CN1034969C - 工程机械的液压控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是驱动液压铲土机等工程机械的液压致动器的液压控制系统。它在转换液压致动器的动作方向用的方向转换阀与液压泵(2)间的管路上设置电磁化例流量控制阀(6)，并有把液压泵(2)的排出压力控制成使控制阀(6)前后压差等于一定值的排出压力控制装置(25)。根据液压致动器(1)的负荷压力与驱动液压泵(2)的引擎(10)的转速、用流量设定装置设定与操纵杆(5)的操作量相对应的流入液压致动器(1)的压力油流量特性，依所设定的流量特性，用电磁阀控制装置(23)根据操纵杆(5)的操作量来控制控制阀(6)的开度。由此就能根据操作者的需要与工作状态得到较合适的流向液压致动器的压力油流量特性，操作者还能通过操纵操纵杆而掌握液压致动器的负载状态。

Description

工程机械的液压控制系统
本发明涉及一种液压铲土机等工程机械的液压控制系统，更详细地说，涉及一种操作人员用操纵杆操纵液压缸、液压马达等液压致动器进行土木工程与建筑工程的工程机械中适用的液压控制系统。
例如，在液压铲土机中设置臂杆、悬臂、铲斗等驱动用的液压缸与转动用的液压马达等液压致动器，并利用以车载引擎为驱动源的液压泵所排出的压力油来驱动这些液压致动器，用操纵杆转换设在从液压泵通向各个液压致动器的管路上的方向转换阀来进行各个液压致动器动作方向的转换。
可是。在这种工程机械的液压控制系统中，通常是通过把与操纵杆的操作量成比例的控制压力加到上述方向转换阀上、使方向转换阀的阀柱位移，从而使方向转换阀的开口面积(开度)与操纵杆的操作量成比例。而且，如众所周知，一般，在这种工程机械的液压控制系统中还设有能把方向转换阀的出口侧压力(即液压致动器的负荷压力与方向转换阀入口侧压力之间的压力差)控制成预先确定的设定压差的压力补偿器，因此能与液压致动器负荷压力大小无关地使流入液压致动器的压力油的流量与方向转换阀的开口面积(即操纵杆的操作量)成比例。
另一方面，对这种工程机械的操作者来说，不但能进行适当的作业，而且最好能根据工况和操作者的需要、适当选择与操纵杆的操作量对应的流入液压致动器的压力油的流量增益(与操纵杆操作量相对应的流量变化率)，并且最好能通过操纵杆迅速地掌握液压致动器的负载状态。
然而，现有技术的有压力补偿器的液压控制系统虽然能使操作者通过调整、例如调节方向转换阀输入侧与输出侧的压力差设定值而对上述流量增益进行调节，但是，由于方向转换阀的开度是与操纵杆的操作量成比例地确定的，因而压力油开始流入液压致动器并使其开始动作的操纵杆的操作量是与液压致动器的负荷大小无关地保持一定的，故操作者就难以通过操纵操纵杆来掌握液压致动器的负荷状态。
另外，由于根据液压致动器的负荷压力自动地设定例如方向转换阀的输入侧与输出侧的压力差也能调节上述流量增益。在此情形下，即使操纵杆的操作量是相同的，但由于是根据负荷的大小来改变液压致动器的动作速度，因此操作者能掌握液压致动器的负荷状态，但由于上述流量增益是根据负荷而预先确定的，因而仍然难以根据操作者的需要与各种工况、较好地进行液压致动器的操作。
此外，这种工程机械的液压控制系统也有不用上述压力补偿器的所谓溢流调节控制方式。在这种液压控制系统中，虽然是根据液压致动器的负荷使液压致动器开始动作时的操纵杆的操作量变化的，但由于与此同时也使流量增益发生变化，因而仍不能根据操作者的需要与工况等来调节流量增益。
鉴于这样的技术背景，本发明的目的是提供一种工程机械的液压控制系统，它能用在液压铲土机等工程机械中能根据操作者的需要和工况较好地得到与操纵杆的操作相对应的流入液压致动器的流量特性，并使操作者通过操纵操纵杆就能迅速而容易地掌握液压致动器的负荷状态。
