CN102312451B - 挖掘机合流控制系统及其挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种挖掘机合流控制系统及其挖掘机。系统包括先导阀、主阀和合流阀，主阀控制端与合流阀控制端连接，先导阀输出端分别与主阀控制端和合流阀控制端连接；压力传感器与主阀控制端连接，检测主阀输入端的压力值，并将压力值发送至主控制器；主控制器与压力传感器和比例减压阀的控制端连接，根据压力值获取挖掘机的运行工况，根据预设的运行工况对应的动臂或斗杆速度调节比例减压阀的开度；比例减压阀的输入端分别连接至先导阀输出端到主阀控制端以及合流阀控制端的油路上，用于在主控制器的控制下分流先导阀输出给主阀和合流阀的液压油。本发明使挖掘机的动臂或斗杆动作速度同其他部件动作速度协调，提高挖掘机的作业效率和操作的舒适性。

Description

挖掘机合流控制系统及其挖掘机

技术领域

本发明涉及一种挖掘机合流控制技术，尤其涉及一种挖掘机合流控制系统及其挖掘机。

背景技术

目前，挖掘机的动臂上升由液压系统和传动系统来驱动和控制，为了满足加快提升动臂速度的需求，挖掘机以双泵合流的方式同时为动臂供油。同样的，挖掘机斗杆的挖掘和卸料动作，也以双泵合流的方式同时为斗杆供油。

现有的挖掘机液压系统和传动系统，对于动臂运动部分，包括：控制动臂处于上升动作或下降动作的先导阀，控制动臂上升或下降速度的主阀，和主阀共同控制动臂上升速度的合流阀。对于斗杆运动部分，可以类似地包括先导阀、主阀和控制阀。其中，对于动臂运动部分或斗杆运动部分，先导阀的输出端分别与主阀控制端和合流阀控制端连接，用于向主阀控制端和合流阀控制端输出液压油以控制主阀和合流阀的开度，主阀输入端和合流阀输入端分别连接至主油路的压力源，主阀输出端和合流阀输出端均连接至动臂或斗杆的油缸，主阀输出端和合流阀输出端将主油路提供的液压油输出到动臂或斗杆的油缸，以推动动臂或斗杆运动。但由于挖掘机液压系统和传动系统的参数均为预先设定，以及系统中各种阀输出的液压油在不同的压力下的流量可变性，导致动臂合流和或斗杆合流情况下，动臂上升速度或斗杆动作速度过快，同其他部件动作的速度不协调。在动臂或斗杆同其他部件复合动作时，操作不顺畅，导致作业效率低和操作舒适性差。

因此，现有技术中动臂合流或斗杆合流情况下，动臂上升速度或斗杆动作速度过快，与其他部件动作速度不协调，造成操作不顺畅、挖掘机作业效率低、操作舒适性差。

发明内容

本发明提供一种挖掘机合流控制系统及其挖掘机，以改善合流动力驱动的协调一致性，进而通过调整动臂上升速度或斗杆运动速度使挖掘机的动臂或斗杆动作速度同其他部件动作速度协调，提高挖掘机的作业效率和操作的舒适性。

本发明提供了一种挖掘机合流控制系统，包括：先导阀、主阀和合流阀，所述主阀控制端与所述合流阀控制端连接，所述先导阀输出端分别与所述主阀控制端和所述合流阀控制端连接；还包括：压力传感器、主控制器和比例减压阀；

所述压力传感器与所述主阀控制端连接，用于检测所述主阀输入端的压力值，并将所述压力值发送至所述主控制器；

所述主控制器分别与所述压力传感器和所述比例减压阀的控制端连接，用于根据所述压力值获取挖掘机的运行工况，根据预设的所述运行工况对应的动臂或斗杆速度调节所述比例减压阀的开度；

所述比例减压阀的输入端分别连接至所述先导阀输出端到所述主阀控制端的油路上以及所述先导阀输出端到所述合流阀控制端的油路上，用于在所述主控制器的控制下分流所述所述先导阀输出给所述主阀控制端和所述合流阀控制端的液压油，以改变所述主阀控制端和所述合流阀控制端输入的液压油的压力，调节所述主阀和所述合流阀的开度。

