CN105090154A - 一种卸荷阀块、开闭芯液压系统及工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卸荷阀块、开闭芯液压系统及工程机械,开闭芯液压系统包括:定量泵系统、变量泵系统、至少一个第一执行元件、至少一个第二执行元件、开闭芯控制阀块(9)和能够被主动控制卸荷的卸荷阀块(17),定量泵系统为第一执行元件供油,卸荷阀块(17)设置在定量泵系统中的供油油路与回油油路之间;开闭芯控制阀块(9)设置在定量泵系统和变量泵系统的供油油路之间的油路上,能够根据第一执行元件的负载压力(P3)实现开闭,以使变量泵系统同时为第一执行元件和第二执行元件供油或者单独为第二执行元件供油。本发明的开闭芯液压系统能够在定变量组合供油和全变量供油之间灵活切换,从而增强液压系统供油的可控性。

Description

一种卸荷阀块、开闭芯液压系统及工程机械
技术领域
[0001] 本发明涉及工程机械液压系统技术领域,尤其涉及一种卸荷阀块、开闭芯液压系统及工程机械。
背景技术
[0002] 工程机械用途非常广泛,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。目前常见的工程机械液压系统有定量系统、定量与变量组合系统和全变量系统等,定量系统成本较低,但是能量损失大;全变量系统节能效果明显,但是成本较高,不利于普遍推广;定量与变量组合系统对转向系统进行变量控制,成本增加不大,相对其节能效果而言,定量与变量组合系统具有很高的性价比,从而在工程实际中得到了广泛的应用。
[0003] 现有技术中工程机械上采用的定量与变量组合系统一般为下面所述的结构,定量栗为作业元件提供液压油,变量栗为转向元件提供液压油,且供油油路上设有优先阀,在变量栗与定量栗的供油油路之间通过单向阀和多路阀实现单向连通,当多路阀受电控或液控信号的控制接通时,变量栗即可为作业元件供油。另外,变量栗与定量栗均可在供油油液超过负载需求时通过卸荷阀进行卸荷。
[0004] 其工作原理为:(I)当仅转向元件工作时,变量栗会根据需求流量供油,无溢流损失,定量栗中位卸荷;(2)当仅作业元件工作时,如果定量栗供应流量不足,则变量栗根据工作需求提供相应的流量,无溢流损失;如果定量栗供应流量充足,则变量栗进行小排量低压卸荷;(3)当转向元件和作业元件同时工作时,变量栗优先为转向元件供油。
[0005] 通过对现有技术的定量与变量组合系统进行分析可知,当作业元件的负载较大时,变量栗起到辅助定量栗供油的作用,一旦定量栗或者变量栗提供的流量高于需求值,就可以进行被动卸荷。但是如果需要在负载较大的工况下实时平稳地调节供油量,就无法做到使变量栗完全代替定量栗单独实现为整个系统供油,这种限制造成对液压系统供油方式的选择不太灵活,且可控性较差。
发明内容
[0006] 本发明的第一目的是提出一种卸荷阀块,能够根据需要控制卸荷阀块进行卸荷,从而增强卸荷动作的可控性。
[0007] 本发明的第二目的是提出一种开闭芯液压系统及工程机械,能够使开闭芯液压系统在定变量组合供油和全变量供油之间灵活切换,从而增强液压系统供油的可控性。
[0008] 为实现上述目的,本发明第一方面提供了一种卸荷阀块,用于设置在液压系统的供油油路和回油油路之间,包括:第一阀体、卸荷阀22和外控的工作模式切换通断阀19,所述卸荷阀22的进油口和出油口分别与所述第一阀体的进油口 P5和回油口 T5连通,所述卸荷阀22的控制油口与所述回油口 T5之间通过所述工作模式切换通断阀19接通或关断。
[0009] 进一步地,所述卸荷阀22为插装阀,所述插装阀上设有第一进油口 22A、第一出油口 22B和第一控制油口 22C,所述第一进油口 22A和所述第一出油口 22B分别与所述第一阀体的进油口 P5和回油口 T5连通,所述第一控制油口 22C与所述第一阀体的进油口 P5连通的油路上设有第一节流孔23,所述工作模式切换通断阀19设置在所述第一控制油口 22C与所述第一阀体的回油口 T5之间的油路上。
[0010] 进一步地,还包括溢流阀25,所述溢流阀25设置在所述第一节流孔23与所述第一阀体的回油口 T5之间的油路上。
[0011] 进一步地,所述第一阀体上设有负载反馈油口 P6,所述负载反馈油口 P6与所述溢流阀25的无弹簧侧的控制腔连通。
[0012] 进一步地,所述第一阀体的回油口 T5与所述溢流阀25的弹簧侧的控制腔连通。
[0013] 进一步地,所述第一阀体的进油口 P5与所述插装阀的第一进油口 22A之间通过并联设置的可变节流孔20和第一单向阀21连通。
[0014] 进一步地,还包括设置在所述插装阀的第一控制油口 22C处的第二节流孔27。
[0015] 进一步地,还包括设置在所述第一阀体的进油口 P5与负载反馈油口 P6之间的油路上的第二单向阀24,所述第一阀体的进油口 P5通过所述第二单向阀24与所述负载反馈油口 P6单向连通。
[0016] 为实现上述目的,本发明第二方面提供了一种开闭芯液压系统,包括:定量栗系统、变量栗系统、至少一个第一执行元件、至少一个第二执行元件、开闭芯控制阀块9和上述实施例所述的卸荷阀块17,
[0017] 所述定量栗系统为所述第一执行元件供油,所述卸荷阀块17设置在所述定量栗系统中的供油油路与回油油路之间;
