CN104235090B - 负反馈液压系统和旋挖钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反馈液压系统和旋挖钻机。上述负反馈液压系统包括：第一主泵、第二主泵、第一主阀、第二主阀、溢流阀、执行机构、先导手柄阀和先导泵；还包括：开关阀和液控换向阀；先导泵的排油口通过开关阀接于液控换向阀的液控端；液控换向阀设置于先导手柄阀与第二主阀之间的油路上，其包括两种工作状态；在第一种工作状态下，先导手柄阀的第一工作油口和第二工作油口通过液控换向阀分别与第二主阀的第一液控端和第二液控端相通；在第二种工作状态下，液控换向阀切断先导手柄阀与第二主阀之间的油路，并使第二主阀的第一液控端和第二液控端的油压相等。该负反馈液压系统具有异常工况下系统能量损耗低，工作可靠性较高的优点。

Description

负反馈液压系统和旋挖钻机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种负反馈液压系统和旋挖钻机。

背景技术

旋挖钻机是一种用于建筑基础工程中成孔作业的施工机械，其主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层的施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中有着广泛应用。

旋挖钻机由底盘、工作装置、电气系统及液压系统等组成。液压系统主要完成动力的传递和动作的实现，是旋挖钻机的重要组成部分。目前，旋挖钻机的液压系统通常采用负反馈液压系统。同时，液压泵作为液压系统的主要液压动力源，在施工过程中，主卷扬、动力头、副卷扬等都是由主泵驱动的，为了保证具有足够的动力源，现有的负反馈液压系统采用多泵合流供给。

具体而言，现有的旋挖钻机的负反馈液压系统主要包括第一主泵、第二主泵、第一主阀、第二主阀、溢流阀、执行机构(如卷扬马达)、先导手柄阀和先导泵等。其中：第一主泵和第二主泵均为变量泵，第一主泵和第二主泵的出油口分别接于第一主阀和第二主阀的进油口，第一主阀和第二主阀的工作油口分别接于执行机构，第一主阀和第二主阀上在靠近其工作油口的一侧还设有反馈油口，两个反馈油口分别对应接于第一主泵和第二主泵的变量机构；溢流阀设置在上述第一主阀和/或第二主阀的工作油口与执行机构之间的油路上；先导手柄阀的进油口接于先导泵的排油口，回油口接于油箱，先导手柄阀的第一工作油口接于第一主阀的第一液控端和第二主阀的第一液控端，第二工作油口接于第一主阀的第二液控端和第二主阀的第二液控端。在工作过程中，通过控制先导手柄阀的位置可以使先导泵输出的压力油作用至第一主阀和第二主阀的其中一个液控端，进而控制第一主阀和第二主阀的工作状态，反馈油口输出的压力油作用至主泵的变量机构，可以调整主泵的排量。

旋挖钻机在施工过程中会遇到上提提不动、钻进憋死等异常工况，此时执行机构不工作，主泵通过主阀后的压力油全部通过溢流阀溢流掉。这样不仅造成大量的能量浪费，同时还会使液压油油温骤然升高，造成液压密封件过早老化、漏油，液压油容易变质、液压系统泄漏量加大，液压系统可靠性低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种异常工况下系统能量损耗低，工作可靠性较高的负反馈液压系统和旋挖钻机。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种负反馈液压系统，包括：第一主泵、第二主泵、第一主阀、第二主阀、溢流阀、执行机构、先导手柄阀和先导泵；还包括：开关阀和液控换向阀；所述先导泵的排油口通过所述开关阀接于液控换向阀的液控端；所述液控换向阀设置于所述先导手柄阀与第二主阀之间的油路上，其包括两种工作状态；在第一种工作状态下，所述先导手柄阀的第一工作油口和第二工作油口通过所述液控换向阀分别与所述第二主阀的第一液控端和第二液控端相通；在第二种工作状态下，所述液控换向阀切断所述先导手柄阀与第二主阀之间的油路，并使第二主阀的第一液控端和第二液控端的油压相等。

进一步地，在所述液控换向阀在第二种工作状态下，所述第二主阀的第一液控端和第二液控端通过所述液控换向阀相通；或者，第二主阀的第一液控端和第二液控端均接于油箱。

进一步地，所述开关阀和液控换向阀集成于流量切断阀块。

进一步地，所述负反馈液压系统还包括第一梭阀和第一减压阀；所述第一减压阀的进油口与所述先导泵的排油口相通，出油口与所述第一梭阀的第一输入端相通；所述第一梭阀的第二输入端与所述第一主阀的反馈油口相通，所述第一梭阀的输出端接于所述第一主泵的变量机构。

