CN101356322A - 工程机械,尤其是小型挖掘机 - Google Patents

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CN101356322A CNA2006800448878A CN200680044887A CN101356322A CN 101356322 A CN101356322 A CN 101356322A CN A2006800448878 A CNA2006800448878 A CN A2006800448878A CN 200680044887 A CN200680044887 A CN 200680044887A CN 101356322 A CN101356322 A CN 101356322A
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Abstract

本发明公开了一种工程机械，尤其是一种小型挖掘机，其包括一个可以由液压马达(2)操动的第一功能元件(F1)以及一个第二功能元件(F2)；所述的液压马达(2)具有一个制动器(4)，该制动器在制动方向上受到制动力(5)的作用，在松开方向上则受到液压压力的作用；可将液压压力调节到能够使制动器(4)发挥最大制动力矩的第一值，并且也可将液压压力调节到能够克服制动力的第二值。本发明的目的在于以简单的方式向操作人员发出工程机械的工况信号。为了实现这一目的，可以另外通过一个调节装置(27)将压力调节到介于第一值和第二值之间的至少一个第三值，使得制动器(4)能够以比最大制动力矩小一些的制动力矩作用于马达(2)上。

Description

工程机械，尤其是小型挖掘机
本发明涉及一种工程机械，尤其是一种小型挖掘机，其包括一个可以由液压马达操动的第一功能元件，以及一个第二功能元件；所述液压马达具有一个制动器，该制动器在制动方向上受到制动力的作用，在松开方向上则受到液压压力的作用；可将液压压力调节到能够使制动器发挥最大制动力矩的第一值，并且也可将液压压力调节到能够克服制动力的第二值。
例如，一种具有多个功能元件的工程机械可以设计成小型挖掘机的型式。以下将以一种此类小型挖掘机为例，对本发明进行描述，但本发明并不囿于该示例。本发明也可应用于操作人员能够控制各种功能的其它工程机械，例如一种普通的挖掘机、一种农用工程机械、一种带有前端装载装置的拖拉机、一种铲斗式装载机等等。其它应用例如有收割机、吊车或者升降台。
也有仅仅接受过短暂操作指导的人使用小型挖掘机，这种情况并不鲜见，这些人员自然会有操作错误的风险，尤其是使得小型挖掘机过载。
以下将根据示例对此进行解释：第一功能元件就是小型挖掘机的上部结构，可以通过液压马达使其相对于下部行走体转动。当操作者将上部结构调整到正确的回转位置时，就可以松开操纵杆，然后集中注意力使用小型挖掘机的第二功能元件进行挖掘，例如操作铲斗或者悬臂。如果挖掘时的阻力过大，或者挖出来的土壤或石块太重，将会有损坏小型挖掘机，甚至使其倾翻的风险。操作者通常并不会意识到这一风险。
本发明的任务在于，以一种简单的方式向操作者发出工况信号。
这一针对开头所述类型工程机械的任务可通过下述方式加以解决：即另外通过一个调节装置将压力调节到介于第一值和第二值之间的至少一个第三值，使得制动器能够以比最大制动力矩小一些的制动力矩作用于马达上。
以上述情况为参照，也就是当使用挖掘机铲斗以及悬臂开始挖掘时，将制动器略微松开一些。制动器将以减小后的制动力矩作用于马达上。当作用于挖掘机铲斗以及悬臂上的作用力过大时，上部结构将会相对于下部行走体略微转动，因为作用于马达上的制动力矩不再能够使上部结构相对于下部行走体锁定。操作者不仅能够看出上部结构的这种运动，而且身体也能感觉出来，立刻就知道出现了危险的工况。在这种情况下，操作者可以采取适当的补救措施，例如让铲斗铲入土壤的深度稍浅一些，或者将铲斗倒空一部分。制动器除了具有迄今为止已知的两种功能之外，还具有另一种辅助功能。当不操动马达或者当供油压力下降时，例如当关闭小型挖掘机的柴油发动机时，可闭锁马达；而当需要马达操动第一功能元件时，则松开马达；除此之外，制动器还具有第三种功能，即允许第一功能元件在外部控制下克服一定的制动力矩作运动，使得可以借助松开的制动器向外发出工况信号。以这种方式可以利用简单的手段防止小型挖掘机因为操作不熟练而受损。