为了达到上述目的，本发明提供一种工程机械的液压控制系统，它设有能用调整装置调节转速的引擎作为驱动源的液压泵；把这液压泵作为动力源的液压致动器；可转换上述液压致动器的动作方向地安装在这个液压致动器与上述液压泵之间的管路上的方向转换阀以及实现该方向转换阀的转换操作用的操纵杆，其特征在于：还设有可控制从上述液压泵流入上述液压致动器的压力油的流量、装设在上述管路上的电磁比例流量控制阀；位于该电磁比例流量控制阀的出口侧的检测上述液压致动器负荷压力用的第1压力检测器；检测上述电磁比例流量控制阀的入口侧压力的第2压力检测器；把上述液压泵的排出压力控制成由上述第1与第2压力检测器检测的压力之压差等于预先确定的设定压差的排出压力控制装置；检测上述操纵杆的操作量的操作量检测器；检测上述引擎转速的速度检测器；根据上述第1压力检测器检测的上述液压致动器的负载压力及由上述速度检测器检测的上述引擎的转速、设定与上述操纵杆的操作量相对应的流入上述液压致动器的压力油的流量特性的流量设定装置；以及根据上述操作量检测器所检测的操作量、由上述流量设定装置可得到被设定的流量特性地调节上述电磁比例流量控制阀开度的电磁阀控制装置。
在这种结构的本发明中，由于上述电磁比例流量控制阀出口侧的负荷压力与入口侧的压力的压差通过用上述排出压力控制装置对上述液压泵的排出压力进行控制而被维持在上述设定压差值，因而使该电磁比例流量控制阀的压力油的流量，即流入上述液压致动器中的压力油的流量与该电磁比例流量控制阀的开度成比例。这样，根据上述操纵杆的操作量，用上述电磁阀控制装置控制电磁比例流量控制阀的开度就能获得所要求的由上述流量设定装置设定的流量特性。而且，在这种情况下，由于能够随意地设定与操纵操作量相对应的流入液压致动器的压力油的流量特性，即压力油开始流入上述液压致动器时操纵杆的操作量、流量增益(与操纵杆的操作量相对应的压力油流量的变化率)，因而根据上述液压致动器的负载压力对流量特性进行设定、操作者就能通过操纵操纵杆所掌握的流量特性了解液压致动器的负载状态。而且，通过根据上述引擎的转速设定上述流量特性，操作者用上述调速装置适当地调节引擎转速就能根据其需要与工况适当地选择上述流量特性。
本发明还有设定上述流量特性时，若引擎转速愈高，使与操纵杆的操作量相对应的流入液压致动器的压力油的流量增益愈大地设定上述流量特性。这样，操作者用上述调速装置适当地调节引擎转速，就能在较宽范围内有选择地获得与转速相对应的流量增益，并能根据操作者的需要与工况适当地进行液压致动器的操作。
本发明还把上述的流量特性设定成在液压致动器的负荷压力大时，使这液压致动器开始动作所必须的上述操纵杆的操作量增大。借此，操作者就能由使液压致动器开始动作的操纵杆的操作量迅速而且容易地了解这个液压致动器的负载大小，并对液压致动器能进行与此相应的准确的操作。
另外，本发明的上述排出压力控制装置还在例如从上述液压泵到上述电磁比例流量控制阀的管路引出的管路上设置电磁比例卸荷阀，并通过把上述电磁比例卸荷阀的设定压力控制成由上述第1及第2压力检测器检测的压力之差等于预先确定的设定压差对上述液压泵的排出压力进行控制。这样，用简单的结构就能容易地进行液压泵排出压力的控制。
图1是本发明的工程机械液压控制系统的一个最佳实施例的系统结构图；
图2至图6说明图1中的液压控制系统动作的特性曲线图。
现参照图1至图6来说明本发明的一个最佳实施例。图1是实施例的液压控制系统的系统结构图，图2至6是说明图1的液压控制系统动作的特性曲线图。
