CN104652523B - 一种装载机电液复合控制液压系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装载机电液复合控制液压系统，包括液压油箱、发动机、变量泵、电控换向阀块、第一梭阀、第二梭阀、第三梭阀、分配阀、先导阀、先导油源块、电控手柄和控制器；并提供一种利用上述装载机电液复合控制液压系统的控制方法，本发明根据装载机的实际工况进行分阶段复合控制，保证装载机在慢速动作时具备良好的微动性和可操纵性；在快速动作时能进一步降低能量损失，并能自动适应实际负载，减小负载对泵的冲击；在高压大负载时自动调整液压系统输出，减轻负载对发动机的冲击，保证发动机能稳定可靠地运行。

Description

一种装载机电液复合控制液压系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种装载机液压系统，具体是一种装载机电液复合控制液压系统及其控制方法。

背景技术

装载机是一种用途非常广泛的工程机械。不同的用途和复杂的工况决定了其液压系统工作的复杂性。目前常见的装载机液压系统有双定量系统, 定量泵与变量泵组合系统，双变量泵系统等。随着社会对节能环保的日益重视，具有明显节能效果的变量系统被广泛应用于工程机械。其中，备受关注的双变量泵系统属于较为先进变量的系统，其典型控制方式是液控负荷传感控制，因其控制方式简单可靠，成本较低，应用非常广泛。负荷传感控制在泵口和负载之间建立稳定的压差，一般由泵的压差补偿器调定。操作者通过改变主阀阀口的节流大小来控制变量泵排量，进而控制系统的流量。典型的压差补偿器压力设定为2.5MPa，如此一来变量泵口的压力始终高于负载压力2.5MPa，导致在变量泵在大流量输出时功率损失很大。如果调低补偿压力，系统的响应速度会变慢，流量也会降低。主机厂一般会提高系统压力，减少系统流量来减少补偿压力造成的系统功率损失,然而单纯提高系统压力还造成整个液压系统的元件成本上涨，故障率升高。

现有负荷传感系统中一般只在泵口设置压力切断阀，仅仅是当泵口压力超过切断压力后使泵的斜盘回排，没有将发动机扭矩和泵轴扭矩进行比较。如果发动机处于低速状态，操纵者操纵机器快速动作，此时泵的排量会开到最大，如果此时负载压力也比较高的情况下，泵轴扭矩接近发动机扭矩，则发动机很可能被憋熄火。如果此时还有切入料堆等联合动作，则发动机熄火的可能性更大。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种装载机电液复合控制液压系统及其控制方法，根据装载机的实际工况进行分阶段复合控制，保证装载机在慢速动作时具备良好的微动性和可操纵性；在快速动作时能进一步降低能量损失，并能自动适应实际负载，减小负载对泵的冲击；在高压大负载时自动调整液压系统输出，减轻负载对发动机的冲击，保证发动机能稳定可靠地运行。

为了实现上述目的，本发明一种装载机电液复合控制液压系统，包括液压油箱、发动机、变量泵、电控换向阀块、第三梭阀、第一梭阀、第二梭阀、分配阀、先导阀、先导油源块、电控手柄和控制器；变量泵的进油口与液压油箱相连；变量泵的出油口P与分配阀的进油口P1相连；分配阀回油口T1与液压油箱相连；先导油源块的进油口P2与变量泵的出油口P相连；先导油源块的出油口U与先导阀的进油口P3相连；分配阀的下降油口ps与先导阀下降联油口A相连；分配阀的收斗联油口pss与先导阀收斗联油口B相连；分配阀的提升油口pl与先导阀提升联油口C相连；分配阀的下降油口psl与先导阀翻斗联油口D相连；分配阀的翻斗缸大腔油口A7与翻斗缸的无杆腔A9相连；分配阀的翻斗缸小腔油口B7与翻斗缸的有杆腔B9相连；分配阀的动臂缸大腔油口A8与动臂缸的无杆腔A10相连；分配阀的动臂缸小腔油口B8与动臂缸的无杆腔B10相连；分配阀的负荷传感油口LS1与电控换向阀块的第三油口H3相连；第三梭阀的m3油口与电控换向阀块H1油口相连；第三梭阀的s3油口与第一梭阀m1油口相连； 第一梭阀的s1油口与分配阀的下降油口ps相连；第一梭阀的n1油口与分配阀的收斗联油口pss相连；第二梭阀的s2油口与分配阀的提升油口pl相连；第二梭阀的n2油口与分配阀的下降油口psl相连；第二梭阀的m2油口与第三梭阀的n3油口相连；电控换向阀块的H2油口与变量泵的油口K2相连；电控换向阀块的H4油口与液压油箱相连；电控换向阀块的H5油口与变量泵的K4油口相连；电控换向阀块的H6油口与变量泵的K3油口相连；电控换向阀块的H8油口与变量泵的LS油口相连；电控手柄的输出口X1与控制器的第一输入口X2相连；转速传感器与发动机相连；转速传感器与控制器的第二输入口X3相连；控制器的第一输出口X4与电控换向阀块输入口X7相连；控制器的第二输出口X5与先导阀的输入口X6相连。

