CN102322454B

CN102322454B - 混凝土泵送设备及其液压系统

Info

Publication number: CN102322454B
Application number: CN 201110260567
Authority: CN
Inventors: 万梁
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: CN102322454A

Abstract

本发明提供了一种混凝土泵送设备及其液压系统，液压系统包括：第一液压子系统，第一液压子系统包括第一泵和至少一个第一执行机构，第一泵与第一执行机构之间设置有第一多路换向阀，第一多路换向阀包括至少一个第一工位和至少一个第二工位；第二液压子系统，第二液压子系统包括第二泵和至少一个第二执行机构，第二泵驱动至少一个第二执行机构；第一泵通过第一工位驱动至少一个第一执行机构，第一泵通过第二工位与第二泵一起共同驱动至少一个第二执行机构。其通过第一泵向第二液压子系统提供压力油，一方面显著提高液压系统效率、提高了混凝土泵送设备发动机的负荷率、降低能耗；另一方面使混凝土泵送设备的最大泵送能力提高15％以上。

Description

混凝土泵送设备及其液压系统

技术领域

本发明涉及液压控制领域，更具体地，涉及一种混凝土泵送设备及其液压系统。

背景技术

现有技术中的混凝土泵送设备的液压系统包括泵送子系统、分配子系统、搅拌清洗子系统和臂架支腿子系统等几部分，每个子系统驱动不同的至少一个执行机构。常用以下两种构成形式有：一种是各个子系统的组成都是独立的，具有单独的动力元件(即泵)、控制元件(如阀等)、执行元件(如油缸、马达等)和辅助元件(如过滤器等)等，各个子系统可以同时工作，也可以单独工作，相互之间不受影响；另一种是泵送子系统与分配子系统采用相同的油泵，但其他子系统相互分开。

混凝土泵送设备在工作过程中并不是所有液压子系统都需要同时工作，或者虽然所有的液压子系统同时工作时，但每个子系统都未处于满负荷工作状态，因此，存在系统能力闲置浪费的现象。例如在布料过程中，如果布料点是柱子或平板，那么在一定时间内臂架和支腿就不需要运动，导致臂架支腿液压子系统的油泵就处于空转状态，系统效率很低，存在不必要的能力与能量的浪费。

发明内容

本发明旨在提供一种混凝土泵送设备及其液压系统，以解决现有技术的液压系统效率低、存在能量与能力浪费的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种液压系统，其特征在于，包括：第一液压子系统，第一液压子系统包括第一泵和至少一个第一执行机构，第一泵与第一执行机构之间设置有第一多路换向阀，第一多路换向阀包括至少一个第一工位和至少一个第二工位；第二液压子系统，第二液压子系统包括第二泵和至少一个第二执行机构，第二泵驱动至少一个第二执行机构；第一泵通过第一工位驱动至少一个第一执行机构，第一泵通过第二工位与第二泵一起共同驱动至少一个第二执行机构。

进一步地，第一液压子系统还包括第二多路换向阀，至少一个第一执行机构通过第二多路换向阀与第一多路换向阀连接。

进一步地，第二液压子系统通过单向阀、或截止阀、或换向阀与第一多路换向阀连接。

进一步地，第一多路换向阀包括多个第一阀片和多个第二阀片，每个第一阀片包括第一工位和第二工位，一部分第一执行机构与第一阀片连接，另一部分第一执行机构与第二阀片连接。

进一步地，第二液压子系统通过单向阀、或截止阀、或换向阀与每个第一阀片连接。

进一步地，液压系统还包括工况自适应控制器，用于根据工况控制每个第一阀片从第一工位切换到第二工位、并用于控制每个第一阀片的开度的大小。

进一步地，当各个第一执行机构的总需求流量大于等于第一泵的输出流量时，工况自适应控制器控制第一多路换向阀中的每个第一阀片处于第一工位。

进一步地，当各个第一执行机构的总需求流量小于第一泵的输出流量、且各个第二执行机构的总需求流量小于等于第二泵的输出流量时，工况自适应控制器控制第一多路换向阀中的每个第一阀片处于第一工位。

进一步地，当各个第一执行机构的总需求流量小于第一泵的输出流量、且至少一个第二执行机构的需求流量大于第二泵的输出流量时，工况自适应控制器控制第一多路换向阀中的至少一个第一阀片处于第二工位。