[0018] 所述开闭芯控制阀块9设置在所述定量栗系统和所述变量栗系统的供油油路之间的油路上,能够根据所述第一执行元件的负载压力P3实现开闭,以使所述变量栗系统同时为所述第一执行元件和第二执行元件供油或者单独为所述第二执行元件供油。
[0019] 进一步地,还包括工作模式切换开关26,所述工作模式切换通断阀19为电磁开关阀,所述电磁开关阀的控制端与所述工作模式切换开关26连接。
[0020] 进一步地,所述定量栗系统的回油油路上设有散热器16和回油滤清器15,所述卸荷阀块17的回油口 T5连接在所述散热器16与所述回油滤清器15之间的油路上。
[0021] 进一步地,所述开闭芯控制阀块9为液控比例控制阀,所述开闭芯控制阀块9的开口大小能够通过所述第一执行元件的负载压力P3进行调整。
[0022] 进一步地,工作模式切换通断阀19能够在所述第一执行元件运动至自身行程末端的预设位置时,控制所述卸荷阀22主动卸荷。
[0023] 进一步地,还包括先导油源块10,所述先导油源块10设置在所述变量栗系统中的供油油路上,能够分别为所述第一执行元件和所述第二执行元件的动作提供控制油液。
[0024] 进一步地,所述先导油源块10包括:第二阀体、减压阀31和电磁换向阀32,所述第二阀体的进油口 P7与所述变量栗系统的供油油路连通,所述第二阀体的第一出油口 XS和第二出油口 XZ分别与所述定量栗系统和所述变量栗系统的控制油路连接;
[0025] 所述减压阀31设置在所述第二阀体的进油口 P7与所述第二阀体的第二出油口 XZ之间,所述电磁换向阀32设置在所述减压阀31的出油口与所述第二阀体的第一出油口 XS之间,能够控制所述先导油源块10对所述定量栗系统的控制油路供油的通断。
[0026] 进一步地,所述先导油源块10还包括蓄能器33,所述蓄能器33设置在所述减压阀31和所述电磁换向阀32之间的油路上。
[0027] 进一步地,还包括先导控制阀块28,所述先导控制阀块28用于筛选所述第一执行元件和所述第二执行元件中较大的负载压力信号,并作为负载反馈信号反馈给所述变量栗系统中的变量栗2的变量控制机构,进而控制所述变量栗2的出油量。
[0028] 进一步地,所述先导控制阀块28包括梭阀和第三节流孔30,所述梭阀的两个进油口分别用于接收所述第一执行元件与所述第二执行元件的负载压力信号,所述梭阀的出油口设有所述第三节流孔30,通过所述梭阀对所述第一执行元件和所述第二执行元件中较大的负载压力信号进行筛选。
[0029] 进一步地,还包括定差溢流阀29,所述定差溢流阀29设置在所述变量栗系统的供油油路和回油油路之间,所述定差溢流阀29的弹簧腔与所述先导控制阀块28的出油口连通。
[0030] 进一步地,所述第一执行元件为作业执行元件,所述第二执行元件为非作业执行元件。
[0031] 为实现上述目的,本发明第三方面提供了一种工程机械,包括上述实施例所述的开闭芯液压系统。
[0032] 进一步地,所述工程机械为装载机,所述第一执行元件包括翻斗缸12和动臂缸13,所述第二执行元件包括左转向缸7和右转向缸8。
[0033] 进一步地,所述定量栗系统包括定量栗18、先导阀14和分配阀11,所述分配阀11设置在所述定量栗18的供油油路上,所述先导阀14能够为所述分配阀11提供控制信号,从而控制所述翻斗缸12和所述动臂缸13中的二者之一执行伸缩动作。
[0034] 进一步地,所述变量栗系统包括:变量栗2、流量放大阀6和转向器3,所述流量放大阀6设置在所述变量栗2的供油油路上,所述转向器3能够为所述流量放大阀6提供控制信号,从而控制所述左转向缸7和所述右转向缸8执行伸缩动作。
[0035] 基于上述技术方案,本发明实施例的开闭芯液压系统,通过在定量栗系统的供油油路与回油油路之间设置卸荷阀块,且该卸荷阀块中设有外控的工作模式切换通断阀,可以控制卸荷阀是否开启主动卸荷模式,从而能够使开闭芯液压系统在定变量组合供油和全变量供油之间灵活切换,增强了液压系统供油的可控性和灵活性,这样可以根据液压系统的不同工况选取合适的供油方式,以便进一步提高液压系统对执行元件的控制性能。
附图说明
[0036] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,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:
[0037] 图1为本发明卸荷阀块的一个实施例的液压原理图;
[0038]图2为本发明卸荷阀块的另一个实施例的液压原理图;
[0039]图3为本发明卸荷阀块的再一个实施例的液压原理图;
[0040] 图4为本发明开闭芯液压系统的一个实施例的液压原理图;
[0041] 图5为本发明开闭芯液压系统的另一个实施例的液压原理图;
[0042]图6为本发明开闭芯液压系统的用于装载机的一个具体实施例的液压原理图;
[0043] 图7为本发明开闭芯液压系统的另一个实施例的系统卸荷压力特性曲线。
[0044] 附图标记说明
[0045] I 一液压油箱;2 —变量栗;3 —转向器;4 一右限位阀;5 —左限位阀;6 —流量放大阀;7 —左转缸;8 —右转向缸;9 一开闭芯控制阀块;10 —先导油源块;11 一分配阀;
12 一翻斗缸;13 —动臂缸;14 一先导阀;15 —回油滤清器;16 —散热器;17 —卸荷阀块;18 一定量栗;19 一工作模式切换电磁阀;20 —可变节流孔;21 —第一单向阀;22 —卸荷阀;23 —第一节流孔;24 —第二单向阀;25 —溢流阀;26 —工作模式切换开关;27 —第二节流孔;28 —先导控制阀块;29 —定差溢流阀;30 —第三节流孔;31 —减压阀;32 —电磁换向阀;33 —蓄能器'22k —第一进油口 ;22B —第一出油口 ;22C —第一控制油口 ;61 —液控比例换向阀;62 —优先阀。