如上所述的挖掘机合流控制系统，所述比例减压阀为比例电磁阀。

如上所述的挖掘机合流控制系统，所述主控制器包括：

接收单元，与所述压力传感器连接，用于接收所述压力传感器检测的所述主阀输入端的压力值；

运算单元，与所述接收单元和所述比例减压阀连接，用于根据所述压力值获取挖掘机运行工况，以及预设的所述运行工况对应的控制电流；

控制单元，与所述运算单元和所述比例减压阀的控制端连接，用于向所述比例减压阀的控制端输出控制电流，以调节所述比例减压阀的开度。

如上所述的挖掘机合流控制系统，所述主控制器还包括：

设置单元，与所述运算单元连接，用于根据挖掘机发动机档位及负载情况设置多种运行工况，并设置每种运行工况对应的所述主阀输入端压力值及对应的控制电流。

如上所述的挖掘机合流控制系统，所述先导阀包括并联的卸料先导阀和挖掘先导阀，所述卸料先导阀和所述挖掘先导阀之间设置有梭阀，所述梭阀的两个输入端口分别与所述卸料先导阀的输出端口和所述挖掘先导阀的输出端口连接，所述梭阀的输出端口与所述比例减压阀的输入端口连接，用于使所述比例减压阀分流所述挖掘先导阀输出的液压油或分流所述卸料先导阀输出的液压油。

如上所述的挖掘机合流控制系统，所述先导阀包括并联的上升先导阀和下降先导阀，所述先导阀输出的液压油为所述上升先导阀输出的液压油。

本发明还提供一种挖掘机，包括动臂和斗杆，还包括本发明提供的挖掘机合流控制系统。

本发明提供的挖掘机合流控制系统及其挖掘机，在动臂合流和/或斗杆合流回路系统的先导控制油路上设置比例减压阀，通过比例减压阀分流先导阀输出给主阀和合流阀的液压油，以调节主阀和合流阀的开度，进而调节动臂上升、斗杆挖掘或斗杆卸料的速度，使挖掘机的动臂或斗杆动作速度同其他部件动作速度协调，提高挖掘机的作业效率和操作的舒适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1为本发明一个实施例提供的挖掘机合流控制系统结构图；

图2为本发明又一个实施例提供的动臂合流控制系统结构图；

图3为本发明另一个实施例提供的斗杆合流控制系统结构图；

图4为本发明再一个实施例提供的动臂合流及斗杆合流控制系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明一个实施例提供的挖掘机合流控制系统，包括：先导阀1、主阀2、合流阀3、压力传感器4、主控制器5和比例减压阀6。

其中，先导阀1为手动式的机械阀，先导阀1连接至先导油路的压力源P和油箱T处，由于油箱T处的压力为0，因此，P与T之间具有压差，该压差启动先导阀1工作。先导阀1包括两个输出端B以及手柄，当本实施例的挖掘机合流控制系统用于驱动动臂运动时，对于动臂运动部分，先导阀1中包括并联的上升先导阀和下降先导阀，通过人工操作手柄将先导阀1设置到上升阀或下降阀，从而使动臂处于上升运动或下降运动；类似的当本实施例的挖掘机合流控制系统用于驱动斗杆运动时，对于斗杆运动部分，先导阀1中包括并联的挖掘先导阀和卸料先导阀，通过人工操作手柄将先导阀1设置到挖掘阀或卸料阀，从而使斗杆处于挖掘运动或卸料运动。主阀2为液控式的换向阀，包括一输入端A、一输出端B和两个控制端C，输入端A连接至主油路的P2压力源，输出端B与动臂或斗杆的油缸连接。合流阀3也为液控式的换向阀，其具有一输入端A、一输出端B和一控制端C，合流阀3的输入端A与主油路的P1压力源连接，输出端B与动臂或斗杆的油缸连接。主阀2的两个控制端C分别与先导阀1的两个输出端B连接，合流阀3的控制端C与先导阀1的一个输出端B连接。先导阀1输出端B分别向主阀2的控制端C和合流阀3的控制端C输出液压油，来控制主阀2和合流阀3的开度。主阀2的输出端B和合流阀3的输出端B共同向油缸推送来自主油路压力源的液压油，来推动动臂或斗杆运动。而动臂合流速度和斗杆合流速度取决于推送的液压油的流量，而推送的液压油的流量取决于主阀2和合流阀3的开度。

