CN102720711B - 一种自动切换型负载敏感液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种自动切换型负载敏感液压系统，属于船用吊机液压系统领域。该系统包括负载敏感变量泵模块、第一电液比例阀模块、第二电液比例阀模块、第一执行机构、第二执行机构和串联切换阀模块；第一电液比例阀模块和第二电液比例阀模块分别与第一执行机构和第二执行机构相连；负载敏感变量泵模块包括相互连接的变量泵和负载传感阀；第一电液比例阀模块包括第一比例方向控制阀；第二电液比例阀模块包括第二比例方向控制阀；第一和第二电液比例阀模块通过串联切换阀模块串联共用一个负载敏感变量泵模块，第一比例方向控制阀回油T口与第二比例方向控制阀进油P口连通。串联切换阀模块实现各执行机构同时动作时，均享有变量泵最大油量。

Description

一种自动切换型负载敏感液压系统

技术领域

本发明涉及船用吊机液压系统技术领域，特别涉及一种自动切换型负载敏感液压系统。 

背景技术

船用克令吊和海洋平台吊车的驱动方式基本都采用电动——液压驱动，其液压控制系统比较重要。合适的液压控制系统不仅能节约能源、减少发热量，而且还能在元件的布置上减少空间占有量、节约成本等。在当前市场竞争的环境里，拥有一流的液压控制系统、低成本的克令吊在国际市场是非常具有竞争性的。 

目前，国内外的浮式起重机的液压控制系统一般采用以下两种： 

1、单控式液压系统，每个执行机构的控制模块（即电液比例阀模块）分别单独由各自的油泵供油。这种传统液压系统的液压元件在空间上占有空间大，维修不方便，成本高。 

2、并联式液压系统，多个执行机构的控制模块（即电液比例阀模块）并联（各电液比例阀模块的进油口并联后再与油泵的出油口相连，各电液比例阀模块的出油口并联后再与油泵的油缸相连）共用一个油泵。这种液压系统虽在一定程度上减少了液压元件在空间上的占有空间，但由于多个执行机构并联共用一个油泵，所以当各执行机构同时动作时，每个执行机构根据各自的负载按比例分配所述一个油泵的油量，导致个执行机构动作速度慢，工作效率低。 

发明内容

为了减小船用吊机的液压元件在空间上的占有空间，降低成本；同时提高各执行机构的动作速度，本发明实施例提供了一种自动切换型负载敏感液压系统。所述技术方案如下： 

一种自动切换型负载敏感液压系统，包括负载敏感变量泵模块、第一电液比例阀模块、第二电液比例阀模块、第一执行机构和第二执行机构；所述第一电液比例阀模块和第二电液比例阀模块分别对应与第一执行机构和第二执行机构相连；所述负载敏感变量泵模块包括变量泵和负载传感阀，负载传感阀的进油口与变量泵的出油口连接，负载传感阀的出油口与变量泵的变量油缸连接；所述第一电液比例阀模块包括第一比例方向控制阀；所述第二电液比例阀模块包括第二比例方向控制阀；所述第一执行机构包括第一马达；所述第二执行机构包括第二马达；其特征在于，还包括串联切换阀模块，所述第一电液比例阀模块和第二电液比例阀模块通过所述串联切换阀模块串联共用一个所述负载敏感变量泵模块，所述第一比例方向控制阀回油T口与第二比例方向控制阀进油P口相连通。 

具体地，所述串联切换阀模块包括梭阀、第一三通压力补偿阀和第二三通压力补偿阀；所述梭阀的油泵反馈口与所述负载传感阀的压力检测口相连接，梭阀的压力检测口分别与所述第一比例方向控制阀和第二比例方向控制阀的反馈XL口相连；所述第一三通压力补偿阀的进油口与所述变量泵的出油口相连接，所述第一三通压力补偿阀的补偿口与第一比例方向控制阀的反馈XL口相连，第一三通压力补偿阀的出油口与所述第二比例方向控制阀进油P口相接，第一三通压力补偿阀的出油口还与第二三通压力补偿阀的进油口相连通；所述第二三通压力补偿阀的进油口与所述第一比例方向控制阀的回油T口相连，所述第二三通压力补偿阀的补偿口与第二比例方向控制阀的反馈XL口相连，所述第二三通压力补偿阀的出油口与所述变量泵的液压油箱相接。 