参见图1，1是驱动例如液压铲土机的臂杆等(图中未表示)的液压缸(液压致动器)，2是向液压缸1供给压力油并将其驱动的液压泵，3是连接在液压缸1的底侧油室1a与负载侧油室1b上的一对油缸口上的方向转换阀，4是具有操作者通过方向转换阀3操纵液压缸1用的操纵杆5的操纵装置，6是通过管路7将流入侧孔口连接在液压泵2的排出口上的电磁比例流量控制阀，8是设在自管路7引出的管路9上的电磁比例卸荷阀，10是驱动液压泵2的引擎，11是贮存液压泵2吸入或排出的压力油的油罐。电磁比例流量控制阀6的流出侧孔口通过有单向阀12的管路13后被连接在方向转换阀3的压力油入口上。引擎10被做成通过操纵引擎10上连接的调速器10a(调速装置)就能随意地调节该引擎10的转速。
方向转换阀3，若在其中立位置A则闭锁液压缸1的底侧油室1a及负载侧油室1b，使该液压缸1处于保持状态；在被转换到B位置或C位置上时，则与该转换位置对应地将液压缸1的底侧油室1a或负载侧油室1b连接在液压泵2一侧的管路13上。于是，由引擎10驱动的液压泵2，在电磁比例流量控制阀6处于开启状态下，把从油罐11吸取或排出的压力油、根据方向转换阀3的转换位置(B位置或C位置)、通过管路7与13而供给液压缸1的底侧油室1或负载侧油室1b，以驱动该液压缸1。
操纵装置4的操纵杆5可在图中箭头Y所示的方向上前后自由地摆动，根据其摆动方向、通过控制管路14或15把与操纵杆5的操作量成比例的控制压力加到方向转换阀3上，由此能把方向转换阀3从A位置转换到B位置或C位置上。具体地说，例如当操纵杆5被摆动到前方(图1的左方)时，就通过控制管路14把与该操作量成比例的控制压力加到方向转换阀3上，将该方向转换阀3从A位置转换到B位置侧。而在操纵杆5被摆动到后方(图1中的右方)时，则通过控制管路15把与这操作量成比例的控制压力加到方向转换阀3上，使该方向转换阀3从A位置转换到C位置侧。
在操纵杆5的中立位置附近构成所谓的不灵敏区，在这不灵敏区中方向转换阀3维持在A位置上。
此外，在图1中，16、17是把控制管路14、15的控制压力Pa、Pb作为操纵杆5的操作量(以下，称为杆操作量R)加以检测的压力传感器(操作量检测器)、18是检测管路13中的电磁比例流量控制阀6的流出侧压力P1，即，检测液压缸1的负荷压力P1的压力传感器(第1压力检测器)，19是检测管路7中的电磁比例流量控制阀6的流入侧压力P2，即，检测液压泵2的排出压力P2的压力传感器(第2压力检测器)、20是检测引擎10的转速的转速传感器(速度检测器)，21是接收各个传感器16-20的检测信号并向上述电磁比例流量控制阀6与电磁比例卸荷阀8输出指令信号的控制器。
控制器21是用微处理机构构成的。它的功能结构具有控制电磁比例卸荷阀8的排出压力控制部22。控制电磁比例流量控制阀6的电磁阀控制部23(电磁阀控制装置)，设定与杆操作量R相对应的流入液压缸1的压力油流量特性(电磁比例流量控制阀6的流量特性)的流量设定部24(流量设定装置)。
排出压力控制部22与电磁比例卸荷阀8共同构成排出压力控制装置25，它向电磁比例卸荷阀8发出它的设定压指令，通过电磁比例卸荷阀8把液压泵2的排出压力P2控制成其设定压力值，此时，排出压力控制部22把由压力传感器18检测的液压缸1的负荷压力P1与由压力传感器19检测的的液压泵2的排出压力P2的压力差(P2-P1)等于预定的设定压力差那样地对电磁比例卸荷阀8发出其设定压力指令，由此把电磁比例流量控制阀6的流入侧与流出侧之间的压力差(P2-P1)控制成与负荷压力P1的值无关的一定值。
在后面还要详述，流量设定部24根据压力传感器18检测的液压缸1的负荷压力P1与转速传感器20检测的引擎10的转速N设定与杆操作量R对应的电磁比例流量控制阀6的流量特性，并将其传给电磁阀控制部23。于是，电磁阀控制部23就根据压力传感器16或17所检测的现在的杆操作量R，按照流量设定部24所设定的流量特性对电磁比例流量控制阀6进行控制。