压力传感器4与主阀2的输入端A连接，用于检测主阀2输入端A的压力值，并将压力值发送至主控制器5；主控制器5分别与压力传感器4和比例减压阀6的控制端C连接，用于根据该压力值获取挖掘机的运行工况，根据预设的该运行工况对应的动臂或斗杆速度调节比例减压阀6的开度；比例减压阀6的输入端A连接至先导阀1的一个输出端B与主阀2控制端C和合流阀3控制端C的油路之中，用于分流先导阀1输出给主阀2的液压油以及先导阀1输出给合流阀3的液压油，从而减小先导阀1输出至主阀2控制端C及合流阀3控制端C的液压油的压力，以减小主阀2和合流阀3的开度。

本发明实施例提供的挖掘机合流控制系统可应用驱动动臂、或驱动斗杆，也可以是共同驱动动臂和斗杆，下面分别进行说明。

本发明实施例可用来对动臂合流进行控制，通过改变动臂合流情况下的动臂上升速度，以保证动臂上升速度与其他部件动作的速度相协调。此时系统中的先导阀1、主阀2和合流阀3分别为动臂先导阀、动臂主阀和动臂合流阀。其中，动臂主阀控制端C和动臂合流阀控制端C连接，动臂先导阀输出端B与动臂主阀的控制端C及动臂合流阀的控制端C连接。

可以采用一压力传感器4实时检测动臂主阀输入端A的压力值，并发送给主控制器5。动臂主阀输入端A的压力值为主油路的压力源P2的压力值，主控制器5可根据主油路的压力情况判断出挖掘机的档位及负载情况，由于挖掘机在每种运行工况下，动臂上升需要在一速度范围内才能与其他部件动作速度匹配，因此，可以预先设置挖掘机在每一运行工况下对应的理想速度区间，可根据该速度区间得出动臂主阀和动臂合流阀对应的较为合适的开度。在动臂合流的先导控制油路上设置比例减压阀6，由于比例减压阀6的输入端A连接至先导阀1输出端B至主阀2控制端C的油路以及先导阀1输出端B至合流阀3控制端C的油路，比例减压阀6的作用在于分流先导油路上的液压油，改变主阀2控制端C和合流阀控制端C输入的液压油的压力值，进而调节动臂主阀和动臂合流阀的开度，实现改变动臂上升的速度。比例减压阀6的开度决定了分流的液压油的压力。具体的，若挖掘机处于某种工况下，动臂上升速度较快，此时，可以通过调节比例减压阀6的开度对先导阀1向动臂主阀和动臂合流阀输出的液压油进行分流，从而减小动臂主阀和动臂合流阀的开度，降低动臂上升速度，使动臂上升速度同其他部件动作速度相协调。若调节比例减压阀6后，动臂上升速度较慢，同其他部件速度不协调，则可以通过减小比例减压阀6的开度来减小分流，从而使动臂主阀和动臂合流阀开度增大，从而提高动臂上升速度，使动臂上升速度同其他部件动作速度相协调。因此，可以根据不同工况下的压力值范围确定对应关系。

该系统也可用来对斗杆合流进行控制，以保证斗杆挖掘速度或斗杆卸料速度与其他部件动作的速度相协调。此时系统中的先导阀1、主阀2和合流阀3分别为斗杆先导阀、斗杆主阀和斗杆合流阀。对斗杆合流的控制过程与动臂合流的控制过程类似，不再赘述。

该合流控制系统还可以同时对动臂合流和斗杆合流进行控制，以保证动臂上升速度同其他部件的复合动作速度相协调，并且保证斗杆挖掘速度或斗杆卸料速度同其他部件动作速度相协调。此时，系统中的先导阀1有两个，包括动臂先导阀和斗杆先导阀，类似的，主阀2包括动臂主阀和斗杆主阀，合流阀3包括动臂合流阀和斗杆合流阀。这种情况下，可以针对动臂合流和斗杆合流分别设置一个压力传感器4，来检测动臂主阀和斗杆主阀输入端A的压力。同时在针对动臂和斗杆分别设置一个比例减压阀6来调整动臂主阀和动臂合流阀的开度，及调整斗杆主阀和斗杆合流阀的开度。

本实施例提供的挖掘机合流控制系统，在动臂合流和/或斗杆合流回路系统的先导控制油路上设置比例减压阀，通过比例减压阀分流先导阀输出给主阀和合流阀的液压油，以调节主阀和合流阀的开度，进而调节动臂上升、斗杆挖掘或斗杆卸料的速度，使挖掘机的动臂或斗杆的动作速度同其他部件动作速度协调，提高挖掘机的作业效率和操作的舒适性。