具体实施方式
[0046] 以下详细说明本发明。在以下段落中,更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合,除非明确指出不可组合。尤其是,被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征。
[0047] 本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述,以区分具有相同名称的不同组成部件,并不表示先后或主次关系。
[0048] 首先,本发明提供了一种卸荷阀块,如图1〜图3所示液压原理图,用于设置在液压系统的供油油路和回油油路之间,包括:第一阀体、卸荷阀22和外控的工作模式切换通断阀19,卸荷阀22的进油口和出油口分别与第一阀体的进油口 P5和回油口 T5连通,卸荷阀22的控制油口与回油口 T5之间通过工作模式切换通断阀19接通或关断。
[0049] 该实施例的卸荷阀块可以设置在定量栗或者变量栗系统中,根据不同工况的需求,能够通过外控信号灵活地控制工作模式切换通断阀的接通或关断,以控制卸荷阀是否进行卸荷,从而增强了液压栗进行卸荷时的可控性,进而灵活地适应液压系统的不同需求。
[0050] 在一个具体的实施例中,如图1所示,上述实施例中提到的卸荷阀22为插装阀,适合于液压栗需要卸荷的流量和压力较大的场合,而且在第一阀体中的安装也较为方便,该插装阀上设有第一进油口 22A、第一出油口 22B和第一控制油口 22C(设在弹簧腔上),第一进油口 22A和第一出油口 22B分别与第一阀体的进油口 P5和回油口 T5连通,第一控制油口 22C与第一阀体的进油口 P5连通的油路上设有第一节流孔23,工作模式切换通断阀19设置在第一控制油口 22C与第一阀体的回油口 T5之间的油路上。该实施例的卸荷阀块在工作模式切换通断阀19处于接通状态时,液压油在流经第一节流孔23时会在阀芯两端产生压差,使得插装阀第一进油口 22A的压力高于第一控制油口 22C的压力,从而使阀芯克服弹簧阻力运动而打开,进而使流经进油口 P5的液压油从回油口 T5流回液压油箱I (参见图4),这时卸荷阀块17处于主动卸荷模式。
[0051 ] 在另一个实施例中,如图2所示,本发明的卸荷阀块还包括溢流阀25,溢流阀25设置在第一节流孔23与第一阀体的回油口 T5之间的油路上。当工作模式切换通断阀19处于关断的状态时,液压油不会通过第一节流孔23,使得卸荷阀22不能打开,当液压系统的供油油路的压力(第一阀体的进油口 P5)超过预设值时,溢流阀25的控制油口的压力克服弹簧阻力,使得溢流阀25接通,多余的液压油可以通过溢流阀25返回液压油箱I,这时卸荷阀块17处于被动卸荷模式。
[0052] 更加优选地,第一阀体上设有负载反馈油口 P6,负载反馈油口 P6与溢流阀25的无弹簧侧的控制腔连通。优选地,该实施例中的控制腔与上一实施例中的控制腔可以在弹簧腔的对侧独立设置,当负载反馈油口 P6的压力较大时,它可以将溢流阀25接通,当工作模式切换通断阀19处于关断模式时,液压栗提供的多余油液通过溢流阀25返回液压油箱I ;当工作模式切换通断阀19处于接通模式时,从第一阀体的进油口 P5进入的液压油有少部分会从接通的溢流阀25流走,从而流经第一节流孔23使得卸荷阀22的阀芯两端产生压差,进而将卸荷阀22打开,使得大部分油液通过卸荷阀22进行主动卸荷。
[0053] 在实际的液压系统中,为了防止溢流阀25的弹簧腔封闭部分油液,导致阀芯无法正常移动换向,优选地,将第一阀体的回油口 T5与溢流阀25的弹簧侧的控制腔连通。
[0054] 为了使液压栗在卸荷时更加平稳,不会对系统造成较大的冲击,并且从提高卸荷阀块17的使用寿命的角度出发,本领域技术人员可以在卸荷阀块17中的合适位置设计节流元件和单向阀元件,下面将给出几种可选的实施例。
[0055] 在一种实施例中,如图3所示,第一阀体的进油口 P5与插装阀的第一进油口 22A之间通过并联设置的可变节流孔20和第一单向阀21连通。当负载反馈油口 P6的压力低于溢流阀25的设定值时,溢流阀25关闭,流经第一节流孔23的流量变为零,插装阀两端的压力差降为零,插装阀的阀芯在弹簧力的作用下复位,此时由于可变节流孔20的作用,使得阀芯的复位速度可控,从而避免阀芯对阀座的撞击,以及阀芯快速关闭而导致的压力冲击。由于阀芯返回时从第一进油口 22A返回的油液可能会对液压栗出口带来压力冲击,因而需要根据液压系统的实际特性来调节可变节流孔20的通径大小。由于第一阀体的进油口 P5与插装阀的第一进油口 22A之间通过第一单向阀21单向连通,因而在阀芯开启时,液压油进入插装阀时不会经过可变节流孔20。
[0056] 在另一种实施例中,该卸荷阀块17还包括设置在插装阀的第一控制油口 22C处的第二节流孔27,第二节流孔27可以使插装阀在开启的过程中减缓阀芯的开启速度,防止阀芯撞击阀座,从而减小冲击,使得卸荷过程较为稳定,并延长阀芯和阀座的使用寿命。
