CN104295551B - 一种自动转向比例控制阀块及基于该阀块的导航液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农业机械自动导航的自动转向系统，尤其涉及一种自动转向比例控制阀块及基于该阀块的导航液压系统。该阀块上设有第一压力油输入口、第二压力油输入口、回油口、第一转向液压缸接口、第二转向液压缸接口、第一负载压力反馈口和第二负载压力反馈口，包含有负载传感油口、中位机能为Y机能的三位五通比例换向阀，定差减压阀，单向阀，差压式溢流阀；可以将该阀块与开心式、闭心式或负载传感式闭心全液压转向器连接组成自动导航系统；导航系统工作时，流入转向液压缸的油液流量只与三位五通比例换向阀的开口大小有关，基本不受转向液压缸的负载变化的影响。本发明提出的自动转向比例控制阀块热耗损失小，控制精度高，响应速度快。

Description

一种自动转向比例控制阀块及基于该阀块的导航液压系统
技术领域
本发明属于农业机械自动导航的自动转向系统，尤其涉及一种自动转向比例控制阀块及基于该阀块的导航液压系统。
背景技术
目前农田作业大多为大面积行间作业，这种作业方式要求农机驾驶员在操纵行驶的过程中，要严格保证农业机械的作业轨迹与作物行平行。因此驾驶员必须驾驶技术娴熟，精神高度集中，但这极易致使驾驶员疲劳驾驶，从而导致作业精度下降，甚者可能导致安全事故的发生。即使是最好的农机手在田间耕作时所能达到的最高控制精度也只有10cm，在长时间工作后，精准度还会大大降低。同时，作业人员有时需在高温或有毒(撒药时)等恶劣环境中工作，对作业人员的身体健康有很大危害。因此，如何实现农业机械的自动导航控制，成为了亟待研究的课题。自动转向系统是农业机械自动导航与无人驾驶的关键技术之一，其控制精度决定了自动导航系统的精度。
自动转向系统要求具有较高的安全可靠性、良好的控制精度和快速响应性。传统的农业机械自动转向系统只针对恒流源供油的开心系统或恒压源供油的闭心系统中的一类，甚至只针对某一车型进行设计。这类转向液压系统通用性较差，难以作为一种产品在大多数农业机械中推广应用；且多数液压转向系统不具备卸荷回路，系统工作时保持较高压力，导致系统的能耗损失较大，发热严重，进而导致系统温度快速升高，泄漏严重，不适用于需长时间工作的农业机械自动导航系统。
发明内容
为了克服现有的农业机械自动转向系统存在着通用性差，热耗损失较大，发热严重，系统泄漏严重，不适用于需长时间工作的问题，进一步提高农业机械自动转向系统的安全可靠性、控制精度和快速响应性，本发明提出适用于多种自动转向系统的一种自动转向比例控制阀块及基于该阀块的导航液压系统。
本发明的技术方案为，这种自动转向比例控制阀块上设有第一压力油输入口、第二压力油输入口、回油口、第一转向液压缸接口、第二转向液压缸接口、第一负载压力反馈口和第二负载压力反馈口。
该阀块含有一个有负载传感油口、中位机能为Y机能的三位五通比例换向阀。三位五通比例换向阀在中位时负载传感油口与回油口相通，三位五通比例换向阀在左右两位时负载传感油口与进油口相通。
三位五通比例换向阀的两个出油口经过液压锁分别与第一转向液压缸接口和第二转向液压缸接口连接。
三位五通比例换向阀的回油口与该自动转向比例控制阀块的回油口连接。
三位五通比例换向阀的进油口与两路并联的管路连接，一路与定差减压阀的出油口连接，定差减压阀的进油口与第二压力油输入口连接；另一路与单向阀的出油口连接，单向阀的进油口与第一压力油输入口连接。
三位五通比例换向阀的负载传感油口与三路并联的管路连接，第一路连接定差减压阀的控制油道；第二路连接差压式溢流阀的控制油道；第三路与梭阀的一个进油口连接，梭阀的另一个进油口与第一负载压力反馈口连接，梭阀的出油口与第二负载压力反馈口连接。
差压式溢流阀的进油口与第一压力油输入口连接，差压式溢流阀的出油口与该自动转向比例控制阀块的回油口连接。
定差减压阀的控制油道上设有节流阀
三位五通比例换向阀可以使用插装阀。
将本发明提出的这种自动转向比例控制阀块与开心式、闭心式或负载传感式全液压转向器连接可以构成多种自动导航系统：
1.将这种自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器并联组成基于这种自动转向比例控制阀块的导航液压系统，具体连接方式为：
所述第二压力油输入口、第一负载压力反馈口和第二负载压力反馈口封死；
所述第一转向液压缸接口、第二转向液压缸接口分别与导航液压系统的转向液压缸的左右两腔连接；
