CN102588357B - 负载敏感液压系统及具有液压系统的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种负载敏感液压系统，包括输出压力油液至系统压力油路的变量泵、用于带动相应负载机构动作的执行元件、控制变量泵的变排量油缸负载敏感控制阀以及负载反馈切断阀；执行元件的工作压力油液输出至反馈油路，负载敏感控制阀设置在执行元件的负载反馈油路上，负载反馈切断阀设置在负载敏感控制阀的敏感腔与其上游侧的负载反馈油路及系统回油油路之间；负载反馈切断阀具有两个工作位置，且配置成位于第一工作位置时控制负载敏感控制阀的敏感腔与负载反馈油路连通、位于第二工作位置时控制负载敏感控制阀的敏感腔与系统回油油路连通。可确保发动机可靠启动。在此基础上，本发明还提供一种具有该负载敏感液压系统的起重机。

Description

负载敏感液压系统及具有液压系统的起重机

技术领域

本发明涉及一种工程机械技术，具体涉及一种负载敏感液压系统及具有液压系统的起重机。

背景技术

随着我国基础设施建设的快速发展，工程机械的需求量和保有量也在快速增长，与此同时，由于工程机械所面临的作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂，因此对工程机械各执行机构的控制精度及整机性能提出了更高的要求。

负载敏感液压系统在工程机械中应用越来越广泛，该液压系统能自动地将负载所需压力或流量变化的信号通过负载口传到敏感控制阀或泵变量控制机构的敏感腔，使其压力参量发生变化，从而调整变量泵的运行状态，有效提高了执行机械的控制精度及整机性能。

请参见图1，该图示出了现有技术中一种典型负载敏感液压系统的工作原理简图。

如图所示，该负载敏感液压系统中，负载压力油液自梭阀10流出后经由单向阀20输出至敏感控制阀30，从而可以直接向系统提供负载所需要的液压功率（压力与流量的乘积），最大限度地减少压力与流量两项相关损失，提高了发动机的利用效益，减少了液压系统的发热量。

然而，由于负载反馈回路上设置有单向阀20，使得负载反馈回路的油压在发动机熄火后无法完全泄掉，因而导致负载反馈口处的压力不为零。在此基础上，当发动机再次启动的瞬间，液压泵的输出压力较大，所产生的较大负载必然增加了发动机启动时的输入扭矩，存在启动困难的问题；特别是，在低温环境下，机油粘度较高且各摩擦副之间的阻力加大，极易造成发动机无法启动。此工况下，一方面对系统的液压元件带来巨大的损害，影响整机的可靠性和安全性；另一方面用户无法施工，对用户和厂家造成无法弥补的经济损失。

有鉴于此，亟待针对现有负载敏感液压系统进行优化设计，以有效避免发动机再次启动困难所导致的上述缺陷。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种用于工程机械的负载敏感液压系统，应用该液压系统能够减少发动机的启动液压负载，确保发动机在低温环境下顺利可靠地启动，从而完全规避了发动机再次启动困难所导致的上述缺陷。在此基础上，本发明还提供一种具有该负载敏感液压系统的起重机。

本发明提供的负载敏感液压系统，包括输出压力油液至系统压力油路的变量泵、用于带动相应负载机构动作的执行元件、控制所述变量泵的变排量油缸负载敏感控制阀以及负载反馈切断阀；其中，所述执行元件的工作压力油液输出至反馈油路，所述负载敏感控制阀设置在所述执行元件的负载反馈油路上，所述负载反馈切断阀设置在所述负载敏感控制阀的敏感腔与其上游侧的负载反馈油路及系统回油油路之间；所述负载反馈切断阀具有两个工作位置，且配置成位于第一工作位置时控制所述负载敏感控制阀的敏感腔与负载反馈油路连通、位于第二工作位置时控制所述负载敏感控制阀的敏感腔与系统回油油路连通。

优选地，所述负载反馈切断阀具体为电磁换向阀。

优选地，所述负载反馈切断阀具体为二位三通换向阀，其第一油口与所述负载敏感控制阀的敏感腔连通、第二油口与所述负载敏感控制阀上游侧的负载反馈油路连通、第三油口与系统回油油路连通，且配置成位于第一工作位置时其第一油口与第二油口导通且第三油口非导通、位于第二工作位置时其第一油口与第三油口导通且第二油口非导通。

优选地，常态下的所述负载反馈切断阀位于第一工作位置。

优选地，所述执行元件具体为液压油缸或液压马达；所述液压油缸或液压马达与系统压力油路和回油油路之间设置有控制其两向运动的方向控制阀，且其两个工作腔与梭阀的两个进油口连通，所述梭阀的出油口至所述负载反馈油路之间单向导通。

