CN103882906A - 一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统，包括液控比例方向阀、伺服活塞、发动机、变量泵、定量泵、溢流阀、开中心六通比例方向阀、油缸、梭阀、电磁换向阀、定差溢流阀、节流口、溢流阀等。通过在节流口之前增加了一个定差溢流阀及若干梭阀，利用梭阀获得负载的最大压力并引至定差溢流阀控制油口，使得在变量泵出口建立起克服负载所需要的压力之前，变量泵的排量最大，同时堵死变量泵的的液压油回油口，使得在变量泵的出口快速建立起克服负载所需要的压力，本发明能够减少主控制阀在中位时液压泵的能量损失，而且在建立负载所需要压力之前在节流口上没有节流损耗，降低液压系统的能量损失。

Description

一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统

技术领域

本发明涉及电液控制技术为特征的液压控制系统，尤其是涉及一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统。

背景技术

随着世界范围内能源短缺和环境污染问题的日趋严重，研究工程机械的节能问题具有重要的现实意义。液压挖掘机是一种功率比较大的工程机械，但是其能量的总利用率较低。液压挖掘机实现节约能源、降低排放一直是业界努力追求的目标。

当前主流挖掘机仍然采用多路阀作为主控阀。随着液压节能技术的发展，挖掘机的液压系统从最初20世纪70年代利用操纵手柄的先导压力对液压泵的排量直接控制，发展到20世纪80年代和90年代的负流量控制、正流量控制和负载敏感控制等多种控制方式。负流量控制是指液压泵的排量随控制压力信号增大而减小，即控制压力与排量成反比。其工作原理为：在多路换向阀中位回油通道上设置一个节流口，油液通过节流口产生压差，将节流口前压力引至液压泵变量机构来控制液压泵的排量。当回路中多路换向阀各联阀芯均处于中位时，液压泵的液压油通过中心油道到达主控阀底部溢流阀，经过底部溢流阀的增压产生方向流。当多路换向阀任意一联处于最大开度时，液压泵输出流量几乎全部进入相应的执行元件，通过节流口的回油量很小，此时主泵的排量自动增加到最大以满足作业速度的需要。当多路换向阀的开度在中位和最大开度之问微动时，变量泵的排量也在最小和最大排量之间变化，且控制压力越大，液压泵的排量越小，即液压泵的控制压力与液压泵的排量成反比。

传统负流量系统中，调速是采用旁路回油节流和进油节流的组合，通过阀芯节流，控制去液压缸和回油箱的开口量来实现，由于是靠回油节流建立的压力克服负载压力，因此调速特性受负载压力和液压泵流量的影响。在轻负荷时，驱动负载所需要的压力较小，多路换向阀的开度稍离开中位，即可通过回油节流建立压力克服负载压力，流量调速行程大，操纵性能好。重载时，驱动负载所需要的压力较大，多路换向阀的开度需要较大时，甚至已经越过调速区域后，才可建立克服负载所需压力，有效的调速范围行程减小，调速特性曲线变陡，阀的调速性能变差。此外，在负流量控制的液压系统中，在建立起克服负载所需压力之前，传统负流量系统中仍然有大量的流量通过节流口，不仅存在较大的功率损失，同时由于减小了液压泵的排量，导致建立克服负载所需压力的时间的较长。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统，其能有效解决传统液压挖掘机负流量系统中调速特性受负载压力和液压泵流量影响的不足之处，同时降低液压控制阀之节流口的节流损失。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统，包括有液控比例方向阀、伺服活塞、发动机、变量泵、定量泵、溢流阀、第一开中心六通比例方向阀、第二开中心六通比例方向阀、第一油缸、第二油缸、第一梭阀、第二梭阀、第三梭阀、电磁换向阀、定差溢流阀、节流口以及溢流阀；其中：

