CN103643709A - 矿用液压挖掘机动臂液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，用于控制矿用液压挖掘机的动臂，液压控制系统包括动臂油缸和油箱，动臂油缸包括有杆腔、无杆腔和活塞杆，动臂连接于活塞杆，液压控制系统还主控制阀、单向阀、无杆腔单向溢流阀、有杆腔单向溢流阀，主控制阀具有左位、中位、第一右位和第二右位，当处于左位时系统进油口的油液流入无杆腔驱动活塞杆将动臂抬升；当处于中位时有杆腔、无杆腔、系统进油口和油箱相互隔离；当处于第二右位时动臂油缸无杆腔与有杆腔油液连通，使动臂能够浮动；当处于第一右位时系统进油口的油液流入有杆腔驱动活塞杆将动臂下放，并且动臂的自重使动臂油缸的无杆腔产生静压力并推动主控制阀换向到第二右位以实现动臂的再生下放。

Description

矿用液压挖掘机动臂液压控制系统

技术领域

本发明涉及液压挖掘机，特别涉及矿用液压挖掘机动臂再生下放及浮动集成控制系统。

背景技术

矿用液压挖掘机在大型露天矿中有着广泛的应用，动臂、斗杆是液压挖掘机的重要部件。动臂通过动臂油缸来驱动，斗杆通过斗杆油缸来驱动。动臂油缸负责动臂的抬升和下放，斗杆油缸负责斗杆的伸出和缩回。在挖掘作业过程中，斗杆油缸伸出以驱动斗杆进行挖掘。斗杆的端部具有铲斗，为使铲斗紧贴地面进行水平挖掘，须下放动臂，使动臂油缸根据地面的地形自由的伸缩，以保证铲斗的挖掘角固定不变，同时，在卸载完成后，须下放动臂到挖掘作业面。

现有技术的矿用液压挖掘机动臂控制系统如图1所示，该系统包括：动臂油缸1、无杆腔单向溢流阀2、主控制阀3、单向阀4、有杆腔单向溢流阀5、油箱6及用于连接的液压管路。其中主控制阀3是三位四通液压换向阀，当位于左位时，系统进油口P1经过单向阀4与动臂油缸1的无杆腔连通，动臂油缸1的有杆腔与油箱T连通；当位于右位时，系统进油口P1经过单向阀4与动臂油缸1的有杆腔连通，动臂油缸1的无杆腔与油箱T连通；当位于中位时，有杆腔、无杆腔和系统进油口P1、油箱T相互隔离。当位于中位时，无杆腔单向溢流阀2和有杆腔单向溢流阀5相互连通并连接至油箱6，当有杆腔受到冲击时，超过单向溢流阀2的设定压力，单向溢流阀2打开，有杆腔油液经单向溢流阀2回油箱6，同时无杆腔此时形成了部分真空，油液从油箱6经无杆腔单向溢流阀5进入无杆腔，补充油液；同理，当无杆腔受到冲击时，超过单向溢流阀5的设定压力时，单向溢流阀5打开，无杆腔油液经单向溢流阀5回油箱6，同时有杆腔此时形成了部分真空，油液从油箱6经无杆腔单向溢流阀2进入无杆腔。

现有的矿用液压挖掘机动臂控制系统控制原理是：先导压力油Pst1作用于主控制阀3的右端，主控制阀3换向到右位，压力油P1通过管路进入动臂油缸1的有杆腔，动臂油缸1的无杆腔通过管路回油箱，通过调节先导液压油Pst1的大小，控制主控制阀3的开口大小，从而控制动臂油缸的下放速度。现有技术的液压挖掘机动臂控制系统中，只是简单的控制动臂的下放速度，对由于自重产生的冲击能量，未能加以利用，造成了能量的浪费。

此外，在挖掘作业过程中，动臂、斗杆、铲斗相互铰接，形成工作装置，因此，当地面不平或斗杆挖掘时，会引起铲斗挖掘角度变化，而调整动臂可以带动铲斗，从而使挖掘角度不变。由于工作时地面通常是不平的，为保证挖掘角度不变，需要随时调整动臂油缸，增加了司机的操作强度，且影响了挖掘效率。

由上述可知，现有的液压挖掘机中，在挖掘过程中采用人为控制动臂的下放，既不节能，亦不能缓解司机的操作强度。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺点，充分利用动臂下放时自重产生的能量，且可以保证在挖掘过程中，使动臂油缸可以自动浮动作业。

