CN102587445A - 一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统，其特征在于：包括带有负荷传感控制阀的液压变量柱塞泵及主控制阀，液压变量柱塞泵的进口连接油箱，液压变量柱塞泵的输出口分为两路，一路通过油源阀连接各先导控制阀的进油口，各先导控制阀的工作油口与主控制阀的先导油口相连，各先导控制阀通过各自的回油口连接油箱，另一路连接主控制阀的进油口，主控制阀的工作油口分别连接各负荷油缸的无杆腔和有杆腔以及回转马达与行走马达的工作口，主控制阀的回油口连接油箱。本发明主要优点是：(1)节能；(2)流量控制精度高；(3)几个执行元件可以同步运动或以某种速比运动，且互不干扰，是一种可以广泛应用于各类挖掘机的液压系统。

Description

一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统

技术领域

本发明涉及一种挖掘机的液压系统，具体是一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统。

背景技术

液压挖掘机的动作复杂，要求液压系统既能保证液压挖掘机动臂、斗杆和铲斗各自的单独动作，又要使它们相互配合实现复合动作：工作装置动作和转台回转既能单独进行，又能实现复合动作以提高挖机的工作效率。传统的液压系统无论是定量泵还是变量泵，总有一部分液压油经溢流阀溢流，不仅浪费了能量，还会造成系统发热。同时由于液压挖掘机的作业对象及工况千变万化，各工作装置所受的负载和工作油压也各不相同，因此，经常出现轻载荷的工作装置“抢占”重载荷工作装置的液压油流量的现象，致使复合动作难于实现。

液压挖掘机作业过程中工作装置频繁提升和下降。当动臂、斗杆举升时液压能被转化为工作装置的势能；当它们下降时，该势能最终又转化为液压能。在传统的液压系统中，往往在动臂缸大腔，斗杆缸小腔回油路上设置单向节流阀限制工作装置因自重造成的超速下降，使下降过程中由工作装置势能转化成动能再经动能转化成的液压能，因节流发热增加了系统的热负荷，降低了液压系统的效率。

普通的负荷传感控制系统将负荷传感控制技术应用于液压挖掘机时，为了保证正常工作，泵输送的压力只能与最高负荷压力相适应，即负荷传感控制只在最高负荷回路起作用，对其他负荷压力较低的回路采用压力补偿，以使阀口压差保持定值。当阀口全打开时使工作系统要求的流量超泵供油能力的极限时，最高负荷回路上的执行元件速度会迅速降低直至停止，从而使挖掘机失去复合动作的协调能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于挖掘机的液压控制系统，该系统既考虑到能源的回收再利用，也同时考虑在供油不足时所有执行元件的工作速度按比例下降，以获得与负荷压力无关的负荷传感流量控制，保证挖机机动作的准确性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统，其特征在于：包括带有负荷传感控制阀的液压变量柱塞泵及主控制阀，液压变量柱塞泵的进口连接油箱，液压变量柱塞泵的输出口分为两路，一路通过油源阀连接各先导控制阀的进油口，各先导控制阀的工作油口与主控制阀的先导油口相连，各先导控制阀通过各自的回油口连接油箱，另一路连接主控制阀的进油口，主控制阀的工作油口分别连接各负荷油缸的无杆腔和有杆腔以及回转马达与行走马达的工作口，主控制阀的回油口连接油箱，其中：

主控制阀包括换向阀，各负荷油缸分别对应各自的换向阀，换向阀阀芯的阻尼孔连接压力补偿阀，压力补偿阀的输出口连接各负荷油缸的无杆腔和有杆腔，由压力补偿阀检测各负荷油缸的最高负荷压力并通过反馈油口反馈回液压变量柱塞泵的负荷传感控制阀，由负荷传感控制阀控制液压变量柱塞泵的输出流量。

优选地，所述负荷传感流量控制阀的一端连接高压切断阀，另一端分别连接所述液压变量柱塞泵的输出口及主控制阀的反馈油口，高压切断阀连接两端带有压力控制斜盘的恒功率控制阀。

