CN103174691A - 用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路，它包括回转换向阀和补油缓冲回路，并且还包括压力补偿阀和梭阀，压力补偿阀的进口与回转换向阀的旁路节流口的出口连通，压力补偿阀的出口与回转液压系统的油箱连通，梭阀的第一进口与回转液压系统的马达的其中一个口连通，梭阀的第二进口与回转液压系统的马达的另一个口连通，梭阀的出口与压力补偿阀的弹簧腔连通。本发明为大惯量回转系统提供了一种更佳的控制方法：采用旁路压力补偿的方法，回转液压系统的马达流量只与操纵手柄的角度有关，而与负载压力无关，由此实现负载波动时进行快速和精确的控制回转机构的速度，使操作更加轻便舒适，司机可以集中精力并提高效率。

Description

用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路

技术领域

本发明涉及工程机械中的回转液压系统控制回路，尤其涉及中小吨位汽车起重机液压回转控制系统中的回转回路。

背景技术

工程机械中为了提高工作效率和整机的机动性，一般都有回转机构。目前工程起重机广泛采用液压驱动，回转机构作为最重要的四大功能机构之一，其作业时具有转动惯量大、负载波动较大的特性，而且起制动频繁、工作条件恶劣，所以回转控制回路要求安全可靠，使回转工作尽量平稳，在起制动时，不应有较大的压力冲击。目前中小吨位汽车起重机回转液压系统采用的回转控制总成一般为回转换向阀和先导式缓冲溢流阀的总成，没有压力补偿的功能，不能实现与负载压力无关的流量分配控制：轻载时，流量较大，调速区域较大；而重载时，调节死区变大，同阀口开度下相对轻载时流量减小，调速曲线变窄，调速区域变小，即流量调节受负载影响较大。

发明内容

本发明的目的在于克服传统回转液压系统中回转控制回路的流量调节受负载影响的缺陷，提供一种用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明的用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路包括回转换向阀和补油缓冲回路，此外还包括压力补偿阀和梭阀，压力补偿阀的进口与回转换向阀的旁路节流口的出口连通，压力补偿阀的的出口与所述回转液压系统的油箱连通，梭阀的第一进口与回转液压系统的马达的其中一个口连通，梭阀的第二进口与回转液压系统的马达的另一个口连通，梭阀的出口与压力补偿阀的弹簧腔连通。 

作为本发明的一种实施方式，本发明所述补油缓冲回路包括第一先导式缓冲溢流阀、第二先导式缓冲溢流阀、第一补油单向阀和第二补油单向阀，第一先导式缓冲溢流阀的进口和第一补油单向阀的出口均与回转液压系统的马达的其中一个口连通，第二先导式缓冲溢流阀的进口和第二补油单向阀的出口均与回转液压系统的马达的另一个口连通，第一先导式缓冲溢流阀的出口、第二先导式缓冲溢流阀的出口、第一补油单向阀的进口和第二补油单向阀的进口均与回转液压系统的油箱连通。

作为本发明的另一种实施方式，本发明所述补油缓冲回路包括第一补油单向阀、第二补油单向阀、第一整流单向阀、第二整流单向阀和先导式缓冲溢流阀，第一整流单向阀的进口和第一补油单向阀的出口均与回转液压系统的马达的其中一个口连通，第二整流单向阀的进口和第二补油单向阀的出口均与回转液压系统的马达的另一个口连通，第一整流单向阀的出口和第二整流单向阀的出口均与先导式缓冲溢流阀的进口连通，第一补油单向阀的进口、第二补油单向阀的进口和先导式缓冲溢流阀的出口均与回转液压系统的油箱连通。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

一方面，采用旁路压力补偿的方法，通过梭阀把负载压力引入到压力补偿阀的弹簧腔，使得回转换向阀的旁路节流口与进油节流口的前后压差相等，实现与负载变化无关的流量分配控制，当回转换向阀的旁路口关闭时，则压力补偿阀便不起作用，流量全部流入回转液压系统的马达；另一方面，在回转动态过程中，即回转液压系统的马达起制动时，如果回转液压系统的马达进油压力超过先导式缓冲溢流阀先导阀的调定压力，则先导阀打开并溢流，等到固定缓冲阻尼两端压差大于缓冲主阀弹簧力时，缓冲主阀打开，进一步加强缓冲作用，能削减起制动压力峰值，使得回转起制动较平稳。

