CN103132549A - 弧线铲掘型装载机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弧线铲掘型装载机，是在传统液压系统的基础上，增设一液压系统，实现举升和转斗的复合运动。新增液压系统包括连接在所述工作系统油泵供油管路上的一电磁阀和连接在电磁阀导电端的一液压集成阀组，所述电磁阀的非导电端与一传统液压系统相连，液压集成阀组包括在供油线路上设置的两个并联的逻辑阀，以及在回油线路上设置的两个并联的液控单向阀。本发明能够选择性地实现铲斗弧线形运动，操作简便灵活，劳动强度低，工作效率高，节能，是一种新型式下的装载机。

Description

弧线铲掘型装载机

技术领域

本发明涉及铲掘作业的装载机，尤其是涉及装载机在铲掘时铲斗为弧线形运动轨迹的装载机。

背景技术

装载机是广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程中的施工机械，是工程建设等行业中不可缺少的重要装备之一。装载机的用途主要是铲装土壤、砂石、石灰和煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业，可大量节省人力、大大降低劳动强度，提高工作效率。装载机工作过程主要包括铲掘、提升、卸料、下降、放平铲斗，其中体现装载机效率的关键作业过程是在铲掘上，并且铲掘时负载也最大，消耗发动机动力也最大，铲掘质量和驾驶熟练程度决定铲斗装载物料的效率。目前装载机在铲掘时铲斗全部都是作阶梯形轨迹才能让铲斗装满物料，见图1所示的铲斗1和其运动轨迹a。

铲斗的阶梯形运动主要是受液压系统多路换向阀的局限性所限制，因此它存在以下缺点：

1)驾驶员工作强度大。因为要使装载机铲斗装满物料，平均需要重复6次来操纵多路换向阀转斗联和提升联。而转斗联操纵力约为50～60N。装载机大约在40秒一个作业循环。一小时需要操纵540次操纵杆，一个班次需要操纵4000次左右操纵杆，可见其劳动强度之大。

2)驾驶员作业熟练程度要求高。目前装载机在铲掘时要铲满物料，需要驾驶员要熟练撑握铲斗的负载情况，什么时候该操纵转斗臂，什么时候该操纵举升臂。因此作业效率与驾驶员熟练程度有很大的关系。

3)铲掘作业时间长。经测试，一个熟练驾驶员在铲装一斗物料时平均需要7.56秒。

4)耗能。目前装载机工作系统泵的总排量为168.7ml/r。

发明内容

因此，针对上述现有装载机铲掘时存在的问题，本发明提供了一种弧线铲掘型装载机。此种装载机可以在铲掘时产生举升和转斗同步复合运动，从而保持铲斗的平稳性，提高装载物料的效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种弧线铲掘型装载机，包括传统的装载机工作装置机构和传统液压系统，其中所述装载机工作装置机构中包括转斗油缸和举升油缸，所述传统液压系统中包括一组多路换向阀组，所述多路换向阀组包括转斗联滑阀和举升联滑阀，转斗联滑阀连接转斗油缸，举升联滑阀连接举升油缸，所述传统液压系统由工作系统油泵和/或转向系统油泵供油，其特征在于：还包括一新增液压系统，由所述工作系统油泵供油，所述新增液压系统包括连接在所述工作系统油泵供油管路上的一电磁阀和一液压集成阀组，所述电磁阀的导电端与液压集成阀组相连，非导电端与传统液压系统相连；所述液压集成阀组包括在供油线路上设置的两个并联的逻辑阀，所述两个逻辑阀的输入端分别设有节流孔，两个逻辑阀的控制端共同连接一梭阀，所述梭阀并联在转斗油缸供油线路和举升油缸供油线路之间，其中一个逻辑阀的输出端连接到转斗油缸的供油线路上，另一个逻辑阀的输出端连接到举升油缸的供油线路上；所述液压集成阀组还包括在回油线路上设置的两个并联的液控单向阀，一个所述液控单向阀的输入端连接到转斗油缸的回油线路上，另一个所述液控单向阀的输入端连接到举升油缸的回油线路上。

在所述转斗油缸的供油线路和举升油缸的供油线路之间，进一步连接一个压差式滑阀，所述转斗油缸的供油线路和举升油缸的供油线路分别向压差式滑阀提供信号压力油；所述压差式滑阀上的转斗油缸信号压力油和举升油缸信号压力油输出端分别连接到所述梭阀的两个输入端，所述梭阀的输出端同时连接到所述两个逻辑阀控制端。