进一步的，所述的变量泵包括泵、溢流阀、流量控制阀、压力切断阀和变排油缸；流量控制阀的油口P4与泵的出油口P相连；变量泵K1油口与流量控制阀的控制腔A1相连；变量泵K2油口与流量控制阀的控制腔A2相连；变量泵K3油口与流量控制阀的控制腔A3相连；变量泵LS油口与流量控制阀的弹簧腔相连；电控换向阀块的H3油口与溢流阀的进油腔相连；溢流阀的回油口T8与变排油缸的无杆腔油口K8相连；溢流阀的调压弹簧A6与变排油缸的活塞杆A5相连；变排油缸的活塞杆A5与泵的变排机构相连；变排油缸的无杆腔油口K8与压力切断阀的K7油口相连；压力切断阀的A4油口、压力切断阀的P6油口与泵的出油口P相连；压力切断阀的K6油口与流量控制阀的K5油口相连；泵的泄露油口T7、变排油缸的泄露油口T6、压力切断阀的泄露油口T5、流量控制阀的泄露油口T4与变量泵的泄露油口L1相连；

进一步的，所述的流量控制阀包括阀座、螺母、第二阀芯、第一阀芯、阀体和调压弹簧，第一阀芯通过调压弹簧装配到阀体，第二阀芯与第一阀芯相连并装配在阀体内；阀座通过螺纹与阀体连接；螺母通过螺纹与阀座相连；

进一步的，所述阀座与阀体之间设有第一O型圈进行密封；阀座与第二阀芯之间设有第二O型圈进行密封。

此外本发明还提供一种利用上述装载机电液复合控制液压系统的控制方法，包括如下步骤：

A.电控手柄输出电压信号给控制器，通过控制器转化及放大后输出信号给先导阀，先导阀输出的先导压力控制分配阀阀芯位移，同时控制电控换向阀块的工作位置；

假设操作者匀速操纵电控手柄到最大开度，则电控手柄输出的电信号Xa=Cd*t+Ce；式中：Cd为电控手柄输出曲线的斜率，Ce为常数，即电控手柄输出曲线与Y轴的交点对应的函数值；

经控制器处理后的输出信号Xb=Cf*t+Ce；式中：Cf为控制器输出曲线的斜率，Ce为常数，即控制器输出曲线与Y轴的交点对应的函数值；

先导阀输出的先导压力Px随时间t变化关系为Px=Ka*t+Kb，式中：Ka为先导压力Px曲线的斜率，Kb为常数，即先导压力Px曲线与Y轴的交点对应的函数值；

则分配阀阀芯位移Sx与先导压力Px的关系为Sx=Kc*Px+Kd，式中：Kc为分配阀阀芯位移Sx曲线的斜率，Kd为常数，即分配阀阀芯位移Sx曲线与Y轴的交点对应的函数值；

分配阀阀芯移动后，其阀口节流口面积Sf变化与先导压力Px的关系为

其中，Ke为节流口面积Sf曲线中第一段曲线的斜率，Kf为常数，即Sf曲线中第一段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ku为节流口面积Sf曲线中第二段曲线的斜率，Kv为常数，即Sf曲线中第二段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Kw为节流口面积Sf曲线中第三段曲线的斜率，Kx为常数，即Sf曲线中第三段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ky为常数，即Sf曲线中第四段曲线的函数值。

B.随着电控手柄输出电压信号的变化，变量泵的控制方式及排量Vp随先导压力Px、泵口压力Pp变化的函数关系如下表：

其中，Kg为变量泵的排量Vp曲线中第一段曲线的斜率，Kh为常数，即排量Vp曲线中第一段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ki为变量泵的排量Vp曲线中第二段曲线的斜率，Kj为常数，即排量Vp曲线中第二段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Km为变量泵的排量Vp曲线中第三段曲线的斜率，Kn为常数，即排量Vp曲线中第三段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ko为常数，即排量Vp曲线中第四段曲线的函数值。

当先导压力Px≤12时，此时电控换向阀块不动作，处于初始位，变量泵采用负荷传感控制，此时阀口节流口面积Sf=Ke*Px+Kf，泵的排量Vp= Kg*Px+Kh；

C.当12＜Px≤18时，电控换向阀块从初始位向左移动一位，变量泵仍处于负荷传感控制区域，此时随着泵口压力升高，泵的排量Vp与泵口压力Pp的乘积达到设定的恒定值Kp，Kp是为保证发动机不熄火的与发动机最大扭矩相关的常数；此时Vp*Pp=Kp，变量泵处于负荷传感及恒扭矩控制阶段；