下面，说明这种液压控制系统的动作。
在引擎10驱动液压泵2的状态下，当操作者开始摆动操纵杆5时，方向转换阀3就从中立的A位置被转换到B位置或C位置上，由压力传感器18检测液压缸1的负荷压力P1。然后，这个被检测的负荷压力P1被控制器21读取。再把由压力传感器16或17检测的操纵装置4的控制压力Pa或Pb作为操纵杆5的杆操作量R读取到控制器21里，又把压力传感器19检测的液压泵2的排出压力P2与转速传感器20检测的引擎10的转速N读取到控制器21里。
此时，控制器21的排出压力控制部22则如上所述地控制电磁比例卸荷阀8，使负荷压力P1与液压泵2排出压力P2的压力差(P2-P1)等于预先确定的值。
控制器21的流量设定部24，如图2所示地按照所检测的负荷压力P1设定向液压缸1开始供给压力油的杆操作量R0，即设定液压缸1开始动作的杆操作量R0，此时，若负荷压力P1大，则开始动作的杆操作量R0被设定成与P1成比例地增大。
控制器21的流量设定部24，如图3所示地按照被检测的引擎10的转速N设定与杆操作量R对应的供给液压缸1的压力油的流量增益G(与杆操作量R对应的流量变化率)。此时，若引擎10的转速N大，则流量增益G被设定成与N成比例地增大。
按照上述的设定，从液压泵2供给液压缸1的压力油的与杆操作量R对应的流量特性就如图4所示地被设定。即，该流量特性成为这样的特性：在杆操作量R达到根据负荷压力P1设定的杆操作量R0时，开始向液压缸1供给压力油，然后随着杆操作量R的增加、设定流量Q则以从这杆操作量R0开始、到根据引擎10的转速N所设定的流量增益G确定的斜度而增加。
于是，电磁阀控制部23就按照被检测的杆操作量R、根据图4所示的流量特性，对电磁比例流量控制阀6进行控制。
就是说，电磁阀控制部23把与现在被检测的杆操作量R相对应的设定流量成比例的指令信号加到电磁比例流量控制阀6。此时，电磁比例流量控制阀6以与来自电磁阀控制部23的指令信号成比例的开口面积(开度)开启。这各场合下，如上所述地，由于负荷压力P1与液压泵2的排出压力P2之间的压力差(P2-P1)、即电磁比例流量控制阀6的流入侧及流出侧之间的压力差(P2-P1)是由排出压力控制部22与电磁比例卸荷阀8控制成一定值，因而如图5所示地，通过电磁比例流量控制阀6的流量Q，也就是使供给液压缸1的压力油的流量Q与电磁比例流量控制阀6的开口面积A成比例。
更详细地说，通过电磁比例流量控制阀6的流量Q、开口面积A与其流入侧和流出侧之间的压力差(P2-P1)之间，如众所周知地满足下式(1)的关系：
Q＝KA(P2-P1)1/2……            (1)
此处，K是由流量系数等确定的比例常数。
而且，在式(1)中，由于(P2-P1)是一定的，因而流量Q与开口面积A成正比。
这样，如上所述地借助于控制电磁比例流量控制阀6的开口面积A，使通过电磁比例流量控制阀6的流量Q与由电磁阀控制部23设定的流量Q一致，由此使供给液压缸1的流量Q的与杆操作量R相对应的特性成为图6所示的特性。即，流量Q从根据负荷压力P1设定的杆操作量R0向上升，然后以按照引擎10的转速N设定的流量增益G(斜度)，随杆操作量R增加而上升。流量Q一直上升到按引擎转速N确定的液压泵2的最大输出量QMAX为止，达到这最在输出量QMAX以后，就与杆操作量R的增加无关而不再变化了。
此时，由于是把流量Q开始上升(液压缸1开始动作)的杆操作量R0设定成随负荷压力P1的增大而与其成比例地变大的，故操作者能根据液压缸1开始动作的杆操作量R很快地了解到液压缸1负荷的大小。
