CN105134695B - 一种电控开闭芯液压系统及工程机械 - Google Patents

一种电控开闭芯液压系统及工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电控开闭芯液压系统,包括用于为至少一个第一执行机构供油的定量泵系统、用于为至少一个第二执行机构供油的变量泵系统、开闭芯控制阀块和与开闭芯控制阀块连接的电液控制阀块,电液控制阀块能够将接收到的电控指令转化为用于控制开闭芯控制阀块的开口大小的液控指令,开闭芯控制阀块连接于定量泵系统和变量泵系统之间的油路上,以通过开闭芯控制阀块的开闭,使得变量泵系统能够同时为至少一个第一执行机构和至少一个第二执行机构供油或者单独为至少一个第二执行机构供油。本发明还涉及一种工程机械。电控开闭芯液压系统中开闭芯控制阀块的开口大小是渐变的,可克服系统间的压力冲击,提高系统的可控性。

Description

一种电控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技术领域,尤其涉及一种电控开闭芯液压系统及工程机械。
背景技术
[0002]工程机械的用途非常广泛,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以及全变量系统等。 现有的定量与变量组合系统,其工作单元的液压油由定量泵和变量栗一起供油,当系统中 液压油的需求量较大时,变量泵的出油量增加;当系统中液压油的需求量较小时,变量栗的 出油量减小,变量泵具有调节系统供油量的功能。但是,当系统对液压油的需求量小于定量 栗的供油量时,定量泵无法起到调节油量的功能,系统实质为全定量系统,这时系统内部能 量损失更大,系统节能效果不理想。
[0003]目前,用户对整机的微动性越来越重视,现有的定量与变量组合系统的微动性较 差,其合流阀块多采用开关阀控制,当定量泵系统与变量栗系统之间存在压力差时,合流阀 块直接由关闭状态跳跃到完全打开状态,这样会对两个系统造成巨大的冲击,从而造成相 关部件的损坏,使得油液的能量损失也较大,因此在某些工况需要对工作装置进行微调时, 现有的定量与变量组合系统无法满足使用要求。
[0004]另外,由于在整机工作过程中,油缸内部压力存在波动,导致泵口的压力随之变 化。当栗口压力波动超出一定的范围时,卸荷阀会反复启闭,造成整机动作的不连续,同时 激发整机的抖动,并产生噪声。普通的定量与变量组合系统中的工作泵卸荷阀块,其开启和 关闭的速度不可控,所以冲击较大,卸荷不稳定。一般开闭芯系统工作过程中,尤其是阀芯 开启和关闭时系统冲击压力较大,制约了整机系统和各元件的使用寿命。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提出一种电控开闭芯液压系统及工程机械,以使电控开闭芯液压 系统能够克服系统间的压力冲击,提高系统的可控性。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供了一种电控开闭芯液压系统,包括用于为至少一个 第一执行机构供油的定量栗系统、用于为至少一个第二执行机构供油的变量泵系统、开闭 芯控制阀块和与所述开闭芯控制阀块连接的电液控制阀块,所述电液控制阀块能够将接收 到的电控指令转化为用于控制所述开闭芯控制阀块的开口大小的液控指令,所述开闭芯控 制阀块连接于所述定量栗系统和所述变量栗系统之间的连接油路上,以通过所述开闭芯控 制阀块的开闭,使得所述变量泵系统能够同时为所述至少一个第一执行机构和所述至少一 个第二执行机构供油或者单独为所述至少一个第二执行机构供油。
[0007] 进一步地,还包括电控手柄和控制器,所述控制器能够接收所述电控手柄输出的 手柄操纵信号,并根据所述手柄操纵信号向所述电液控制阀块发出所述电控指令。
[0008] 进一步地,还包括连接于所述定量栗系统的主油路上的卸荷阀块,所述电液控制 阀块上设置有与所述卸荷阀块连通的油口 P9,所述控制器能够控制所述电液控制阀块通过 所述卸荷阀块对所述定量泵系统进行强制卸荷。
[0009]进一步地,还包括与所述控制器连接的工作模式切换开关,所述控制器能够接收 所述工作模式切换开关的输出指令,并根据所述输出指令对所述电液控制阀块进行€制。 [0010]进一步地,所述控制器能够在检测到所述至少一个第一执行机构运动至距离所述 至少一个第一执行机构的行程末端预设长度时,控制所述电液控制阀块通过所述卸荷阀块 对所述定量泵系统进行强制卸荷。
