CN104912136B - 一种挖掘机及其回转液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机及其回转液压系统，该回转液压系统包括先导油路和由所述先导油路控制主油路流向和通断的主换向阀；还包括压力控制阀，其具有第一工作油口、第二工作油口以及控制所述第一工作油口、所述第二工作油口通断的控制油口；所述压力控制阀的控制油口连通所述先导油路；回转制动时，所述先导油路压力降低，所述第一工作油口和所述第二工作油口导通，所述主油路的高压段通过所述压力控制阀连接至回转液压系统的动力装置。该回转液压系统将回收的回转制动能量供动力装置直接使用，整个系统完全液压控制，可靠性高，且无需设置高成本的蓄能器、电池等，改造成本大幅降低。

Description

一种挖掘机及其回转液压系统

技术领域

本发明涉及挖掘机技术领域，特别是涉及一种挖掘机及其回转液压系统。

背景技术

现有挖掘机的液压系统中，通过发动机驱动液压泵对挖掘机的动臂油缸、斗杆油缸、行走系统及回转系统等进行供油，使这些受油液压装置得以运转。

目前的液压系统中，存在着巨大的能量损失，尤其是在回转动作时。参考图1，其示出了现有挖掘机液压系统(包括回转液压系统)的原理示意图。

发动机1′驱动主泵2′向受油装置，通过多路阀3′的切换控制具体向哪个受油装置供油。其中，图中示出的受油装置有动臂油缸4′、斗杆油缸5′、铲斗油缸6′、左行走马达7′、右行走马达8′及回转马达9′。

挖掘机在回转作业时，回转动作的前半程需要加速，后半程需要减速制动。

如图1中所示，回转马达9′的两侧并联有一对回转溢流阀10′，以防止回转马达9′两侧的压力过高。前半程回转马达9′启动及动作中，由于主泵2′的输出流量大于回转马达9′所需流量，使得回转马达9′的一侧压力较高而造成溢流损失；后半程减速制动时，回转马达9′处于泵工作状态，将另一侧压力升高，并通过溢流阀10′流掉，造成能量的浪费。

由于挖掘机的回转动作使用频繁，能耗巨大，而白白损失的能量几乎全部转变为热能，造成系统温度升高，为了降低油温、散热等，又要消耗附能量，因此如何实现回转液压系统的节能非常重要。

目前，虽然对回转制动能量的回收、再利用方法很多，但都需要蓄能器或超级电容/电池等设备，对现有挖掘机回转液压系统的升级改造很多，且价格昂贵，增加的成本需要相当长的时间才能依靠节约油耗得到补偿。

有鉴于此，如何改进现有挖掘机的回转液压系统，使其在回收再利用回转制动能量的同时，降低成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种挖掘机及其回转液压系统，该回转液压系统能够回收再利用回转制动能量，降低整机油耗，同时还实现了系统成本的降低。

为解决上述技术问题，本发明提供一种挖掘机的回转液压系统，包括先导油路和由所述先导油路控制主油路流向和通断的主换向阀；

还包括压力控制阀，其具有第一工作油口、第二工作油口以及控制所述第一工作油口、所述第二工作油口通断的控制油口；

所述压力控制阀的控制油口连通所述先导油路；

回转制动时，所述先导油路压力降低，所述第一工作油口和所述第二工作油口导通，所述主油路的高压段通过所述压力控制阀连接至回转液压系统的动力装置。

本发明提供的回转液压系统，在主油路和动力装置之间设置有压力控制阀，该压力控制阀的控制油口连通先导油路，该控制油口控制压力控制阀的第一工作油口和第二工作油口的通断；回转系统制动时，先导油路的压力降低，在惯性作用下，另一侧主油路压力升高，压力控制阀的第一工作油口和第二工作油口处于导通状态，高压油液通过压力控制阀流回动力装置，供动力装置直接使用，节省了动力装置的能耗。

与现有技术相比，本发明提供的回转液压系统仅需在主油路和动力装置之间设置由先导油路控制的压力控制阀，即可实现回转制动能量的回收与利用，对现有系统的改动较小，改造的可实施性高，且整个系统完全液压控制，无需设置电子控制器，系统的可靠性高；另外，由于回收的能量供动力装置直接使用，所以也无需设置高成本的蓄能器、电池等，改造成本大幅降低。