D.当先导压力Px从F点升高到G点的过程中，分配阀节流口面积Sf= Ku*Px+Kv迅速增加；同时电控换向阀块 (4) 从初始位向左移动一位后，先导阀输出的压力油将进入到流量控制阀的A2控制腔，减小流量控制阀的补偿压力，泵口压力Pp与负载压力Lp的差值△P随先导压力Px变化，其变化关系为：

其中，Kq为常数，即Px≤12时△P曲线的函数值；Kr为12＜Px≤18时△P曲线的斜率，Ks为△P曲线第二段曲线与Y轴的交点的函数值；Kt为常数，即△P曲线第三段Px＞18时的函数值；

先导压力、泵口压力二者共同作用，使得泵的排量Vp按照Vp=Ki*Px+Kj变化；假定发动机转速Nf恒定的情况下，系统的输出流量Qa随先导压力Px变化关系为：Qa=Nf*（Ki*Px+Kj）；

E.随着电控手柄输出电压逐渐升高，先导压力Px也进一步升高，分配阀节流口面积Sf= Kw*Px+Kx，此时电控换向阀块移动到最右位，流量控制阀控制腔A1、A2与液压油箱相通，控制腔A3与第三梭阀的油口相连，泵口压力油进入到控制腔A3，泵的控制方式切换为恒压恒扭矩控制；泵口的压力低于设定值Ppmax且Vp*Pp<Kp时，泵以最大排量输出；

F.当电控手柄输出电压高于某设定值时，且泵口的负载压力高于设定值时，泵的排量Vpmax会迅速下降，泵的最大排量控制与泵口压力Pp的关系为：

其中，Kp是为保证发动机不熄火的与发动机最大扭矩相关的常数；Ca为常数，即Vpmax曲线的第一段曲线的函数值；Cc为常数，Vpmax曲线的第三段曲线的斜率的绝对值，Cb为常数，即Vpmax曲线的第三段曲线与Y轴交点对应的函数值。

G.当发动机的转速通过转速传感器输入到控制器中，当发动机的负载过大时，其转速降低，当其转速下降速度超出设定值时或者转速低于设定值时，控制器通过其第一输出口X3输出控制信号给电控换向阀块、通过其第二输出口X4输出控制信号给先导阀，共同减小液压系统功率输出。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）采用了分段复合控制，根据装载机的不同工况需求，通过电控手柄和控制器自动调整系统的控制方式，进而满足各种工况的控制要求，液压系统不采用单一的控制方式，因此系统的适应性更强。

（2）此系统在慢速操作区域（电控手柄输出电压较低，与之对应的先导压力也较低），系统输出流量较小，具有负荷传感控制的全部优点，具有良好的微动性能和可操作性；在快速操作区域（电控手柄输出电压较高，先导压力较高时），系统输出流量迅速上升，而主阀节流损失逐渐减小，在这一区域，系统的节能效果明显。

（3）此系统极好地适应了装载机的工况，慢速操纵区域工作时间很短，而且系统流量较小，故能量损失很少；装载机大部分工作时间处于快速操作区域，系统流量越大，节能效果越明显。

（4）当操纵电控手柄，使先导压力高至一定值时，变量泵切换为恒压控制；若泵口压力较低，泵可以全排量输出，当泵口的压力达到流量控制阀设定的控制压力时,泵的排量立即减小，因此系统没有高压溢流损失。操作者在快速作业时，泵能够自动适应负载，而且能避免高压溢流损失。