[0057] 通过在卸荷阀块17中设置第二节流孔27和可变节流孔20,如果油缸在举升过程中内部压力超过设定压力则进行卸荷,由于在插装阀的第一控制油口 22C处设置了第二节流孔27,则阀芯开启速度较慢,同时定量栗2还在补油,则进入油缸的液压油流量不会突然减小,因而不会导致插装阀突然关闭;当油缸内部压力降低到需要关断卸荷阀22时,由于在插装阀的第一进油口 22A处设置了可变节流孔20,则阀芯关闭速度较慢,不会在外部仍在供油时使油缸内部压力瞬时又高于设定值。因而采用了该卸荷阀块的液压系统具有稳定的卸荷功能,不会因为系统压力波动而导致卸荷阀块17频繁启闭,从而消除系统振动和冲击,延长各个元件和系统的使用寿命。如果卸荷阀在启闭时没有单向节流缓冲,则阀芯启闭速度很快,由于在举升过程中油缸内部压力是逐渐增加的,一旦超过设定压力则进行卸荷,在卸荷瞬间,进入油缸的流量突然减小,导致油缸压力会突然降低,此压力又会低于卸荷阀设定的压力,然后卸荷阀又立即关闭,关闭后油缸的压力又会高于调定的卸荷压力,于是又开始卸荷,如此出现反复高频启闭,导致噪声和冲击。
[0058] 更进一步地,该卸荷阀块17还包括设置在第一阀体的进油口 P5与负载反馈油口P6之间的油路上的第二单向阀24,第一阀体的进油口 P5通过第二单向阀24与负载反馈油口 P6单向连通。其中,第二单向阀24可以将负载反馈油口 P6的高压油与进油口 P5的低压油隔离开来,使得负载反馈油口 P6的压力较大时,液压栗无法进行供油,从而保护液压栗。例如在图4所示的液压系统中,卸荷阀块17设置在定量栗系统中,因而第二单向阀24可以保护定量栗18。在不设置第二单向阀24的实施例中,如图1和图2所示的卸荷阀块,第一阀体的进油口 P5与负载反馈油口 P6的压力保持一致。
[0059] 其次,本发明还提供了一种开闭芯液压系统,如图4所示,包括:定量栗系统、变量栗系统、至少一个第一执行元件、至少一个第二执行元件、开闭芯控制阀块9和上述各实施例的卸荷阀块17,定量栗系统为第一执行元件供油,卸荷阀块17设置在定量栗系统中的供油油路与回油油路之间;开闭芯控制阀块9设置在定量栗系统和变量栗系统的供油油路之间的油路上,能够根据第一执行元件的负载压力P3实现开闭,以使变量栗系统同时为第一执行元件和第二执行元件供油或者单独为第二执行元件供油,这种开闭芯液压系统采用第一执行元件的负载压力P3进行反馈,来控制开闭芯控制阀块9的开启与关闭,使得控制信号选取比较简单,无需经过多重选择和比较,从而简化了系统,也使控制更加可靠。
[0060] 其中,定量栗系统包括:定量栗18、各类控制阀、安全阀以及连接油路等,变量栗系统包括:变量栗2、各类控制阀、安全阀以及连接油路等,为了在图4中清楚地示出各个主要部件的连接关系,对控制阀等部件进行了省略,只给出原理性的示意图。
[0061] 优选地,在工程机械中,第一执行元件可以对应于工作执行元件,用于执行工程机械的各种作业动作,例如在装载机中,如图6所示,工作执行元件可以为翻斗缸12和动臂缸13,分别来控制铲斗的动作和动臂的升降;第二执行元件对应于非工作执行元件,用于执行工程机械的转向动作。其中,第一执行元件和第二执行元件可以是液压缸或者马达等。
[0062] 进一步地,该开闭芯液压系统还包括工作模式切换开关26,且工作模式切换通断阀19为电磁开关阀,电磁开关阀的控制端与工作模式切换开关26连接。
[0063] 本发明的开闭芯液压系统,在定量栗系统和变量栗系统的供油油路之间的油路上设置了开闭芯控制阀块9,可以根据液压系统中的负载情况来选择不同的供油模式,例如:
(I)当工程机械在直线行走时,由于工作执行元件和非工作执行元件均无动作,变量栗2处于待命状态,定量栗18中位卸荷,且开闭芯控制阀块9处于闭芯状态;(2)当非工作执行元件单独动作时,工作执行元件对应的负载压力P3非常小,不足以打开开闭芯控制阀块9,以减少变量栗2的能量损失,系统节能效果较为明显;(3)当工作执行元件单独动作时,由定量栗18进行供油;(4)当工作执行元件和非工作执行元件同时动作时,工作执行元件对应的负载压力P3逐渐增大,当高于开闭芯控制阀块9的开启压力时,变量栗2的流量逐渐变大,与定量栗18合流供油。
[0064] 由于这种开闭芯液压系统在定量栗系统的供油油路与回油油路之间设置了前述实施例的卸荷阀块17,由于此种卸荷阀块17能够通过外控信号灵活地控制工作模式切换通断阀19的接通或关断,以控制卸荷阀22是否进行卸荷,从而能够使开闭芯液压系统在定变量组合供油和全变量供油之间灵活切换,从而增强液压系统供油的可控性和灵活性,可以根据液压系统的不同工况选取合适的供油方式。以便进一步提高液压系统对执行元件的控制性能。也就是说,在前面分析的四种供油模式的基础上,可以再增加一种新的供油模式,即:当工作执行元件处于低速重载工况时,可以打开工作模式切换开关26,使得工作模式切换电磁阀19得电,这样就能使得卸荷阀块17处于强制卸荷状态,整个液压系统切换为全变量系统,此时,各执行元件的动作速度会变慢,但是具有良好的操纵性和微控性,而且节能效果较定量与变量组合系统更为明显。例如,在装载机中,这种供油模式尤其适合于低速超重载铲装工况,而且在这种全变量供油模式下,整机具有较好的拓展性,可以配套其它附属机具实现良好的控制性能。
[0065] 在本发明的另一个实施例中,如图6所示,定量栗系统的回油油路上设有散热器16和回油滤清器15,卸荷阀块17的回油口 T5连接在散热器16与回油滤清器15之间的油路上。这种连接形式主要是为了防止在卸荷瞬间较大流量的液压油在散热器16处形成压差,从而冲击散热器16,进而对散热器16造成损坏。