所述第一压力油输入口与换向阀的右位出油口连接，换向阀的左位出油口与开心式全液压转向器的开心式转向器伺服阀的进油口相通，换向阀的进油口与单支稳定分流阀的一个出油口连接，单支稳定分流阀的进油口与液压泵连接；
所述自动转向比例控制阀块的回油口经过过滤器与导航液压系统的回油油箱相通。
2.将自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器串联组成基于这种自动转向比例控制阀块的导航液压系统，具体连接方式为：
所述第二压力油输入口、第一负载压力反馈口和第二负载压力反馈口封死；
所述第一转向液压缸接口、第二转向液压缸接口分别与导航液压系统的转向液压缸的左右两腔连接；
所述自动转向比例控制阀块的回油口经过过滤器与导航液压系统的回油油箱相通；
所述第一压力油输入口与开心式全液压转向器的开心式转向器伺服阀的回油口相通；
开心式转向器伺服阀的进油口与单支稳定分流阀的一个出油口连接，单支稳定分流阀的进油口与液压泵连接。
3.将自动转向比例控制阀块与负载传感式全液压转向器并联组成基于这种自动转向比例控制阀块的导航液压系统，具体连接方式为：
所述第一压力油输入口封死；
所述第一转向液压缸接口、第二转向液压缸接口分别与导航液压系统的转向液压缸的左右两腔连接；
所述自动转向比例控制阀块的回油口与导航液压系统的回油油箱相通；
单支稳定分流阀的进油口与液压泵连接。单支稳定分流阀的出油口与两路并联的管道连接，一路与负载传感式全液压转向器的负载传感式转向器伺服阀的进油口连接；另一路与第二压力油输入口连接。单支稳定分流阀的负载传感油口与第二负载压力反馈口连接。
所述第一负载压力反馈口与负载传感式转向器伺服阀的负载传感油口相通。
4.将自动转向比例控制阀块与闭心式全液压转向器并联组成基于这种自动转向比例控制阀块的导航液压系统，具体连接方式为：
所述第一压力油输入口、第一负载压力反馈口和第二负载压力反馈口封死；
所述第一转向液压缸接口、第二转向液压缸接口分别与导航液压系统的转向液压缸的左右两腔连接；
所述自动转向比例控制阀块的回油口经过过滤器与导航液压系统的回油油箱相通；
液压泵经过一个单向阀与两路并联管道相连，一路与闭心式转向器伺服阀的进油口连接，另一路与第二压力油输入口连接。
本发明的有益效果是提供了一种能够用于采用开心式、闭心式或负载传感式全液压转向器的自动导航系统中，并且热耗损失小，适于长时间工作，控制精度高，响应速度快的自动转向比例控制阀块。
附图说明
图1：一种自动转向比例控制阀块的示意图；
图2：自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器并联的导航液压系统示意图；
图3：自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器串联的导航液压系统示意图；
图4：自动转向比例控制阀块与负载传感式全液压转向器并联的导航液压系统示意图；
图5：自动转向比例控制阀块与闭心式全液压转向器并联的导航液压系统示意图；
图6：自动转向比例控制阀块的流量特性曲线图。
附图标号：P1—第一压力油输入口，P2—第二压力油输入口，A—第一转向液压缸接口，B—第二转向液压缸接口，T—回油口，LSin—第一负载压力反馈口，LSout—第二负载压力反馈口，1—液压泵，2—单支稳定分流阀，3—回油油箱，4—负载传感式转向器伺服阀，5—换向阀，P51—换向阀5的左位出油口，P52—换向阀5的右位出油口，6—开心式转向器伺服阀，7—闭心式转向器伺服阀，8—转向液压缸，9—液压锁，10—三位五通比例换向阀，P10—三位五通比例换向阀10的进油口，T10—三位五通比例换向阀10的回油口，L10—三位五通比例换向阀10的负载传感油口，11—定差减压阀，12—梭阀，13—单向阀，14—差压式溢流阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1所示，这种自动转向比例控制阀块上设有第一压力油输入口P1、第二压力油输入口P2、回油口T、第一转向液压缸接口A、第二转向液压缸接口B、第一负载压力反馈口LSin和第二负载压力反馈口LSout。
该阀块含有一个有负载传感油口L10、中位机能为Y机能的三位五通比例换向阀10。三位五通比例换向阀10在中位时负载传感油口L10与回油口T10相通，三位五通比例换向阀10在左右两位时负载传感油口L10与进油口P10相通。