进一步地，所述负反馈液压系统还包括第二梭阀和第二减压阀；所述第二减压阀的进油口与所述先导泵的排油口相通，出油口与所述第二梭阀的第一输入端相通；所述第二梭阀的第二输入端与所述第二主阀的反馈油口相通，所述第二梭阀的输出端接于所述第二主泵的变量机构。

进一步地，所述第一减压阀和/或第二减压阀为电比例减压阀。

进一步地，所述第一减压阀、第一梭阀，第二减压阀和第二梭阀集成于负反馈调节阀块。

进一步地，所述开关阀为电磁阀。

进一步地，所述负反馈液压系统还包括排量调节控制单元，所述排量调节控制单元包括：压力传感器，用于检测所述执行机构的工作压力；控制器，与所述压力传感器和开关阀相连，用于当所述压力传感器获取的工作压力值超过预定值时，控制所述开关阀处于连通状态。

另一方面，本发明还提供一种旋挖钻机，起设置有上述任意一项所述的负反馈液压系统。

发明提供一种负反馈液压系统中。相对于现有技术，本发明提供的负反馈液压系统当执行机构承受较大负载而处于高压力、高流量、低转速工况时，开关阀连通，先导泵排油口的液压油通过开关阀作用于液控换向阀的液控端，使液控换向阀换向，此时液控换向阀处于第二工作状态，先导手柄阀两个工作油口的液压油无法作用于第二主阀的两个液控端，同时第二主阀两个液控端的液压油通过液控换向阀实现油压平衡，第二主阀处于中位。由此改变主泵整体的工作状态，由原来的多泵合流供给切换为部分泵供给。因此，本发明提供的负反馈液压系统可以通过上述开关阀和液控换向阀来改变主泵整体的工作状态，当执行机构受负载过大而处于负载高压力、高流量、低转速工况下，如主卷扬上提提不动或是动力头钻进憋死时，使主泵由多泵合流供给模式切换为部分泵供给模式，主泵整体供给流量降低，进而减少能源浪费，提高液压系统的可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的负反馈液压系统的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的负反馈液压系统中排量调节控制单元的结构框图。

附图标记说明：

1 开关阀

2 液控换向阀 Pil 液控端

e1 第一油口 e2 第二油口

e3 第三油口 e4 第四油口

3 先导泵

4 先导手柄阀

a1 第一工作油口 a2 第二工作油口

51 第一主阀 Df 第一主阀的反馈油口

52 第二主阀 Ef 第二主阀的反馈油口

B1 第一液控端 B2 第二液控端

61 第一梭阀

C1 第一输入端 C2 第二输入端

C3 输出端

62 第二梭阀

71 第一减压阀

72 第二减压阀

81 第一主泵

82 第二主泵

9 压力传感器

10 溢流阀

11 控制器

12 执行机构

13 流量切断阀块

14 负反馈调节阀块

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：

请参见图1，该图示出了本发明实施例提供负反馈液压系统的原理图。该负反馈液压系统具体包括：第一主泵81、第二主泵82、第一主阀51、第二主阀52、溢流阀10、执行机构12、先导手柄阀4和先导泵3，上述部件的连接关系可以与现有技术相同。

此外，该负反馈液压系统还包括：

开关阀1和液控换向阀2；

先导泵3的排油口通过开关阀1接于液控换向阀2的液控端Pil；液控换向阀2设置于先导手柄阀4与第二主阀52之间的油路上，其包括两种工作状态：在第一种工作状态下，先导手柄阀4的第一工作油口a1和第二工作油口a2通过上述液控换向阀2分别与第二主阀52的第一液控端B1和第二液控端B2相通；在第二种工作状态下，液控换向阀2切断先导手柄阀4与第二主阀52之间的油路，并使第二主阀52的第一液控端B1和第二液控端B2的油压相等。