（5）变量泵在高压区域具有恒扭矩控制控制特性，确保外负载过大时，泵轴扭矩不会超出预定值，保证发动机正常运行。

（6）此系统集成化程度高，元器件容易加工，系统功能易于实现。

（7) 采用集成化智能控制，消除人为因素导致的系统能耗过大问题，达到节能的目的。

附图说明

图1为本发明电液复合控制液压系统原理图；

图2为本发明变量泵的结构图；

图3为流量控制阀的结构图；

图4为电控手柄输出信号曲线图；

图5为先导阀输出压力随时间变化曲线图；

图6为主阀阀芯位移随先导阀输出压力变化曲线图；

图7为主阀阀芯节流口面积随先导压力变化曲线图；

图8为变量泵的控制方式及排量随先导压力、泵口压力变化曲线图；

图9为变量泵输出的流量随先导压力变化曲线图；

图10为泵口压力低于20MPa时，泵的排量随先导压力变化曲线图；

图11为泵的最大排量随泵口压力的变化关系曲线图；

图12为泵口压力与负载压力的差值随先导压力的变化曲线图；

图13复合控制系统主阀压力损失与系统流量的对应曲线图；

图中：1液压油箱，2发动机，3变量泵，4电控换向阀块，5第三梭阀，6第一梭阀，7第二梭阀，8分配阀，9翻斗缸，10 动臂油缸，11先导阀，12先导油源块，13泵，14溢流阀，15流量控制阀，16压力切断阀，17变排油缸，18阀座，19螺母，20 第一O型圈，21第二O型圈，22第二阀芯，23第一阀芯，24阀体，25调压弹簧，26电控手柄，27控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明装载机电液复合控制液压系统，包括液压油箱1、发动机2、变量泵3、电控换向阀块4、第三梭阀5、第一梭阀6、第二梭阀7、分配阀8、先导阀11、先导油源块12、电控手柄26和控制器27；变量泵3的进油口与液压油箱1相连；变量泵3的出油口P与分配阀8的进油口P1相连；分配阀8回油口T1与液压油箱1相连；先导油源块12的进油口P2与变量泵3的出油口P相连；先导油源块12的出油口U与先导阀11的进油口P3相连；分配阀8的下降油口ps与先导阀11下降联油口A相连；分配阀8的收斗联油口pss与先导阀11收斗联油口B相连；分配阀8的提升油口pl与先导阀11提升联油口C相连；分配阀8的下降油口psl与先导阀11翻斗联油口D相连；分配阀8的翻斗缸大腔油口A7与翻斗缸9的无杆腔A9相连；分配阀8的翻斗缸小腔油口B7与翻斗缸9的有杆腔B9相连；分配阀8的动臂缸大腔油口A8与动臂缸10的无杆腔A10相连；分配阀8的动臂缸小腔油口B8与动臂缸10的无杆腔B10相连；分配阀8的负荷传感油口LS1与电控换向阀块4的第三油口H3相连；第三梭阀5的m3油口与电控换向阀块4H1油口相连；第三梭阀5的s3油口与第一梭阀6m1油口相连； 第一梭阀6的s1油口与分配阀8的下降油口ps相连；第一梭阀6的n1油口与分配阀8的收斗联油口pss相连；第二梭阀7的s2油口与分配阀8的提升油口pl相连；第二梭阀7的n2油口与分配阀8的下降油口psl相连；第二梭阀7的m2油口与第三梭阀5的n3油口相连；电控换向阀块4的H2油口与变量泵3的K2油口相连；电控换向阀块4的H4油口与液压油箱1相连；电控换向阀块4的H5油口与变量泵3的K4油口相连；电控换向阀块4的H6油口与变量泵3的K3油口相连；电控换向阀块4的H8油口与变量泵3的LS油口相连；电控手柄26的输出口X1与控制器27的第一输入口X2相连；转速传感器28与发动机2相连；转速传感器28与控制器27的第二输入口X3相连；控制器27的第一输出口X4与电控换向阀块4输入口X7相连； 控制器27的第二输出口X5与先导阀11的输入口X6相连。工作装置翻斗缸9，以及动臂油缸10分别与配阀8相连。

如图2所示，作为本发明的一种方案，变量泵3包括泵13、溢流阀14、流量控制阀15、压力切断阀16和变排油缸17；流量控制阀15的油口P4与泵13的出油口P相连；变量泵3K1油口与流量控制阀15的控制腔A1相连；变量泵3K2油口与流量控制阀15的控制腔A2相连；变量泵3K3油口与流量控制阀15的控制腔A3相连；变量泵3LS油口与流量控制阀15的弹簧腔相连； 电控换向阀块4的H3油口与溢流阀14的进油腔相连；溢流阀14的回油口T8与变排油缸17的无杆腔油口K8相连；溢流阀14的调压弹簧A6与变排油缸17的活塞杆A5相连；变排油缸17的活塞杆A5与泵13的变排机构相连；变排油缸17的无杆腔油口K8与压力切断阀16的K7油口相连；压力切断阀16的A4油口、压力切断阀16的P6油口与泵13的出油口P相连；压力切断阀16的K6油口与流量控制阀15的K5油口相连；泵13的泄露油口T7、变排油缸17的泄露油口T6、压力切断阀16的泄露油口T5、流量控制阀15的泄露油口T4与变量泵3的泄露油口L1相连；。

如图3所示，作为本发明的一种方案，流量控制阀15包括阀座18、螺母19、第二阀芯22、第一阀芯23、阀体24和调压弹簧25，第一阀芯23通过调压弹簧25装配到阀体24，第二阀芯22与第一阀芯23相连并装配在阀体24内；阀座18通过螺纹与阀体24连接；螺母19通过螺纹与阀座18相连。

在上述结构基础上，在阀座18与阀体24之间设有第一O型圈20；在阀座18与第二阀芯22之间设有第二O型圈21。两O型圈作为密封件，起到密封作用。

下面给出利用上述装载机电液复合控制液压系统的控制方法，步骤如下：

A.电控手柄26输出电压信号给控制器27，通过控制器27转化及放大后输出信号给先导阀11，先导阀11输出的先导压力控制分配阀8阀芯位移，同时控制电控换向阀块4的工作位置；