三位五通比例换向阀10的两个出油口经过液压锁9分别与第一转向液压缸接口A和第二转向液压缸接口B连接。
三位五通比例换向阀10的回油口T10与该自动转向比例控制阀块的回油口T连接。
三位五通比例换向阀10的进油口P10与两路并联的管路连接，一路与定差减压阀11的出油口连接，定差减压阀11的进油口与第二压力油输入口P2连接；另一路与单向阀13的出油口连接，单向阀13的进油口与第一压力油输入口P1连接。
三位五通比例换向阀10的负载传感油口L10与三路并联的管路连接，第一路连接定差减压阀11的控制油道；第二路连接差压式溢流阀14的控制油道；第三路与梭阀12的一个进油口连接，梭阀12的另一个进油口与第一负载压力反馈口LSin连接，梭阀12的出油口与第二负载压力反馈口LSout连接。
差压式溢流阀14的进油口与第一压力油输入口P1连接，差压式溢流阀14的出油口与该自动转向比例控制阀块的回油口T连接。
在定差减压阀11的控制油道上设有节流阀。
将这种自动转向比例控制阀块与开心式、闭心式或负载传感式全液压转向器连接可以构成多种自动导航系统，具体实施例如下：
具体实施例1：
如图2所示，将这种自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器并联组成基于这种自动转向比例控制阀块的导航液压系统，具体连接方式为：
第二压力油输入口P2、第一负载压力反馈口LSin和第二负载压力反馈口LSout封死；
第一转向液压缸接口A、第二转向液压缸接口B分别与导航液压系统的转向液压缸8的左右两腔连接；
第一压力油输入口P1与换向阀5的右位出油口P52连接，换向阀5的左位出油口P51与开心式全液压转向器的开心式转向器伺服阀6的进油口相通，换向阀5的进油口与单支稳定分流阀2的一个出油口连接，单支稳定分流阀2的进油口与液压泵1连接；
自动转向比例控制阀块的回油口T经过过滤器与导航液压系统的回油油箱3相通。
具体实施例2：
如图3所示，将自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器串联组成基于这种自动转向比例控制阀块的导航液压系统，具体连接方式为：
第二压力油输入口P2、第一负载压力反馈口LSin和第二负载压力反馈口LSout封死；
第一转向液压缸接口A、第二转向液压缸接口B分别与导航液压系统的转向液压缸8的左右两腔连接；
自动转向比例控制阀块的回油口T经过过滤器与导航液压系统的回油油箱3相通；
第一压力油输入口P1与开心式全液压转向器的开心式转向器伺服阀6的回油口相通；
开心式转向器伺服阀6的进油口与单支稳定分流阀2的一个出油口连接，单支稳定分流阀2的进油口与液压泵1连接。
当这种自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器串联或并联组成的导航液压系统工作时，由第一压力油输入口P1供入的油液，一部分经三位五通比例换向阀10进入转向液压缸8，其余部分经差压式溢流阀14溢流回回油油箱。由于差压式溢流阀14的阀芯两端的控制油道分别与三位五通比例换向阀10的进油口和出油口相通，所以当负载变化时，差压式溢流阀14的变化调节将对三位五通比例换向阀10的进油口起到压力补偿作用，使三位五通比例换向阀10的进油口和出油口压差基本保持不变，从而使流入转向液压缸8的油液流量只与三位五通比例换向阀10的开口大小(亦即输入电流大小)有关，基本不受转向液压缸8负载变化的影响。当三位五通比例换向阀10处于中位时(即无输入电流时)，液压锁9使转向液压缸8处于锁紧状态，三位五通比例换向阀10的负载传感油口L10与回油口T10相通，传感压力近似为零，差压式溢流阀14在很低的压力下溢流(其弹簧的预压缩力很小)，系统处于卸荷状态。
具体实施例3：
如图4所示，将自动转向比例控制阀块与负载传感式闭心全液压转向器并联组成基于这种自动转向比例控制阀块的导航液压系统，具体连接方式为：
第一压力油输入口P1封死；
第一转向液压缸接口A、第二转向液压缸接口B分别与导航液压系统的转向液压缸8的左右两腔连接；
自动转向比例控制阀块的回油口T与导航液压系统的回油油箱3相通；
单支稳定分流阀2的进油口与液压泵1连接。单支稳定分流阀2的出油口与两路并联的管道连接，一路与负载传感式全液压转向器的负载传感式转向器伺服阀4的进油口连接；另一路与第二压力油输入口P2连接。单支稳定分流阀2的负载传感油口与第二负载压力反馈口LSout连接。