该发动机、变量泵和定量泵同轴相联；第一开中心六通比例方向阀的P口和P1口以及第二开中心六通比例方向阀的P口均连接变量泵的出油口，第一开中心六通比例方向阀的T口连接油箱，第一开中心六通比例方向阀的A口连接第一油缸的无杆腔，第一开中心六通比例方向阀的B口连接第一油缸的有杆腔，第一开中心六通比例方向阀的D口连接第二开中心六通比例方向阀的P1口；第二开中心六通比例方向阀的T口连接油箱，第二开中心六通比例方向阀的A口连接第二油缸的无杆腔，第二开中心六通比例方向阀的B口连接第二油缸的有杆腔，第二开中心六通比例方向阀的D口连接定差溢流阀的进油口；第一油缸的有杆腔和无杆腔分别和第三梭阀的两个进油口相连；第二油缸的有杆腔和无杆腔分别和第一梭阀的两个进油口相连；第一梭阀和第三梭阀的出油口分别和第二梭阀的进油口相连，第二梭阀的出油口接电磁换向阀的P口，电磁换向阀的T口连接油箱，电磁换向阀的A口连接定差溢流阀的K口；节流口的进油口、溢流阀的进油口以及液控比例方向阀的控制油口K均连接定差溢流阀的出油口，节流口的出油口以及溢流阀的出油口均连接油箱；溢流阀的进油口、伺服活塞的小腔以及液控比例方向阀的P口均连接定量泵的出油口，溢流阀的出油口和液控比例方向阀的T口连接油箱，液控比例方向阀的A口接伺服活塞的大腔。

作为一种优选方案，所述第一开中心六通比例方向阀为电控或液控。

作为一种优选方案，所述第二开中心六通比例方向阀为电控或液控。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

通过在节流口之前增加了一个定差溢流阀以及若干梭阀，利用梭阀获得负载的最大压力，利用定差溢流阀使得在变量泵的出口压力建立起克服负载所需要的压力之前，变量泵的排量最大，同时在由于变量泵出口、第一开中心六通比例方向阀的P口、第二开中心六通比例方向阀的P口以及定差溢流阀进油口之间组成了一个密闭容腔，使得在变量泵的出口快速建立起克服负载所需要的压力，不仅克服了传统负流量系统中在重载时的有效的调速范围行程减小，调速特性曲线(流量随行程变化)变陡的不足之处，同时在建立负载所需要压力之前在节流口上没有节流损耗，降低液压系统的能量损失。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明：

附图说明

图1是本发明之较佳实施例的结构原理图；

图2是本发明之较佳实施例中阀芯开度与流量的曲线图。

附图标识说明：

1、液控比例方向阀                 2、伺服活塞

3、发动机                         4、变量泵

5、定量泵                         6、溢流阀

7、第一开中心六通比例方向阀       8、第二开中心六通比例方向阀

9、第一油缸                       10、第二油缸

11、第一梭阀                      12、第二梭阀

13、第三梭阀                      14、电磁换向阀

15、定差溢流阀                    16、节流口

17、溢流阀

具体实施方式

请参照图1所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有液控比例方向阀1、伺服活塞2、发动机3、变量泵4、定量泵5、溢流阀6、第一开中心六通比例方向阀7、第二开中心六通比例方向阀8、第一油缸9、第二油缸10、第一梭阀11、第二梭阀12、第三梭阀13、电磁换向阀14、定差溢流阀15、节流口16以及溢流阀17；其中：

该发动机3、变量泵4和定量泵5同轴相联；该第一开中心六通比例方向阀7为电控或液控，第一开中心六通比例方向阀7的P口和P1口以及第二开中心六通比例方向阀8的P口均连接变量泵4的出油口，第一开中心六通比例方向阀7的T口连接油箱，第一开中心六通比例方向阀7的A口连接第一油缸9的无杆腔，第一开中心六通比例方向阀7的B口连接第一油缸9的有杆腔，第一开中心六通比例方向阀7的D口连接第二开中心六通比例方向阀8的P1口。

该第二开中心六通比例方向阀8为电控或液控，第二开中心六通比例方向阀8的T口连接油箱，第二开中心六通比例方向阀8的A口连接第二油缸10的无杆腔，第二开中心六通比例方向阀8的B口连接第二油缸10的有杆腔，第二开中心六通比例方向阀8的D口连接定差溢流阀15的进油口；第一油缸9的有杆腔和无杆腔分别和第三梭阀13的两个进油口相连；第二油缸10的有杆腔和无杆腔分别和第一梭阀11的两个进油口相连。

该第一梭阀11和第三梭阀13的出油口分别和第二梭阀12的进油口相连，第二梭阀12的出油口接电磁换向阀14的P口，电磁换向阀14的T口连接油箱，电磁换向阀14的A口连接定差溢流阀15的K口。