进一步地，所述第一电液比例阀模块还包括第一两通压力补偿阀，所述第二电液比例阀模块还包括第二两通压力补偿阀；所述第一两通压力补偿阀的进油口与所述变量泵出油口连接，所述第一两通压力补偿阀的出油口与所述第一比例方向控制阀的进油P口连接，所述第一两通压力补偿阀的压力反馈口与所述第一比例方向控制阀的反馈XL口连接；所述第二两通压力补偿阀的进油口与所述第二三通压力补偿阀的进油口连接，所述第二两通压力补偿阀的出油口与所述第二比例方向控制阀的进油P口连接，所述第二两通压力补偿阀的压力反馈口与所述第二比例方向控制阀的反馈XL口连接。 

进一步地，所述第一电液比例阀模块还包括第一压力保护阀，第二电液比例阀模块还包括第二压力保护阀，所述第一压力保护阀和第二压力保护阀的进油口分别与第一比例方向控制阀和第二比例方向控制阀的反馈XL口连接，第一压力保护阀和第二压力保护阀的出油口均与所述变量泵的液压油箱连接。 

进一步地，所述第一电液比例阀模块还包括第一溢流阀，所述第二电液比例阀模块还包括第二溢流阀，所述第一溢流阀和第二溢流阀的进油口分别与所述第一比例方向控制阀和第二比例方向控制阀的反馈XL口相连，第一溢流阀和第二溢流阀的出油口均与所述变量泵的液压油箱连接。 

更进一步地，所述负载敏感变量泵模块还包括压力切断阀，所述压力切断阀的进油口和压力先导口均与所述变量泵的出油口相连，所述压力切断阀的出油口与所述变量泵的变量油缸连接，所述压力切断阀的进油口还与所述负载传感阀的出油口连接。 

再进一步地，所述第一执行机构还包括与所述第一马达和第一比例方向控制阀相互油路连接的第一平衡阀块，所述第二执行机构还包括与所述第二马达和第二比例方向控制阀相互油路连接的第二平衡阀块。 

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过加设的串联切换阀模块，实现了多个执行机构串联共用一个变量泵，并且各执行机构的液压控制系统均为负载敏感型，各执行机构单独动作时，负载反馈油源自动切换，各个液压系统相互独立，减小了液压元件在空间上的占有空间，降低了成本；同时，本串联式结构的液压系统实现了各执行机构同时动作时，各自都享有所述变量泵的最大油量，提高了各执行机构的动作速度，工作效率高；而且，本系统除了负载敏感变量泵模块根据所需流量自动变换排量来节约能源外，所述第一三通压力补偿阀和第二三通压力补偿阀在变量泵变排量精确度不高的情况下，会自动溢流多余的液压油，提高速度的控制精度。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的附图。 

图1是本发明实施例提供的一种自动切换型负载敏感液压系统的结构示意图； 

图2是本发明实施例中两电液比例阀模块的连接关系示意图； 

图3是本发明实施例中负载敏感变量泵模块的放大结构示意图； 

图4是本发明中比例方向控制阀各接口的结构示意图。 

附图中，各标号所代表的组件列表如下： 

负载敏感变量泵模块1，变量泵1a，压力切断阀1b，负载传感阀1c，第一电液比例阀模块2，第一两通压力补偿阀2a，第一压力保护阀2b，第一比例方向控制阀2c，第一溢流阀2d，第二电液比例阀模块3，第二两通压力补偿阀3a，第二压力保护阀3b，第二比例方向控制阀3c，第二溢流阀3d，第一执行机构4，第一马达4a，第一平衡阀模块4b，第二执行机构5，第二马达5a，第二平衡阀模块5b，串联切换阀模块6，梭阀6a，第一三通压力补偿阀6b，第二三通压力补偿阀6c。 