为实现上述目的，本发明提出一种矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，用于控制矿用液压挖掘机的动臂，所述液压控制系统包括动臂油缸和油箱，所述动臂油缸包括有杆腔、无杆腔和设置在所述有杆腔中的活塞杆，所述动臂连接于所述活塞杆，

所述液压控制系统还主控制阀、连接于系统进油口和所述主控制阀之间的单向阀、连接于所述油箱和所述无杆腔之间的无杆腔单向溢流阀、连接于所述油箱和所述有杆腔之间的有杆腔单向溢流阀及液压管路，

所述主控制阀具有左位、中位、第一右位和第二右位，当处于左位时系统进油口的油液流入所述无杆腔驱动所述活塞杆将所述动臂抬升；当处于中位时所述有杆腔、所述无杆腔、所述系统进油口和所述油箱相互隔离；当处于第二右位时所述动臂油缸无杆腔与有杆腔油液连通，使动臂能够浮动；当处于所述第一右位时所述系统进油口的油液流入所述有杆腔驱动所述活塞杆将所述动臂下放，并且所述动臂的自重使所述动臂油缸的无杆腔产生静压力并推动所述主控制阀换向到第二右位以实现所述动臂的再生下放。

在本发明一实施例中，由第二先导液压油作用于所述主控制阀的左控制口，以驱动所述主控制阀处于左位，由第三先导液压油作用于所述主控制阀的右一控制口，以驱动所述主控制阀处于第一右位。

在本发明一实施例中，所述液压控制系统还包括梭阀、第一液动换向阀、第二液动换向阀，所述第一液动换向阀和第二液动换向阀分别具有液压控制端，并且所述第一液动换向阀和第二液动换向阀分别连接于所述梭阀的两端，所述梭阀的出口的液压油作用于所述主控制阀的右二控制口，以驱动所述主控制阀处于第二右位。

在本发明一实施例中，所述液压控制系统还包括电磁切换阀，当所述电磁切换阀的电磁铁得电，所述第三先导液压油通过所述电磁切换阀并作用于所述第一液动换向阀的液压控制端，使连接于所述第一液动换向阀的第一先导液压油通过所述第一液动换向阀并作用于所述梭阀，并从所述梭阀的出口输出。

在本发明一实施例中，所述第二液动换向阀的液压控制端连通于所述无杆腔，所述第二液动换向阀的液压控制端具有压力时所述第一先导液压油通过所述第二液动换向阀并作用于所述梭阀，并从所述梭阀的出口输出。

在本发明一实施例中，所述梭阀比较所述第一液动换向阀和所述第二液动换向阀的输出压力并输出较大一者并作用于所述右二控制口。

在本发明一实施例中，当处于第二右位时所述动臂油缸的无杆腔与有杆腔油液连通并与所述系统进油口连通，并单向导通至所述油箱。

本发明提供的矿用液压挖掘机动臂再生下放及浮动集成控制系统，解决了现有液压挖掘机动臂下放控制系统只能控制动臂的下放速度，且不能使动臂油缸根据地面的地形自由的伸缩，进行浮动作业。

附图说明

图1所示为现有的矿用液压挖掘机动臂控制系统的示意图。

图2所示为本发明一实施例的矿用液压挖掘机动臂控制系统的示意图。

具体实施方式

图2所示为本发明一实施例的矿用液压挖掘机动臂控制系统的示意图。如图2所示，本发明提出一种矿用液压挖掘机动臂再生下放及浮动集成控制系统，包括动臂油缸7、无杆腔单向溢流阀8、主控制阀9、单向阀10、有杆腔单向溢流阀11、油箱12、梭阀13、电磁切换阀14、第一液动换向阀15、第二液动换向阀16及连接用的液压管路。

其中，主控制阀9为液压换向阀，其中主控制阀9分别具有左位、中位、第一右位yw1和第二右位yw2。当处于左位时，系统进油口P2通过单向阀10连通动臂油缸7的无杆腔，动臂油缸7的有杆腔连通油箱12；当处于中位时，有杆腔、无杆腔与系统进油口P2和油箱12相互隔离；当处于第二右位yw2时，主控制阀9的A口与B口连通，并与油箱12单向连通，且与系统进油口P2连通。当处于第一右位yw1时，系统进油口P2通过单向阀10连通动臂油缸7的有杆腔，动臂油缸7的无杆腔连通油箱12。在左位、第一右位yw1和第二右位yw2时，无杆腔单向溢流阀8和有杆腔单向溢流阀11相互连通并连接至油箱12。