该节流口16的进油口、溢流阀17的进油口以及液控比例方向阀1的控制油口K均连接定差溢流阀15的出油口，节流口16的出油口以及溢流阀17的出油口均连接油箱；溢流阀6的进油口、伺服活塞2的小腔以及液控比例方向阀1的P口均连接定量泵5的出油口，溢流阀6的出油口和液控比例方向阀1的T口连接油箱，液控比例方向阀1的A口接伺服活塞2的大腔。

参照图2所示，详述本实施例的工作原理如下：

（1）在液压系统中的第二开中心六通比例方向阀8的回油通道上设置了一个溢流阀17和节流口16而组成负流量控制压力检测单元，油液通过节流口16产生压差，将节流口16的前负流量控制压力pi引至液压泵变量机构的液控比例方向阀1的控制油口K，从而控制变量泵4的排量。负流量控制压力pi越大，伺服活塞2大腔的压力越低，伺服活塞2向左移动，变量泵4的斜盘倾角变小，变量泵4的输出流量减少。

（2）当回路中第一开中心六通比例方向阀7和第二开中心六通比例方向阀8均处于中位时，电磁换向阀14的电磁铁失电，定差溢流阀15的控制油口K卸荷，第一开中心六通比例方向阀7和第二开中心六通比例方向阀8的油口P-A和B-T或者P-B和A-T均关闭，油路P1-D卸荷回路接通，变量泵4的全部流量通过定差溢流阀15和节流口16以一个较小的压力值回油箱，通过节流口16的流量达到最大值，进而使得负流量控制压力pi为最大值，这个最大值由与节流口16并联的溢流阀17确定，使得变量泵4的排量自动减少到最小。

（3）当回路中第一开中心六通比例方向阀7或者第二开中心六通比例方向阀8离开中位，但尚未越过其阀口遮盖量X1时，电磁换向阀14的电磁铁得电，第一开中心六通比例方向阀7和第二开中心六通比例方向阀8的油口P-A或者P-B关闭，油路P1-D卸荷回路接通，通过第三梭阀13，第一梭阀11和第二梭阀12得到第一油缸9和第二油缸10的两腔的最大压力，并引至定差溢流阀15的控制油口K，当定差溢流阀15的进口压力，即变量泵4的出口压力，尚未建立其比第一油缸9和第二油缸10的两腔的最大压力高某个值（由定差溢流阀15设定）时，定差溢流阀15关闭，节流口16无节流损耗，提高了液压系统的效率，同时使得控制压力pi为零，此时变量泵4的排量增加到最大。变量泵4的全部流量进入定差溢流阀15的前腔并快速建立克服负载所需要的压力，一旦压力建立后，定差溢流阀15打开，变量泵4的所有液压油通过定差溢流阀15和节流口16回油箱，通过节流口16的流量达到最大值，进而使得负流量控制压力pi为最大值，这个最大值由与节流口16并联的溢流阀17确定，使得变量泵4的排量自动减少到最小。

（4）当回路中第一开中心六通比例方向阀7和第二开中心六通比例方向阀8的任何一个或者两个的阀芯离开中位越过其阀口遮盖量X1但没有越过调速区域的最大开度X2时，电磁换向阀14的电磁铁得电，通过第三梭阀13，第一梭阀11和第二梭阀12得到第一油缸9和第二油缸10的两腔的最大压力，并引至定差溢流阀15的控制油口K，当定差溢流阀15的进口压力，即变量泵4的出口压力，尚未建立其比第一油缸9和第二油缸10的两腔的最大压力高某个值（由定差溢流阀15设定）时，定差溢流阀15关闭，由变量泵4出口、第一开中心六通比例方向阀7的P口、第二开中心六通比例方向阀8的P口以及定差溢流阀15进油口之间组成了一个密闭容腔，节流口16无节流损耗，不仅提高了液压系统的效率，同时使得控制压力pi为零，变量泵4的排量增加到最大。因此不管负载是轻负载还是重负载，在建立其克服最大负载所需要的压力之前，变量泵4的排量最大，同时变量泵4的所有液压油在密封容腔快速建立起克服负载所需要的压力，保证了该系统的调速特性不受负载压力的影响。

（5）当回路中第一开中心六通比例方向阀7或第二开中心六通比例方向阀8的阀芯越过调速区域的最大开度X2时，电磁溢流阀14仍然得电，第一开中心六通比例方向阀7或第二开中心六通比例方向阀8的油路P1-D关闭，变量泵4的输出流量全部通过第一开中心六通比例方向阀7或第二开中心六通比例方向阀8的油路P-A或者油路P-B进入相应的第一油缸9或者第二油缸10的两腔，没有流量通过节流口16，此时变量泵4的排量增加到最大以满足作业速度的需要。