根据本发明的另一个方面，提供了一种混凝土泵送设备，其包括上述液压系统。

进一步地，液压系统中的第一液压子系统是臂架支腿液压子系统，液压系统中的第二液压子系统是泵送液压子系统。

进一步地，液压系统根据混凝土泵送设备对其臂架的速度要求和/或泵送的速度要求控制液压系统的第一多路换向阀换向。

本发明中的混凝土泵送设备及其液压系统可通过其第一泵向第二液压子系统提供压力油，一方面显著提高液压系统效率、提高了混凝土泵送设备发动机的负荷率、降低能耗；另一方面使混凝土泵送设备的最大泵送能力提高15％以上。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了第一种优选实施方式中的液压系统的液压原理图；

图2示意性示出了第二种优选实施方式中的液压系统的液压原理图；以及

图3示意性示出了液压系统中的工况自适应控制器的控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明的第一方面，提供一种液压系统，该液压系统包括：第一液压子系统和第二液压子系统；其中，第一液压子系统包括第一泵和至少一个第一执行机构，第一泵与至少一个第一执行机构之间设置有第一多路换向阀，第一多路换向阀包括至少一个第一工位和至少一个第二工位；第二液压子系统包括第二泵和至少一个第二执行机构，第二泵驱动至少一个第二执行机构；第一泵通过第一工位驱动至少一个第一执行机构，第一泵通过第二工位与第二泵一起共同驱动至少一个第二执行机构。因此，当第一多路换向阀处于第一工位时，第一泵向至少一个第一执行机构提供压力油，此时，至少一个第一执行机构正常工作，且至少一个第二执行机构仅接受来自第二泵所输出的压力油；当至少一个第二执行机构需要更多的压力油时，可将第一多路换向阀切换到第二工位，此时，第一泵向第二执行机构提供压力油，于是，第二执行机构此时同时获得第一泵和第二泵所提供的压力油，从而能够满足第二执行机构的工作需要，提高了液压系统的效率，降低了能耗。

在上述液压系统的基础上，下面结合两个具体的实施例对该液压系统进行详细说明。

图1示出了第一种优选实施方式下的上述液压系统的液压原理图。如图1所示，该液压系统包括第一液压子系统和第二液压子系统；其中，第一液压子系统包括第一泵5和至少一个第一执行机构6，第一泵5与至少一个第一执行机构6之间设置有第一多路换向阀1，第一多路换向阀1包括第一工位(即左位)和第二工位(即右位)；第二液压子系统包括第二泵4和至少一个第二执行机构7，第二泵4驱动至少一个第二执行机构7；第一泵5通过第一工位驱动至少一个第一执行机构6，第一泵5通过第二工位与第二泵4一起共同驱动至少一个第二执行机构7。优选地，第一液压子系统还包括第二多路换向阀3，至少一个第一执行机构6通过第二多路换向阀3与第一多路换向阀1连接。当第一执行机构需要工作时，将第一多路阀1保持在第一工位，此时，第一泵5的压力油直接通过第一多路阀1进入第一执行机构中去，而第二泵的压力油直接驱动第二执行机构工作，即第一液压子系统和第二液压子系统分别独立地工作，相互之间没有任何影响；当第一液压子系统中的所有第一执行机构都处于停止状态时，第一执行机构6不再需要第一泵5提供压力油，此时，可以使第一多路换向阀1工作在第二工位，使第一泵5的压力油通过第一多路换向阀1进入第二液压子系统中，此时，第一泵5与第二泵4处于合流状态，从而提高了液压系统的，降低了能耗。当第一多路阀1处于第一工位时，本领域技术人员可以采用多种方式(如单向阀、或截止阀、或换向阀)实现第一液压子系统和第二液压子系统的隔离，使二者分别独立地工作，相互之间没有任何影响，优选地，可以使通过单向阀2将第二液压子系统与第一多路换向阀1连接，这样当第一多路换向阀处于第一工位时，第二液压子系统的压力油不会通过第一多路换向阀1而流入油箱。

在图1所示的第一种优选地实施方式中，该液压系统仅能在第一液压子系统中的所有第一执行机构都处于停止工作的情况下，第一泵5才能给第二液压子系统提供额外的压力油，但在多数情况下，第一液压子系统中的至少一个第一执行机构中仅有一部分第一执行机构运动，或者运行的速度很慢，因此，第一泵5未处于满负载状态，即此时仍然存在系统能力的浪费。