最好能够利用操动第二功能元件时所产生的信号来控制调节装置。制动器可以依旧执行其“典型的”两种功能，即当不操动第一功能元件或者当供油压力下降时将马达刹住，并且当需要操动第一功能元件时松开马达。只有当确实应当发出工况信号时，才会减小制动力矩。只有在操动第二功能元件时才会出现这种情况。仅在这种情况下才会使得调节装置能够降低制动力矩。
最好将供油压力施加给调节装置，且调节装置具有一个减压装置。在工程机械内反正有供油压力可供使用，例如提供给液压马达用来操动功能元件的供油压力。现在可以使用这个供油压力来降低制动力矩。为此可用简单方式适当减小供油压力，使得并不完全松开制动器，而是能够以预先设定的制动力矩作用于马达。
所述的减压装置最好具有至少一个调压阀。调压阀使用供油压力作为输入压力，并且在输出端上输出恒定的，但已经减小的压力。可通过调压阀来调节输出压力的大小，经过调节后的压力将决定制动器所产生的制动力矩的大小。
所述调压阀最好串联一个控制阀，控制阀用来决定是否产生减小后的制动力矩，或者制动器是否应以最大制动力矩作用于马达。当控制阀转换到导通位置时，经过调节阀调节后的压力就会在松开方向中作用于制动器。当控制阀转换到闭锁位置后，则压力就不会在松开方向中起作用，从而使得制动器以典型的方式工作。
最好在一个压力口和一个选择阀之间并联多个调压阀。在这种情况下，可通过选择调压阀的方式来确定应在松开方向中作用于制动器上的压力大小。即可以调节出不同的制动力矩，从而进一步扩大发出工况信号的方法。
优选方案是让减压装置具有至少一个调压阀，该调压阀从通向制动器的管路连接到分出一个低压口的旁通管，同时给调压阀并联一个旁通阀。这是另一种调节压力的方法。一旦将旁通阀转换到导通位置，就会绕过调压阀，使得调压阀不再将压力作用于处在松开方向中的制动器。当旁通阀转换到闭合位置时，经过调压阀调节后的压力就会在松开方向中起作用。
最好在旁通管路中串联多个调压阀。每个调压阀均并联一个旁通阀。操动一个或者多个旁通阀，就可以调节出不同大小的压力，且经过调节后的压力将在松开方向中作用于制动器。也可调节出不同的制动力矩。
最好使得n个调节阀中的第一个调压阀具有第一调节压力，第i个调压阀具有等于第一调节压力与2(i-1)的乘积的第i个调节压力。这些压力相互间应具有二进位比例，例如三个调压阀的压力比例为1∶2∶4。这样就能很方便地调节出不同的制动力矩。使用相对较少的调压阀就可得到较高的分辨率。例如，使用三个调压阀可产生七个不同的制动力矩和一个松开力矩。
最好在旁通管路前端安装一个节流阀。当所有旁通阀均处在开启位置时，这样就能将液压油损失保持在最小程度。
优选方案是以液压方式来控制调节装置。例如可通过下述方法实现这一目的：将用于操动第二功能元件的操动压力直接传递给调节装置。不过也可以使用先导压力。也可以在操动某一个阀来控制第二功能元件时，同时操动一个控制阀来控制调节装置。液压调节方式较为简单，因为不需要添加信号电路。
此外，也可选用电气方式来操动调节装置。如果调节装置的控制装置距离调节装置比较远，则电气方式特别有益。在这种情况下以电气方式传输信号更为容易。例如，电信号可以操动一个电磁铁、控制一个电机，或者以其它方式将电能转换成控制能量。既可以用自动方式，也可以用手动方式对调节装置进行匹配，使之适合于规定的作业工具，例如“大铲斗”、“小铲斗”、“液压锤”、“原木装载机”等等。
以下将依据附图和优选实施例对本发明进行说明。相关附图如下：
图1工程机械的液压回路示意图，
图2调节装置以及
图3改变后的调节装置实施型式。
图1所示为一种液压工程机械(例如小型挖掘机)的液压回路配置示意图。图中所示的液压马达2用来使小型挖掘机的上部结构相对于下部行走体转动。液压马达2的结构型式为旋转式马达。
图中所示的液压缸作为第二马达3，例如可将其用来操动小型挖掘机的悬臂。当然可能还有图中并未绘出的其它马达，例如牵引马达、用于操动铲斗的马达、用于操动悬臂上某一机械臂的马达、用于使支撑铲斗下降的马达等等。
回路配置1的供油压力P来源是一个图中并未绘出的油泵，例如可通过安装于小型挖掘机内的内燃发动机来驱动该油泵。使用后的液压油被送回到油箱T之中。
马达2上配有一个制动器4，通过弹簧5在制动方向上对该制动器施加作用力。制动器4是作用于马达2的摩擦制动器，可理解为制动器4作用于一个连接马达的轴上。
已知这种制动器具有两种作用，可在两种情况下将马达刹住。当油泵压力P下降时就应刹住，例如当关闭上述柴油发动机时。当马达2没有受到控制时，也应当刹住马达2.