[0011] 进一步地,所述卸荷阀块包括第一节流孔、插装阀和溢流阀,所述插装阀的油口A 与设置于所述卸荷阀块上的第一进油口 P5连通,所述插装阀的油口 B与设置于所述卸荷阀 块上的回油口 T5连通,所述第一节流孔连接于所述第一进油口 P5和所述插装阀的控制油口 X之间,所述溢流阀设置于所述插装阀的控制油口X和所述回油口T5之间,所述电液控制阀 块上的油口 P9与所述插装阀的控制油口 X连接。
[0012]进一步地,所述卸荷阀块还包括第二节流孔,所述第二节流孔设置于所述插装阀 的控制油口X与所述溢流阀之间,用于控制所述插装阀的阀芯的运动速度,防止所述阀芯在 控制油口 X的打开过程中撞击所述插装阀的阀座。
[0013] 进一步地,所述卸荷阀块还包括并联于所述插装阀的油口 A与所述第一进油口 P5 之间的第三节流孔和第一单向阀,用于控制所述插装阀的阀芯的运动速度,防止所述阀芯 在油口 A的关闭过程中撞击所述插装阀的阀座,并能够避免液压油对所述第一进油口 P5处 油管的冲击。
[0014] 进一步地,还包括先导油源块,所述先导油源块由所述变量泵系统中的变量泵供 油,并为所述电液控制阀块提供先导控制油,所述控制器与所述先导油源块相连,并控制所 述先导油源块向所述电液控制阀块供油的油路的通断。
[0015] 进一步地,所述先导油源块内设置有电磁换向阀,所述控制器通过控制所述电磁 换向阀的通断来控制所述先导油源块向所述电液控制阀块供油的油路的通断。
[0016] 进一步地,还包括先导控制阀,所述先导控制阀用于筛选所述至少一个第一执行 机构与所述至少一个第二执行机构中较大的负载压力信号,并作为负载反馈信号反馈给所 述变量泵系统中变量泵的变量控制机构,进而控制所述变量栗的出油量。
[0017] 进一步地,所述先导控制阀包括梭阀和第四节流孔,所述梭阀的两个进油口分别 用于接收所述至少一个第一执行机构与所述至少一个第二执行机构的负载压力信号,所述 第四节流孔位于所述梭阀的出油口和所述先导控制阀的出口之间。
[0018] 进一步地,还包括定差溢流阀,所述定差溢流阀的进油口与所述变量栗的出油口 连通,所述定差溢流阀的出油口与油箱连通,所述定差溢流阀的弹簧腔与所述先导控制阀 的出口连通。
[0019] 进一步地,所述至少一个第一执行机构包括翻斗缸和动臂缸,所述定量栗系统内 设置有分配阀,所述电液控制阀块上设置有至少一个为所述分配阀的阀芯运动提供先导控 制油的油口,所述分配阀用于控制所述翻斗缸和所述动臂缸的动作,所述分配阀上设置有 与所述开闭芯控制阀块连接的油口 P3。
[0020] 进一步地,所述至少一个第二执行机构包括左转向油缸和右转向油缸,所述变量 泵系统内设置有转向器和流量放大阀,所述转向器用于控制所述流量放大阀,并通过所述 流量放大阀控制所述左转向油缸和所述右转向油缸的动作,所述流量放大阀上设置有与所 述开闭芯控制阀块连接的油口 EF。
[0021] 进一步地,所述定量泵系统的回油油路上依次设置有用于对液压油进行散热的液 压油散热器和用于对液压油进行过滤的回油滤清器,所述卸荷阀块的回油口 T5连接于所述 液压油散热器的出口和所述回油滤清器的进油口之间。
[0022] 为实现上述目的,本发明还提供了一种工程机械,包括上述各实施例中的电控开 闭芯液压系统。
[0023] 基于上述技术方案,本发明通过在定量泵系统和变量泵系统之间设置开闭芯控制 阀块,并由电液控制阀块根据接收的电控指令对开闭芯控制阀块的开口大小进行控制,可 以使得变量栗系统能够同时为至少一个第二执行机构和至少一个第一执行机构供油或者 单独为至少一个第二执行机构供油。由于开闭芯控制阀块能够根据实际需要调整其开口大 小,因此当需要变量栗系统同时为至少一个第二执行机构和至少一个第一执行机构供油 时,开闭芯控制阀块的开口可以由小到大逐渐打开,克服系统间的压力冲击,保护系统内相 关部件不受损伤,并减少能量损失;变量栗系统同时为至少一个第二执行机构和至少一个 第一执行机构供油,可以降低成本,改善节能效果,还可以提高系统的可控性。
[0024]另外,开闭芯控制阀块由电液控制阀块进行控制,可以输入电控指令,然后由电液 控制阀块转化为液控指令,实现了整个液压系统的电液一体化控制,提高控制效率。
附图说明
[0025]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: [0026]图1为本发明电控开闭芯液压系统的原理图。
[0027]图2为本发明电控开闭芯液压系统一个实施例的结构示意图。