本发明实施例提供的负反馈液压系统能够通过改变主泵整体(包含第一主泵81和第二主泵82)在执行机构处于高压力、高流量、低转速工况下的工作状态以减少整个液压系统的能量损耗。具体而言，当执行机构处于该工况下时，可以通过调整开关阀1的状态以改变液控换向阀2的状态，使得在保证系统压力不变的情况下，将两泵合流供给模式切换为单泵供给模式，这样能够使供给流量有效减少，从而使经过溢流阀10而产生的能耗有效减少，避免了液压油油温过快上升等问题。上述效果是通过上述开关阀1和液控换向阀2实现的。上述开关阀1接于先导泵3的排油口与液控换向阀2的液控端Pil之间，用于切换液控换向阀2的工作状态；液控换向阀2设置于先导手柄阀4与第二主阀52上，用于在不同的工作状态下，选择性的连通或切断先导手柄阀4与第二主阀52之间的油路，并在切断油路的情况下使第二主阀52的第一液控端B1和第二液控端B2的油压相等，由此使得第二主阀52处于中位，进而降低与该第二主阀52相连的第二主泵82的排量，此时由两泵合流供给模式切换为单泵供给模式，即只有第一主泵81供给液压油的模式。

以应用于旋挖钻机为例，下面结合具体场景说明上述本实施例提供的负反馈液压系统的详细工作原理：

在正常工况下，旋挖钻机正常作业，两个主泵可以通过两个主阀向执行机构12供应液压油(即两泵合流供给模式)，使执行机构12正常工作，在这种工况下，开关阀1处于切断状态，液控换向阀2处于第一工作状态(图1中左位)，先导手柄阀4的第一工作油口a1和第二工作油口a2一方面与第一主阀51的两个液控端相通，另一方面还通过液控换向阀2分别与第二主阀52的两个液控端(B1和B2)相通，操作人员可以通过操纵先导手柄阀4改变第一主阀51和第二主阀52的工作状态，如工作位置、阀芯开度，以使执行机构12作出相应动作。此时为两泵合流供给模式。

在作业过程中，若执行机构12承受较大负载，例如当难以钻进或者上提卡死时，将会使液压系统处于高压力、高流量、低转速工况(异常工况)下，在这种情形下，可使开关阀1处于连通状态，先导泵3排油口输出的压力油将通过开关阀1作用于液控换向阀2的液控端Pil，使液控换向阀2换向而处于第二工作状态(图1中右位)，这样先导手柄阀4两个工作油口的不再连通于第二主阀52的两个液控端，即切断了先导手柄阀4对第二主阀52的控制，并且第二主阀52两个液控端的液压油通过液控换向阀2实现油压平衡(两者的油压大体相等)，第二主阀52处于中位状态，切断第二主泵82向执行机构12供油，而第二主泵82输出的液压油经第二主阀的反馈油口向第二主泵82的变量机构反馈后能够使第二主泵82处于能耗较低的状态，这样系统中只有第一主泵81继续向执行机构供油。此时为单泵供给模式。

由此可知，采用本实施例提供的负反馈液压系统可以改变主泵整体的工作状态，即，当液压系统因执行机构承受负载过大(如主卷扬上提提不动或是动力头钻进憋死)而处于负载高压力、高流量、低转速工况时，可以使主泵整体由多泵合流供给模式切换为部分泵供给模式，这样能够使使经过溢流阀10而产生的能耗有效减少，避免了液压油油温过快上升，提高了液压系统的可靠性。

在具体实施过程中，上述实施例的负反馈液压系统可以进一步采用如下一种或者多种优选方式。

一、为了使第二主阀52能够在异常工况时在液控换向阀2的作用下处于中位，可以采用合适结构形式的液控换向阀，使得在液控换向阀2处于第二种工作状态时，第二主阀52的第一液控端B1和第二液控端B2能够通过该液控换向阀2相通；或者，第二主阀52的第一液控端B1和第二液控端B2均接于油箱。例如，液控换向阀2可以为二位四通液控换向阀，其第一油口e1和第二油口e2分别与先导手柄阀4的第一工作油口a1和第二工作油口a2相通，第三工作油口e3和第四工作油口e4分别与第二主阀52的第一液控端B1和第二液控端B2相通；在第一种工作状态下，第一油口e1与第三油口e3相通，第二油口e2与第四油口e4相通，此时液控换向阀2连通先导手柄阀4与第二主阀52之间的油路；在第二种工作状态下，第一油口e1和第二油口e2均截止，而第三油口e3和第四油口e4相通(如图1所示)，或者第三油口e3与第四油口e4均接于油箱，此时液控换向阀2在切断先导手柄阀4与第二主阀52之间的油路的同时还使第二主阀52两个液控端的压力大体相等。