[0066] 在上述的实施例中,开闭芯控制阀块9为液控比例控制阀,开闭芯控制阀块9的开口大小能够通过第一执行元件的负载压力P3进行调整,以根据工作执行元件的负载大小来调节变量栗2对其供油量的大小,这种动态调整的方式既能满足液压系统工作的需求,又起到节能的效果。
[0067] 如果工作执行元件执行举升动作,还可以在举升过程末端采取缓冲与保护措施,此处仍以在装载机中的应用为例来说明,通过调整溢流阀25的预设压力,当用户铲装物料的总重量超过设定值时,在动臂油缸13举升行程的末端预留一小段行程L0,例如可以通过设置位移传感器以实现行程LO的检测,在此LO行程内,由工作模式切换开关26控制工作模式切换通断阀19接通,以确保卸荷阀22开启。因此,在举升行程的末端,只有变量栗2供油,这样能够降低举升速度,减小举升到顶端时动臂油缸13内部的压力冲击,从而使整机的工作更加平稳安全。该实施例开闭芯液压系统的卸荷压力曲线如图7所示,当动臂油缸13上升至LO处时,定量栗18强制卸荷,其压力曲线P5突然出现拐点,定量栗18出口的压力从189.9bar直接降至7.6bar,整个系统切换为只由变量栗2供油,因而其压力曲线Pl整体处于继续上升的趋势,变量栗2会根据负载的大小实时地调节自身的变量机构,从而实现供油量大小的调节,最后待整个系统停止工作后,变量栗2才停止输出液压油。
[0068] 通常来说,液压系统会通过设置单独设置的先导油栗来提供先导控制油液,而本发明的液压系统为了尽量简化系统,如图5和图6所示,在变量栗系统中的供油油路上设置了先导油源块10,能够分别为工作执行元件和非工作执行元件的动作提供控制油液。这种实施例可以取消原有系统中的先导油栗和溢流阀,能够简化系统,并消除溢流阀的能量损失。为了方便理解,图5中也对液压系统中的一些部件进行了省略,只是原理性地示意出各个主要部件的连接关系。
[0069] 具体地,先导油源块10包括:第二阀体、减压阀31和电磁换向阀32,第二阀体的进油口 P7与变量栗系统的供油油路连通,第二阀体的第一出油口 XS和第二出油口 XZ分别与定量栗系统和变量栗系统的控制油路连接,即分别与图5中的第一执行元件控制部件和第二执行元件控制部件连接。其中,减压阀31设置在第二阀体的进油口 P7与第二阀体的第二出油口 XZ之间,电磁换向阀32设置在减压阀31的出油口与第二阀体的第一出油口 XS之间,能够控制先导油源块10对定量栗系统的控制油路供油的通断。当电磁换向阀32得电时,第一出油口 XS有先导油液输出,整机可以执行动作,一旦整机断电或者停止给电磁换向阀32供电,整机的动作立即被锁止,从而防止误动作,进而提高整机的安全性,因而电磁换向阀32起到电控安全锁止的作用。当不需要转向时,减压阀31不输出流量,具有一定的节能效果。
[0070] 进一步地,先导油源块10还包括蓄能器33,蓄能器33设置在减压阀31和电磁换向阀32之间的油路上,在变量栗2提供的液压油较为充足时,部分多余的液压油存储在蓄能器33中,当变量栗2提供的液压油不足以提供先导油液时,则先前存储在蓄能器33中的液压油开始释放,以达到补油的目的。在减压阀31和蓄能器33之间还设置有单向阀,防止蓄能器33中的油液反向流动。此外,除了在第二阀体上设置进油口 P7,还可以设置另外一个进油口 P2,用来连接应急先导油栗,在变量栗2及蓄能器33不能正常提供先导油液时,应急先导油栗还可以保证系统正常工作。在进油口 P7和P2之间可以设置梭阀,用来筛选两者中压力较大的油口为先导油源块10供油,梭阀的两个进油口处还可设置节流阀。
[0071] 另外,在蓄能器33和电磁换向阀32之间的油路上还设有检测口 MA,以便对先导油压进行检测保证系统动作安全。而且,为了尽量减少先导油液中的杂质,还可以在进油口P7和P2处设置过滤器。
[0072] 本发明的液压系统为了对变量栗2进行更加可靠的控制,如图6所示,还设置了先导控制阀块28,先导控制阀块28用于筛选第一执行元件和第二执行元件中较大的负载压力信号,并作为负载反馈信号反馈给变量栗系统中的变量栗2的变量控制机构,进而控制变量栗2的出油量。
[0073] 进一步地,先导控制阀块28包括梭阀和第三节流孔30,梭阀的两个进油口 LSl和m分别用于接收第一执行元件与第二执行元件的负载压力信号,梭阀的出油口 LS2设有第三节流孔30,通过梭阀对第一执行元件和第二执行元件中较大的负载压力信号进行筛选,进而作为负载反馈信号反馈给变量栗2的变量控制机构的LS3 口,进而控制变量栗2的出油量。第三节流孔30集成装配在先导控制阀块28中,而且还可以更换。
[0074] 在另一个实施例中,为了消除变量栗2出油口的压力冲击,在开闭芯液压系统中还设有定差溢流阀29,定差溢流阀29设置在变量栗系统的供油油路和回油油路之间,定差溢流阀29的进油口与变量栗2的出油口 Pl连通,出油口与液压油箱I连通,弹簧腔与先导控制阀块28的出油口 LS2连通。此时,变量栗2的出油口压力由LS3 口的压力和定差溢流阀29调压弹簧共同决定。