[0028]图3为本发明卸荷阀块一个实施例的结构示意图。
[0029]图4为本发明电控开闭芯液压系统一个实施例的卸荷压力特性曲线示意图。
[0030]图5为本发明电控开闭芯液压系统另一个实施例的结构示意图。
[0031]图中:1-油箱,2_变量栗,3-转向器,4-右限位阀,5-左限位阀,6-流量放大阀,7-左 转向油缸,8-右转向油缸,9-开闭芯控制阀块,10-先导油源块,11-分配阀,12-翻斗缸,13-动臂缸,14-电液控制阀块,15-回油滤清器,16-液压油散热器,17-卸荷阀块,18-定量泵, 19-工作模式切换开关,20-电控手柄,21-控制器,22-先导控制阀,23-第一节流孔,24-第二 单向阀,25-溢流阀,26-插装阀,27-第二节流孔,28-第三节流孔,29-第一单向阀,30-定差 溢流阀。
具体实施方式
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图,对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发 明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例,都属于本发明保护的范围。
[0033]在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“横向,,、“纵向”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对 本发明保护范围的限制。
[0034] 为了改善液压系统的节能效果,本发明首先提出了一种电控开闭芯液压系统,其 一个实施例的原理图如图1所示,结合图2、3和5,该电控开闭芯液压系统包括用于为至少一 个第一执行机构供油的定量泵系统、用于为至少一个第二执行机构供油的变量栗系统、开 闭芯控制阀块9和与所述开闭芯控制阀块9连接的电液控制阀块14,所述电液控制阀块14能 够将接收到的电控指令转化为用于控制所述开闭芯控制阀块9的开口大小的液控指令,所 述开闭芯控制阀块9连接于所述定量泵系统和所述变量泵系统之间的连接油路上,以通过 所述开闭芯控制阀块9的开闭,使得所述变量栗系统能够同时为所述至少一个第一执行机 构和所述至少一个第二执行机构供油或者单独为所述至少一个第二执行机构供油。
[0035] 上述实施例通过在定量栗系统和变量泵系统之间设置开闭芯控制阀块,并由电液 控制阀块根据接收的电控指令对开闭芯控制阀块的开口大小进行控制,可以使得变量泵系 统能够同时为至少一个第二执行机构和至少一个第一执行机构供油或者单独为至少一个 第二执行机构供油。由于开闭芯控制阀块能够根据实际需要调整其开口大小,因此当需要 变量栗系统同时为至少一个第二执行机构和至少一个第一执行机构供油时,开闭芯控制阀 块的开口可以由小到大逐渐打开,克服系统间的压力冲击,保护系统内相关部件不受损伤, 并减少能量损失;变量泵系统同时为至少一个第二执行机构和至少一个第一执行机构供 油,可以降低成本,改善节能效果,还可以提高系统的可控性。
[0036]另外,开闭芯控制阀块由电液控制阀块进行控制,可以输入电控指令,然后由电液 控制阀块转化为液控指令,实现了整个液压系统的电液一体化控制,提高控制效率。
[0037] 在上述实施例中,所述开闭芯控制阀块9的开口大小能够连续地调节,属于一种液 控比例控制阀,所述电液控制阀块14能够根据所述液控指令控制所述开闭芯控制阀块9的 开口大小。这样使得开闭芯控制阀块9不只具有打开和关闭两种状态,还可以通过开口大小 的控制来实现变量栗系统向定量泵系统供油的油量的控制,进而在当变量泵系统内的液压 油压力较大还没有来得及减小时,通过调整开闭芯控制阀块的开口大小,来调整进入定量 泵系统的液压油量。
[0038] 如图2所示,本发明的电控开闭芯液压系统中,电液控制阀块14接收的电控指令可 以由电控或手动的手柄输入,然后对开闭芯控制阀块9进行控制。在此基础上,还可以增设 控制器对输入指令进行控制。具体地,电控开闭芯液压系统还包括电控手柄20和控制器21, 所述控制器21能够接收所述电控手柄2〇输出的手柄操纵信号,并根据所述手柄操纵信号向 所述电液控制阀块14发出所述电控指令。
[0039] 进一步地,电控开闭芯液压系统还可以包括连接于所述定量泵系统的主油路上的 卸荷阀块17,卸荷阀块17主要用于定量泵系统的卸荷,当需要米用变量泵系统对至少一个 第一执行机构进行供油时,即可采用卸荷阀块I7对定量栗系统进行卸荷。发明人根据实验 测试结果,结合工程机械的实际工况,优化了卸荷阀块的原理和结构,重新匹配卸荷压力值 和启闭特性,其具体结构后面会做详细介绍。