为了克服图1所示的第一种优选实施方式中的不足，本发明还提供了如图2所示的第二种优选实施方式。如图2所示，该液压系统包括第一液压子系统和第二液压子系统；其中，第一液压子系统包括第一泵5和至少一个第一执行机构6，第一泵5与至少一个第一执行机构6之间设置有第一多路换向阀1，第一多路换向阀1包括至少一个第一工位(即下位)和至少一个第二工位(即上位)；第二液压子系统包括第二泵4和至少一个第二执行机构7，第二泵4驱动至少一个第二执行机构7；第一泵5通过第一工位驱动至少一个第一执行机构6，第一泵5通过第二工位与第二泵4一起共同驱动至少一个第二执行机构7，进一步，第一多路换向阀1具有多个第一阀片1’和多个第二阀片(未示出)，每个第一阀片1’都包括一个第一工位和一个第二工位，且一部分第一执行机构6都与第一阀片1’连接，另一部分第一执行机构6与第二阀片连接(需要说明的是，第一阀片与第二阀片可能具有不同的结构，即第二阀片可能不具有本实施例中的第二工位，也就是说与第二阀片连接的该另一部分第一执行机构不与第二液压子系统连接)，因此，可以通过不同的第一阀片1’分别实现对不同的第一执行机构的控制。其中，当某一第一阀片1’处于第一工位时，驱动与该某一第一阀片1’相连接的第一执行机构6工作，而当该某一第一阀片1’处于第二工位时，第一泵5不再向与该某一第一阀片1’连接的第一执行机构6提供压力油，从而使该第一执行机构6停止工作。因此，可以分别对第一多路换向阀1中的每个第一阀片1’进行控制，从而使得与第一阀片连接的第一执行机构中的一部分正常工作而另一部分停止工作，进一步，停止工作的该另一部分第一执行机构所连接的第一阀片处于第二工位，因而可以向第二液压子系统提供压力油，同时，正常工作的该一部分第一执行机构所连接的第一阀片则处于第一工位，因而可以继续运动而不受影响。可见，图2中的液压系统不必要使所有的第一执行机构都处于停止工作的状态就能向第二液压子系统提供压力油，因而提高了整个液压系统的效率，降低了能耗。当第一阀片1’处于第一工位时，本领域技术人员可以采用多种方式(如单向阀、或截止阀、或换向阀)实现第一液压子系统和第二液压子系统的隔离，使二者分别独立地工作，相互之间没有任何影响，优选地，可以使通过单向阀2将第二液压子系统与第一多路换向阀1或每个第一阀片1’连接。

进一步，本发明还需要考虑第一多路换向阀1或其每个第一阀片1’的切换时机及开度的大小，即第一泵5何时向第二液压子系统提供压力油，以及提供多少压力油，这必须取决于实际的工况，即必须同时满足以下两个条件：(1)使用第一泵5向第二液压子系统提供压力油，必须不影响第一液压子系统各第一执行机构的运动速度；(2)仅在第二液压子系统无法满足操作人员要求的性能指标的情况下才由第一泵5向第二液压子系统提供压力油。

为此，本液压系统还包括工况自适应控制器，其用于根据工况控制每个第一阀片从第一工位切换到第二工位、并用于控制每个所述第一阀片的开度的大小。优选地，当各个第一执行机构的总需求流量大于等于第一泵的输出流量时，工况自适应控制器控制第一多路换向阀中的每个第一阀片处于第一工位。优选地，当各个第一执行机构的总需求流量小于第一泵的输出流量、且该至少一个第二执行机构的总需求流量小于等于第二泵的输出流量时，工况自适应控制器控制第一多路换向阀中的每个第一阀片处于第一工位。优选地，当各个第一执行机构的总需求流量小于第一泵的输出流量、且该至少一个第二执行机构的需求流量大于第二泵的输出流量时，工况自适应控制器控制第一多路换向阀中的至少一个第一阀片处于第二工位。

在上述各实施例的基础上，本发明的第二方面还提供一种混凝土泵送设备，其包括上述各实施方式中的液压系统。优选地，结合图1-2，液压系统中的第一液压子系统是臂架支腿液压子系统，液压系统中的第二液压子系统是泵送液压子系统。优选地，液压系统根据混凝土泵送设备对其臂架(和/或支腿)的速度要求和/或泵送的速度要求控制液压系统的第一多路换向阀换向。