二、为了便于控制，减少时滞，以更好地实现双泵合流供给模式和单泵供给模式的切换，开关阀1优选为电磁阀，例如，可以是二位二通电磁换向阀，其具有连通(图1中右位)和断开(图1中左位)两种工作状态，当然在其他情形下也可以采用其他形式的电磁开关阀，只要能够实现先导泵的排油口与液控换向阀2的液控端的连通和切断即可。在此基础上，为了使该液压系统能够根据负载工况及时、自动切换主泵的供给模式，本实施例的负反馈液压系统还优选包括排量调节控制单元。

请参见图2，该排量调节控制单元包括压力传感器9和控制器11，其中，压力传感器9用于检测执行机构12的工作压力；控制器11与压力传感器9和开关阀1信号连接，用于当压力传感器9获取的工作压力值超过预定值(对应于异常工况)时，控制开关阀1得电以处于连通状态，从而使主泵整体工作在单泵供给模式下。

本领域技术人员可以理解，在异常工况下，负载增大，执行机构处于低速动作或者停止动作，执行机构的工作压力增大，大部分液压油从溢流阀10溢流掉，因而通过检测执行机构12的工作压力，能够判断是否处于异常工况下，以确定是否切换主泵整体的工作模式；即控制器11根据从传感器9获得的工作压力信息判断是否需要执行流量切断操作，若工作压力信息大于预定值，说明此时液压系统已处于异常工况下，系统能耗严重、油温持续上升中，此时控制器11及时控制开关阀1得电以处于连通状态，进而使得液控换向阀2能够发挥上述作用。

三、如前所述，在单泵供给模式下，第一主泵81继续工作向执行机构12供油，为了便于进一步降低系统能量损耗，上述本实施例提供负反馈液压系统还可以包括第一梭阀61和第一减压阀71；其中，第一减压阀71的进油口与先导泵3的排油口相通，出油口与第一梭阀61的第一输入端C1相通；该第一梭阀61的第二输入端C2与第一主阀51的反馈油口Df相通，第一梭阀61的输出端C3接于第一主泵81的变量机构；这样可以通过调节第一减压阀71控制第一梭阀61的第一输入端C1的油压，当第一输入端C1的油压大于第一主阀51的反馈油口Df的油压时，第一梭阀61的输出端C3与第一输入端C1相通并作用于第一主泵81的变量机构，进而对第一主泵81的排量进行调整，以在异常工况下进一步地降低第一主泵81的排量，进而能够进一步降低供向执行机构12的液压油流量，从而能够进一步减少因溢流阀10溢流而产生的能量损失。而正常工况下，可以控制第一减压阀71截止，此时梭阀61的第二输入端C2与输出端C3相通，第一主泵81还是根据第一主阀51的反馈油口Df的油压进行排量调整。

如前所述，在异常工况下，第二主泵82虽然不向执行机构12供油，但仍具有一定能耗；为了进一步降低此时第二主泵82的能耗，本实施例提供的负反馈液压系统还可以包括第二梭阀62和第二减压阀72；第二减压阀72的进油口与先导泵3的排油口相通，出油口与第二梭阀62的第一输入端相通；第二梭阀62的第二输入端与第二主阀52的反馈油口Ef相通，第二梭阀62的输出端接于第二主泵82的变量机构。第二减压阀72和第二梭阀62对第二主泵82进行排量调整的原理与前述第一梭阀61和第一减压阀71对第一主泵81的排量调整原理类似，兹不赘述。

此外，为了便于调节第一梭阀61和/或第二梭阀62的第一输入端的油压，第一减压阀71和/或第二减压阀72优选为电比例减压阀，即第一减压阀71可以为第一电比例减压阀，第二减压阀72也可以为第二电比例减压阀。由此可以通过控制第一减压阀71和第二减压阀72的输入电流值来分别调节第一梭阀61和第二梭阀62的第一输入端的油压，进而便于分别对第一主泵81和第二主泵的排量调节控制。更进一步地，若还包括前述“二”部分的方案，第一电比例减压阀和/或第二电比例减压阀还可以与控制器11相连，即还可以通过控制器11来控制第一电比例减压阀和/或第二电比例减压阀的输入电流，进而控制第一梭阀61和/或第二梭阀62的第一输入端的油压。