可选地，所述主油路包括位于执行元件和所述主换向阀之间的第一主油路和第二主油路；

所述主换向阀具有两控制端，分别连通两所述先导油路；

所述第一主油路和所述第二主油路连接至所述压力控制阀的第一工作油口的通路上分别设置有第一单向阀、第二单向阀；

所述压力控制阀的第二工作油口连接至所述动力装置；

所述压力控制阀的控制油口通过梭阀连通两所述先导油路中的一者。

可选地，所述压力控制阀为第一溢流阀。

可选地，所述第一溢流阀至油箱之间还设置有安全阀。

可选地，所述压力控制阀为二位三通换向阀，其还具有始终与其第一工作油口连通的第三工作油口；

还包括第二溢流阀，其进液口连通所述第三工作油口，其出液口连通油箱。

可选地，所述动力装置包括主泵；

回转制动时，所述第一工作油口和所述第二工作油口导通，所述主油路的高压段通过所述压力控制阀连通所述主泵的进油口。

可选地，所述主泵的进油路上设置有第二单向阀。

可选地，所述动力装置包括主泵和与所述主泵串联的齿轮马达；

回转制动时，所述第一工作油口和所述第二工作油口导通，所述主油路的高压段通过所述压力控制阀连通所述齿轮马达的进油口。

本发明还提供一种挖掘机，包括执行元件和驱动所述执行元件动作的回转液压系统，所述回转液压系统为上述任一项所述的回转液压系统。

可选地，所述执行元件为回转马达。

由于上述回转液压系统具有上述技术效果，所以具有该回转液压系统的挖掘机也具有相应的技术效果，这里不再重复论述。

附图说明

图1为现有挖掘机回转液压系统的原理示意图；

图2为本发明所提供挖掘机回转液压系统的第一实施例的原理示意图；

图3为本发明所提供挖掘机回转液压系统的第二实施例的原理示意图；

图4为本发明所提供挖掘机回转液压系统的第三实施例的原理示意图；

图5为本发明所提供挖掘机回转液压系统的第四实施例的原理示意图。

图1中：

发动机1′，主泵2′，多路阀3′，动臂油缸4′，斗杆油缸5′，铲斗油缸6′，左行走马达7′，右行走马达8′，回转马达9′，溢流阀10′；

图2-5中：

发动机11，主泵12，补油泵13，齿轮马达14；

主换向阀21，第一溢流阀22，二位三通换向阀22′，梭阀23，安全阀24，第二溢流阀24′，第一单向阀25，第二单向阀26，第三单向阀27；

第一主油路201，第二主油路202，先导油路203；

回转马达31，回转体32。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种挖掘机及其回转液压系统，该回转液压系统能够回收再利用回转制动能量，降低整机油耗，同时还实现了系统成本的降低。

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。

请参考图2，图2为本发明所提供挖掘机回转液压系统的第一实施例的原理示意图。

该实施例中，挖掘机的回转液压系统，包括先导油路203和由先导油路203控制主油路流向和通断的主换向阀21。

先导油路203为低压且稳定的油源，其主要用于推动主换向阀21的阀芯实现换向。主换向阀21的阀芯在先导油路203的作用下左移或右移，以切换主换向阀21与执行元件之间主油路的流向或通断。

具体地，主换向阀21具有两个控制端，两个控制端分别连通两条先导油路203，左侧先导油路压力升高时，位于左位，右侧先导压力升高时，位于右位，两侧先导压力均降低时，位于中位。其中，主换向阀21的类型可以根据实际需要来设置。

该回转液压系统还包括压力控制阀，图2中的压力控制阀为第一溢流阀22，其具有第一工作油口、第二工作油口和控制油口，控制油口用于控制第一工作油口、第二工作油口的通断；控制油口连通先导油路203，当第一工作油口和第二工作油口导通时，主油路的高压段能够通过压力控制阀连接至动力装置。

图2中，执行元件为回转马达31，主油路包括位于回转马达31和主换向阀21之间的第一主油路201和第二主油路202；第一主油路201为高压油路时，主油路的高压段为第一主油路201，第二主油路202为高压油路时，主油路的高压段为第二主油路202。

第一主油路201至第一溢流阀22的第一工作油口的通路上设置有第一单向阀25，第二主油路202至第一溢流阀22的第一工作油口的通路上设置有第二单向阀26，即第一主油路201高压时，可打开第一单向阀25连通第一溢流阀22的第一工作油口，第二主油路202高压时，可打开第二单向阀26连通第一溢流阀22的第一工作油口。