[0040] 定量泵系统内设置了卸荷阀块I7之后,当变量泵系统同时为至少一个第二执行机 构和至少一个第一执行机构供油时,可以通过卸荷阀块17将定量栗系统卸荷,使当前的定 直与变重组合系统切换为全变量系统。全变量系统即只有变量泵系统供油,其能够根据需 要调整供油量,改善系统的节能效果,克服定量泵系统能量损失大、控制性能较差的问题。 [0041]卸荷阀块17的卸荷方式有很多种,例如在卸荷阀块17内设置预设压力,当定量栗 系统中的负载压力超过预设压力时,卸荷阀块17即自动启动卸荷功能,从而保护定量泵系 统中的定量泵,防止多余流量溢流,节省发动机功率。
[0042]其卸荷方式还可以为:所述电液控制阀块14上设置有与所述卸荷阀块17连通的油 口 P9,所述控制器21能够控制所述电液控制阀块14通过所述卸荷阀块17对所述定量栗系统 进行强制卸荷,即操作人员可以根据实际需要,向控制器21输入控制指令,使其控制电液控 制阀块14将卸荷阀块I7的卸荷油路连通,对定量泵系统进行强制卸荷,以满足多种不同需 求,比如在低速超重载铲装工况或者配套其他附属机具时,可通过强制卸荷进行定量与变 量组合系统和全变量系统的切换,进而节能且提高可控性。
[0043]为了简化操作,电控开闭芯液压系统还可以包括与所述控制器21连接的工作模式 切换开关19,所述控制器21能够接收所述工作模式切换开关19的输出指令,并根据所述输 出指令对所述电液控制阀块14进行控制。即,若想要对定量泵系统进行强制卸荷,操作人员 只需按下工作模式切换开关19即可,操作简单,卸荷及时。当操作人员预测到即将进行的工 作模式将会改变,采用正常的工作模式已无法满足需求时,可直接按下工作模式切换开关 I9,即可启动强制卸荷功能,使系统变为全变量系统,以获得较好的可控性。
[0044]另外,为了避免至少一个第一执行机构运行至行程末端时,由于第一执行机构的 速度太快,运动惯性较大,液压油的巨大冲击力对相关部件造成损伤,可以通过编程预先在 控制器21内设置相关预警程序,使得所述控制器21能够在检测到所述至少一个第一执行机 构运动至距离所述至少一个第一执行机构的行程末端预设长度时,控制所述电液控制阀块 14通过所述卸荷阀块17对所述定量泵系统进行强制卸荷,进而减小第一执行机构的运行速 度,减少冲击。卸荷后,全变量系统的操控性好,可以使得第一执行机构以较为平稳的速度 运行。在一个实施例中,卸荷前后的系统压力特性曲线如图4所示,卸荷前定量泵18的泵口 压力PJP变量栗2的泵口压力?2基本一致,而卸荷后定量泵18的栗口压力Pl降低为7.6bar, 而变量泵2的栗口压力PS为lS9.%ar,可实现由变量与定量组合系统向全变量系统的转化。 [0045]如图3所示,为本发明卸荷阀块一个实施例的结构示意图。该卸荷阀块17包括第一 节流孔23、插装阀26和溢流阀奶,所述插装阀26的油口 A与设置于所述卸荷阀块17上的第一 进油口 P5连通,所述插装阀26的油口 B与设置于所述卸荷阀块17上的回油口 T5连通,所述第 一节流孔23连接于所述第一进油口 P5和所述插装阀26的控制油口 X之间,所述溢流阀25设 置于所述插装阀26的控制油口 X和所述回油口 T5之间,所述电液控制阀块14上的油口 P9与 所述插装阀26的控制油口 X连接。
[0046] 参考图5,当电液控制阀块14上的油口 P9与插装阀26的控制油口 X连通时,电液控 制阀块14可以为插装阀26的控制油口)(提供一个类似油箱的无压力油口,比如将油口P9与 出油口 T4连接,油口 T4与油箱连通,这样由卸荷阀块17上的第一进油口 P5进来的液压油就 会通过第一节流孔23和卸荷阀块17上的油口K流出,当第一节流孔23内有液压油流过时,在 第一节流孔23的两端就会形成压力差,即插装阀26的控制油口 X和油口 A之间就会形成压力 差,第一进油口 P5的液压油会通过油口 A使插装阀26的阀芯向上运动,从而使大部分的液压 油由油口 A通过油口 B,然后再通过卸荷阀块17上的回油口 T5回油箱,这个过程即为定量栗 系统通过卸荷阀块17进行强制卸荷的全过程。
[0047]优选地,所述卸荷阀块17还可以包括第二节流孔27,所述第二节流孔27设置于所 述插装阀26的控制油口 X与所述溢流阀25之间,用于控制所述插装阀26的阀芯的运动速度, 防止所述阀芯在控制油口 X的打开过程中撞击所述插装阀26的阀座。该第二节流孔27主要 起卸荷缓冲和保护作用。