又由于把相对于杆操作量R的流量增益G设定成随引擎10转速N的增大而与其成比例地增大，因而操作者可根据其需要与工况通过操纵上述调速器10a适当地调节引擎10的转速N就能得到所要求的流量特性。具体地说，在相对于杆操作量R要求液压缸1的较快的动作速度时，只要用调速器10a使引擎10转速N上升，使流量增益G增大即可；而在要求液压缸1慢速动作时，只要用调速器10a降低引擎10的转速N，降低流量增益G即可。
这样，用本实施例的液压控制系统、通过操纵操纵杆5就能容易地了解液压缸1的负载状态，同时通过适当选择引擎10的转速就能得到与杆操作量R相对应的所要求的液压缸1的动作特性。
在本实施例中，对液压缸1作了说明，但本发明对液压马达等其它液压致动器当然也能适用。
此外，虽然在本实施例中根据负荷压力P1只对动作开始的杆操作量R0作了适当的设定，但也可以按照负荷压力P1来设定流量增益G。
如上所述，本发明适于用作按操作杆的动作来驱动液压缸或液压马达等液压致动器的工程机械的液压控制系统，特别适于用作液压铲土机等土木、建筑作业用的工程机械的液压控制系统。

Claims (4)

1.一种用于工程机械的液压控制系统，包括：
液压泵，所述液压泵能用调速装置调节转速的引擎所操作；
液压致动器，所述液压致动器能用从所述液压泵输送的压力油所操作；
方向转换阀，所述方向转换阀连接在所述液压致动器和所述液压之间的管路上，用以改变所述液压致动器动作方向；
操纵杆，所述操纵杆用以转换所述方向转换阀；
其特征在于：
电磁比例流量控制阀，所述电磁比例流量控制阀与所述管路相连接、用以控制从所述液压泵输往所述液压致动器的压力油的流量；
第1压力检测器，所述第1压力检测器位于所述电磁比例流量控制阀的出口侧、用以检测所述液压致动器的负载压力；
第2压力检测器，所述第2压力检测器用以检测所述电磁比例流量控制阀的入口侧压力；
排出压力控制装置，所述排出压力控制装置用以把所述液压泵的排出压力控制成使由所述第1和第2压力检测器所检测的压力之差等于预先设定的压差；
操作量检测器，所述操作量检测器用以操纵杆的操作量；
速度检测器，所述速度检测器用以检测所述引擎的转速；
流量设定装置，所述流量设定装置根据所述第1压力检测器检测的所述液压致动器的负载压力和所述速度检测器所检测的所述引擎的转速，建立相对于所述操纵杆的操作量的输送到所述液压致动器的压力油的流量特性；  以及
电磁阀控制装置，所述电磁阀控制装置根据所述操作量检测器所测得的所述操纵杆的操作量，调节所述电磁比例流量控制阀的开度，以实现由所述流量设定装置所建立的流量特性。
2.根据权利要求1的工程机械的液压控制系统，其特征在于：所述流量设定装置包括用以建立流量特性的装置，使得相对于所述操纵杆的操作量而输送到所述液压致动器的压力油的流量增益随着由所述速度检测器所测得的所述引擎转速的增加而增加。
3.根据权利要求1或2的工程机械的液压控制系统，所述流量设定装置包括用以建立流量特性的装置，使得压力油开始流入所述液压致动器时的所述操纵杆的操作量随着由所述第1压力检测器所测得的所述液压致动器上的负载压力增加而增加。
4.根据权利要求1或2的工程机械的液压控制系统，其特征在于：所述排出压力控制装置包括电磁比例卸荷阀，所述电磁比例卸荷阀与从所述液压泵延伸到所述电磁比例流量控制阀的管路的分支管路相连接，以及包括通过控制为所述电磁比例卸荷阀的压力设定而控制所述液压泵的排出压力的装置，使所述第一和第二压力检测器所测得的压力差等于预定设定的压差。
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