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。 

参见图1～图3，本发明实施例提供了一种自动切换型负载敏感液压系统，该系统包括负载敏感变量泵模块1、第一电液比例阀模块2、第二电液比例阀模块3、第一执行机构4和第二执行机构5；第一电液比例阀模块2和第二电液比例阀模块3分别对应与第一执行机构4和第二执行机构相连5；负载敏感变量泵模块1包括变量泵1a和负载传感阀1c，负载传感阀1c的进油口与变量泵1a的出油口连接，负载传感阀1c的出油口与变量泵1a的变量油缸连接；第一电液比例阀模块2包括第一比例方向控制阀2c；第二电液比例阀模块3包括第二比例方向控制阀3c；第一执行机构4包括第一马达4a；第二执行机构5包括第二马达5a；该系统还包括串联切换阀模块6，第一电液比例阀模块2和第二电液比例阀模块3通过所述串联切换阀模块6串联共用一个所述负载敏感变量泵模块1，第一比例方向控制阀2c回油T口与第二比例方向控制阀3c进油P口相连通。第一比例方向控制阀2c的出油A口和出油B口与第一执行机构4相互连通；第二比例方向控制阀3c的出油A口和出油B口与第二执行机构5相互连通。 

具体地，串联切换阀模块6包括梭阀6a、第一三通压力补偿阀6b和第二三通压力补偿阀6c；梭阀6a的油泵反馈口与负载传感阀1c的压力检测口相连接，梭阀6a的压力检测口分别与第一比例方向控制阀2c和第二比例方向控制阀3c的反馈XL口相连；第一三通压力补偿阀6b的进油口与变量泵1a的出油口相连接，第一三通压力补偿阀6b的补偿口与第一比例方向控制阀2c的反馈XL口相连，第一三通压力补偿阀6b的出油口与第二比例方向控制阀3c进油P口相接，第一三通压力补偿阀6b的出油口还与第二三通压力补偿阀6c的进油口相连通；第二三通压力补偿阀6c的进油口与第一比例方向控制阀2c的回油T口相连，第二三通压力补偿阀6c的补偿口与第二比例方向控制阀3c的反馈XL口相连，第二三通压力补偿阀6c的出油口与变量泵1a的液压油箱相接。 

进一步地，第一电液比例阀模块2还包括第一两通压力补偿阀2a，第二电液比例阀模块3还包括第二两通压力补偿阀3a；第一两通压力补偿阀2a的进油口与变量泵1a出油口连接，第一两通压力补偿阀2a的出油口与第一比例方向控制阀2c的进油P口连接，第一两通压力补偿阀2a的压力反馈口与第一比例方向控制阀2c的反馈XL口连接；第二两通压力补偿阀3a的进油口与第二三通压力补偿阀6c的进油口连接，第二两通压力补偿阀3a的出油口与第二比例方向控制阀3c的进油P口连接，第二两通压力补偿阀3a的压力反馈口与第二比例方向控制阀3c的反馈XL口连接。第一两通压力补偿阀2a和第二两通压力补偿阀3a均起压力补偿作用，使比例方向控制阀的进油P口与出油A口或B口的压差等于负载传感阀弹簧设置的压力值。 