弹簧5可在制动方向上作用于制动器4，也就是在马达2上产生大小适当的制动力矩，使得马达2在负荷小于预期值的情况下能够转动。
压力室6中的压力在松开方向上作用于制动器4，该压力作用于活塞7，通过弹簧5在制动方向上对活塞施加作用力。
当阀8的节流板9被移动到图中并未绘出的位置之中时，压力室6既可以通过阀8连通油箱T(如图所示)，也可以连通供油压力P。在如图所示的位置中，弹簧5的作用力明显大于压力室6中的压力，使得制动器5将马达2刹住。反之，当节流板9移动到另一个位置之中时，作用在压力室6内的供油压力P就会克服弹簧5的作用力，使得不再可以通过制动器4将马达2制动。
用于控制马达2的是一个控制阀10，当该控制阀处在如图所示的中间位置n时，就会将马达2与供油压力P以及油箱T断开。可以将控制阀10移动到位置I之中，使得马达2向左转动，因为其工作接口A与供油压力P相连。也可以将控制阀10移动到位置r之中，使得马达2向右转动，因为其工作接口B与供油压力P相连。
控制阀10通过两个工作管路11、12与马达2连接。这两个工作管路11、12均与一个换向阀13相连，该换向阀可将这两个工作管路11、12中较高的压力传递到阀8的控制输入口14。一旦操动控制阀10使得马达2进入工作状态，就会致使阀门8动作，使得压力室6中的压力升高，以便克服弹簧5的作用力。而当控制阀10进入其中间位置时，工作管路11、12中的压力就会下降，使得阀门8进入图中所示的位置，并且将压力室6与油箱T连通。通过将马达2与油箱连接在一起的溢油管15使压力降低。在该溢油管中也汇集了一个其中安装有弹簧5的弹簧室16、阀门8通过节流阀17连接的控制输入口14、以及一个其中安装有阀门8的回位弹簧18的弹簧室。
可以通过第二控制阀19来控制马达3，所述第二控制阀可将两个工作接口A′、B′中的其中一个接口与供油压力P相连，并且将两个工作接口B′、A′中的其它接口与油箱T相连，或者将两个工作接口A′、B′与供油压力断开。两个工作接口A′、B′均与一个换向阀20相连，该换向阀将工作接口A′、B′上较高的压力传递到控制阀22的控制输入口21。控制输入口21上的压力使得控制阀22进入开启位置之中。当控制输入口21上的压力消失时，弹簧23使得控制阀22进入闭合位置之中。
控制阀22安装于供油压力P和压力室6之间的管路之中，且该管路24与阀门8并联。调压阀25与控制阀22串联，可以通过一个可调弹簧26对调压阀的输出压力进行调节。控制阀22和调压阀25共同构成一个调节装置27，即使当阀门8处在如图所示的位置，也就是压力室6与油箱相连，也可以利用调节装置在压力室6中产生压力。在压力室6中可保持该压力，因为在阀门8和油箱T之间安装有一个节流阀28。
通过调节装置27在压力室6中产生的压力足以将制动器略微松开一些。换句话说，可以用可调节的方式减小制动器4所施加的制动力矩，但不会消除制动力矩。
当马达2不再被完全刹住时，就可以使得小型挖掘机的上部结构相对于下部行走体略微转动，例如当悬臂与铲斗所施加的作用力过大时。上部结构相对于下部行走体的这种转动可以被操作者迅速发觉。操作者马上就能知道出现了危险的工况，必须立即消除。
控制阀22通过其控制输入口21与换向阀20相连，并且与马达3的工作接口A′、B′上较高的压力相连，使得只有当确实有此需要时，才会减小制动器4所产生的制动力矩。也就是仅当马达3正处在使用状态时，才会减小制动器4的制动力矩。
制动器4因此有三种状态。当需要马达2转动时，就利用阀门8将制动器4松开。当马达2无法进入工作状态或者当回路1中的压力下降时，就通过制动器将马达2刹住。
制动器4的第三种功能则用来发出工况信号，例如当操作者启动另一个马达3并且因为操动该马达3而引起小型挖掘机过载时，就发出过载信号。过载现象就是马达2被转动，主要是小型挖掘机的上部结构相对于下部行走体转动。
视具体应用情况而定，借助可调弹簧26可以对所需的压力进行适当调节，使得制动力矩下降到所需的值。
图2所示为调节装置27的一种改进实施型式，其中相同的元件均具有与图1中相同的附图标记。
例如使用了三个调压阀25a、25b、25c，其中的每一个调压阀均产生另一种输出压力T1、T2、T3。可利用一个选择阀29进行调整，使得调压阀25a、25b、25c中的其中一个调压阀与压力室6相连，从而调节出特定应用情况下所需的输出压力T1、T2、T3。
在如图所示的实施型式中，在供油压力P和调压阀25a、25b、25c之间还安装有控制阀22。但选择阀29也可以承担控制阀22的作用。
每一个调压阀25a、25b、25c均具有一个可调的输出压力T1、T2、T3。通过使用多个调压阀25a、25b、25c的方式，可以在马达2上调节出不同的制动力矩，不必对调压阀25a、25b、25c进行干预。
例如当小型挖掘机上并非仅有一个功能元件，而是具有多个功能元件时，就可以使用不同的制动力矩。可根据附加功能元件的数量，例如同时工作的附加马达3的数量，确定与制动力矩的关系。
