液压控制装置的建筑机械，其特征在于，具有：作为上述液压促动器而设置在正面附件上的铲斗液压缸；斗杆液压缸；动臂液压缸和使上部旋转体旋转的旋转马达，其中，上述各个液压缸各连接到上述第一返回通路，在复合操作上述液压缸和上述旋转马达时，将从上述旋转马达输出的回油和上述液压缸的杆侧的回油通过上述第二返回通路而返回到上述油箱，由此产生背压，并且，将上述液压缸的盖侧的回油通过上述第一返回通路，在不产生背压的状态下返回到上述油箱。
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