[0048]优选地,所述卸荷阀块17还可以包括并联于所述插装阀26的油口 A与所述第一进 油口 P5之间的第三节流孔28和第一单向阀29,用于控制所述插装阀26的阀芯的运动速度, 防止所述阀芯在油口 A的关闭过程中撞击所述插装阀26的阀座,并能够避免液压油对所述 第一进油口 P5处油管的冲击。第三节流孔28和第一单向阀29相互配合,共同其卸荷缓冲和 保护以及防倒流的作用。其中第三节流孔28可以采用可变节流孔。
[0049]若卸荷阀块I7内不设置第二节流孔27、第三节流孔28和第一单向阀29,油路上没 有单向节流缓冲,则插装阀26的阀芯启闭速度很快,因为第一执行机构在工作过程(比如执 行举升动作)中,油缸内部压力是逐渐增加的,卸荷瞬间,进入油缸的流量减小,油缸压力会 降低,此压力又会低于卸荷阀块I7内设定的压力,然后插装阀26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。设置了第二节流孔27、第三节流孔28和第一单向阀29之后,可对插装阀26的油口 A和控 制油口 X形成缓冲保护,使得卸荷阀块17内插装阀26的开启和关闭均较为缓慢,实现卸荷阀 块I7稳定的卸荷功能,不会因系统压力波动导致插装阀26频繁启闭,从而消除系统振动和 冲击,延长元件和系统的使用寿命。
[0050] 另外,在卸荷阀块17的第一进油口 P5和出油口 P6之间还可以设置第二单向阀24, 以避免液压油由出油口P6倒流回第一进油口P5,造成对定量泵18的损伤。
[0051]为了防止弹簧腔封闭部分油液,导致阀芯无法正常移动换向,溢流阀25的弹簧腔 还可以直接与回油口T5连接。
[0052]卸荷阀块17除了上述强制卸荷功能外,还具备被动卸荷功能:出油口p6与溢流阀 25的控制腔连通,这样当出油口P6的压力较大时,可以推动溢流阀25的阀芯运动,使得溢流 阀25的进油口与出油口连通,第一进油口P5的液压油即通过第一节流孔23,然后通过溢流 阀25进行回油,同样地,当第一节流孔23内有液压油流过时,在第一节流孔23的两端就会形 成压力差,即插装阀26的控制油口 X和油口 A之间就会形成压力差,第一进油口 P5的液压油 会通过油口 A使插装阀26的阀芯向上运动,从而使大部分的液压油由油口 A通过油口 B,然后 再通过卸荷阀块17上的回油口 T5回油箱,这个过程即为定量栗系统通过卸荷阀块17进行被 动卸荷的全过程。
[0053] 为了实现电控开闭芯液压系统的先导控制特性,电控开闭芯液压系统还可以包括 先导油源块10,所述先导油源块10可由所述变量栗系统中的变量泵供油,并为所述电液控 制阀块14提供先导控制油,所述控制器21与所述先导油源块10相连,并控制所述先导油源 块10向所述电液控制阀块14供油的油路的通断。先导油源块10向电液控制阀块14供油时, 整机可以动作,一旦先导油源块10向电液控制阀块14供油的油路截断,整机的动作立即被 锁止,从而防止误动作,提高整机的安全性。
[OOM]在另一个实施例中,先导油源块10也可由定量泵系统中的定量栗供油,还可以由 专门的先导泵或者蓄能器提供先导油。
[0055] 电液控制阀块14内的液压油可以由先导油源块10提供,也可以由另外专门的先导 泵提供。采用先导油源块10进行供油时,供油油路的通断可以由控制器21进行控制,例如在 先导油源块10内设置电磁换向阀,通过手动或者控制器21改变电磁换向阀的工作位置来控 制所述电磁换向阀的通断,进而改变所述先导油源块10向所述电液控制阀块14供油的油路 的通断状态。
[0056] 电控开闭芯液压系统中可以包括先导控制阀22,以用于对变量泵系统内的变量栗 自带的可以随时控制变量泵出油量的变量控制机构进行先导控制,,所述先导控制阀22能 够筛选所述至少一个第一执行机构与至少一个第二执行机构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变量泵2的变量控制机构,进而控制所述变量泵2 的出油量。先导控制阀22筛选定量栗系统和变量泵系统的所有执行机构中最大的负载压力 信号,是为了使得变量栗2的供油量能够满足所有执行机构对液压油的需求,避免某些执行 机构因动力不足而无法完成执行动作。
[0057] 优选地,所述先导控制阀22包括梭阀和第四节流孔,梭阀结构简单,容易实现,所 述梭阀的两个进油口分别用于接收所述至少一个第一执行机构与所述至少一个第二执行 机构的负载压力信号,所述第四节流孔位于所述梭阀的出油口和所述先导控制阀22的出口 之间,用于对变量泵2进行缓冲和保护,使用者可以根据需求更换不同规格的第四节流孔。