假设操作者匀速操纵电控手柄26到最大开度，则电控手柄输出的电信号Xa=Cd*t+Ce；式中：Cd为电控手柄26输出曲线的斜率，Ce为常数，即电控手柄26输出曲线与Y轴的交点对应的函数值。

经控制器27处理后的输出信号Xb=Cf*t+Ce；式中：Cf为控制器27输出曲线的斜率，Ce为常数，即控制器27输出曲线与Y轴的交点对应的函数值；先导阀11输出的先导压力Px随时间t变化关系为Px=Ka*t+Kb，式中：Ka为先导压力Px曲线的斜率，Kb为常数，即先导压力Px曲线与Y轴的交点对应的函数值；则分配阀8阀芯位移Sx与先导压力Px的关系为Sx=Kc*Px+Kd，式中：Kc为分配阀阀芯位移Sx曲线的斜率，Kd为常数，即分配阀阀芯位移Sx曲线与Y轴的交点对应的函数值；

分配阀8阀芯移动后，其阀口节流口面积Sf变化与先导压力Px的关系为

Ke为节流口面积Sf曲线中第一段曲线的斜率，Kf为常数，即Sf曲线中第一段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ku为节流口面积Sf曲线中第二段曲线的斜率，Kv为常数，即Sf曲线中第二段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Kw为节流口面积Sf曲线中第三段曲线的斜率，Kx为常数，即Sf曲线中第三段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ky为常数，即Sf曲线中第四段曲线的函数值。

B.随着电控手柄26输出电压信号的变化，变量泵3的控制方式及排量Vp随先导压力Px、泵口压力Pp变化的函数关系如下表：

Kg为变量泵3的排量Vp曲线中第一段曲线的斜率，Kh为常数，即排量Vp曲线中第一段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ki为变量泵3的排量Vp曲线中第二段曲线的斜率，Kj为常数，即排量Vp曲线中第二段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Km为变量泵3的排量Vp曲线中第三段曲线的斜率，Kn为常数，即排量Vp曲线中第三段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ko为常数，即排量Vp曲线中第四段曲线的函数值。

当先导压力低于F点对应压力，即Px≤12时，此时电控换向阀块4不动作，处于初始位，变量泵3采用负荷传感控制，此时阀口节流口面积Sf=Ke*Px+Kf，泵的排量Vp= Kg*Px+Kh；

C.当先导压力从F点升高到G点的过程，即12＜Px≤18中，电控换向阀块4从初始位向左移动一位，变量泵3仍处于负荷传感控制区域，此时随着泵口压力升高，泵的排量Vp与泵口压力Pp的乘积达到设定的恒定值Kp，此时Vp*Pp=Kp，变量泵3处于负荷传感及恒扭矩控制阶段；Kp是为保证发动机不熄火的与发动机最大扭矩相关的常数。

D.当先导压力Px从F点升高到G点的过程中，分配阀节流口面积Sf= Ku*Px+Kv迅速增加；同时电控换向阀块 (4) 从初始位向左移动一位后，先导阀11输出的压力油将进入到流量控制阀的A2控制腔，减小流量控制阀15的补偿压力，泵口压力Pp与负载压力Lp的差值△P随先导压力Px变化，其变化关系为：

其中，Kq为常数，即Px≤12时△P曲线的函数值；Kr为12＜Px≤18时△P曲线的斜率，Ks为△P曲线第二段曲线与Y轴的交点的函数值。Kt为常数，即△P曲线第三段Px＞18时的函数值。

先导压力、泵口压力二者共同作用，使得泵的排量Vp按照Vp=Ki*Px+Kj变化；假定发动机转速Nf恒定的情况下，系统的输出流量Qa随先导压力Px变化关系为：Qa=Nf*（Ki*Px+Kj）；

E.随着电控手柄26输出电压逐渐升高，先导压力Px也进一步升高，分配阀节流口面积Sf= Kw*Px+Kx，此时电控换向阀块4移动到最右位，流量控制阀控制腔A1、A2与液压油箱相通，控制腔A3与第三梭阀5的油口m3相连，泵口压力油进入到控制腔A3，泵的控制方式切换为恒压恒扭矩控制；泵口的压力低于设定值Ppmax且Vp*Pp<Kp时，泵以最大排量输出；

F.当电控手柄26输出电压高于某设定值时，且泵口的负载压力高于设定值时，泵的排量Vpmax会迅速下降，泵的最大排量控制与泵口压力Pp的关系为：

其中，Kp是为保证发动机不熄火的与发动机最大扭矩相关的常数。Ca为常数，即Vpmax曲线的第一段曲线的函数值；Cc为常数，Vpmax曲线的第三段曲线的斜率的绝对值，Cb为常数，即Vpmax曲线的第三段曲线与Y轴交点对应的函数值。