进一步地，第一电液比例阀模块2还包括第一压力保护阀2b，第二电液比例阀模块3还包括第二压力保护阀3b，第一压力保护阀2b和第二压力保护阀3b的进油口分别与第一比例方向控制阀2c和第二比例方向控制阀3c的反馈XL口连接，第一压力保护阀2b和第二压力保护阀3b的出油口均与变量泵1a的液压油箱连接。该第一压力保护阀2b和第二压力保护阀3b均起防止压力过高，保护系统的作用，但两者设置的保护压力值不同。具体地，防止变量泵1a的出油口压力过高，第一压力保护阀2b与第二压力保护阀3b设定好的压力值恰是系统实际需要的压力值，如果系统压力超过其设定值则其起到溢流作用，从而保证变量泵1a排出的油液维持不变，进而不会出现压力升高的现象。 

进一步地，第一电液比例阀模块2还包括第一溢流阀2d，第二电液比例阀模块3还包括第二溢流阀3d，第一溢流阀2d和第二溢流阀3d的进油口分别与第一比例方向控制阀2c和第二比例方向控制阀3c的反馈XL口相连，第一溢流阀2d和第二溢流阀3d的出油口均与变量泵1a的液压油箱连接。该第一溢流阀2d和第二溢流阀3d都是起防止压力过高，保护系统的作用。 

更进一步地，前述负载敏感变量泵模块1还包括压力切断阀1b，压力切断阀1b的进油口和压力先导口均与变量泵1a的出油口相连，压力切断阀1b的出油口与变量泵1a的变量油缸连接，压力切断阀1b的进油口还与负载传感阀1c的出油口连接。该压力切断阀1b起压力切断的作用，防止压力过高，保护系统的作用。当变量泵1a的出油口压力很高，高于本压力切断阀1b设置的安全压力时，变量油缸动作使变量泵1a的排量变为零，起到保护作用。变量泵1a同时受负载敏感阀1c和压力切断1b的控制，但负载敏感阀1c是用来控制变量泵1a排量的变化，压力切断1b则是一个通断阀，只有“通”与“断”两种状态，“通”时利用负载敏感阀1c实现控制变量泵1a排量的变化，“断”时则直接实现控制变量泵1a的排量为“零”。 

再进一步地，第一执行机构4还包括与第一马达4a和第一比例方向控制阀2c相互油路连接的第一平衡阀块4b，第二执行机构5还包括与第二马达5a和第二比例方向控制阀3c相互油路连接的第二平衡阀块5b。该第一平衡阀块4b和第二平衡阀块5b均起保护作用：实际操作中，当重物下落工况时，该平衡阀块产生液阻，防止重物加速下落。 

下面分别介绍本实施例的自动切换型负载敏感液压系统的三种工作状态。 

一、当本液压系统单独控制第一马达4a转动时（即第一比例方向控制阀2c的主阀芯有一定的开口量时）： 

一方面，变量泵1a输出的液压油流经第一两通压力补偿阀2a进入第一比例方向控制阀2c，接着流经第一平衡阀模块4b进入第一马达4a，驱动第一马达4a转动，最后从第一马达4a流出的液压油依次流经第一比例方向控制阀2c和第二三通压力补偿阀6c后进入变量泵的液压油箱；同时，第一比例方向控制阀2c反馈XL口的油压通过梭阀6a反馈给负载传感阀1c，进而来控制变量泵1a的排量，变量泵1a输出的液压油的流量大小由第一比例方向控制阀2c的主阀芯开口量的大小而定，遵循保持第一比例方向控制阀2c进油P口与出油A或B口的压差不变，即输出流量与阀芯开口量有关，无溢流损失。 

另一方面，第一比例方向控制阀2c反馈XL口的油压反馈给第一三通压力补偿阀6b，由于该第一三通压力补偿阀6b被压缩的弹簧开启压力为第一比例方向控制阀2c进油P口与出油A或B口的压差，所以此时第一三通压力补偿阀6b关闭，变量泵1a输出的液压油源不能通过第一三通压力补偿阀6b，从而可以单独控制第一马达4a转动。 