此外，第一减压阀71、第一梭阀61，第二减压阀72和第二梭阀62可以集成于同一阀块即负反馈调节阀块14中。

四、为了便于阀的安装，开关阀1和液控换向阀2可以集成于同一阀块即流量切断阀块13中。相应地，如图1所示，可以将溢流阀10和压力传感器9集成在执行机构12中。

本领域技术人员可以理解的是，上述第一主泵81和第二主泵82均为变量泵。需要说明的是，上述实施例均是以两个主泵为例进行说明，对于在本发明的基础上设置多于两个主泵的方案也能够解决异常工况下系统能量损耗大的问题，也应在本发明保护范围之内。

由上述内容可知，本发明实施例提供的负反馈液压系统中，当执行机构承受较大负载而处于高压力、高流量、低转速工况时，开关阀连通，先导泵排油口的液压油通过开关阀作用于液控换向阀的液控端，使液控换向阀换向，此时液控换向阀处于第二工作状态，先导手柄阀两个工作油口的液压油无法作用于第二主阀的两个液控端，同时第二主阀两个液控端的液压油通过液控换向阀实现油压平衡，第二主阀处于中位。由此改变主泵整体的工作状态，由原来的多泵合流供给切换为部分泵供给。因此，本发明实施例提供的负反馈液压系统可以通过上述开关阀和液控换向阀来改变主泵整体的工作状态，当执行机构受负载过大而处于负载高压力、高流量、低转速工况下，如主卷扬上提提不动或是动力头钻进憋死时，使主泵由多泵合流供给模式切换为部分泵供给模式，主泵整体供给流量降低，进而减少能源浪费，提高液压系统的可靠性。

本发明其他实施例还提供了一种旋挖钻机，该旋挖钻机设有上述负反馈液压系统，由于上述种负反馈液压系统具有上述技术效果，因此，设有该负反馈液压系统的旋挖钻机也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负反馈液压系统，包括：第一主泵、第二主泵、第一主阀、第二主阀、溢流阀、执行机构、先导手柄阀和先导泵；其特征在于，还包括：

开关阀和液控换向阀；

所述先导泵的排油口通过所述开关阀接于液控换向阀的液控端；

所述液控换向阀设置于所述先导手柄阀与第二主阀之间的油路上，其包括两种工作状态；

在第一种工作状态下，所述先导手柄阀的第一工作油口和第二工作油口通过所述液控换向阀分别与所述第二主阀的第一液控端和第二液控端相通；

在第二种工作状态下，所述液控换向阀切断所述先导手柄阀与第二主阀之间的油路，并使第二主阀的第一液控端和第二液控端的油压相等。

2.根据权利要求1所述的负反馈液压系统，其特征在于，在所述液控换向阀在第二种工作状态下，所述第二主阀的第一液控端和第二液控端通过所述液控换向阀相通；或者，第二主阀的第一液控端和第二液控端均接于油箱。

3.根据权利要求1所述的负反馈液压系统，其特征在于，所述开关阀和液控换向阀集成于流量切断阀块。

4.根据权利要求1所述的负反馈液压系统，其特征在于，还包括第一梭阀和第一减压阀；所述第一减压阀的进油口与所述先导泵的排油口相通，出油口与所述第一梭阀的第一输入端相通；所述第一梭阀的第二输入端与所述第一主阀的反馈油口相通，所述第一梭阀的输出端接于所述第一主泵的变量机构。

5.根据权利要求4所述的负反馈液压系统，其特征在于，还包括第二梭阀和第二减压阀；所述第二减压阀的进油口与所述先导泵的排油口相通，出油口与所述第二梭阀的第一输入端相通；所述第二梭阀的第二输入端与所述第二主阀的反馈油口相通，所述第二梭阀的输出端接于所述第二主泵的变量机构。

6.根据权利要求5所述的负反馈液压系统，其特征在于，所述第一减压阀和/或第二减压阀为电比例减压阀。

7.根据权利要求5所述的负反馈液压系统，其特征在于，所述第一减压阀、第一梭阀、第二减压阀和第二梭阀集成于负反馈调节阀块。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的负反馈液压系统，其特征在于，所述开关阀为电磁阀。

9.根据权利要求8所述的负反馈液压系统，其特征在于，还包括排量调节控制单元，所述排量调节控制单元包括：

压力传感器，用于检测所述执行机构的工作压力；

控制器，与所述压力传感器和开关阀信号连接，用于当所述压力传感器获取的工作压力值超过预定值时，控制所述开关阀处于连通状态。

10.一种旋挖钻机，其特征在于，设置有权利要求1至9任意一项所述的负反馈液压系统。