所述电磁阀的非导电端连接到所述转向系统油泵供油管路上，使得所述工作系统油泵和转向系统油泵共同为传统液压系统供油。

或者所述电磁阀的非导电端直接连接到所述多路换向阀组上，单独为传统液压系统供油。

所述液压集成阀组还包括设置在线路上的安全泄流阀。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1)本发明具有明显的使用优势。使用优势主要体现在减轻操作者劳动强度和降低操作技能要求方面，传统的操作方式，需要分别操纵转斗联滑阀和举升联滑阀，在完成一次土方挖掘或散料装载过程中，操作者需要用手反复变换操纵阀杆，劳动强度相当大。而本发明提供的新增液压系统，只需要按一下电子开关打开电磁阀就可以完成装载机的铲掘作业，操作者劳动强度小。

2)本发明由于采用了压力调节技术，用滑阀、梭阀和逻辑阀，自动检测两个油路的负载压力，并自动对液压系统的功率在两个油路间进行分配，使两个联动机构的动作自适应负载的变化，而保持挖掘和装载的连续性。

3)本发明也具有明显的效率优势。在传统操作方式下，操作者不停地在两个阀杆之间切换，变化过程中就会出现停顿。而本发明只需按下电子开关，两个联动机构就可以同时动作，并且根据负载的大小自适应调整速度，作业流畅，不会出现停顿。经测试，采用本发明的装载机其铲装作业时间为5.17秒。

4)本发明也具有一定的经济优势。在使用复合动作作业时，工作液压系统由双泵合流工作改为单泵工作(泵排量为100ml/r)，系统输出的流量减少了40％，这种情况符合了装载机小流量，高压力的发展方向。同时由于两个机构连续动作不停顿，也能节省油耗。经测试，装载机一小时节约柴油1.732Kg，节约能耗约9.5％。

附图说明

图1是现有装载机的铲斗运动轨迹示意图；

图2是本发明装载机的铲斗运动轨迹示意图；

图3是传统液压系统下的举升动作液压控制图；

图4是传统液压系统下的转斗动作液压控制图；

图5是传统液压系统下的转斗、举升动作均没有的液压控制图；

图6是本发明液压系统下，当电磁阀导通时的液压控制图；

图7是本发明液压系统下，当电磁阀关闭时的液压控制图；

图8是压差式滑阀的结构原理图。

图中，1-铲斗，21-连杆，22-摇臂，23-转斗油缸，24-大动臂，25-举升油缸，3-前车架，31、32、33、34、35、36、37、38、39-转轴，41-多路换向阀组，411-转斗联滑阀，412-举升联滑阀，413-过载补油阀，42-液压集成阀组，421-安全泄流阀，422、423-逻辑阀，424、425-节流孔，426、427-液控单向阀，428-压差式滑阀，429-梭阀，电磁阀43，P1-工作系统油泵，P2-转向系统油泵，a-阶梯形运动轨迹，b-弧线形运动轨迹。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明目的提供的一种铲掘时铲斗运动为弧线形轨迹的装载机，其特征是弧线形轨迹的形成是由一液压系统控制，液压系统始终保持单一的大负载反馈控制，流量分配与多负载无关，实现了对举升和转斗的同步操作，同时也实现了铲掘时铲斗为弧线形运动轨迹b，其效果图如图2所示。

在介绍液压系统控制下的工作装置机构2的复合运动之前，先介绍一下工作装置机构2和铲斗1组合的机械结构，这一部分结构仍然按照传统结构并不需要做改动：如图1、3所示，装载机工作装置机构2包括两组联动机构，一组为转斗联动机构，连接在铲斗1的上部，用于控制铲斗1的翻转、卸料动作；另一组为举升联动机构，连接在铲斗1的下部，用于控制铲斗1的铲掘、举升动作。

连接在铲斗1上部的转斗联动机构包括与铲斗1上部转轴31直接相连的连杆21，与连杆21另一端通过转轴32相连的摇臂22，与摇臂22的另一端通过转轴33相连的一转斗油缸23(摇臂连接到转斗油缸的活塞杆上)。转斗油缸23的油缸座通过转轴34连接到前车架3上。

连接在铲斗1下部的举升联动机构包括与铲斗1下部转轴35直接相连的大动臂24，与大动臂24的中间部位通过转轴36连接的举升油缸25(大动臂24连接到举升油缸的活塞杆上)。大动臂的尾部通过转轴37连接到前车架3上，举升油缸25的油缸座通过转轴38连接到前车架3上。

摇臂22的中间部位通过转轴39与大动臂24连接，使得摇臂22和大动臂24的动作相互牵制。

由此可以看出，铲斗1是在两组联动机构的作用下运动的，两组联动机构的动力源分别来自于转斗油缸23和举升油缸25。可是传统液压系统是由一组多路换向阀组41控制的，如图3、4、5所示，在此回路中，多路换向阀组41由工作系统油泵P1和/或转向系统油泵P2供油。多路换向阀组41包括转斗联滑阀411和举升联滑阀412，还有过载补油阀413，转斗联滑阀411连接转斗油缸23，举升联滑阀412连接举升油缸25。当转向系统油泵P2不为转向运动供油时，就为铲掘运动供油，或者同时为两者供油。