第一负载压力反馈口LSin与负载传感式转向器伺服阀4的负载传感油口相通。
将自动转向比例控制阀块与负载传感式闭心全液压转向器并联组成的导航液压系统工作时，由第二压力油输入口P2供入的油液全部经定差减压阀11和三位五通比例换向阀10进入转向液压缸8；单向阀13关闭，差压式溢流阀14因无油液流过而不起作用。由于定差减压阀11的阀芯两端的控制油道分别与三位五通比例换向阀10的进油口和出口相通，所以当负载变化时，差减压阀11的变化调节将对三位五通比例换向阀10进油口起到压力补偿作用(串联压力补偿)，使三位五通比例换向阀10的进油口和出油口压差基本保持不变，从而使流入转向液压缸8的油液流量只与三位五通比例换向阀10的开口大小(亦即输入电流大小)有关，基本不受负载变化的影响。当三位五通比例换向阀10处于中位时(即无输入电流时)，液压锁9使转向液压缸处于锁紧状态，三位五通比例换向阀10的负载传感油口L10与回油口T10相通，传感压力近似为零。此时梭阀12使第一负载压力反馈口LSin与第二负载压力反馈口LSout相通，转向液压缸8由原车的全液压转向器来操控。
具体实施例4：
如图5所示，将自动转向比例控制阀块与闭心式全液压转向器并联组成基于这种自动转向比例控制阀块的导航液压系统，具体连接方式为：
第一压力油输入口P1、第一负载压力反馈口LSin和第二负载压力反馈口LSout封死；
第一转向液压缸接口A、第二转向液压缸接口B分别与导航液压系统的转向液压缸8的左右两腔连接；
自动转向比例控制阀块的回油口T经过过滤器与导航液压系统的回油油箱3相通；
液压泵1经过一个单向阀与两路并联管道相连，一路与闭心式转向器伺服阀7的进油口连接，另一路与第二压力油输入口P2连接。
将自动转向比例控制阀块与闭心式全液压转向器并联组成的导航液压系统，闭心式全液压转向系统一般由恒压变量泵供油，工作时，由第二压力油输入口P2供入的油液全部经定差减压阀11和三位五通比例换向阀10进入转向液压缸8；单向阀13关闭，差压式溢流阀14因无油液流过而不起作用。由于定差减压阀11的阀芯两端的控制油道分别与三位五通比例换向阀10的进油口和出油口相通，所以当负载变化时，定差减压阀11的变化调节将对三位五通比例换向阀10的进油口起到压力补偿作用(串联压力补偿)，使三位五通比例换向阀10进油口和出油口压差基本保持不变，从而使流入转向液压缸8的油液流量只与三位五通比例换向阀10的开口大小(亦即输入电流大小)有关，基本不受转向液压缸负载变化的影响。
为获得本发明提出的自动转向比例控制阀块的静态性能，对自动转向集成阀块的空载流量特性进行了测试，空载流量曲线是输出流量和输入电压的函数曲线，该曲线能反应阀块的死区特性、线性度和对称度，为控制系统提供依据。
具体测试方法为：在给定电压Vi下，测得时间Ti内液压缸的位移Si，通过式(1)算出通过该阀块的流量。如图6所示的流量特性曲线，从曲线上可以看出自动转向比例控制阀块的死区特性和线性度，为控制器提供了一定的依据。
Q = υ * A p = S i T i * π 4 ( D 2 - d 2 ) - - - ( 1 )
其中，υ—活塞杆速度，Ap—活塞作用面积，D—缸径，d—杆径。

Claims (7)

1.一种自动转向比例控制阀块，其特征在于，该阀块上设有第一压力油输入口(P1)、第二压力油输入口(P2)、回油口(T)、第一转向液压缸接口(A)、第二转向液压缸接口(B)、第一负载压力反馈口(LSin)和第二负载压力反馈口(LSout)；
该阀块含有一个有负载传感油口(L10)、中位机能为Y机能的三位五通比例换向阀(10)；
三位五通比例换向阀(10)在中位时负载传感油口(L10)与回油口(T10)相通，三位五通比例换向阀(10)在左右两位时负载传感油口(L10)与进油口(P10)相通；
三位五通比例换向阀(10)的两个出油口经过液压锁(9)分别与第一转向液压缸接口(A)和第二转向液压缸接口(B)连接；
三位五通比例换向阀(10)的回油口(T10)与该自动转向比例控制阀块的回油口(T)连接；
三位五通比例换向阀(10)的进油口(P10)与两路并联的管路连接，一路与定差减压阀(11)的出油口连接，定差减压阀(11)的进油口与第二压力油输入口(P2)连接；另一路与单向阀(13)的出油口连接，单向阀(13)的进油口与第一压力油输入口(P1)连接；