[0075] 如果不设置定差溢流阀29,当第一执行元件突然停止动作,会使开闭芯控制阀块9迅速关闭,此时变量栗2的排量还未来得及减小,这会导致栗口出现极高的压力冲击,此冲击压力一旦超过变量栗2的切断压力,就会导致变量栗2迅速回排。当设置了定差溢流阀29之后,如果第一执行元件突然停止动作,那么开闭芯控制阀块9会迅速关闭,此时变量栗2的排量虽然未来得及减小,但是定差溢流阀29弹簧腔的压力会迅速降低,这时变量栗2出口的压力由弹簧的调定压力来决定,液压油会经过定差溢流阀29的出油口溢流会液压油箱I,这会使得压力冲击大大减小。同样,在开闭芯控制阀块9突然开启时,变量栗2的排量会突然增大,如果提供的液压油超过负载的需求值时,也可以通过定差溢流阀29进行溢流,从而减小冲击。
[0076] 此外,本发明还提供了一种工程机械,包括上述实施例的开闭芯液压系统。优选地,该工程机械可以是装载机,其转向、动臂升降和铲斗挖土等动作都依靠液压系统来控制,如图6所示的一个具体的实施例,其中第一执行元件包括翻斗缸12和动臂缸13,第二执行元件包括左转向缸7和右转向缸8。
[0077] 进一步地,定量栗系统包括定量栗18、先导阀14和分配阀11,分配阀11设置在定量栗18的供油油路上,先导阀14能够为分配阀11提供控制信号,从而控制翻斗缸12和动臂缸13中的二者之一执行伸缩动作。另外,对于定量栗系统中一些更为具体的部件,将在下面介绍定量栗系统的具体结构时一并引出。
[0078] 其中,先导阀14的进油口 P4接收来自先导油源块10的第一油口 XS提供的液压油,且内部设置四个开关电磁阀,通过对某一个开关电磁阀打开即可实现进油口 P4与相对应的出油口连通,出油口 al、a2、bl和b2分别与分配阀11的控制油口 Al、A2、BI和B2连通,通过对分配阀11的控制油口 Al或BI通油,即可控制翻斗缸12的活塞杆伸出或缩回,对应于铲斗执行收回和外摆动作,通过对分配阀11的控制油口 A2或B2通油,即可控制动臂缸13的活塞杆伸出或缩回,对应于动臂执行抬起或下落动作。
[0079] 另外,分配阀11的进油口 P3与负载油口 P6连通,且分配阀11内部还设有平衡阀和液控单向阀,分别与翻斗缸12或动臂缸13的有杆腔相连,能够防止翻斗缸12或动臂缸
13的大腔突然失压而造成活塞杆缩回,这在油缸带有负载的情况下是十分危险的,并且在活塞杆缩回时,能够防止负载惯性导致回油速度过快发生危险,造成油缸损坏,起平衡、保护和锁止作用。而且,先导阀14内还设置有用于解除锁止的部件,如液控通断阀,只要先导油源块10向定量栗系统提供先导油液,液控通断阀则接通,就会通过先导阀14的油口 2c向分配阀11的油口 2C供油,则液控单向阀打开。
[0080] 此外,为了使翻斗缸12和动臂缸13不能同时动作,通过设置分配阀11内的两个换向阀的中位及左右位的油口连通形式,即可实现翻斗缸12动作时不能向动臂缸13通油,动臂缸13动作时也不能向翻斗缸12通油,这就保证了翻斗缸12和动臂缸13动作的互斥性。进一步地,为了进一步提高分配阀11的安全性,还可以在分配阀11的进油口 P3和回油口 T3之间设置溢流阀。
[0081] 更进一步地,变量栗系统包括:变量栗2、流量放大阀6和转向器3,流量放大阀6设置在变量栗2的供油油路上,转向器3能够为流量放大阀6提供控制信号,从而控制左转向缸7和右转向缸8执行伸缩动作。另外,对于变量栗系统中一些更为具体的部件,将在下面介绍变量栗系统的具体结构时一并引出。
[0082] 其中,转向器3的进油口 P接收先导油源块10的第二油口 XZ提供的液压油,转向器3的出油口 L和R分别通过左限位阀5和右限位阀4,与流量放大阀6中的液控比例换向阀61的右侧液控口和左侧液控口连通,左限位阀5和右限位阀4可以分别控制这两条控制油路的通断,而且,液控比例换向阀61的两个液控口分别通过节流口与对侧的液控口连通,这样在任一液控口通入油液时,就会与对侧的液控口之间形成压差,从而促使液控比例换向阀61更快、更容易地实现换向,从另一个角度来说,这种设计能够起到辅助转向器3进行换向控制的作用。
[0083] 其次,流量放大阀6的进油口 Pl与定量栗2的出油口连通,在进油口 Pl和液控比例换向阀61之间设置优先阀62,优先阀62同时受到来自变量栗系统和转向油缸负载的压力控制,而且优先阀62的三位分别可以实现按照不同的比例分别向转向系统和工作系统供油,当优先阀62处于右位时,变量栗2只给转向系统供油;当优先阀62处于中位时,变量栗2将按照较大的比例给转向系统供油,而在给工作系统供油的油路上由于受到节流作用只能以较小的比例通过油口 EF供油,适用于装载机的工作负载较小的工况;当优先阀62处于左位时,变量栗2在给转向系统供油的油路上由于受到节流作用只能以较小的比例供油,而按照较大的比例通过油口 EF给工作系统供油,适用于装载机重载工作的工况。此外,为了流量放大阀6的工作安全,在其进油口 Pl和回油口 Tl之间还设有溢流阀。
[0084] 此外,流量放大阀6内还设有梭阀,梭阀的两个进油口 L2和R2分别与左转向缸7和右转向缸8相连,出油口 LS与先导控制阀块28的其中一个进油口 LSl连通,该梭阀用来获取转向系统中较大的负载压力提供给先导控制阀块28的LSl 口。
[0085] 而且,在该开闭芯液压系统中,定量栗系统和变量栗系统还存在着交联关系,先导油源块10分别通过第一油口 XS和第二油口 XZ分别为先导阀14的油口 P4和转向器3的油口 P提供先导油液;开闭芯控制阀9为液控比例控制阀,其进油口 EFl与流量放大阀6的EF 口连通,出油口 P8和控制油口 η均与分配阀11的油口 Ρ3 (反映工作系统的负载压力)连通,用以接收工作系统的负载压力,当压力Ρ3达到一定值时,开闭芯控制阀块9打开;先导控制阀块28为梭阀,其两个进油口 LSl和m分别与流量放大阀6的LS 口和分配阀11的油口 P3连通,出油口 LS2与变量栗2的变量控制机构的油口 LS3连通,用来筛选出转向系统和工作系统中较大的负载压力来控制变量栗2的供油量。