第一液动换向阀15为两位三通液动换向阀，并具有左位和右位。当处于左位时，梭阀13连通于油箱12；当处于右位时，第一先导液压油Pst1通过第一液动换向阀15流向梭阀13。第一液动换向阀15处于左位和右位是通过液压控制端来控制的。第二液动换向阀16为两位三通液动换向阀，并具有左位和右位。当处于左位时，第一先导液压油Pst1流向梭阀13；当处于右位时，梭阀13连通于油箱12。第二液动换向阀16处于左位和右位也是通过液压控制端来控制的。

电磁换向阀14具有左位和右位，当处于右位时，第三先导液压油Pst3通过电磁换向阀14的出口作用于第一液动换向阀15的液压控制端；当处于左位时，第三先导液压油Pst3与电磁换向阀14的出口右路关闭，第一液动换向阀15的液压控制端油液通过电磁换向阀14与油箱联通，无压力油作用于第一液动换向阀15的液压控制端。

上述元件中，由梭阀13、电磁切换阀14、第一液动换向阀15、第二液动换向阀16及液压管路组成先导控制油路，具体连接为：第一先导液压油Pst1通过管路同时连接到第一液动换向阀15和第二液动换向阀16，第一液动换向阀15和第二液动换向阀16出口控制油通过管路连接到梭阀13上，梭阀13对第一液动换向阀15和第二液动换向阀16出口控制油进行压力比较，而后梭阀13出口压力油经管路连接到主控制阀9的右端y2口上；同时，第二先导液压油Pst2同时通过管路连接到电磁切换阀14上，电磁切换阀14出口压力油作用于第一液动换向阀15的液压控制端，控制第二液动换向阀16的换向；动臂油缸7的无杆腔压力油经管路连接到第二液动换向阀16的液压控制端，控制第二液动换向阀16的换向。

上述元件中，由动臂油缸7、无杆腔单向溢流阀8、主控制阀9、单向阀10、有杆腔单向溢流阀11、油箱12及液压管路组成主压力油路。具体连接为：从系统进油口P2的主压力油通过管路经单向阀10连接到主控制阀9上，主控制阀9的A口通过管路连接到动臂油缸7的无杆腔，主控制阀9的B口通过管路连接到动臂油缸7的有杆腔，同时第二先导液压油Pst2、第三先导液压油Pst3分别作用于主控制阀9的左右端上，当司机给出动臂上抬指令时，第二先导液压油Pst2作用于主控制阀9的左控制口，活塞杆伸出，动臂上抬；当司机给出动臂下放指令时，第三先导液压油Pst3作用于主控制阀9的右一控制口y1，活塞杆缩回，动臂下降；无指令时，主控制阀9两端无压力油作用。

本发明液压控制系统的工作过程如下：

当司机给出动臂下放指令时，第三先导液压油Pst3作用于主控制阀9的右一控制口y1上，主控制阀9换向到第一右位yw1，同时，由于动臂的自重使动臂油缸7的无杆腔产生静压力，该压力油作用于液动换向阀16的液压控制端，推动液动换向阀16换向，第一先导液压油Pst1经液动换向阀16和梭阀13作用于主控制阀9的右二控制口y2，推动主控制阀9换向到第二右位，主控制阀9的A口与B口连通。由于动臂的自重而产生的能量冲击，带动动臂油缸7无杆腔的压力油进入动臂油缸7有杆腔，多余油液经主控制阀9回到油箱12，从而利用动臂自重下放产生的能量，实现了动臂的再生下放。

当铲斗下放到挖掘面时，司机给出动臂浮动指令时，电磁切换阀14得电，电磁切换阀14换向而处于右位，第三先导液压油Pst3经电磁切换阀14作用于液动换向阀15的液压控制端，推动液动换向阀15的换向而处于右位，第一先导液压油Pst1经液动换向阀15和梭阀13作用于主控制阀9的右二控制口y2，推动主控制阀9换向到第二右位yw2，主控制阀9的A口与B口连通，动臂油缸7无杆腔与有杆腔油液连通，形成油路循环，当铲斗触及地面进行挖掘作业时，由于动臂已经落到地面，因此使动臂油缸7的有杆腔和无杆腔油液连通，可以随地面的地形、地面作用于铲斗的作用力，使动臂油缸自由地浮动，也就是说动臂油缸可以根据地面的地形自由的伸缩，保证水平挖掘，而不用受司机的控制，实现动臂的浮动功能，即实现了动臂再生下放和浮动的集成控制。