[0058] 为了进一步保护变量栗2,电控开闭芯液压系统还包括定差溢流阀30,所述定差溢 流阀30的进油口与所述变量栗2的出油口连通,所述定差溢流阀30的出油口与油箱1连通, 所述定差溢流阀30的弹簧腔与所述先导控制阀22的出口连通。当先导控制阀22的出口LS2 的压力与变量泵2的油口LS3的压力之和小于定差溢流阀30的控制腔压力(即变量栗2的出 油口压力)时,定差溢流阀30的阀芯运动,定差溢流阀30的进油口与出油口连通,变量栗2的 出油直接通过定差溢流阀30流回油箱。而正常工作状态下,变量栗2的出油口压力等于油口 LS3的压力加上定差溢流阀30的调压弹簧的设定压力,因此可减小并尽力消除开闭芯控制 阀9开启和关闭时产生的系统压力冲击。
[0059] 当电控手柄20突然回中位时,开闭芯控制阀块9阀芯迅速关闭,此时变量泵2排量 没有来得及减小,但是由于至少一个第一执行机构动作的停止,先导控制阀22的出口 LS2的 压力降低,因此定差溢流阀30的弹簧腔压力迅速降低,变量栗2泵口的压力由定差溢流阀30 调定,液压油经定差溢流阀30的回油口溢流回油箱,使得对变量泵2的冲击压力大大减小。
[0060] 在上述所说明的各个电控开闭芯液压系统的实施例中,至少一个第一执行机构可 以为作业系统,比如翻斗缸、动臂缸等,至少一个第二执行机构可以为非作业系统,比如转 向等,当然也不限于此,其具体结构形式可以有多种选择,将电控开闭芯液压系统应用于不 同的工程机械,至少一个第一执行机构和至少一个第二执行机构对应于不同的机械部件。 [0061] 在一个优选的实施例中,所述至少一个第一执行机构包括翻斗缸12和动臂缸13, 所述定量泵系统内设置有分配阀11,所述电液控制阀块14上设置有至少一个为所述分配阀 11的阀芯运动提供先导控制油的油口,所述分配阀11用于控制所述翻斗缸12和所述动臂缸 13的动作,所述分配阀11上设置有与所述开闭芯控制阀块9连接的油口 P3。
[0062] 如图5所示,电液控制阀块14上设置有四个用于控制分配阀11的油口,分别为al、 a2、bl和b2,分别连接分配阀11的油口A1、A2、B1和B2,用于控制分配阀11内换向阀芯的工作 位置,进而控制翻斗缸12和动臂缸13的不同动作。另外,电液控制阀块14上还设置有油口 2c,与分配阀11上的油口 2C连接,以解除分配阀11内平衡阀对翻斗缸12或动臂缸13的锁止 作用。
[0063] 参考图5所示的优选实施例中,定量泵系统的工作过程具体为:
[0064] 正常工作状态下,定量泵18的出油直接供给分配阀11,在电液控制阀块14的先导 控制下,分配阀11内的两个三位六通换向阀分别处于不同的工作位置,当位于下方(如图5 所示的下方)的第一换向阀处于左位时,主油路上的液压油进入翻斗缸12的有杆腔,翻斗缸 12的活塞杆缩回,翻斗卸料;当第一换向阀处于右位时,主油路上的液压油进入翻斗缸12的 无杆腔,翻斗缸12的活塞杆伸出,执行收斗动作;当第一换向阀处于中位时,主油路上的液 压油直接通过第一换向阀达到位于上方(如图5所示的上方)的第二换向阀,在电液控制阀 块14的先导控制下,当第二换向阀处于左位时,主油路上的液压油进入动臂缸13的有杆腔, 动臂缸13的活塞杆缩回,动臂缩回;当第二换向阀处于右位时,主油路上的液压油进入动臂 缸13的无杆腔,动臂缸13的活塞杆伸出,执行动臂伸出动作;当第二换向阀处于中位时,主 油路上的液压油直接流回油箱1。
[0065] 另外,分配阀11内还设置有多个平衡阀,平衡阀的结构形式也可以有多种,比如可 采用液控单向阀作为平衡阀使用,也可以采用普通单向阀与溢流阀组合作为平衡阀等等。 平衡阀的作用主要是在突发状况下防止翻斗缸丨2和动臂缸13迅速回油,造成油缸损坏,起 平衡、保护和锁止作用。当然,分配阀11内还设置有用于解除锁止的部件,通过电液控制阀 块14上的油口 2c能够解除分配阀11内平衡阀对翻斗缸I2或动臂缸I3的锁止作用。
[0066] 在另一个优选的实施例中,所述至少一个第二执行机构包括左转向油缸7和右转 向油缸8,所述变量泵系统内设置有转向器3和流量放大阀6,所述转向器3用于控制所述流 量放大阀6,并通过所述流量放大阀6控制所述左转向油缸7和所述右转向油缸8的动作,所 述流量放大阀6上设置有与所述开闭芯控制阀块9连接的油口 EF。
[0067] 如图5所示,先导油源块10的油口 XZ与转向器3的进油口 P连接,即转向器3的先导 控制油可以由先导油源块10提供,当然也可以采用专门的先导泵或者蓄能器进行供油。