三位五通比例换向阀(10)的负载传感油口(L10)与三路并联的管路连接，第一路连接定差减压阀(11)的控制油道；第二路连接差压式溢流阀(14)的控制油道；第三路与梭阀(12)的一个进油口连接，梭阀(12)的另一个进油口与第一负载压力反馈口(LSin)连接，梭阀(12)的出油口与第二负载压力反馈口(LSout)连接；
差压式溢流阀(14)的进油口与第一压力油输入口(P1)连接，差压式溢流阀(14)的出油口与该自动转向比例控制阀块的回油口(T)连接。
2.权利要求1所述的一种自动转向比例控制阀块，其特征在于，所述定差减压阀(11)的控制油道上设有节流阀。
3.权利要求1所述的一种自动转向比例控制阀块，其特征在于，所述三位五通比例换向阀(10)为插装阀。
4.基于权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的自动转向比例控制阀块的导航液压系统，其特征在于，所述自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器并联，具体连接方式为：
所述第二压力油输入口(P2)、第一负载压力反馈口(LSin)和第二负载压力反馈口(LSout)封死；
所述第一转向液压缸接口(A)、第二转向液压缸接口(B)分别与导航液压系统的转向液压缸(8)的左右两腔连接；
所述第一压力油输入口(P1)与换向阀(5)的右位出油口(P52)连接，换向阀(5)的左位出油口(P51)与开心式全液压转向器的开心式转向器伺服阀(6)的进油口相通，换向阀(5)的进油口与单支稳定分流阀(2)的一个出油口连接，单支稳定分流阀(2)的进油口与液压泵(1)连接；
所述自动转向比例控制阀块的回油口(T)经过过滤器与导航液压系统的回油油箱(3)相通。
5.基于权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的自动转向比例控制阀块的导航液压系统，其特征在于，所述自动转向比例控制阀块与开心式全液压转向器串联，具体连接方式为：
所述第二压力油输入口(P2)、第一负载压力反馈口(LSin)和第二负载压力反馈口(LSout)封死；
所述第一转向液压缸接口(A)、第二转向液压缸接口(B)分别与导航液压系统的转向液压缸(8)的左右两腔连接；
所述自动转向比例控制阀块的回油口(T)经过过滤器与导航液压系统的回油油箱(3)相通；
所述第一压力油输入口(P1)与开心式全液压转向器的开心式转向器伺服阀(6)的回油口相通；
开心式转向器伺服阀(6)的进油口与单支稳定分流阀(2)的一个出油口连接，单支稳定分流阀(2)的进油口与液压泵(1)连接。
6.基于权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的自动转向比例控制阀块的导航液压系统，其特征在于，所述自动转向比例控制阀块与负载传感式全液压转向器并联，具体连接方式为：
所述第一压力油输入口(P1)封死；
所述第一转向液压缸接口(A)、第二转向液压缸接口(B)分别与导航液压系统的转向液压缸(8)的左右两腔连接；
所述自动转向比例控制阀块的回油口(T)与导航液压系统的回油油箱(3)相通；
单支稳定分流阀(2)的进油口与液压泵(1)连接；单支稳定分流阀(2)的出油口与两路并联的管道连接，一路与负载传感式全液压转向器的负载传感式转向器伺服阀(4)的进油口连接，另一路与第二压力油输入口(P2)连接；单支稳定分流阀(2)的负载传感油口与第二负载压力反馈口(LSout)连接；
所述第一负载压力反馈口(LSin)与负载传感式转向器伺服阀(4)的负载传感油口相通。
7.基于权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的自动转向比例控制阀块的导航液压系统，其特征在于，所述自动转向比例控制阀块与闭心式全液压转向器并联，具体连接方式为：
第一压力油输入口(P1)、第一负载压力反馈口(LSin)和第二负载压力反馈口(LSout)封死；
所述第一转向液压缸接口(A)、第二转向液压缸接口(B)分别与导航液压系统的转向液压缸(8)的左右两腔连接；
所述自动转向比例控制阀块的回油口(T)经过过滤器与导航液压系统的回油油箱(3)相通；
液压泵(1)经过一个单向阀与两路并联管道相连，一路与闭心式转向器伺服阀(7)的进油口连接，另一路与第二压力油输入口(P2)连接。
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