请再参考图1，第一泵5首先保证臂架支腿液压子系统中的臂架支腿的运动，所以当臂架支腿液压子系统中有一个执行机构运动时，则需要使第一多路换向阀1工作在第一位(即左位)，此时，第一泵5的压力油通过第一多路换向阀1进入臂架支腿液压子系统，并可通过单向阀2来限制第二泵4的压力油通过第一多路换向阀1进入油箱，此时泵送液压子系统与臂架支腿液压子系统独立工作，相互之间无影响；若臂架支腿液压子系统中所有的执行机构都处于停止状态，则可使第一多路换向阀1工作在第二工位(即右位)，此时，第一泵5的压力油通过第一多路换向阀1、单向阀2进入泵送液压子系统，即此时第二泵4与第一泵5处于合流状态，从而提高了混凝土泵送设备的泵送能力及液压系统的效率，并提高了混凝土泵送设备的发动机的负荷率，降低了能耗。

请再参考图2，通过第一多路换向阀1、单向阀2将泵送液压子系统与臂架支腿液压子系统连接起来，其中，第二泵4为泵送液压子系统的油泵，第一泵5为臂架支腿液压子系统的油泵，第一阀片1’为臂架支腿液压子系统中第一多路换向阀1中的一片；由于臂架支腿液压子系统一般为负载敏感控制系统，第一多路换向阀1为电磁比例换向阀，因而可以实现多个第一执行机构同时动作，且各第一执行机构的运动速度的无级调节，使其速度与负载的大小无关。因此，即使臂架支腿液压子系统中某些第一执行机构在运动过程中，如果第一多路换向阀1中的至少一个第一阀片工作在第二工位(即上位)，则第一泵5的部分压力油也可以通过第一多路换向阀1、单向阀2进入泵送液压子系统中，而不影响其他第一执行机构的运动，从而提高了混凝土泵送设备的泵送能力及液压系统效率，并提高了混凝土泵送设备的发动机的负荷率，降低了能耗。

图3对图2所示的液压系统中的工况自适应控制器的控制流程进行了说明，该工况自适应控制器用于对第一多路换向阀的换向进行控制。如图3所示，工况自适应控制器的实现包括以下步骤中的任一个或多个：

(1)检测与计算臂架支腿液压子系统的需求流量Q₁、第一泵的输出流量Q₂、泵送液压子系统的需求流量Q₃和第二泵的输出流量Q₄。

优选地，采用以下方法得到上述各流量：根据臂架支腿液压子系统中各个执行机构中的各比例阀的电流得到臂架支腿液压子系统的需求流量Q₁，根据第一泵5的转速n1及排量q1得到第一泵的输出流量Q₂；根据操作人员发出的泵送速度的要求得到泵送液压子系统的需求流量Q₃；根据第二泵4的转速n2及排量q2得到第二泵的输出流量Q₄。

(2)根据臂架支腿液压子系统的需求流量Q₁和第一泵的输出流量Q₂的比较结果；或根据臂架支腿液压子系统的需求流量Q₁和第一泵的输出流量Q₂的比较结果、及泵送液压子系统的需求流量Q₃和第二泵的输出流量Q₄的比较结果决定第一泵是否向泵送液压子系统供油，进一步，还可确认第一泵向泵送液压子系统提供的流量的大小。

优选地，如果臂架支腿液压子系统的需求流量Q₁≥第一泵的输出流量Q₂，则第一多路换向阀中的每个第一阀片都不工作在第一工位，即第一泵不给泵送液压子系统供油；

优选地，如果臂架支腿液压子系统的需求流量Q₁＜第一泵的输出流量Q₂，且泵送液压子系统的需求流量Q₃≤第二泵的输出流量Q₄，则第一多路换向阀中的每个第一阀片都不工作在第一工位，即第一泵不给泵送液压子系统供油；