[0086] 下面将对图6所示的开闭芯液压系统的工作原理进行详细地阐述。
[0087]当装载机在直线行走时,由于转向系统和工作系统均无动作,先导控制阀块28的LS2油口无信号输出,变量栗2处于待命状态,定量栗18中位卸荷,且开闭芯控制阀块9处于闭芯状态。
[0088]当装载机在行驶过程中,只有转向系统单独动作时,由于分配阀11为开芯,定量栗18的流量通过其中位形成的压降较小,不足以打开开闭芯控制阀9,所以开闭芯控制阀9仍处于闭芯状态,以减少变量栗2的能量损失,系统节能效果明显。
[0089] 当装载机的工作系统也同时动作时,分配阀11的阀口逐渐关小,负载压力P3逐渐升高,当系统压力高于开闭芯控制阀块9的开启压力时,变量栗2提供的流量逐渐变大,与定量栗18合流供油至工作系统。当工作系统停止动作时,负载压力P3降低,开闭芯控制阀9再次回到闭芯位置,以减少变量栗2的损失。
[0090] 在转向系统和工作系统同时动作的工况下还可对应下列两种工作模式:
[0091] (I)在正常工作模式下,工作模式切换开关26不得电,卸荷阀块17是否卸荷由负载反馈油口 P6的压力决定。
[0092] (2)当按下工作模式切换开关26时,卸荷阀块17处于强制卸荷状态,此时液压系统由定量与变量组合系统切换为全变量系统。此时,铲斗或者动臂的动作速度会变慢,但是由于工作系统和转向系统均为变量系统,会具有良好的操控性和微控性,且节能效果明显,适用于低速超重载铲装工况以及需要保证控制性能的工况。
[0093] 例如在铲掘过程中,负载反馈油口 P6的压力达到溢流阀25的设定压力后开始卸荷,从而保护定量栗18,防止多余流量溢流,节省发动机功率。此时,工作系统的高压由变量栗2承受,当系统压力进一步升高时,达到变量栗2的切断压力时,变量栗2的排量自动回排至最小,消除溢流损失,从而达到卸荷缓冲与保护的目的。
[0094] 本发明的开闭芯液压系统除了可以用在装载机中,还可以用在其它类型的工程机械中,例如挖掘机等。从图6中以及上面的描述可知,本发明装载机中的开闭芯液压系统还具有如下优点之一,在前面的叙述中已经提及的优点这里将不再赘述:
[0095] (I)采用了较多的集成阀块,例如卸荷阀块17、先导油源块10和先导控制阀块28等,可以减少管路连接,简化液压系统的结构,而且能使安装和维修更加方便。
[0096] (2)液压系统具有稳定的卸荷功能,不会因为系统压力波动而导致卸荷阀块频繁启闭,从而消除系统振动和冲击,延长各个元件和系统的使用寿命。
[0097] (3)先导控制阀块28根据流量放大阀6反馈信号LS的大小进行分时控制,当工作系统的负载较大时,可以消除转向系统对变量栗2的干扰,只根据工作系统的反馈信号对变量栗2进行控制,从而提高转向系统的稳定性,并降低能耗。
[0098] (4)对于定变量组合这种流量较大,且变量栗2为转向系统供油的液压系统来说,通过采用先导油源块10作为转向系统独立的先导油源,可以选取小排量闭芯转向器3,从而将低对转向器3的流量要求。而且,采用小排量的转向器3作为流量放大阀6的液压先导级,可以消除快速转向时转向器3内部的节流损失,以降低燃油油耗,同时还能增加转向稳定性。
[0099] 以上对本发明所提供的一种卸荷阀块、开闭芯液压系统及工程机械进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施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,凡采用等同替换形成的方案均在本专利的保护范围内。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 (24)

1.一种卸荷阀块,其特征在于,用于设置在液压系统的供油油路和回油油路之间,包括:第一阀体、卸荷阀(22)和外控的工作模式切换通断阀(19),所述卸荷阀(22)的进油口和出油口分别与所述第一阀体的进油口(P5)和回油口(T5)连通,所述卸荷阀(22)的控制油口与所述回油口(T5)之间通过所述工作模式切换通断阀(19)接通或关断。
2.根据权利要求1所述的卸荷阀块,其特征在于,所述卸荷阀(22)为插装阀,所述插装阀上设有第一进油口(22A)、第一出油口(22B)和第一控制油口(22C),所述第一进油口(22A)和所述第一出油口(22B)分别与所述第一阀体的进油口(P5)和回油口(T5)连通,所述第一控制油口(22C)与所述第一阀体的进油口(P5)连通的油路上设有第一节流孔(23),所述工作模式切换通断阀(19)设置在所述第一控制油口(22C)与所述第一阀体的回油口(T5)之间的油路上。
3.根据权利要求2所述的卸荷阀块,其特征在于,还包括溢流阀(25),所述溢流阀(25)设置在所述第一节流孔(23)与所述第一阀体的回油口(T5)之间的油路上。
4.根据权利要求3所述的卸荷阀块,其特征在于,所述第一阀体上设有负载反馈油口(P6),所述负载反馈油口(P6)与所述溢流阀(25)的无弹簧侧的控制腔连通。
5.根据权利要求3所述的卸荷阀块,其特征在于,所述第一阀体的回油口(T5)与所述溢流阀(25)的弹簧侧的控制腔连通。