优选地，所述主控制阀还包括再生阀，再生阀设于所述换向阀的阀芯上，再生阀对即将返回油箱的回油进行回收及再利用。

当液压泵的供油量在多个负载同时操作不能满足需要时，阻尼孔前后的压差将相应减少，由于所有压力补偿阀上作用有最大的负载压力，使系统以最大负载压力控制变量柱塞泵斜盘摆角，进而控制变量柱塞泵输出排量，以实现功率的最佳匹配，流量继续以与负载压力无关的方式进行分配。

本发明主要优点是：(1)节能：系统中变量泵能够根据负荷的大小对自身的排量进行调节，由压力补偿阀检测出负荷的最高压力，通过柱塞泵控制阀发出指令，根据负荷的需求调节液压泵排量，使液压泵输出压力始终比负荷压力高出一个恒定值，从而保证液压泵输出功率与负荷相适应，同时采用再生阀对回油能量进行回收利用，减小能量损失。(2)流量控制精度高，不受负荷压力变化的影响。(3)通过压力补偿阀解决了在工作系统要求的流量大于泵的极限流量时的各工作装置实现复合动作的问题，几个执行元件可以同步运动或以某种速比运动，且互不干扰，是一种可以广泛应用于各类挖掘机的液压系统。

附图说明

图1为本发明提供的一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统原理图；

图2为液压变量柱塞泵的结构原理示意图；

图3为主控制阀结构的原理示意图；

图4为本发明系统的数学原理示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明提供的一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统由一个带有负荷传感控制阀1-1的液压变量柱塞泵1作为动力元件，一个主控制阀2作为控制元件，一个回转马达组3、两个行走马达4及四个负载油缸5作为执行元件组成主油路。一个油源阀6、一个左先导阀7、一个右先导阀8、一个脚踏阀9及一个推土阀10作为先导控制阀组成先导油路。

液压变量柱塞泵1与油箱11连接以对系统供油，同时液压变量柱塞泵1的输出口分成两路：一路与油源阀6的输入口连接，油源阀6的出口分别与左先导阀7、右先导阀8、脚踏阀9及推土阀10的进油口连接。左先导阀7、右先导阀8、脚踏阀9及推土阀10的工作油口分别与主控制阀2的先导油口连接，其回油口与油箱11相连，形成先导控制油路；

另一路与主控制阀2的进油口相连，主控阀2的工作油口分别与各负载油缸作5的无杆腔和有杆腔以及回转马达3与行走马达4的工作口连接，主控阀2的回油口与油箱11相连，形成主油路。

如图2所示，两位三通阀的负荷传感流量控制阀1-1的一端与高压切断阀1-2相连，另一端分别与液压变量柱塞泵1的输出口及主控阀2的反馈油口连接。高压切断阀1-2与恒功率控制阀1-3连接，通过恒功率控制阀1-3两端压力控制斜盘1-4摆角，压力过高时通过高压切断阀1-2切断，具有负荷传感流量控制、高压切断及恒功率控制等功能特点。

如图3所示，主控阀2包括多个换向阀2-1，每个换向阀2-1的阀芯的阻尼孔2-2与压力补偿阀2-3的输入口相连，压力补偿阀2-3的输出口与各负载相连接，确保每个换向阀2-1的阀芯前后压差一定，解决了在工作系统要求的流量大于泵的极限流量时的各工作装置实现复合动作的问题。

本发明将压力补偿阀2-3设置阻尼孔2-2之后，负载的最高压力的信号通过主控阀2的反馈油口传递给所有的压力补偿阀2-3和负荷传感流量控制阀1-1，由负荷传感流量控制阀1-1给定的压差作为调节压差作用于系统。由于压力补偿阀2-3的作用，使阻尼孔2-2之后的压力相等，压力控制斜盘1-4的角度按阻尼孔2-2的截面积成正比调节供油量。

同时，通过在换向阀2-1的阀芯上设置再生阀2-4利用回油势能对工作装置即将返回油箱的回油进行回收及再利用，降低系统发热，同时加快工作装置的下降速度，解决了能量损失。

如图4所示，本发明将液压油缸3中最高负荷压力通过主控阀2上的压力补偿阀2-3检测出来，通过主控制阀2的反馈油口反馈至负荷传感流量控制阀1-1，控制液压变量柱塞泵1的输出流量。当各负载油缸5所需流量大于液压变量柱塞泵1的流量时，系统会根据主控制阀2换向阀2-1阀芯上的阻尼孔2-2的开口量大小比例将流量分配给各负荷油缸5。其理论推导为：