（6）电磁溢流阀14是否得电取决于系统中第一开中心六通比例方向阀7和第二开中心六通比例方向阀8是否离开中位。当均处于中位时，即两端无控制信号（电信号或者先导液压油）时，电磁溢流阀14失电，定差溢流阀15的控制油口K的压力最小，使得变量泵4的液压油可以以一个较低的压力回油箱；只要第一开中心六通比例方向阀7和第二开中心六通比例方向阀8的任何一个或者两个的阀芯离开中位，即两端有控制信号时，电磁溢流阀15得电，通过第二梭阀12的出油口（负载最大压力）引至定差溢流阀15的控制油口K，使得定差溢流阀15的进口压力只有比负载最大压力大某个值时才打开。

本发明的设计重点在于：通过在节流口之前增加了一个定差溢流阀以及若干梭阀，利用梭阀获得负载的最大压力，利用定差溢流阀使得在变量泵的出口压力建立起克服负载所需要的压力之前，变量泵的排量最大，同时在由于变量泵出口、第一开中心六通比例方向阀的P口、第二开中心六通比例方向阀的P口以及定差溢流阀进油口之间组成了一个密闭容腔，使得在变量泵的出口快速建立起克服负载所需要的压力，不仅克服了传统负流量系统中在重载时的有效的调速范围行程减小，调速特性曲线(流量随行程变化)变陡的不足之处，同时在建立负载所需要压力之前在节流口上没有节流损耗，降低液压系统的能量损失。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统，其特征在于：包括有液控比例方向阀（1）、伺服活塞（2）、发动机（3）、变量泵（4）、定量泵（5）、溢流阀（6）、第一开中心六通比例方向阀（7）、第二开中心六通比例方向阀（8）、第一油缸（9）、第二油缸（10）、第一梭阀（11）、第二梭阀（12）、第三梭阀（13）、电磁换向阀（14）、定差溢流阀（15）、节流口（16）以及溢流阀（17）；其中：

该发动机（3）、变量泵（4）和定量泵（5）同轴相联；第一开中心六通比例方向阀（7）的P口和P1口以及第二开中心六通比例方向阀（8）的P口均连接变量泵（4）的出油口，第一开中心六通比例方向阀（7）的T口连接油箱，第一开中心六通比例方向阀（7）的A口连接第一油缸（9）的无杆腔，第一开中心六通比例方向阀（7）的B口连接第一油缸（9）的有杆腔，第一开中心六通比例方向阀（7）的D口连接第二开中心六通比例方向阀（8）的P1口；第二开中心六通比例方向阀（8）的T口连接油箱，第二开中心六通比例方向阀（8）的A口连接第二油缸（10）的无杆腔，第二开中心六通比例方向阀（8）的B口连接第二油缸（10）的有杆腔，第二开中心六通比例方向阀（8）的D口连接定差溢流阀（15）的进油口；第一油缸（9）的有杆腔和无杆腔分别和第三梭阀（13）的两个进油口相连；第二油缸（10）的有杆腔和无杆腔分别和第一梭阀（11）的两个进油口相连；第一梭阀（11）和第三梭阀（13）的出油口分别和第二梭阀（12）的进油口相连，第二梭阀（12）的出油口接电磁换向阀（14）的P口，电磁换向阀（14）的T口连接油箱，电磁换向阀（14）的A口连接定差溢流阀（15）的K口；节流口（16）的进油口、溢流阀（17）的进油口以及液控比例方向阀（1）的控制油口K均连接定差溢流阀（15）的出油口，节流口（16）的出油口以及溢流阀（17）的出油口均连接油箱；溢流阀（6）的进油口、伺服活塞（2）的小腔以及液控比例方向阀（1）的P口均连接定量泵（5）的出油口，溢流阀（6）的出油口和液控比例方向阀（1）的T口连接油箱，液控比例方向阀（1）的A口接伺服活塞（2）的大腔。

2.根据权利要求1所述的一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统，其特征在于：所述第一开中心六通比例方向阀（7）为电控或液控。

3.根据权利要求1所述的一种具有负载敏感的挖掘机负流量系统，其特征在于：所述第二开中心六通比例方向阀（8）为电控或液控。

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