本发明又一个实施例提供的挖掘机合流控制系统，包括：先导阀1、主阀2、合流阀3、压力传感器4、主控制器5和比例减压阀6。

其中，压力传感器4与主阀2输入端A连接，用于检测主阀2输入端A的压力值，并将压力值发送至主控制器5；主控制器5与压力传感器4连接，用于根据压力值控制比例减压阀6；

主控制器5可以具体包括：接收单元、运算单元、控制单元；

接收单元与压力传感器4连接，用于接收压力传感器4检测的主阀2输入端A的压力值；运算单元与接收单元连接，用于根据压力值获取和挖掘机的运行工况，以及预设的运行工况对应的控制电流；控制单元与运算单元和比例减压阀6的控制端C连接，用于根据向比例减压阀6的控制端输出控制电流，以调节比例减压阀6的开度。

主控制器5还可以进一步包括：

设置单元，与运算单元连接，用于根据挖掘机发动机档位及负载情况设置多种工况，并设置每种工况对应的压力值及对应的控制电流。

本实施例提供的挖掘机合流控制系统，可用来对动臂合流进行控制，此时，系统中的先导阀1、主阀2和合流阀3分别为动臂先导阀、动臂主阀和动臂合流阀。还可以对斗杆合流进行控制，此时系统中的先导阀1、主阀2和合流阀3分别为斗杆先导阀、斗杆主阀和斗杆合流阀。该系统还可以同时对动臂合流和斗杆合流进行控制，此时，系统中的先导阀1中包括动臂先导阀和斗杆先导阀，主阀2包括动臂主阀和斗杆主阀，合流阀3包括动臂合流阀和斗杆合流阀。

图2所示为动臂合流控制系统的结构图，压力传感器4实时检测动臂主阀输入端A的压力值，并发送给主控制器5，主控制器5中的接收单元接收到动臂主阀输入端A的压力值，运算单元根据压力值获取挖掘机的运行工况，以及该运行工况下对应的控制电流。具体的，运行工况描述的是挖掘机的发动机处在不同档位，以及在每一档位下不同载荷对应的运行情况，挖掘机的工况可以通过设置单元预先设置，如发动机具有10个档位，在每个档位下载荷可能为重载、轻载、中载或空载，则设置单元可设置40种不同的工况，挖掘机在不同工况下，对应主油路的压力值不同，即主阀2输入端A的压力值不同。可以预先设置主阀2输入端A的压力值对应哪种运行工况。在每种工况下挖掘机均具有较为理想的动臂上升速度，以同其他部件运动速度相匹配。这需要动臂主阀和合流阀处于某一开度范围，因此，可通过比例减压阀6来改变动臂先导阀输出给动臂主阀控制端C和动臂合流阀控制端C的液压油的压力。具体的，比例减压阀6可以是一电磁阀，则主控制器5中的控制单元可以通过向比例减压阀6输出特定大小的电流来控制比例减压阀6的开度，输出的电流大小可以通过设置单元根据预设的挖掘机的运行工况与输出电流的对应关系决定。比例减压阀6在控制单元的控制下，对动臂先导阀输出给动臂主阀和动臂合流阀的液压油进行分流，来改变动臂主阀控制端C和动臂合流阀控制端C输出的压力，进而调节动臂主阀和动臂合流阀的开度，改变动臂上升的速度。其中，比例减压阀6的开度大小决定了分流的液压油的量。

图3所示的斗杆合流的控制系统，其控制过程可以参照动臂合流的控制过程，但需要注意的是，动臂合流仅是动臂上升和其他部件动作的速度协调情况，而对于斗杆合流，既包括斗杆挖掘和其他部件动作的速度协调情况，又包括斗杆卸料和其他部件动作的速度协调情况。而斗杆处于挖掘运动还是卸料运动是取决于斗杆先导阀中工作的是挖掘先导阀还是卸料先导阀。由于挖掘先导阀和卸料先导阀并联设置，因此，可以在斗杆挖掘先导阀与斗杆卸料先导阀之间连接一梭阀7，梭阀7的两个输入端A分别与卸料先导阀的输出端B和挖掘先导阀的输出端B连接，梭阀7的输出端B与比例减压阀6的输入端A连接，如此，梭阀7就可以使比例减压阀6分流卸料先导阀输出的液压油或调节挖掘先导阀的输出的液压油。从而保证斗杆挖掘与卸料的先导控制油都能用同一个比例减压阀6来调节，进而调节斗杆主阀与斗杆合流阀的开度。