传统的液压系统，由于是多路换向阀组41控制，所以每次只能单独的进行举升运动或转斗运动，不能实现举升运动和转斗运动的复合运动，因而表现出来的就是阶梯形轨迹，而不是圆弧形轨迹。

如图3所示，为传统液压系统下的举升动作液压控制图，此时，转斗联滑阀411处于中位，举升联滑阀412处于导通状态，为举升油缸25供油，从而控制大动臂24的动作。

如图4所示，为传统液压系统下的转斗动作液压控制图，此时，举升联滑阀412处于中位，转斗联滑阀411处于导通状态，为转斗油缸23供油，从而控制摇臂22的动作。

如图5所示，为传统液压系统下的转斗、举升动作均没有的液压控制图，此时，转斗联滑阀411和举升联滑阀412都处于中位，油路不为转斗油缸23和举升油缸25供油。图3、4、5中的液压回路中实线是供油线路，虚线是回油线路。

本发明为实现转斗和举升运动的复合运动，因此在传统液压系统的基础上，增设了一组液压系统。增设的这组液压系统是由一组液压集成阀组42和电磁阀43控制，连接在工作系统油泵P1上。具体地讲，如图6所示，在工作系统油泵P1的供油管路上先安设一电磁阀43，电磁阀43的非导电端连接多路换向阀组41，导电端连接液压集成阀组42。利用电磁阀43的导通与否，决定工作系统油泵P1是向液压集成阀组42供油，还是向多路换向阀组41供油。当为液压集成阀组42供油时，目的就是构成新增液压回路，实现转斗和举升的复合运动；当为多路换向阀组41供油时，目的就是构成传统液压回路，实现举升或转斗的单一运动。为此，由工作系统油泵P1、电磁阀43、液压集成阀组42、转斗油缸23和举升油缸25构成的新增液压系统，能够实现转斗和举升的复合运动，而由工作系统油泵P1和/或转向系统油泵P2、多路换向阀组41、转斗油缸23和举升油缸25构成的传统液压控制系统，只能单次实现转斗运动或举升运动。

由工作系统油泵P1、电磁阀43、液压集成阀组42、转斗油缸23和举升油缸25构成的新增液压系统中，工作系统油泵P1首先与电磁阀43相连，电磁阀43的导电端与液压集成阀组42相连，非导电端与传统液压系统的供油线路相连。液压集成阀组42除在供油线路上设置的安全泄流阀421外，还包括了在供油线路上并联设置的两个逻辑阀422、423，两个逻辑阀422、423的输入端分别设有节流孔424、425，两个逻辑阀422、423的控制端共同连接一梭阀429上，梭阀429并联在转斗油缸23和举升油缸25的供油线路之间；逻辑阀422的输出端连接到转斗油缸23，逻辑阀423的输出端连接到举升油缸25。液压集成阀组42还包括了在回油线路上设置的两个并联的液控单向阀426、427，液控单向阀426、427由工作系统油泵P1供油以完成打开动作。其中液控单向阀426的输入端连接到转斗油缸23的回油线路上，液控单向阀427的输入端连接到举升油缸25的回油线路上，液控单向阀426、427的回油流回到工作系统油中。图6、7中的液压回路实线是供油线路，虚线是回油线路。

由于装载机在举升和转斗同时运动时，对不同的物料，有不同的负载差别，尤其是在重物料和铲掘硬土时，经测试其举升和转斗负载相差近10MPa，因此出现了当举升负载过高时，转斗不会运动；或者转斗负载过高时，提升不会运动的现象。为此，本发明进一步提出了压差调节技术：在转斗油缸23的供油线路和举升油缸25的供油线路之间，连接一个压差式滑阀428，转斗油缸23的供油线路和举升油缸25的供油线路分别向压差式滑阀428提供信号压力油。压差式滑阀428的两路信号压力油输出端分别连接到梭阀429的两个输入端，梭阀429的输出端再连接到两个逻辑阀422、423的控制端。压差式滑阀428是根据两路信号压力油的压力差大小决定输出哪一路油的，当两路油的压力差不足以使阀芯移动时，这两路信号压力油全部由压差式滑阀428输出到梭阀429，而梭阀429输出给两个逻辑阀422、423的控油就是其中压力较高的一路油，这样能使多负载液压系统始终做有用功。当两路油的压力差足以使阀芯移动时，阀芯向压力小的一方油路移动，压力大的一方油路将被关闭，此时梭阀429输出给两个逻辑阀422、423的控油就只有压力小的一路油，这样避免了压力大的一方油路过载产生功率损失，使多负载液压系统仍然做有用功。随着压力大的一路油向压力小的一路油卸荷，压力小的一方油路负载会逐渐增加，滑阀又进入了下一轮的两路信号压力油压差比较阶段，之后又决定阀芯是否反向移动，梭阀429是否改变控油油路等。总之，压差调节技术始终动态保证举升与转斗的负载不过载，使液压系统始终做有用功，另一面也保证了举升与转斗复合运动更加协调和高效，压差式滑阀428的结构原理图见图8。