附图说明

图1是本发明的一种用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路的原理图；

图2是本发明的另一种用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路的原理图。

图中：1为回转换向阀，2为压力补偿阀，3为第一补油单向阀，4为第二补油单向阀，5为第一先导式缓冲溢流阀，6为第二先导式缓冲溢流阀，7为梭阀，3a为第一补油单向阀，4a为第二补油单向阀，5a为第一整流单向阀，6a为第二整流单向阀，8a为先导式缓冲溢流阀，10为回转液压系统的马达，11为回转液压系统的油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路除了包括回转换向阀1和补油缓冲回路之外，还进一步包括压力补偿阀2和梭阀7。

作为本发明的一种实施方式，图1所示的补油缓冲回路包括第一补油单向阀3、第二补油单向阀4、第一先导式缓冲溢流阀5和第二先导式缓冲溢流阀6。第一先导式缓冲溢流阀5的进口e₄口和第一补油单向阀3的出口d₄口均与回转液压系统的马达10的其中一个口B口连通，第二先导式缓冲溢流阀6的进口e₂口和第二补油单向阀4的出口d₂口均与回转液压系统的马达10的另一个口A口连通，第一先导式缓冲溢流阀5的出口e₃口、第二先导式缓冲溢流阀6的出口e₁口、第一补油单向阀3的进口d₃口和第二补油单向阀4的进口d₁口均与回转液压系统的油箱11连通。

回转换向阀1为液控换向阀，回转换向阀1的进油口P口与泵的出油口连通，回转换向阀1的液控口a口和b口均为先导控制油口，回转换向阀1的液控口a口和b口分别与先导控制油源的出口连通。

压力补偿阀2的进口o₁口与回转换向阀的旁路节流口C₁口的出口连通，压力补偿阀2的出口o₂口与回转液压系统的油箱11连通，梭阀7的第一进口f₁口与回转液压系统的马达10的其中一个口A口连通，梭阀7的第二进口f₂口与回转液压系统的马达10的另一个口B口连通，梭阀7的出口m口与压力补偿阀2的弹簧腔出口n口连通。

  本发明用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路的工作过程一般分为两个工况：回转稳态工况（回转液压系统的马达10稳定运转时的工况）和回转动态工况（回转液压系统的马达10起制动过程时的工况）。

 以下具体说明图1所示的用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路的工作过程。

（一）回转稳态工况如下：

 当操作起重机的回转操纵手柄时，若回转换向阀1的先导控制油口b口进油，回转换向阀1工作在左位，则油源流出的油经回转换向阀1的进油节流口A₁口的出口从回转液压系统的马达10的A口流入回转液压系统的马达10，回转液压系统的马达10开始转动。当回转换向阀1的先导控制油口b口的控制压力不是很大时，即回转换向阀1的进油节流口A₁口未达到全开口时，这时定量泵油泵出来的油分为两路：一路经回转换向阀1的进油节流口A₁口的出口从回转液压系统的马达10的A口流入回转液压系统的马达10，另一路经回转换向阀1的旁路节流口C₁口的出口，再经过压力补偿阀2流入回转液压系统的油箱11。

回转液压系统的马达10开始转动时，因为梭阀7的出口m口与压力补偿阀2的弹簧腔出口n口连通，通过梭阀7本身引导压力的作用，则压力补偿阀2的弹簧腔的压力p_n等于回转缓冲回路的A口的压力，因为回转缓冲回路的A口与回转换向阀1的进油节流口A₁口的出口连通，所以压力补偿阀2的弹簧腔的压力p_n也等于回转换向阀1的进油节流口A₁口的出口的压力p₁，即：

p_n=p₁                                              [1]；

对于压力补偿阀2来说，在稳定状态时，对于压力补偿阀2的阀芯受力平衡得到下面关系：

p_o=p_n+F_s/A                           [2]；

其中p_o为压力补偿阀的进口o口的压力，p_n为压力补偿阀的出口n口的压力，F_s为压力补偿阀2的阀芯所受到的弹簧力。若压力补偿阀2内的弹簧较软，则F_s较小，则p_o与p_n近似相等，即：