[0068] 转向器3的右出油口 R和左出油口 L分别与右限位阀4和左限位阀5连接,分别用于 控制油路R1和油路L1的通断。油路R1和油路L1分别连接于流量放大阀6中的换向阀,用于控 制左转向油缸7和右转向油缸8的动作。
[0069] 另外,流量放大阀6内还设置有优先阀,用于与开闭芯控制阀块9一起控制变量泵 系统为定量泵系统供油的供油量。比如,当开闭芯控制阀块9打开时,优先阀处于不同的工 作位置,变量泵系统为定量泵系统供油的油量不同;当开闭芯控制阀块9闭合时,不论优先 阀处于哪个工作位置,变量泵系统均不给定量泵系统供油。
[0070] 流量放大阀6内还设置有梭阀,梭阀的出口与先导控制阀M的油口 LS1连接,用于 筛选左转向油缸7和右转向油缸8之间较大的负载压力信号,并将其反馈至先导控制阀22。
[0071] 参考图5所示的优选实施例中,变量栗系统的工作过程具体为:
[0072] 变量栗2的出油分两路,一路供给流量放大阀6,一路供给先导油源块1〇,先导油源 块10的先导油可以控制转向器3,先导油源块10取自变量泵2的液压油进入转向器3后,当操 纵者操纵转向器3向左转动时,转向器3的油口 L与进油口 P连通,油口 R与出油口 T连通,液压 油可以经油口 L进入左限位阀5,进入左限位阀5的油液经油路L1进入流量放大阀6内的换向 阀的右位控制腔,液压油推动换向阀向左移动,同时由于换向阀上还设置有可使液压油从 右控制腔位流向左控制腔位的通路,可使液压油通过油路R1、右限位阀4和转向器的油口 R 和出油口T流回,该通路上还设有节流孔,该节流孔使得换向阀的左控制腔与右控制腔之间 形成压力差,该压力差可帮助换向阀阀芯快速向左移动,进而实现快速转向;
[0073]同样地,当操纵者操纵转向器3向右转动时,转向器3的油口 R与进油口 P连通,油口 L与出油口 T连通,液压油可以经油口 R进入右限位阀4,进入右限位阀4的油液经油路R1进入 流量放大阀6内的换向阀的左控制腔,液压油推动换向阀向右移动,同时由于换向阀上还设 置有可使液压油从左控制腔流向右控制腔的通路,可使液压油快速通过油路L1、左限位阀5 和转向器的油口 L和出油口 T流回,该通路上还设有节流孔,该节流孔使得换向阀的左控制 腔与右控制腔之间形成压力差,该压力差可帮助换向阀阀芯快速向右移动,进而实现快速 转向。
[0074]具体地,当换向阀右位处于工作位置时,变量泵系统主油路上的油液进入右转向 油缸8的无杆腔和左转向油缸7的有杆腔,使右转向油缸8的活塞杆伸出,同时左转向油缸7 的活塞杆缩回,整机向左转向;当换向阀左位处于工作位置时,变量泵系统主油路上的油液 进入左转向油缸7的无杆腔和右转向油缸8的有杆腔,使左转向油缸7的活塞杆伸出,同时右 转向油缸8的活塞杆缩回,整机向右转向。
[0075] 变量泵系统主油路上的液压油和第二执行机构中较大的负载压力还可以控制流 量放大阀6内的优先阀的阀芯运动,使优先阀处于不同的工作位置,以控制变量泵系统为定 量泵系统供油的多少。
[0076] 在图5中,所述定量泵系统的回油油路上还可以依次设置有用于对液压油进行散 热的液压油散热器16和用于对液压油进行过滤的回油滤清器15。其中液压油散热器16的进 油口与分配阀11的回油口 T3连接,用于对至少一个第一执行机构中的工作油回油进行散 热,以免油温过高造成对油箱的不利影响,并避免油箱内原有的液压油升温。为了避免工作 油回油污染油箱内的液压油,液压油散热器16的出油口与油箱之间设置有回油滤清器15, 以对回油进行过滤除污。
[0077] 所述卸荷阀块17的回油口 T5连接于所述液压油散热器16的出口和所述回油滤清 器15的进油口之间,这样使得卸荷阀块17的回油直接通过回油滤清器15过滤后即回油箱, 而不经过液压油散热器16,可以避免卸荷阀块17卸荷时较大流量对液压油散热器16的冲 击。
[0078] 当然,上述各实施例仅是本发明的优选方案,具体并不局限于此,在此基础上可根 据实际需要作出具有针对性的调整,从而得到不同的实施例。例如,在上述实施例的基础上 将变量泵2的控制方式更改为电控,或者将开闭芯控制阀块9的控制方式也改为电控等等。 由于可能实现的方式较多,这里就不再一一举例说明。
[0079] 基于上述电控开闭芯液压系统,本发明还提出一种工程机械,包括上述各实施例 中的电控开闭芯液压系统。