优选地，所述方向控制阀具体为三位七通方向控制阀，其第一油口与系统压力油路连通、第二油口和第三油口分别与系统回油油路连通、第四油口和第五油口分别与所述梭阀的两个进油口连通、第六油口和第七油口分别与所述液压油缸或液压马达的两个工作腔连通；且所述方向控制阀配置成：位于第一工作位置（左）时，其第一油口与第五油口和第七油口导通、第二油口与第四油口和第六油口导通、第三油口非导通；位于第二工作位置（右）时，其第一油口与第四油口和第六油口导通、第三油口与第五油口和第七油口导通、第二油口非导通；位于第三工作位置时，其第一油口非导通、第二油口与第四油口和第六油口导通、其第三油口与第五油口和第七油口导通。

优选地，与所述方向控制阀的第一油口连通的油路上设置有减压阀。

优选地，所述梭阀的出油口与系统回油油路之间设置有第一溢流阀；所述梭阀的一个进油口与系统回油油路之间设置有第二溢流阀，且所述第二溢流阀的调定压力小于第一溢流阀的调定压力。

本发明提供的起重机，包括由上车液压系统控制运动的吊臂油缸、变幅油缸和卷扬马达，所述上车液压系统具体为如前所述的负载敏感液压系统。

优选地，所述上车液压系统的动力泵和回转液压系统的动力泵均由发动机驱动。

在实际应用过程中，本发明所述负载敏感液压系统的负载反馈油路的压力信号作用于负载敏感控制阀，以控制变量泵的变排量油缸，进而控制变量泵可根据负载需要提供相应流量、压力的工作油液至系统压力油路；同时，可根据实际工况调节该系统中负载反馈切断阀的工作位置。具体来说，在发动机启动后的正常使用工况下，可调节该负载反馈切断阀位于第一工作位置，此状态下，负载反馈油路的压力信号作用于其敏感腔，从而根据该压力信号调整变量泵的运行状态；而当发动机启动时，可调节该负载反馈切断阀位于第二工作位置，此状态下，由于负载敏感控制阀的敏感腔与系统回油油路连通，即作用于其敏感腔的压力信号为零（相当于油箱压力）；因此，在发动机启动瞬间的变量泵出口建立最小的压力及排量，使得变量泵输出液压功率（压力与流量的乘积）达到最小，确保发动机在任何温度环境下启动均带有最小的液压负载，进而实现顺利可靠的启动。

本发明提供的负载敏感液压系统可适用于任何形式的工程机械，特别适用于起重机。

附图说明

图1是现有一种典型负载敏感液压系统的工作原理简图；

图2是具体实施方式所述起重机的整体结构示意图；

图3是具体实施方式所述负载敏感液压系统的工作原理图。

图3中：

变量泵1、变排量油缸11、执行元件2、负载敏感控制阀3、负载反馈切断阀4、方向控制阀5、梭阀6、减压阀7、第一溢流阀8、第二溢流阀9。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种负载敏感液压系统，该系统通过控制方案的优化使得发动机可以在任何温度环境下启动均带有最小的液压负载，确保其顺利可靠的启动。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性，本实施方式以轮式起重机作为主体详细说明。

请参见图2，该图是本实施方式所述轮式起重机的整体结构示意图。

如图所示，该起重机包括轮式底盘、上车转台、铰接于上车转台前部的伸缩吊臂装置、提供重物升降驱动力的卷扬装置等主要功能部件，与现有技术相同，前述各功能部件负载机构均由液压执行元件带动完成相应的动作，例如，上车转台可以在回转马达的带动下相对于底盘转动，伸缩吊臂可以液压油缸的作用下伸缩或者变幅，卷扬在卷扬马达的带动下收、放绳等，以适用不同的使用工况。需要说明的是，本实施方式所述前述功能部件可以采用现有技术实现，故本文不再赘述。

为详细说明该起重机的上车液压系统，请进一步参见图3所示的负载敏感液压系统的工作原理图。

如图3所示，该负载敏感液压系统的动力元件为变量泵1，执行元件2为一液压油缸。应当理解的是，为清楚示出本申请的发明点所在，图3所示液压系统仅结合一个液压油缸示出其液控原理；实际上，该系统适用于控制多个液压油缸和/或液压马达，例如，吊臂伸缩油缸、吊臂变幅油缸、卷扬马达、回转马达等。