优选地，如果臂架支腿液压子系统的需求流量Q₁＜第一泵的输出流量Q₂，且泵送液压子系统的需求流量Q₃＞第二泵的输出流量Q₄，则第一多路换向阀中的至少一个第一阀片都工作在第一工位，即第一泵向泵送液压子系统供油。优选地，可根据泵送液压子系统实际需要补充的流量(即泵送液压子系统的需求流量Q₃-第二泵的输出流量Q₄)和臂架支腿液压子系统能够提供的多余流量(即第一泵的输出流量Q₂-臂架支腿液压子系统的需求流量Q₁)来确定第一泵5向泵送液压子系统供油流量Q的大小，例如，如果泵送液压子系统实际需要补充的流量＞臂架支腿液压子系统能够提供的多余流量，则Q＝臂架支腿液压子系统能够提供的多余流量；如果泵送液压子系统实际需要补充的流量＜臂架支腿液压子系统能够提供的多余流量，则Q＝泵送液压子系统实际需要补充的流量。

(3)根据第一泵向泵送液压子系统供油流量Q的大小控制第一多路换向阀的至少一个第一阀片的开度，以实现对第一泵向泵送液压子系统的供油流量的控制。优选地，由于第一多路换向阀为电磁比例阀，因此，通过对第一多路换向阀的开度控制，就可以实现对第一泵给泵送液压子系统供油流量的控制。优选地，第一多路换向阀的每个第一阀片的开度由其电磁线圈的输入电流i(或电压)决定，工况自适应控制器根据第一泵5向泵送液压子系统供油流量Q的大小，结合第一多路换向阀的每个第一阀片的电流i(或电压)与流量之间的关系特性，实时向第一多路换向阀的相应第一阀片输出控制电流i(或电压)，从而同时满足了泵送液压子系统与臂架支腿液压子系统的工作要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种液压系统，其特征在于，包括：

第一液压子系统，所述第一液压子系统包括第一泵和至少一个第一执行机构，所述第一泵与所述第一执行机构之间设置有第一多路换向阀，所述第一多路换向阀包括至少一个第一工位和至少一个第二工位；

第二液压子系统，所述第二液压子系统包括第二泵和至少一个第二执行机构，所述第二泵驱动所述至少一个第二执行机构；

所述第一泵通过所述第一工位驱动所述至少一个第一执行机构；

所述第一泵通过所述第二工位与所述第二泵一起共同驱动所述至少一个第二执行机构，此时所述第二执行机构同时获得所述第一泵和所述第二泵所提供的压力油。

2.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述第一液压子系统还包括第二多路换向阀，所述至少一个第一执行机构通过所述第二多路换向阀与所述第一多路换向阀连接。

3.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述第二液压子系统通过单向阀、或截止阀、或换向阀与所述第一多路换向阀连接。

4.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述第一多路换向阀包括多个第一阀片和多个第二阀片，每个所述第一阀片包括第一工位和第二工位，一部分所述第一执行机构与所述第一阀片连接，另一部分所述第一执行机构与所述第二阀片连接。

5.根据权利要求4所述的液压系统，其特征在于，所述第二液压子系统通过单向阀、或截止阀、或换向阀与每个所述第一阀片连接。

6.根据权利要求4或5所述的液压系统，其特征在于，所述液压系统还包括工况自适应控制器，用于根据工况控制每个所述第一阀片从其所述第一工位切换到其第二工位、并用于控制每个所述第一阀片的开度的大小。

7.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于，当各个所述第一执行机构的总需求流量大于等于所述第一泵的输出流量时，所述工况自适应控制器控制所述第一多路换向阀中的每个所述第一阀片处于其所述第一工位。

8.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于，当各个所述第一执行机构的总需求流量小于所述第一泵的输出流量、且各个所述第二执行机构的总需求流量小于等于所述第二泵的输出流量时，所述工况自适应控制器控制所述第一多路换向阀中的每个所述第一阀片处于其所述第一工位。

9.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于，当各个所述第一执行机构的总需求流量小于第一泵的输出流量、且所述至少一个第二执行机构的需求流量大于所述第二泵的输出流量时，所述工况自适应控制器控制所述第一多路换向阀中的至少一个所述第一阀片处于其所述第二工位。

10.一种混凝土泵送设备，其特征在于，其包括根据权利要求1-9中任一项所述的液压系统。

11.根据权利要求10所述的混凝土泵送设备，其特征在于，所述液压系统中的第一液压子系统是臂架支腿液压子系统，所述液压系统中的第二液压子系统是泵送液压子系统。

12.根据权利要求11所述的混凝土泵送设备，其特征在于，所述液压系统根据所述混凝土泵送设备对其臂架的速度要求和/或泵送的速度要求控制所述液压系统的第一多路换向阀换向。