因为P1＝Ps，P2＝Ps，其中，P1为负载油缸5的有杆腔进口压力，P2为负载油缸5的无杆腔进口压力，Ps为主控制阀2的反馈油口压力；

则ΔP1＝P-P1＝P-Ps，ΔP2＝P-P2＝P-Ps，其中，P为液压变量柱塞泵1的输出口压力，ΔP1为与有杆腔对应的换向阀2-1上的压力差，ΔP1为与无杆腔对应的换向阀2-1上的压力差。

由于Q1＝f(A1，ΔP1)，Q2＝f(A2，ΔP2)，其中，Q1为分配到有杆腔的流量，A1为与有杆腔对应的换向阀2-1阀芯上的阻尼孔2-2的开口量大小，Q2为分配到无杆腔的流量，A2为与无杆腔对应的换向阀2-1阀芯上的阻尼孔2-2的开口量大小；

又由于ΔP1＝ΔP2；

所以Q1、Q2只与阻尼孔2-2的开口量大小有关，与负载压力无关。

当在系统不饱和时，即∑Qi≤Q泵(i＝1、2、……)，其中，∑Qi表示所有负载油缸5所需要的流量总和，Q泵为液压变量柱塞泵1最大输出流量，则

Q1，Q2按需求分配流量

在系统饱和时，即∑Qi＞Q泵时，仍然有ΔP1＝ΔP2，不过Q1和Q2减小，使ΔP减小。Q1和Q2之间仍然存在着比例关系。

液压变量柱塞泵1的输出口压力取系统中较大负载反馈到泵的控制活塞，调节泵的排量。

压力补偿阀2-3的作用是保证节流阀出口压力相等，而节流阀的进口压力为泵的出口压力，从而保证节流阀两端有稳定的压差。

对单个联控制阀而言，阀芯前后压差为恒量，对同时开启的多个阀片，各阀芯前后压差近似相等，因此通过阀芯的流量不受负载影响，各阀不会因为负载不等而相互影响，各阀流量只与阀芯开度有关，解决了在挖机在工作过程中要求的流量大于泵的极限流量时的各工作装置实现复合动作的问题，几个执行元件可以同步运动或以某种速比运动，且互不干扰，是一种可以广泛应用于各类挖掘机的液压系统。

Claims (3)

1.一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统，其特征在于：包括带有负荷传感控制阀(1-1)的液压变量柱塞泵(1)及主控制阀(2)，液压变量柱塞泵(1)的进口连接油箱(11)，液压变量柱塞泵(1)的输出口分为两路，一路通过油源阀(6)连接各先导控制阀的进油口，各先导控制阀的工作油口与主控制阀(2)的先导油口相连，各先导控制阀通过各自的回油口连接油箱(11)，另一路连接主控制阀(2)的进油口，主控制阀(2)的工作油口分别连接各负荷油缸(5)的无杆腔和有杆腔以及回转马达(3)与行走马达(4)的工作口，主控制阀(2)的回油口连接油箱(11)，其中：

主控制阀(2)包括换向阀(2-1)，各负荷油缸(5)分别对应各自的换向阀(2-1)，换向阀(2-1)阀芯的阻尼孔(2-2)连接压力补偿阀(2-3)，压力补偿阀(2-3)的输出口连接各负荷油缸(5)的无杆腔和有杆腔，由压力补偿阀(2-3)检测各负荷油缸(5)的最高负荷压力并通过反馈油口反馈回液压变量柱塞泵(1)的负荷传感控制阀(1-1)，由负荷传感控制阀(1-1)控制液压变量柱塞泵(1)的输出流量。

2.如权利要求1所述的一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统，其特征在于：所述负荷传感流量控制阀(1-1)的一端连接高压切断阀(1-2)，另一端分别连接所述液压变量柱塞泵(1)的输出口及主控制阀(2)的反馈油口，高压切断阀(1-2)连接两端带有压力控制斜盘(1-4)的恒功率控制阀(1-3)。

3.如权利要求1所述的一种带有再生节能的负荷传感流量控制液压系统，其特征在于：所述主控制阀(2)还包括再生阀(2-4)，再生阀(2-4)设于所述换向阀(2-1)的阀芯上，再生阀(2-4)对即将返回油箱的回油进行回收及再利用。

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