二、当本液压系统单独控制第二马达5a转动时（即第二比例方向控制阀3c的主阀芯有一定的开口量时）： 

一方面，由于第一比例方向控制阀2c的主阀芯没有开口，即该第一比例方向控制阀2c的出油A或B口没有压力，所以第一三通压力补偿阀6b在很低的压力下就可以开启，变量泵1a输出的液压油流经该第一三通压力补偿阀6b后进入第二两通压力补偿阀3a，接着流经第二比例方向控制阀3c进入第二平衡阀模块5b，然后进入第二马达5a，驱动第二马达5a转动，最后从第二马达5a流出的液压油流经第二比例方向控制阀3c后直接进入变量泵的液压油箱；同时，第二比例方向控制阀3c反馈XL口的油压经过梭阀6a自动切换后传到负载敏感阀1c，进而来控制变量泵1a的排量，此时变量泵1a输出的油源的流量大小由第二比例方向控制阀3c的主阀芯开口量的大小而定，保持第二比例方向控制阀3c进油P口与出油A或B口两端的压差不变。 

另一方面，第二比例方向控制阀3c反馈XL口的油压反馈到第二三通压力补偿阀6c，该第二三通压力补偿阀6c无法开启，变量泵1a输出的液压油源不能通过第二三通压力补偿阀6c，从而可以单独控制第二马达5a转动。 

三、当本液压系统同时控制第一马达4a和第二马达5a转动时（两个执行机构的液压系统通过串联方式连接）： 

一方面，变量泵1a输出的液压油依次流经第一两通压力补偿阀2a、第一比例方向控制阀2c和第一平衡阀模块4b后进入第一马达4a，驱动第一马达4a转动，接着从第一马达4a 流出的液压油再依次流经第一比例方向控制阀2c、第二两通压力补偿阀3a、第二比例方向控制阀3c和第二平衡阀模块5b后进入第二马达5a，驱动第二马达5a转动，最后从第二马达5a流出的液压油流经第二比例方向控制阀3c后直接进入变量泵的液压油箱；同时，第一比例方向控制阀2c控制第一马达4a的转向，第二比例方向控制阀3c控制第二马达5a的转向。 

另一方面，由于此时是串联系统，所以第一比例方向控制阀2c反馈XL口的油压大于第二比例方向控制阀3c的出油口油压，因此，变量泵1a的负载敏感压力取决于第一比例方向控制阀2c反馈XL口的油压，变量泵1a的所有输出流量由第一比例方向控制阀2c的开口量而定；当第二比例方向控制阀3c的开口量小于第一比例方向控制阀2c的开口量时，第二比例方向控制阀3c的进油P口与出油A或B口两端的油压差增大，第二三通压力补偿阀6c会出现溢流，保证第二马达5a的输出转速取决于第二比例方向控制阀3c的开口量。 

当本液压系统单独控制两个执行机构动作时，由于油温变化以及负载传感阀1c和两通压力补偿阀的弹簧压缩力调节不匹配等工况下，变量泵1a的排量会出现不严格按照比例方向控制阀的主阀开口量而变化，会出现在高压下过流的现象，此时第一三通压力补偿阀和第二三通压力补偿阀会起作用，溢走多余的流量，这样对速度控制的精度会提高。 

当然，本发明具体实施过程中，还可根据执行机构和电液比例阀模块的数量适当加设三通压力补偿阀的数量。此时，各比例方向控制阀的比例油出口均与梭阀6a的压力检测口相连。梭阀6a的压力检测口的数量不够时，可根据实际需要加设。 