6.根据权利要求2〜5任一所述的卸荷阀块,其特征在于,所述第一阀体的进油口(P5)与所述插装阀的第一进油口(22A)之间通过并联设置的可变节流孔(20)和第一单向阀(21)连通。
7.根据权利要求2〜5任一所述的卸荷阀块,其特征在于,还包括设置在所述插装阀的第一控制油口(22C)处的第二节流孔(27)。
8.根据权利要求4所述的卸荷阀块,其特征在于,还包括设置在所述第一阀体的进油口(P5)与负载反馈油口(P6)之间的油路上的第二单向阀(24),所述第一阀体的进油口(P5)通过所述第二单向阀(24)与所述负载反馈油口(P6)单向连通。
9.一种开闭芯液压系统,其特征在于,包括:定量栗系统、变量栗系统、至少一个第一执行元件、至少一个第二执行元件、开闭芯控制阀块(9)和权利要求1〜8任一所述的卸荷阀块(17), 所述定量栗系统为所述第一执行元件供油,所述卸荷阀块(17)设置在所述定量栗系统中的供油油路与回油油路之间; 所述开闭芯控制阀块(9)设置在所述定量栗系统和所述变量栗系统的供油油路之间的油路上,能够根据所述第一执行元件的负载压力(P3)实现开闭,以使所述变量栗系统同时为所述第一执行元件和第二执行元件供油或者单独为所述第二执行元件供油。
10.根据权利要求9所述的开闭芯液压系统,其特征在于,还包括工作模式切换开关(26),所述工作模式切换通断阀(19)为电磁开关阀,所述电磁开关阀的控制端与所述工作模式切换开关(26)连接。
11.根据权利要求9所述的开闭芯液压系统,其特征在于,所述定量栗系统的回油油路上设有散热器(16)和回油滤清器(15),所述卸荷阀块(17)的回油口(T5)连接在所述散热器(16)与所述回油滤清器(15)之间的油路上。
12.根据权利要求9所述的开闭芯液压系统,其特征在于,所述开闭芯控制阀块(9)为液控比例控制阀,所述开闭芯控制阀块(9)的开口大小能够通过所述第一执行元件的负载压力(P3)进行调整。
13.根据权利要求9所述的开闭芯液压系统,其特征在于,工作模式切换通断阀(19)能够在所述第一执行元件运动至自身行程末端的预设位置时,控制所述卸荷阀(22)主动卸荷。
14.根据权利要求9所述的开闭芯液压系统,其特征在于,还包括先导油源块(10),所述先导油源块(10)设置在所述变量栗系统中的供油油路上,能够分别为所述第一执行元件和所述第二执行元件的动作提供控制油液。
15.根据权利要求14所述的开闭芯液压系统,其特征在于,所述先导油源块(10)包括:第二阀体、减压阀(31)和电磁换向阀(32),所述第二阀体的进油口(P7)与所述变量栗系统的供油油路连通,所述第二阀体的第一出油口(XS)和第二出油口(XZ)分别与所述定量栗系统和所述变量栗系统的控制油路连接; 所述减压阀(31)设置在所述第二阀体的进油口(P7)与所述第二阀体的第二出油口(XZ)之间,所述电磁换向阀(32)设置在所述减压阀(31)的出油口与所述第二阀体的第一出油口(XS)之间,能够控制所述先导油源块(10)对所述定量栗系统的控制油路供油的通断。
16.根据权利要求15所述的开闭芯液压系统,其特征在于,所述先导油源块(10)还包括蓄能器(33),所述蓄能器(33)设置在所述减压阀(31)和所述电磁换向阀(32)之间的油路上O
17.根据权利要求9所述的开闭芯液压系统,其特征在于,还包括先导控制阀块(28),所述先导控制阀块(28)用于筛选所述第一执行元件和所述第二执行元件中较大的负载压力信号,并作为负载反馈信号反馈给所述变量栗系统中的变量栗(2)的变量控制机构,进而控制所述变量栗(2)的出油量。
18.根据权利要求17所述的开闭芯液压系统,其特征在于,所述先导控制阀块(28)包括梭阀和第三节流孔(30),所述梭阀的两个进油口分别用于接收所述第一执行元件与所述第二执行元件的负载压力信号,所述梭阀的出油口设有所述第三节流孔(30),通过所述梭阀对所述第一执行元件和所述第二执行元件中较大的负载压力信号进行筛选。
19.根据权利要求17所述的开闭芯液压系统,其特征在于,还包括定差溢流阀(29),所述定差溢流阀(29)设置在所述变量栗系统的供油油路和回油油路之间,所述定差溢流阀(29)的弹簧腔与所述先导控制阀块(28)的出油口连通。
20.根据权利要求9所述的开闭芯液压系统,其特征在于,所述第一执行元件为作业执行元件,所述第二执行元件为非作业执行元件。
21.一种工程机械,其特征在于,包括权利要求9〜20任一所述的开闭芯液压系统。
22.根据权利要求21所述的工程机械,其特征在于,所述工程机械为装载机,所述第一执行元件包括翻斗缸(12)和动臂缸(13),所述第二执行元件包括左转向缸(7)和右转向缸
23.根据权利要求22所述的工程机械,其特征在于,所述定量栗系统包括定量栗(18)、先导阀(14)和分配阀(11),所述分配阀(11)设置在所述定量栗(18)的供油油路上,所述先导阀(14)能够为所述分配阀(11)提供控制信号,从而控制所述翻斗缸(12)和所述动臂缸(13)中的二者之一执行伸缩动作。
24.根据权利要求22所述的工程机械,其特征在于,所述变量栗系统包括:变量栗(2)、流量放大阀(6)和转向器(3),所述流量放大阀(6)设置在所述变量栗(2)的供油油路上,所述转向器(3)能够为所述流量放大阀(6)提供控制信号,从而控制所述左转向缸(7)和所述右转向缸(8)执行伸缩动作。
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