p_o≈p_n                                            [3]；

因为压力补偿阀的进口o口与回转换向阀1的旁路节流口C₁口的出口连通，回转换向阀1的旁路节流口C₁口的出口的压力为p₂，则

p₂=p_o                                             [4]；

所以通过公式[1]、[3]、[4]可得：

p₁≈p₂                                            [5]；

即补偿了回转换向阀1的旁路节流口C₁口的出口的压力p₂，使之与回转换向阀1的进油节流口A₁口的出口的压力p₁近似相等，同时回转换向阀1的旁路节流口C₁口和回转换向阀1的进油节流口A₁口的进油口都为P口，则回转换向阀1的旁路节流口C₁口和回转换向阀1的进油节流口A₁口的进口压力相等，都为p_p，则回转换向阀1的旁路节流口C₁口的两端压差为ΔP₂=P_p-P₂，回转换向阀1的进油节流口A₁口的两端压差ΔP₁=P_p-P₁，根据节流口的流量压差公式：

回转换向阀1的进油节流口A₁口：Q₁=f(S₁,ΔP₁)，

回转换向阀1的旁路节流口C₁口：Q₂=f(S₂,ΔP₂)，

上述公式中，S₁为回转换向阀1的进油节流口A₁口的过流面积，S₂为回转换向阀1的旁路节流口C₁口的过流面积，ΔP₁为回转换向阀1的进油节流口A₁口的两端压差，ΔP₂为回转换向阀1的旁路节流口C₁口的两端压差，Q₁为通过回转换向阀1的进油节流口A₁口的流量，Q₂为通过回转换向阀1的旁路节流口C₁口的流量。因为:

p₁≈p₂；

ΔP₁=P_p-P₁；

ΔP₂=P_p-P₂；

则:

ΔP₁≈ΔP₂；

又因为：

Q₁+Q₂=Q_总；

则:

Q₁/Q₂= S₁/S₂；

则:

Q₁=Q_总·S₁/（S₁+S₂）；

Q₂=Q_总·S₂/（S₁+S₂）；

可见，使用本发明的回转缓冲控制回路，使得流量分配只与过流面积大小有关，而与节流口两端压差无关，即与负载压力无关，操作性能好，使得执行起点与马达的工作速度（即回转液压系统的马达流量）只与操纵手柄的角度有关，与负载压力无关，因此实现负载波动时进行快速和精确的控制回转机构的速度，因此操作更加轻便舒适，司机可以集中精力提高效率。无论负载压力如何变化，执行机构始终按照司机预定的运动轨迹工作，这对于液压汽车起重机的遥控和机器人化有重要意义，同时优越的微控制性能便于精细作业和多功能作业。

（二）回转动态工况如下：

起重机的回转机构在启动动态时，由于回转机构的转动惯量比较大，所以会产生很大的压力冲击，为了保证回转动作的平稳性，需使用缓冲装置。在图1中，缓冲补油回路是由第一补油单向阀3、第二补油单向阀4、第一先导式缓冲溢流阀5和第二先导式缓冲溢流阀6组成，这种补油缓冲回路能实现很好的缓冲压力冲击和完全补油的效果。假设启动时，回转缓冲控制回路的油液由回转液压系统的马达10的B口流入回转液压系统的马达10的进油腔，由回转液压系统的马达10的A口流回回转液压系统的油箱11，此时回转液压系统的马达10的B口为高压侧，回转液压系统的马达10的A口为低压侧，此时第一先导式缓冲溢流阀5起作用；当回转液压系统的马达10的B口压力达到第一先导式缓冲溢流阀5的先导阀的调定压力时，第一先导式缓冲溢流阀5的先导阀先开启，则油液通过第一先导式缓冲溢流阀5的先导阀流回回转液压系统的油箱11；当回转液压系统的马达10的B口的压力达到第一先导式缓冲溢流阀5的主阀的调定压力时，进一步使第一先导式缓冲溢流阀5的主阀开启并通流，使高压油依次经过第一先导式缓冲溢流阀5的进口e₄口、第一先导式缓冲溢流阀5的出口e₃口流入回转液压系统的油箱11，起到缓冲压力冲击的作用，这时，低压侧补油则通过第二补油单向阀4起作用，油液由回转液压系统的油箱11从第二补油单向阀4的进口d₁口流入，并从第二补油单向阀4的出口d₂口流出，进而流到回转液压系统的马达10的低压侧，从而起到因进油管路上液压油补给不足造成马达低压侧负压真空情况时的补油作用，通过以上缓冲补油过程可以有效实现削减压力峰值和吸收压力抖动的作用，从而使回转动作比较平稳。