G.当发动机2的转速通过转速传感器28输入到控制器27中，当发动机2的负载过大时，其转速降低，当其转速下降速度超出设定值时或者转速低于设定值时，控制器27通过其第一输出口X3输出控制信号给电控换向阀块4、通过其第二输出口X4输出控制信号给先导阀11,共同减小液压系统功率输出。

结合附图本发明控制方法及工作原理阐述如下：

当操纵电控手柄时，手柄输出电信号，假设操作者匀速操纵电控手柄到最大开度，在刚开始一段时间内，手柄角度变化很小，故没有电信号输出，其输出曲线如图4所示。

电控手柄输出的电信号经控制器处理后，一方面通过第二输出口控制先导阀，输出先导压力油；先导压力油一方面进入分配阀的控制腔，另一方面通过第一梭阀、第二梭阀、第三梭阀到达电控换向阀块的H2油口；随着电控手柄输出的电信号的变化，其输出压力变化曲线按图5变化；

分配阀的阀芯随着先导阀输出的压力变化，阀芯位移变化如图6；

阀芯位置移动后，主阀阀芯节流口面积随先导压力变化曲线如图7所示；

由于变量泵采用复合控制，随着电控手柄输出的电信号的增大，电控换向阀块通过切换油路连接来改变泵的控制方式，变量泵的控制方式曲线如图8；

如果此时发动机转速保持不变的情况下,则变量泵输出的流量随先导压力变化曲线如图9所示；

由图9可知，随着电控手柄输出的电信号的增大，先导阀输出的先导压力逐渐升高，变量泵的控制方式也在逐渐变化，当泵口压力低于20MPa时，泵的排量随先导压力变化曲线如图10所示；

当泵口的压力逐渐上升时，且泵的排量逐渐增大时，溢流阀的调定压力在变排油缸活塞杆A5的作用下逐渐降低，直到泵的排量与泵口压力的乘积此乘积即为泵轴的扭矩值达到设定值时，泵的排量会逐渐减小，保证泵的扭矩在设定范围内，从而保证发动机稳定可靠工作，不致憋熄火。当泵口的压力高于恒压值20MPa时，泵的排量会迅速减小，泵口压力越高，泵的排量越小。泵的最大排量随泵口压力的变化关系曲线见图11；

通过同时控制分配阀和变量泵，最终匹配出泵口压力与负载压力的差值随先导压力的变化曲线见图12；

与原有负荷传感控制系统相比，复合控制系统能有效减少系统在快速工作时的能量损失，复合控制系统主阀压力损失与系统流量的对应曲线见图10。图13中XYZV四点确定的梯形区域面积即是复合控制系统与传统负荷传感系统相比能够节能的区间。系统流量越大，能节省的功率越大，在V点将原有功率损失2.5MPa*360L/min/60=15kW,降低至0.9MPa*360L/min/60=5.4kW,节省9.6kW的功率；在Z点，原有功率损失2.5MPa*400L/min/60=16.67kW,降低至0.9MPa*400L/min/60=6.0kW，节省10.67kW的功率。

Claims (5)