本发明与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提供的矿用液压挖掘机动臂再生下放及浮动集成控制系统，利用四位五通的主控制阀，根据需求进行换向，解决了现有液压挖掘机动臂下放控制系统只能控制动臂的下放速度，且不能使动臂油缸根据地面的地形自由的伸缩，进行浮动作业。

另外，由于本发明的矿用液压挖掘机动臂再生下放及浮动集成控制系统在现有液压技术的基础上，增加了主控制阀9、梭阀13、电磁切换阀14、液动换向阀15、液动换向阀16等，除能充分利用了因动臂自重下放产生的能量冲击，进行了能量再生，实现动臂的再生下放，起到节能作用，同时，在挖掘作业过程中，动臂油缸根据地面的地形自由的伸缩，以保证水平挖掘，实现了动臂的浮动，减少了司机的操作强度，同时起到了节能作用，提高了矿用液压挖掘机的工作效率。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离本发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在所附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为所附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，用于控制矿用液压挖掘机的动臂，所述液压控制系统包括动臂油缸（7）和油箱（12），所述动臂油缸（7）包括有杆腔、无杆腔和设置在所述有杆腔中的活塞杆，所述动臂连接于所述活塞杆，

所述液压控制系统还主控制阀（9）、连接于系统进油口（P2）和所述主控制阀（9）之间的单向阀（10）、连接于所述油箱（12）和所述无杆腔之间的无杆腔单向溢流阀（8）、连接于所述油箱（12）和所述有杆腔之间的有杆腔单向溢流阀（11）及液压管路，

所述主控制阀（9）具有左位、中位、第一右位（yw1）和第二右位（yw2），当处于左位时系统进油口（P2）的油液流入所述无杆腔，以驱动所述活塞杆将所述动臂抬升；当处于中位时所述有杆腔、所述无杆腔、所述系统进油口（P2）和所述油箱（12）相互隔离；当处于第二右位（yw2）时所述动臂油缸（7）无杆腔与有杆腔油液连通，使动臂能够浮动；当处于所述第一右位（yw1）时所述系统进油口（P2）的油液流入所述有杆腔驱动所述活塞杆将所述动臂下放，并且所述动臂的自重使所述动臂油缸（7）的无杆腔产生静压力并推动所述主控制阀（9）换向到第二右位（yw2）以实现所述动臂的再生下放。

2.如权利要求1所述的矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，其特征在于，由第二先导液压油（Pst2）作用于所述主控制阀（9）的左控制口，以驱动所述主控制阀（9）处于左位，由第三先导液压油（Pst3）作用于所述主控制阀（9）的右一控制口（y1），以驱动所述主控制阀（9）处于第一右位（yw1）。

3.如权利要求2所述的矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统还包括梭阀（13）、第一液动换向阀（15）、第二液动换向阀（16），所述第一液动换向阀（15）和第二液动换向阀（16）分别具有液压控制端，并且所述第一液动换向阀（15）和第二液动换向阀（16）分别连接于所述梭阀（13）的两端，所述梭阀（13）的出口的液压油作用于所述主控制阀的右二控制口（y2），以驱动所述主控制阀（9）处于第二右位（yw2）。

4.如权利要求3所述的矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统还包括电磁切换阀（14），当所述电磁切换阀（14）的电磁铁得电，所述第三先导液压油（Pst3）通过所述电磁切换阀（14）并作用于所述第一液动换向阀（15）的液压控制端，使连接于所述第一液动换向阀（15）的第一先导液压油（Pst1）通过所述第一液动换向阀（15）并作用于所述梭阀（13），并从所述梭阀（13）的出口输出。

5.如权利要求4所述的矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，其特征在于，所述第二液动换向阀（16）的液压控制端连通于所述无杆腔，所述第二液动换向阀（16）的液压控制端具有压力时所述第一先导液压油（Pst1）通过所述第二液动换向阀（16）并作用于所述梭阀（13），并从所述梭阀（13）的出口输出。

6.如权利要求5所述的矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，其特征在于，所述梭阀（13）比较所述第一液动换向阀（15）和所述第二液动换向阀（16）的输出压力并输出较大一者并作用于所述右二控制口（y2）。

7.如权利要求6所述的矿用液压挖掘机动臂液压控制系统，其特征在于，当处于第二右位（yw2）时所述动臂油缸（7）的无杆腔与有杆腔油液连通并与所述系统进油口（P2）连通，并单向导通至所述油箱（12）。

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