当起重机动态启动时，本发明回转缓冲控制回路由回转液压系统的马达10的A口进油流入回转液压系统的马达10的进油腔，由回转液压系统的马达10的B口流回回转液压系统的油箱11，此时回转液压系统的马达10的A口为高压侧，回转液压系统的马达10的B口为低压侧，缓冲流量流动过程与上述回转液压系统的马达10的B口进油时类似，此时只是对称的另一侧第二先导式缓冲溢流阀6和第一补油单向阀3起作用。

当回转液压系统的马达10处于制动状态时，由于回转机构的转动惯量较大，回转机构将会继续转动，此时回转液压系统的马达10相当于泵的形式被带动继续转动，回转液压系统的马达10低压侧突然变成高压，高压侧则变成低压，但缓冲过程和启动状态相同，即是油液由高压侧经过先导式缓冲溢流阀流回回转液压系统的油箱11，从而使得制动过程较平稳，不会产生较大的压力冲击和压力抖动。

如图2所示，本发明的另一种用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路同样包括回转换向阀1、补油缓冲回路、压力补偿阀2和梭阀7。

其中，如图2所示，补油缓冲回路包括第一补油单向阀3a、第二补油单向阀4a、第一整流单向阀5a、第二整流单向阀6a和先导式缓冲溢流阀8a。第一整流单向阀5a的进口e₄和第一补油单向阀4a的出口d₄均与回转液压系统的马达10的其中一个口B口连通，第二整流单向阀6a的进口e₂和第二补油单向阀4a的出口d₂均与回转液压系统的马达10的另一个口A口连通，第一整流单向阀5a的出口e₃和第二整流单向阀6a的出口e₁均与先导式缓冲溢流阀8a的进口g₁连通，第一补油单向阀3a的进口d₃、第二补油单向阀4a的进口d₁和先导式缓冲溢流阀8a的出口g₂均与回转液压系统的油箱11连通。

回转换向阀1为液控换向阀，回转换向阀1的进油口P口与泵出油口连通，回转换向阀1的液控口a口和b口均为先导控制油口，回转换向阀1的液控口a口和b口分别与先导控制油源出口连通。

压力补偿阀2的进口o₁口与回转换向阀的旁路节流口C₁口连通，压力补偿阀的2的出口o₂与回转液压系统的油箱11连通，梭阀7的第一进口f₁与回转液压系统的马达10的其中一个口A口连通，梭阀7的第二进口f₂与回转液压系统的马达10的另一个口B口连通，梭阀7的出口m口与压力补偿阀2的弹簧腔出口n口连通。

图2所示的用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路的工作过程如下：

（一）回转稳态工况与图1所示的用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路的工作过程相同。

（二）回转动态工况如下：

起重机的回转机构在启动动态时，由于回转机构的转动惯量比较大，所以会产生很大的压力冲击，为了保证回转动作的平稳性，需使用缓冲装置。如图2所示，由第一补油单向阀3a、第二补油单向阀4a、第一整流单向阀5a、第二整流单向阀6a和先导式缓冲溢流阀8a组成的缓冲补油回路亦能实现很好的缓冲压力冲击和完全补油的目的。假设启动时，回转缓冲控制回路的油液由回转液压系统的马达10的B口进油流入回转液压系统的马达10的进油腔，由回转液压系统的马达10的A口流回回转液压系统的油箱11，此时回转液压系统的马达10的B口为高压侧，回转液压系统的马达10的A口为低压侧，此时第一整流单向阀5a起作用。当回转液压系统的马达10的B口压力达到先导式缓冲溢流阀8a的先导阀的调定压力时，先导式缓冲溢流阀8a的先导阀先开启，则油液通过先导式缓冲溢流阀8a的先导阀流回回转液压系统的油箱11；当达到先导式缓冲溢流阀8a的主阀的调定压力时，进一步使先导式缓冲溢流阀8a的主阀开启并通流，使高压油依次经过第一整流单向阀5a的进口e₄口、第一整流单向阀5a的出口e₃口、先导式缓冲溢流阀8a的进口g₁口、先导式缓冲溢流阀8a的出口g₂口流入回转液压系统的油箱11，起到缓冲压力冲击的作用，这时，低压侧补油则通过第二补油单向阀4a起作用，油液由回转液压系统的油箱11从第二补油单向阀4a的进口d₁口流入，第二补油单向阀4a的出口d₂口流出流到回转液压系统的马达10的低压侧，从而起到进油管路上液压油补给不足造成马达低压侧负压真空情况时的补油作用，通过以上缓冲补油过程则可以有效实现削减压力峰值和吸收压力抖动的作用，从而使回转动作比较平稳。