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过加设的串联切换阀模块，实现了多个执行机构串联共用一个变量泵，并且各执行机构的液压控制系统均为负载敏感型，各执行机构单独动作时，负载反馈油源自动切换，各个液压系统相互独立，减小了液压元件在空间上的占有空间，降低了成本；同时，本串联式结构的液压系统实现了各执行机构同时动作时，各自都享有变量泵的最大油量，提高了各执行机构的动作速度，工作效率高；而且，本系统除了负载敏感变量泵模块根据所需流量自动变换排量来节约能源外，三通压力补偿阀在变量泵变排量精确度不高的情况下，会自动溢流多余的液压油，提高速度的控制精度。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种自动切换型负载敏感液压系统，包括负载敏感变量泵模块、第一电液比例阀模块、第二电液比例阀模块、第一执行机构和第二执行机构；所述第一电液比例阀模块和第二电液比例阀模块分别对应与第一执行机构和第二执行机构相连；所述负载敏感变量泵模块包括变量泵和负载传感阀，负载传感阀的进油口与变量泵的出油口连接，负载传感阀的出油口与变量泵的变量油缸连接；所述第一电液比例阀模块包括第一比例方向控制阀；所述第二电液比例阀模块包括第二比例方向控制阀；所述第一执行机构包括第一马达；所述第二执行机构包括第二马达；其特征在于，还包括串联切换阀模块，所述第一电液比例阀模块和第二电液比例阀模块通过所述串联切换阀模块串联共用一个所述负载敏感变量泵模块，所述第一比例方向控制阀回油T口与第二比例方向控制阀进油P口相连通；

其中，所述串联切换阀模块包括梭阀、第一三通压力补偿阀和第二三通压力补偿阀；所述梭阀的油泵反馈口与所述负载传感阀的压力检测口相连接，梭阀的压力检测口分别与所述第一比例方向控制阀和第二比例方向控制阀的反馈XL口相连；所述第一三通压力补偿阀的进油口与所述变量泵的出油口相连接，所述第一三通压力补偿阀的补偿口与第一比例方向控制阀的反馈XL口相连，第一三通压力补偿阀的出油口与所述第二比例方向控制阀进油P口相接，第一三通压力补偿阀的出油口还与第二三通压力补偿阀的进油口相连通；所述第二三通压力补偿阀的进油口与所述第一比例方向控制阀的回油T口相连，所述第二三通压力补偿阀的补偿口与第二比例方向控制阀的反馈XL口相连，所述第二三通压力补偿阀的出油口与所述变量泵的液压油箱相接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电液比例阀模块还包括第一两通压力补偿阀，所述第二电液比例阀模块还包括第二两通压力补偿阀；所述第一两通压力补偿阀的进油口与所述变量泵出油口连接，所述第一两通压力补偿阀的出油口与所述第一比例方向控制阀的进油P口连接，所述第一两通压力补偿阀的压力反馈口与所述第一比例方向控制阀的反馈XL口连接；所述第二两通压力补偿阀的进油口与所述第二三通压力补偿阀的进油口连接，所述第二两通压力补偿阀的出油口与所述第二比例方向控制阀的进油P口连接，所述第二两通压力补偿阀的压力反馈口与所述第二比例方向控制阀的反馈XL口连接。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一电液比例阀模块还包括第一压力保护阀，第二电液比例阀模块还包括第二压力保护阀，所述第一压力保护阀和第二压力保护阀的进油口分别与第一比例方向控制阀和第二比例方向控制阀的反馈XL口连接，第一压力保护阀和第二压力保护阀的出油口均与所述变量泵的液压油箱连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一电液比例阀模块还包括第一溢流阀，所述第二电液比例阀模块还包括第二溢流阀，所述第一溢流阀和第二溢流阀的进油口分别与所述第一比例方向控制阀和第二比例方向控制阀的反馈XL口相连，第一溢流阀和第二溢流阀的出油口均与所述变量泵的液压油箱连接。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述负载敏感变量泵模块还包括压力切断阀，所述压力切断阀的进油口和压力先导口均与所述变量泵的出油口相连，所述压力切断阀的出油口与所述变量泵的变量油缸连接，所述压力切断阀的进油口还与所述负载传感阀的出油口连接。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一执行机构还包括与所述第一马达和第一比例方向控制阀相互油路连接的第一平衡阀块，所述第二执行机构还包括与所述第二马达和第二比例方向控制阀相互油路连接的第二平衡阀块。