图3所示为调节装置27的另一种实施型式，其中相同的元件均具有与图1和2中相同的附图标记。
从通向压力室6的管路24分支出一个旁通管路30将管路24与油箱T相连。在旁通管路30中安装有串联的多个调压阀25a、25b、25c，其中的每一个调压阀25a、25b、25c均可产生一个输出压力T1、T2、T3。
旁通阀32a、32b、32c与调压阀25a-25c并联。
当旁通阀32a-32c处在图3所示的位置中时，也就是当其闭合时，就通过调压阀25a、25b、25c的输出压力T1-T3的总和在制动室6中调节出压力Tb。当然压力T1-T3的总和最大值必须与供油压力P一样。
当其中某一个控制阀32a-32c开启时，例如因为信号C1、C2、C3而开启时，就将相应的调压阀25a-25c短路，并且使压力室6中的压力Tb下降，下降幅度就是短路后的调压阀25a-25c所调节的压力T1、T2、T3。
下表所示为压力与控制信号C1-C3的关系，可根据此表得出可调节的压力Tb。
  C1   C2   C3   Tb
  0   0   0   T1+T2+T3
  0   0   1   T1+T2
  0   1   0   T1+T3
  0   1   1   T1
  1   0   0   T2+T3
  1   0   1   T2
  1   1   0   T3
  1   1   1   0
原则上只要满足下列条件即可：
T1＞T2＞T3
在本发明的一种优选实施例中，调压阀25a-25c调节出来的各个压力T1-T3以二进位方式排列，也就是压力T1等于压力T2的两倍，压力T2等于压力T3的两倍。换句话说，就是
T1＝2xT2＝4xT3
通过这种二进位排列方式，只要使用三个阀就可以调节出七个不同的压力Tb。当所有旁通阀32a、32b、32c均切换到导通位置时，则压力Tb＝0。在这种情况下，制动器4将以全部制动力矩作用于马达2。
为了防止液压油通过旁通管路30流失，可以在旁通管路30从管路24分支出来的分支部位前端安装一个节流阀31。

Claims (12)

1.一种工程机械，尤其是一种小型挖掘机，其包括一个可以由液压马达操动的第一功能元件，以及一个第二功能元件；所述液压马达具有一个制动器，该制动器在制动方向上受到制动力的作用，在松开方向上则受到液压压力的作用；可将液压压力调节到能够使制动器发挥最大制动力矩的第一值，并且也可将液压压力调节到能够克服制动力的第二值，其特征在于，可以通过一个调节装置(27)将压力调节到介于第一值和第二值之间的至少一个第三值，使得制动器(4)能够以比最大制动力矩小一些的制动力矩作用于马达(2)。
2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，可以通过操动第二功能元件(F2)时所产生的信号来控制调节装置(27)。
3.根据权利要求1或2所述的工程机械，其特征在于，调节装置(27)受到供油压力(P)作用，并且具有一个减压装置。
4.根据权利要求3所述的工程机械，其特征在于，减压装置具有至少一个调压阀(25；25a，25b，25c)。
5.根据权利要求4所述的工程机械，其特征在于，调压阀(25；25a，25b，25c)与一个控制阀(22)并联安装。
6.根据权利要求4或5所述的工程机械，其特征在于，在一个压力接头(P)和一个选择阀(29)之间并联安装有多个调压阀(25a-25c)
7.根据权利要求3或4所述的工程机械，其特征在于，减压装置具有至少一个调压阀(25a-25c)，该调压阀安装于一个从通向制动器(4)的管路(24)分支出来连接到低压接口(T)的旁通管路(30)之中，且有一个旁通阀(32a，32b，32c)与调压阀(25a-25c)并联安装。
8.根据权利要求7所述的工程机械，其特征在于，在旁通管路(30)中串联安装有多个调压阀(25a-25c)。
9.根据权利要求8所述的工程机械，其特征在于，n个调压阀(25a-25c)中的第一个调压阀(25a)具有第一调节压力(T1)，第i个调压阀(25b，25c)具有等于第一调节压力(T1)与2(i-1)的乘积的第i个调节压力(T2，T3)。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的工程机械，其特征在于，在旁通管路(30)前端安装有一个节流阀(31)。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的工程机械，其特征在于，可以用液压方式控制调节装置(27)。
12.根据权利要求1～10中任一项所述的工程机械，其特征在于，可以用电气方式控制调节装置(27)。
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