当起重机动态启动时，回转缓冲控制回路由回转液压系统的马达10的A口进油流入回转液压系统的马达10的进油腔，由回转液压系统的马达10的B口流回回转液压系统的油箱11，此时回转液压系统的马达10的A口为高压侧，回转液压系统的马达10的B口为低压侧，缓冲流量流动过程与上述回转液压系统的马达10的B口进油时类似，只是对称的另一侧第二整流单向阀6a和第二补油单向阀4a起作用，先导式缓冲溢流阀8a依然起到缓冲作用，缓冲过程与上述回转液压系统的马达10的B口进油时相同。

当回转液压系统的马达10处于制动状态时，由于回转机构的转动惯量较大，回转机构将会继续转动，此时回转液压系统的马达10相当于泵的形式被带动继续转动，回转液压系统的马达10的低压侧突然变成高压，高压侧则变成低压，但缓冲过程和启动状态相同，即油液由高压侧经过先导式缓冲溢流阀流回回转液压系统的油箱11，从而使得制动过程较平稳，不会产生较大的压力冲击和压力抖动。

Claims (3)

1. 一种用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路，包括回转换向阀(1)和补油缓冲回路，其特征是：还包括压力补偿阀（2）和梭阀（7），压力补偿阀（2）的进口与回转换向阀的旁路节流口的出口连通，压力补偿阀的（2）的出口与所述回转液压系统的油箱（11）连通，梭阀（7）的第一进口与回转液压系统的马达（10）的其中一个口连通，梭阀（7）的第二进口与回转液压系统的马达（10）的另一个口连通，梭阀（7）的出口与压力补偿阀（2）的弹簧腔连通。

2.根据权利要求1所述的用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路，其特征是：所述补油缓冲回路包括第一先导式缓冲溢流阀（5）、第二先导式缓冲溢流阀（6）、第一补油单向阀（3）和第二补油单向阀（4），第一先导式缓冲溢流阀（5）的进口和第一补油单向阀（3）的出口均与回转液压系统的马达（10）的其中一个口连通，第二先导式缓冲溢流阀（6）的进口和第二补油单向阀（4）的出口均与回转液压系统的马达（10）的另一个口连通，第一先导式缓冲溢流阀（5）的出口、第二先导式缓冲溢流阀（6）的出口、第一补油单向阀（3）的进口和第二补油单向阀（4）的进口均与回转液压系统的油箱（11）连通。

3.根据权利要求1所述的用于回转液压系统的抗负载波动回转缓冲控制回路，其特征是：所述补油缓冲回路包括第一补油单向阀（3a）、第二补油单向阀（4a）、第一整流单向阀（5a）、第二整流单向阀（6a）和先导式缓冲溢流阀（8a），第一整流单向阀（5a）的进口和第一补油单向阀（4a）的出口均与回转液压系统的马达（10）的其中一个口连通，第二整流单向阀（6a）的进口和第二补油单向阀（4a）的出口均与回转液压系统的马达（10）的另一个口连通，第一整流单向阀（5a）的出口和第二整流单向阀（6a）的出口均与先导式缓冲溢流阀的进口连通，第一补油单向阀（3a）的进口、第二补油单向阀（4a）的进口和先导式缓冲溢流阀（8a）的出口均与回转液压系统的油箱（11）连通。

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