本发明如此设置两组液压系统，实质是满足两种工作需求，装载机铲掘时根据工况既能选择阶梯形运动(转斗运动和举升运动单独控制)，也能选择弧线形运动(转斗运动和举升运动复合控制)。当选择弧线形运动时，将电磁阀43打开，如图6所示。此时，工作系统油泵P1向液压集成阀组42供油，新增液压系统工作，传统液压系统处于中位状态，液压集成阀组42同时向转斗油缸23和举升油缸25供油，举升和转斗动作同时进行，因此形成圆弧形运动轨迹。当选择阶梯形运动时，将电磁阀43关闭，如图7所示。此时工作系统油泵P1与转向系统油泵P2合流，或工作系统油泵P1、转向系统油泵P2两者之一单独向多路换向阀组41供油，此时由于关闭了液压集成阀组的回油通道，新增液压系统不工作，传统液压系统工作，工况如图3、4、5所示的三种情况，传统液压控制的工作原理在前面已经叙述过，在此不再重复赘述。

在铲掘工况下采用本发明只需用100ml/min主泵，保证小流量和低工作压力，节能效果显著。先进的动态压差自动调节技术保证了举升与转斗不同负载时的流量分配及发动机始终提供不同负载条件下做有用功。本发明用电磁阀进行铲掘工况下的切换，使同步操作更加顺畅，明显提高了挖掘和装载效率，劳动强度也大大地减轻。

Claims (7)

1.一种弧线铲掘型装载机，包括传统的装载机工作装置机构和传统液压系统，其中所述装载机工作装置机构中包括转斗油缸和举升油缸，所述传统液压系统中包括一组多路换向阀组，所述多路换向阀组包括转斗联滑阀和举升联滑阀，转斗联滑阀连接转斗油缸，举升联滑阀连接举升油缸，所述传统液压系统由工作系统油泵和/或转向系统油泵供油，其特征在于：

还包括一新增液压系统，由所述工作系统油泵供油，所述新增液压系统包括连接在所述工作系统油泵供油管路上的一电磁阀和一液压集成阀组，所述电磁阀的导电端与液压集成阀组相连，非导电端与传统液压系统相连；所述液压集成阀组包括在供油线路上设置的两个并联的逻辑阀，所述两个逻辑阀的输入端分别设有节流孔，两个逻辑阀的控制端共同连接一梭阀，所述梭阀并联在转斗油缸供油线路和举升油缸供油线路之间，其中一个逻辑阀的输出端连接到转斗油缸的供油线路上，另一个逻辑阀的输出端连接到举升油缸的供油线路上；所述液压集成阀组还包括在回油线路上设置的两个并联的液控单向阀，一个所述液控单向阀的输入端连接到转斗油缸的回油线路上，另一个所述液控单向阀的输入端连接到举升油缸的回油线路上。

2.根据权利要求1所述的弧线铲掘型装载机，其特征在于：在所述转斗油缸的供油线路和举升油缸的供油线路之间，连接一个压差式滑阀，所述转斗油缸的供油线路和举升油缸的供油线路分别向压差式滑阀提供信号压力油；所述压差式滑阀上的转斗油缸信号压力油和举升油缸信号压力油输出端分别连接到所述梭阀的两个输入端，所述梭阀的输出端同时连接到所述两个逻辑阀控制端。

3.根据权利要求1或2所述的弧线铲掘型装载机，其特征在于：所述电磁阀的非导电端连接到所述转向系统油泵供油管路上。

4.根据权利要求1或2所述的弧线铲掘型装载机，其特征在于：所述电磁阀的非导电端直接连接到所述多路换向阀组上。

5.根据权利要求1或2所述的弧线铲掘型装载机，其特征在于：所述液压集成阀组还包括设置在线路上的安全泄流阀。

6.根据权利要求3所述的弧线铲掘型装载机，其特征在于：所述液压集成阀组还包括设置在线路上的安全泄流阀。

7.根据权利要求4所述的弧线铲掘型装载机，其特征在于：所述液压集成阀组还包括设置在线路上的安全泄流阀。

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