除了设置两个单向阀外，第一溢流阀22的第一工作油口也可以通过梭阀连通第一主油路201或第二主油路202。

第一溢流阀22的控制油口通过梭阀23连通两先导油路203中的一者。

本实施例中，在主油路和回转液压系统的动力装置之间设置了第一溢流阀22，其控制油口连通稳定的先导油路203；当回转马达31启动时，先导油路203的压力升高，第一溢流阀22的溢流压力升高，回转马达31的一侧主油路压力升高，驱动回转马达31旋转，当该侧主油路压力过高时，可使第一溢流阀22的第一工作油口和第二工作油口导通，多余的高压油液经第一溢流阀22流回动力装置；当回转马达31停止回转时，先导油路203的压力降低至最低，第一溢流阀22的溢流压力减小至最低，回转马达31在回转体32的带动下继续旋转，并以泵的方式工作，使得回转马达31的另一侧主油路压力升高，使第一溢流阀22的第一工作油口和第二工作油口处于导通状态，制动产生的高压油液经第一溢流阀22流回动力装置。

由于回转马达31在启动时多余的高压油液和制动时产生的高压油液均通过第一溢流阀22流回动力装置，供动力装置直接使用，节省了动力装置的能耗。

实际使用中，回转制动能量占回收能量的主要部分。

与现有技术相比，该回转液压系统仅需在主油路和动力装置之间设置由先导油路203控制的第一溢流阀22，即可实现能量的回收与利用，对现有系统的改动较小，改造的可实施性高，且整个系统完全液压控制，无需设置电子控制器，系统的可靠性高；另外，由于回收的能量供动力装置直接使用，所以也无需设置高成本的蓄能器、电池等，改造成本大幅降低。

图2中，所述动力装置包括主泵12和驱动主泵12向液压系统供油的发动机11。

具体的方案中，第一溢流阀22的第二工作油口连通主泵12的进油口，也就是说，将回转马达31启动时产生的多余高压油液和制动时产生的高压油液直接引入到主泵12的进油口，提高主泵12的进油口压力，以减小主泵12的输入功率，从而达到节油的目的。

请参考图3，其示出了回转液压系统的第二实施例的原理示意图；与图2所示的第一实施例相比，该方案中，在主泵12的进油路上设置有第三单向阀27，以免回收的高压油液流入油箱，提升油箱的压力，对挖掘机其他执行元件造成影响。

通常，主泵12还会串联一个补油泵13，设置时，使第一溢流阀22的第二工作油口也连通补油泵13的吸油口，回收的高压油液进入补油泵13，使其在瞬时高压的情况下，以马达方式运转，产生转矩而带动主泵12工作，可减少发动机11对主泵12的动力驱动。

进一步的方案中，第一溢流阀22的第二工作油口还通过安全阀24连接至油箱；具体地，安全阀24可以设置为溢流阀。

当主泵12进油口处的压力过高时，多余的流量可以从安全阀24流出，提高系统的安全性和可靠性。

当然，在设置时，安全阀24和第一溢流阀22在油路上也可设置为并联的形式。

请参考图4，图4为本发明所提供挖掘机回转液压系统的第三实施例的原理示意图。

该实施例与图2所示第一实施例的区别在于：该实施例中的动力装置除包括主泵12、驱动主泵12的发动机11及补油泵13外，还包括与主泵12串联的齿轮马达14，第一溢流阀22的第二工作油口连通齿轮马达14的进油口。换句话说，当第一溢流阀22的第一工作油口和第二工作油口导通时，主油路的高压端连通齿轮马达14的进油口，即回收的高压油液通过齿轮马14达输出转矩，带动主泵12工作。

通常回转液压系统集成于挖掘机的整个液压系统中，主泵12还向除回转马达31外的其他执行元件供油，与前述第一、第二实施例相比，该方案不会对油箱或主泵12产生直接影响，不会影响其他执行元件的动作。

请参考图5，图5为本发明所提供挖掘机回转液压系统的第四实施例的原理示意图。

前述三个实施例中，所述压力控制阀均设置为第一溢流阀22。

该实施例中，所述压力控制阀为二位三通换向阀22′；如图5所示，二位三通换向阀22′具有三个工作油口和控制油口，其中，该二位三通换向阀22′的第一工作油口、第二工作油口和控制油口的连接与前述第一溢流阀22大体一致，即第一工作油口连通主油路的高压段，第二工作油口连通主泵12的进油口，控制油口连通先导油路203，控制油口控制第一工作油口和第二工作油口的通断。