1.一种装载机电液复合控制液压系统，其特征在于，包括液压油箱（1）、发动机（2）、变量泵（3）、电控换向阀块（4）、第三梭阀（5）、第一梭阀（6）、第二梭阀（7）、分配阀（8）、先导阀（11）、先导油源块（12）、电控手柄（26）和控制器（27）；变量泵（3）的进油口与液压油箱（1）相连；变量泵（3）的出油口（P）与分配阀（8）的进油口（P1）相连；分配阀（8）回油口（T1）与液压油箱（1）相连；先导油源块（12）的进油口（P2）与变量泵（3）的出油口（P）相连；先导油源块（12）的出油口（U）与先导阀（11）的进油口（P3）相连；分配阀（8）的下降油口（ps）与先导阀（11）下降联油口（A）相连；分配阀（8）的收斗联油口（pss）与先导阀（11）收斗联油口（B）相连；分配阀（8）的提升油口（pl）与先导阀（11）提升联油口（C）相连；分配阀（8）的下降油口（psl）与先导阀（11）翻斗联油口（D）相连；分配阀（8）的翻斗缸大腔油口（A7）与翻斗缸（9）的无杆腔（A9）相连；分配阀（8）的翻斗缸小腔油口（B7）与翻斗缸（9）的有杆腔（B9）相连；分配阀（8）的动臂缸大腔油口（A8）与动臂缸（10）的无杆腔（A10）相连；分配阀（8）的动臂缸小腔油口（B8）与动臂缸（10）的无杆腔（B10）相连；分配阀（8）的负荷传感油口（LS1）与电控换向阀块（4）的第三油口（H3）相连；第三梭阀（5）的油口（m3）与电控换向阀块（4）油口（H1）相连；第三梭阀（5）的油口（s3）与第一梭阀（6）油口（m1）相连； 第一梭阀（6）的油口（s1）与分配阀（8）的下降油口（ps）相连；第一梭阀（6）的油口（n1）与分配阀（8）的收斗联油口（pss）相连；第二梭阀（7）的油口（s2）与分配阀（8）的提升油口（pl）相连；第二梭阀（7）的油口（n2）与分配阀（8）的下降油口（psl）相连；第二梭阀（7）的油口（m2）与第三梭阀（5）的油口（n3）相连；电控换向阀块（4）的油口（H2）与变量泵（3）的油口（K2）相连；电控换向阀块（4）的油口（H4）与液压油箱（1）相连；电控换向阀块（4）的油口（H5）与变量泵（3）的油口（K4）相连；电控换向阀块（4）的油口（H6）与变量泵（3）的油口（K3）相连；电控换向阀块（4）的油口（H8）与变量泵（3）的油口（LS）相连；电控手柄（26）的输出口（X1）与控制器（27）的第一输入口（X2）相连；转速传感器（28）与发动机（2）相连；转速传感器（28）与控制器（27）的第二输入口（X3）相连；控制器（27）的第一输出口（X4）与电控换向阀块（4）输入口（X7）相连；控制器（27）的第二输出口（X5）与先导阀（11）的输入口（X6）相连；电控手柄输出的电信号经控制器处理后，一方面通过第二输出口控制先导阀，输出先导压力油；先导压力油一方面进入分配阀的控制腔，另一方面通过第一梭阀、第二梭阀、第三梭阀到达电控换向阀块的油口（H2）。

2.根据权利要求1所述的一种装载机电液复合控制液压系统，其特征在于，所述的变量泵（3）包括泵（13）、溢流阀（14）、流量控制阀（15）、压力切断阀（16）和变排油缸（17）；流量控制阀（15）的油口（P4）与泵（13）的出油口（P）相连；变量泵（3）油口（K1）与流量控制阀（15）的控制腔（A1）相连；变量泵（3）油口（K2）与流量控制阀（15）的控制腔（A2）相连；变量泵（3）油口（K3）与流量控制阀（15）的控制腔（A3）相连；变量泵（3）油口（LS）与流量控制阀（15）的弹簧腔相连；电控换向阀块（4）的油口（H3）与溢流阀（14）的进油腔相连；溢流阀（14）的回油口（T8）与变排油缸（17）的无杆腔油口（K8）相连；溢流阀（14）的调压弹簧（A6）与变排油缸（17）的活塞杆（A5）相连；变排油缸（17）的活塞杆（A5）与泵（13）的变排机构相连；变排油缸（17）的无杆腔油口（K8）与压力切断阀（16）的油口（K7）相连；压力切断阀（16）的油口（A4）、压力切断阀（16）的油口（P6）与泵（13）的出油口（P）相连；压力切断阀（16）的油口（K6）与流量控制阀（15）的油口（K5）相连；泵（13）的泄露油口（T7）、变排油缸（17）的泄露油口（T6）、压力切断阀（16）的泄露油口（T5）、流量控制阀（15）的泄露油口（T4）与变量泵（3）的泄露油口（L1）相连。

3.根据权利要求2所述的一种装载机电液复合控制液压系统，其特征在于，所述的流量控制阀（15）包括阀座（18）、螺母（19）、第二阀芯（22）、第一阀芯（23）、阀体（24）和调压弹簧（25），第一阀芯（23）通过调压弹簧（25）装配到阀体（24），第二阀芯（22）与第一阀芯（23）相连并装配在阀体（24）内；阀座（18）通过螺纹与阀体（24）连接；螺母（19）通过螺纹与阀座（18）相连。

4.根据权利要求3所述的一种装载机电液复合控制液压系统，其特征在于，所述阀座（18）与阀体（24）之间设有第一O型圈（20）；阀座（18）与第二阀芯（22）之间设有第二O型圈（21）。

5.一种利用权利要求1至4任一项所述的装载机电液复合控制液压系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.电控手柄（26）输出电压信号给控制器（27），通过控制器（27）转化及放大后输出信号给先导阀（11），先导阀（11）输出的先导压力控制分配阀（8）阀芯位移，同时控制电控换向阀块（4）的工作位置；

假设操作者匀速操纵电控手柄（26）到最大开度，则电控手柄输出的电信号Xa=Cd*t+Ce；式中：Cd为电控手柄（26）输出曲线的斜率，Ce为常数，即电控手柄（26）输出曲线与Y轴的交点对应的函数值；