本方案中，执行元件2工作油液的压力信号可通过负载反馈油路XL作用于负载敏感控制阀3，并通过负载敏感控制阀3的动作控制变量泵1的变排量油缸11，从而实现变量泵1根据负载需要提供相应的流量、压力的工作油液至系统压力油路P。如图所示，在负载敏感控制阀3的敏感腔与其上游侧的负载反馈油路XL及系统回油油路T之间设置有负载反馈切断阀4；该负载反馈切断阀4具有两个工作位置，且配置成位于第一工作位置（下位）时控制负载敏感控制阀3的敏感腔与负载反馈油路XL连通、位于第二工作位置（上位）时控制负载敏感控制阀3的敏感腔与系统回油油路T连通。工作过程中，可根据实际工况调节该系统中负载反馈切断阀4的工作位置。

可以理解的是，基于前述负载反馈切断阀的功能需要，其控制形式可以有多种选择。例如，采用手动换向阀，也可以采用电磁换向阀。相比之下，采用电磁换向阀具有较好的可操作性，为最优方案，其换向控制电信号可以根据控制策略由系统控制器发出，由于该技术不是本申请的发明点所在，故本文不再赘述。

如图所示，该负载反馈切断阀4具体为二位三通换向阀，其第一油口与负载敏感控制阀3的敏感腔连通、第二油口与负载敏感控制阀3上游侧的负载反馈油路XL连通、第三油口与系统回油油路T连通，且配置成：位于第一工作位置（下位）时其第一油口与第二油口导通且第三油口非导通，位于第二工作位置（上位）时其第一油口与第三油口导通且第二油口非导通。为提高其操纵性能，常态下的负载反馈切断阀4优选位于第一工作位置（下位），也就是说，只有在发动机启动时需要其切换至第二工作位置（上位）。

该负载敏感液压系统的工作原理简述如下：

一、正常使用工况

在发动机启动后的正常使用工况下，可调节该负载反馈切断阀4位于第一工作位置，此状态下，负载反馈油路XL的压力信号（负载压力信号）作用于负载敏感控制阀3的敏感腔，从而根据该压力信号调整变量泵1的运行状态。

二、发动机启动工况

当发动机启动时，可调节该负载反馈切断阀4位于第二工作位置，此状态下，负载敏感控制阀3的敏感腔与系统回油油路T连通，即作用于其敏感腔的压力信号为零（相当于油箱压力）；从而在发动机启动瞬间的变量泵1出口建立最小的压力及排量，使得变量泵1输出液压功率（压力与流量的乘积）达到最小，确保发动机带有最小的液压负载顺利可靠地完成启动，不受环境温度变化的影响。

三、上车各执行元件与回转马达复合动作工况

本实施方式所述起重机包括回转马达、吊臂伸缩油缸、吊臂变幅油缸、主卷马达及副卷马达等。与现有技术相同的是，该回转马达与其他液控执行元件分别采用独立的动力泵提供压力油源，以满足性能要求；也就是说，控制吊臂伸缩油缸、吊臂变幅油缸、主卷马达及副卷马达等元件的液压系统采用一动力泵提供压力油源，而控制回转马达的液控采用另一动力泵提供压力油源，且两个动力泵均由发动机驱动旋转。为提高整机作业效率，往往需要执行上车执行元件与回转马达的复合动作。例如，吊臂变幅油缸与回转马达同步回转等。

以该复合动作为例，当吊臂变幅油缸停止动作时，可控制负载反馈切断阀4位于第二工作位置，即切断该负反馈油路XL生成的较大压力的冲击。由此，可避免较大负反馈压力信号导致上车液压系统的变量泵输出压力及排量瞬间大幅提高，由于回转液压系统与上车液压系统的两个动力泵均由发动机带动，因此，可进一步避免上车动力泵输出压力及排量大幅提高，进而可避免发动机降速导致回转泵的输出功率下降的状况发生，不会出现回转运动的速度波动。也就是说，复合动作工况下，该负载敏感液压系统中一个动作停止的同时调节负载反馈切断阀4位于第二工作位置调节，可保证本机另外一个系统动作的平稳运行。

如前所述，本系统中的执行元件2可以具体为液压油缸或液压马达，并可以通过设置在液压油缸或液压马达与系统压力油路P和回油油路T之间的方向控制阀5控制各执行元件的两向运动。如图3所示，执行元件2的两个工作腔与梭阀6的两个进油口连通，该梭阀6的出油口至负载反馈油路XL之间单向导通，以可靠地将运动中执行元件2的工作压力反馈至负载反馈油路XL。