该二位三通换向阀22′的第三工作油口始终连通其第一工作油口；该系统还包括第二溢流阀24′，其进液口连通二位三通换向阀22′的第三工作油口，其出液口连通油箱。

如上设置后，回转马达31启动时，先导油路203的压力升高，二位三通换向阀22′的第一工作油口和第二工作油口被切断，当主油路压力过高时，多余的高压油液经二位三通换向阀22′、第二溢流阀24′流出；回转马达31制动时，先导油路203的压力降低，二位三通换向阀22′的第一工作油口和第二工作油口导通，制动产生的高压油液经二位三通换向阀22′引入主泵12入口。

图5中，回收的能量引入到主泵12入口，实际设置时，也可如图4所示，在主泵12上串联齿轮马达14，将回收能量引入齿轮马达14。

与前述几个实施例相比，该实施例仅回收和利用占主要部分的回转制动能量，由于回收的能量直接供动力装置使用，仍然能够起到节省动力装置能耗的作用。

本发明还提供一种挖掘机，包括执行元件和驱动所述执行元件动作的回转液压系统，该回转液压系统为上述任一实施例所述的回转液压系统。

由于上述回转液压系统具有上述技术效果，具有该回转液压系统的挖掘机也具有相应的技术效果，此处不再赘述。

执行元件具体可以为回转马达31，如图2至图5中所示。

以上对本发明所提供的一种挖掘机及其回转液压系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种挖掘机的回转液压系统，包括先导油路(203)和由所述先导油路(203)控制主油路流向和通断的主换向阀(21)；

其特征在于，还包括压力控制阀，其具有第一工作油口、第二工作油口以及控制所述第一工作油口、所述第二工作油口通断的控制油口；

所述压力控制阀的控制油口连通所述先导油路(203)；

回转制动时，所述先导油路(203)压力降低，所述第一工作油口和所述第二工作油口导通，所述主油路的高压段通过所述压力控制阀连接至回转液压系统的动力装置；

所述动力装置包括主泵(12)；

回转制动时，所述第一工作油口和所述第二工作油口导通，所述主油路的高压段通过所述压力控制阀连通所述主泵(12)的进油口。

2.一种挖掘机的回转液压系统，包括先导油路(203)和由所述先导油路(203)控制主油路流向和通断的主换向阀(21)；

其特征在于，还包括压力控制阀，其具有第一工作油口、第二工作油口以及控制所述第一工作油口、所述第二工作油口通断的控制油口；

所述压力控制阀的控制油口连通所述先导油路(203)；

回转制动时，所述先导油路(203)压力降低，所述第一工作油口和所述第二工作油口导通，所述主油路的高压段通过所述压力控制阀连接至回转液压系统的动力装置；

所述动力装置包括主泵(12)和与所述主泵(12)串联的齿轮马达(14)；

回转制动时，所述第一工作油口和所述第二工作油口导通，所述主油路的高压段通过所述压力控制阀连通所述齿轮马达(14)的进油口。

3.根据权利要求1或2所述的回转液压系统，其特征在于，所述主油路包括位于执行元件和所述主换向阀(21)之间的第一主油路(201)和第二主油路(202)；

所述主换向阀(21)具有两控制端，分别连通两所述先导油路(203)；

所述第一主油路(201)和所述第二主油路(202)连接至所述压力控制阀的第一工作油口的通路上分别设置有第一单向阀(25)、第二单向阀(26)；

所述压力控制阀的第二工作油口连接至所述动力装置；

所述压力控制阀的控制油口通过梭阀(23)连通两所述先导油路(203)中的一者。

4.根据权利要求3所述的回转液压系统，其特征在于，所述压力控制阀为第一溢流阀(22)。

5.根据权利要求4所述的回转液压系统，其特征在于，所述第一溢流阀(22)至油箱之间还设置有安全阀(24)。

6.根据权利要求3所述的回转液压系统，其特征在于，所述压力控制阀为二位三通换向阀(22′)，其还具有始终与其第一工作油口连通的第三工作油口；

还包括第二溢流阀(24′)，其进液口连通所述第三工作油口，其出液口连通油箱。

7.根据权利要求1所述的回转液压系统，其特征在于，所述主泵(12)的进油路上设置有第三单向阀(27)。

8.一种挖掘机，包括执行元件和驱动所述执行元件动作的回转液压系统，其特征在于，所述回转液压系统为权利要求1-7任一项所述的回转液压系统。

9.根据权利要求8所述的挖掘机，其特征在于，所述执行元件为回转马达(31)。