经控制器（27）处理后的输出信号Xb=Cf*t+Ce；式中：Cf为控制器（27）输出曲线的斜率，Ce为常数，即控制器（27）输出曲线与Y轴的交点对应的函数值；

先导阀（11）输出的先导压力Px随时间t变化关系为Px=Ka*t+Kb，式中：Ka为先导压力Px曲线的斜率，Kb为常数，即先导压力Px曲线与Y轴的交点对应的函数值；

则分配阀阀芯位移Sx与先导压力Px的关系为Sx=Kc*Px+Kd，式中：Kc为分配阀阀芯位移Sx曲线的斜率，Kd为常数，即分配阀阀芯位移Sx曲线与Y轴的交点对应的函数值；

分配阀（8）阀芯移动后，其阀口节流口面积Sf变化与先导压力Px的关系为

其中，Ke为节流口面积Sf曲线中第一段曲线的斜率，Kf为常数，即Sf曲线中第一段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ku为节流口面积Sf曲线中第二段曲线的斜率，Kv为常数，即Sf曲线中第二段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Kw为节流口面积Sf曲线中第三段曲线的斜率，Kx为常数，即Sf曲线中第三段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ky为常数，即Sf曲线中第四段曲线的函数值；

B.随着电控手柄（26）输出电压信号的变化，变量泵（3）的控制方式及排量Vp随先导压力Px、泵口压力Pp变化的函数关系如下表：

其中，Kg为变量泵（3）的排量Vp曲线中第一段曲线的斜率，Kh为常数，即排量Vp曲线中第一段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ki为变量泵（3）的排量Vp曲线中第二段曲线的斜率，Kj为常数，即排量Vp曲线中第二段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Km为变量泵（3）的排量Vp曲线中第三段曲线的斜率，Kn为常数，即排量Vp曲线中第三段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ko为常数，即排量Vp曲线中第四段曲线的函数值；

当先导压力Px≤12时，此时电控换向阀块（4）不动作，处于初始位，变量泵（3）采用负荷传感控制，此时阀口节流口面积Sf=Ke*Px+Kf，泵的排量Vp= Kg*Px+Kh；

C.当12＜Px≤18时，电控换向阀块（4）从初始位向左移动一位，变量泵（3）仍处于负荷传感控制区域，此时随着泵口压力升高，泵的排量Vp与泵口压力Pp的乘积达到设定的恒定值Kp，Kp是为保证发动机不熄火的与发动机最大扭矩相关的常数；此时Vp*Pp=Kp，变量泵（3）处于负荷传感及恒扭矩控制阶段；

D.当先导压力Px从F点升高到G点的过程中，分配阀节流口面积Sf= Ku*Px+Kv迅速增加；同时电控换向阀块 (4) 从初始位向左移动一位后，先导阀（11）输出的压力油将进入到流量控制阀（15）的A2控制腔，减小流量控制阀（15）的补偿压力，泵口压力Pp与负载压力Lp的差值△P随先导压力Px变化，其变化关系为：

其中，Kq为常数，即Px≤12时△P曲线的函数值；Kr为12＜Px≤18时△P曲线的斜率，Ks为△P曲线第二段曲线与Y轴的交点的函数值；Kt为常数，即△P曲线第三段Px＞18时的函数值；

先导压力、泵口压力二者共同作用，使得泵的排量Vp按照Vp=Ki*Px+Kj变化；假定发动机转速Nf恒定的情况下，系统的输出流量Qa随先导压力Px变化关系为：Qa=Nf*（Ki*Px+Kj）；

E.随着电控手柄（26）输出电压逐渐升高，先导压力Px也进一步升高，分配阀节流口面积Sf= Kw*Px+Kx，此时电控换向阀块（4）移动到最右位，流量控制阀控制腔（A1、A2）与液压油箱相通，控制腔（A3）与第三梭阀（5）的油口（m3）相连，泵口压力油进入到控制腔（A3），泵的控制方式切换为恒压恒扭矩控制；泵口的压力低于设定值Ppmax且Vp*Pp<Kp时，泵以最大排量输出；

F.当电控手柄（26）输出电压高于某设定值时，且泵口的负载压力高于设定值时，泵的排量Vpmax会迅速下降，泵的最大排量控制与泵口压力Pp的关系为：

其中，Kp是为保证发动机不熄火的与发动机最大扭矩相关的常数；Ca为常数，即Vpmax曲线的第一段曲线的函数值；Cc为常数，Vpmax曲线的第三段曲线的斜率的绝对值，Cb为常数，即Vpmax曲线的第三段曲线与Y轴交点对应的函数值；

G.当发动机（2）的转速通过转速传感器（28）输入到控制器（27）中，当发动机（2）的负载过大时，其转速降低，当其转速下降速度超出设定值时或者转速低于设定值时，控制器（27）通过其第一输出口（X3）输出控制信号给电控换向阀块（4）、通过其第二输出口（X4）输出控制信号给先导阀（11），共同减小液压系统功率输出。