具体地，该方向控制阀5具体为三位七通方向控制阀，其第一油口与系统压力油路P连通、第二油口和第三油口分别与系统回油油路T连通、第四油口和第五油口分别与梭阀6的两个进油口连通、第六油口和第七油口分别与液压油缸或液压马达（执行元件2）的两个工作腔连通；且方向控制阀5配置成：位于第一工作位置（左）时，其第一油口与第五油口和第七油口导通、第二油口与第四油口和第六油口导通、第三油口非导通，此状态下，图中所示液压油缸伸出；位于第二工作位置（右）时，其第一油口与第四油口和第六油口导通、第三油口与第五油口和第七油口导通、第二油口非导通，此状态下，图中所示液压油缸收回；位于第三工作位置时，其第一油口非导通、第二油口与第四油口和第六油口导通、其第三油口与第五油口和第七油口导通，此状态下，图中所示液压油缸保持所处姿态。

另外，图中所示的方向控制阀5的第一油口连通的油路上设置有减压阀7，以避免高压冲击导致下游侧元件的工作稳定性。

此外，梭阀6的出油口与系统回油油路T之间设置有第一溢流阀8；梭阀6的一个进油口与系统回油油路T之间设置有第二溢流阀9，且第二溢流阀9的调定压力小于第一溢流阀8的调定压力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种负载敏感液压系统，其特征在于，包括：

变量泵，输出压力油液至系统压力油路；

执行元件，用于带动相应负载机构动作，且其工作压力油液输出至负载反馈油路；

控制所述变量泵的变排量油缸的负载敏感控制阀，设置在所述执行元件的负载反馈油路上；和

负载反馈切断阀，设置在所述负载敏感控制阀的敏感腔与其上游侧的负载反馈油路及系统回油油路之间；所述负载反馈切断阀具有两个工作位置，且配置成位于第一工作位置时控制所述负载敏感控制阀的敏感腔与负载反馈油路连通、位于第二工作位置时控制所述负载敏感控制阀的敏感腔与系统回油油路连通。

2.根据权利要求1所述的负载敏感液压系统，其特征在于，所述负载反馈切断阀具体为电磁换向阀。

3.根据权利要求2所述的负载敏感液压系统，其特征在于，所述负载反馈切断阀具体为二位三通换向阀，其第一油口与所述负载敏感控制阀的敏感腔连通、第二油口与所述负载敏感控制阀上游侧的负载反馈油路连通、第三油口与系统回油油路连通，且配置成位于第一工作位置时其第一油口与第二油口导通且第三油口非导通、位于第二工作位置时其第一油口与第三油口导通且第二油口非导通。

4.根据权利要求2或3所述的负载敏感液压系统，其特征在于，常态下的所述负载反馈切断阀位于第一工作位置。

5.根据权利要求1所述的负载敏感液压系统，其特征在于，所述执行元件具体为液压油缸或液压马达；所述液压油缸或液压马达与系统压力油路和回油油路之间设置有控制其两向运动的方向控制阀，且其两个工作腔与梭阀的两个进油口连通，所述梭阀的出油口至所述负载反馈油路之间单向导通。

6.根据权利要求5所述的负载敏感液压系统，其特征在于，所述方向控制阀具体为三位七通方向控制阀，其第一油口与系统压力油路连通、第二油口和第三油口分别与系统回油油路连通、第四油口和第五油口分别与所述梭阀的两个进油口连通、第六油口和第七油口分别与所述液压油缸或液压马达的两个工作腔连通；且所述方向控制阀配置成：位于第一工作位置时，其第一油口与第五油口和第七油口导通、第二油口与第四油口和第六油口导通、第三油口非导通；位于第二工作位置时，其第一油口与第四油口和第六油口导通、第三油口与第五油口和第七油口导通、第二油口非导通；位于第三工作位置时，其第一油口非导通、第二油口与第四油口和第六油口导通、其第三油口与第五油口和第七油口导通。

7.根据权利要求6所述的负载敏感液压系统，其特征在于，与所述方向控制阀的第一油口连通的油路上设置有减压阀。

8.根据权利要求7所述的负载敏感液压系统，其特征在于，所述梭阀的出油口与系统回油油路之间设置有第一溢流阀；所述梭阀的一个进油口与系统回油油路之间设置有第二溢流阀，且所述第二溢流阀的调定压力小于第一溢流阀的调定压力。

9.一种起重机，包括由上车液压系统控制运动的吊臂油缸、变幅油缸和卷扬马达，其特征在于，所述上车液压系统具体为权利要求1至8中任一项所述的负载敏感液压系统。

10.根据权利要求9所述起重机，其特征在于，所述上车液压系统的动力泵和回转液压系统的动力泵均由发动机驱动。