该挖掘机合流控制系统还可以同时对动臂合流和斗杆合流进行调节，参见图4，此时，先导阀1中包括动臂先导阀和斗杆先导阀，主阀2包括动臂主阀和斗杆主阀，合流阀3包括动臂合流阀和斗杆合流阀。这种情况下，可以针对动臂合流和斗杆合流分别设置一个压力传感器4，来检测动臂主阀及斗杆主阀输入端A的压力。可以针对动臂合流和斗杆合流各自设置一个比例减压阀6。也可以在整个系统分别设置一个以上的比例减压阀6来调整先导阀输出的液压信号的压力，从而调节动臂主阀和动臂合流阀的开度，以改变动臂上升或斗杆运动的速度。

本发明提供的挖掘机合流控制系统，在动臂合流或斗杆合流回路系统的先导油路上设置比例减压阀，根据先导油路的压力情况和挖掘机的工况调节主阀和合流阀的开度，从而改变动臂上升、斗杆挖掘或斗杆卸料的速度，使挖掘机的动臂或斗杆速度同其他部件速度协调，提高挖掘机的作业效率和操作的舒适性。

本发明还提供一种挖掘机的实施例，该挖掘机包括：动臂和斗杆，还包括本发明实施例提供的挖掘机合流控制系统。其中挖掘机合流控制系统的结构及运行过程参见前述实施例。本实施例提供的挖掘机，其动臂合流速度或斗杆合流速度能够与其他部件的运动速度协调，提高挖掘机的作业效率和操作的舒适性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种挖掘机合流控制系统，包括：先导阀、主阀和合流阀，所述主阀控制端与所述合流阀控制端连接，所述先导阀输出端分别与所述主阀控制端和所述合流阀控制端连接；其特征在于，还包括：压力传感器、主控制器和比例减压阀；

所述压力传感器与所述主阀输入端连接，用于检测所述主阀输入端的压力值，并将所述压力值发送至所述主控制器；

所述主控制器分别与所述压力传感器和所述比例减压阀的控制端连接，用于根据所述压力值获取挖掘机的运行工况，根据预设的运行工况对应的动臂或斗杆速度调节所述比例减压阀的开度；

所述主控制器包括：

接收单元，与所述压力传感器连接，用于接收所述压力传感器检测的所述主阀输入端的压力值；

运算单元，与所述接收单元连接，用于根据所述压力值获取挖掘机的运行工况，以及预设的所述运行工况对应的控制电流；

控制单元，与所述运算单元和所述比例减压阀的控制端连接，用于向所述比例减压阀的控制端输出控制电流，以调节所述比例减压阀的开度；

设置单元，与所述运算单元连接，用于根据挖掘机发动机档位及负载情况设置多种运行工况，并设置每种运行工况对应的所述主阀输入端压力值及对应的控制电流；

所述比例减压阀的输入端分别连接至所述先导阀输出端到所述主阀控制端的油路上以及连接至所述先导阀输出端到所述合流阀控制端的油路上，用于分流所述先导阀输出给所述主阀控制端和所述合流阀控制端的液压油，以改变输入所述主阀控制端和所述合流阀控制端的液压油的压力，调节所述主阀和所述合流阀的开度。

2.根据权利要求1所述的挖掘机合流控制系统，其特征在于，所述比例减压阀为比例电磁阀。

3.根据权利要求1～2任一项所述的挖掘机合流控制系统，其特征在于，所述先导阀包括并联的卸料先导阀和挖掘先导阀，所述卸料先导阀和所述挖掘先导阀之间设置有梭阀，所述梭阀的两个输入端分别与所述卸料先导阀的输出端和所述挖掘先导阀的输出端连接，所述梭阀的输出端与所述比例减压阀的输入端连接，用于使所述比例减压阀分流所述挖掘先导阀输出的液压油或分流所述卸料先导阀输出的液压油。

4.根据权利要求1～2任一项所述的挖掘机合流控制系统，其特征在于，所述先导阀包括并联的上升先导阀和下降先导阀，所述先导阀输出的液压油为所述上升先导阀输出的液压油。

5.一种挖掘机，包括动臂和/或斗杆，其特征在于，还包括权利要求1～4任一项所述的挖掘机合流控制系统，所述挖掘机合流控制系统的主阀和合流阀的输出端分别连接至所述动臂和/或斗杆的油缸。

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