[0080] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明各个实施例的技术方案,下面结合如 图5所示的电控开闭芯液压系统的一个实施例,进一步说明该系统中所能够实现的功能:
[0081] 1、开闭芯工作方式的实现:
[0082] 当整机在直线行走的过程中,由于转向系统(左转向油缸7和右转向油缸8)及工作 系统(翻斗缸12和动臂缸13)均无反馈信号,先导控制阀22的LS2油口无信号输出,变量泵2 处于待命状态,此时开闭芯控制阀9处于闭芯状态;当整机行驶过程中,系统只进行转向时, 由于分配阀11为开芯,定量泵18的流量通过其中位形成的压降非常小,不足以打开开闭芯 控制阀块9,所以,此时开闭芯控制阀9仍处在闭芯状态,系统节能效果明显;当工作系统(翻 斗缸12和动臂缸13)动作时,分配阀11的液压油需求量提尚,控制器21向电液控制阀块14发 出控制信号,通过电液控制阀块14的油口P10与开闭芯控制阀块9的油口n之间的连接关系 控制开闭芯控制阀块9,使其处于开芯状态,变量栗系统的液压油即可通过开闭芯控制阀块 9流向定量栗系统。当工作系统(翻斗缸12和动臂缸13)停止动作时,电液控制阀块14控制开 闭芯控制阀块9的阀芯再次回到闭芯位置,减少变量栗2的损失。
[0083] 2、切换工作模式:
[0084] 正常工作模式下,工作模式切换开关19不得电,卸荷阀块17处于正常工作状态,插 装阀26的第二控制腔油液不能与回油相通,卸荷阀块17是否卸荷由P6油口的压力决定。按 下工作模式切换开关19后,工作模式切换开关19得电,同时输出控制信号给控制器21,经控 制器21处理后,由控制器21输出控制信号给电液控制阀块14,电液控制阀块14执行控制器 21输出的控制指令,可以控制卸荷阀块17进行强制卸荷。
[0085] 具体来说,按下工作模式切换开关19时,电液控制阀块14上的油口P9与卸荷阀块 17上的回油口T5连通,插装阀26的第二控制腔油液经油口K回油,第一节流孔23有油液流 动,插装阀26的阀芯两端形成压差,将阀芯打开,卸荷阀块17处于强制卸荷状态,定量泵18 的液压油直接卸荷回油箱,定量与变量组合系统被切换为全变量系统。此时,工作系统(翻 斗缸12和动臂缸13)的动作速度会变慢,但是工作系统(翻斗缸12和动臂缸13)、转向系统 (左转向油缸7和右转向油缸8)均为变量系统,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,此种工作模式可适用于低速超重载铲装工况,或者配套 其它附属机构,均具有良好的控制性能。
[0086] 3、卸荷缓冲与保护:
[0087] 工作系统(翻斗缸12和动臂缸1¾动作过程(比如铲掘过程)中,卸荷阀块17的1^6油 口压力升高,达到设定压力后卸荷阀块17开始卸荷,从而保护定量泵18,防止多余流量溢 流,节省发动机功率。此时,工作系统(翻斗缸12和动臂缸13)的高压由变量栗2承受,当系统 压力进一步升高时,达到变量泵2切断压力时,变量栗2排量自动回排到最小,消除溢流损 失。
[0088]具体实现过程如下:当P6油口压力达到设定压力时,溢流阀25开启,P5油口的部分 流体经过第一节流孔23,然后经过溢流阀25流至T5 口;流过第一节流孔23的流体在节流口 两端形成压力差,此压力差作用在插装阀26的第二控制腔和弹簧腔,使得插装阀26的阀芯 开启,开启过程中,第二节流孔27可以减缓阀芯开启速度,防止阀芯撞击阀座,延长阀芯寿 命。当P6油口压力低于设定压力时,溢流阀25关闭,流经第一节流孔23的流量变为零,两端 压力差降为零,插装阀26的阀芯在弹簧力作用下复位,此时由于第三节流孔2S和第一单向 阀29的共同作用,可以减缓阀芯关闭的速度从而避免阀芯快速关闭导致的压力冲击。另外, 第二单向阀24将P6 口高压油与P5 口低压油隔离开来,可以保护定量栗18。 ’
[0089] 4、举升过程末端缓冲与保护:
[0090]通过调整溢流阀25的预设压力,当工作系统(翻斗缸丨2和动臂缸13)内的压力大于 设定值(比如用户铲装物料的总重超过设定值)时,可以在动臂油缸I3举升行程的末端预留 一小段行程LO,开闭芯控制阀块9在此行程L0内开启,可使变量泵系统为翻斗缸12和动臂缸 13供油,在举升过程的末端,只有变量泵2供油,可以降低举升速度,减小举升到顶时动臂油 缸13内部的压力冲击,整机工作更加平稳、安全。优化后的系统卸荷压力曲线如图4所示。 [0091] 5、先导油源电控安全锁止:
[0092] 先导油源块中可集成电磁换向阀,当电磁换向阀得电时,电液控制阀块14的P4油 口有压力油输出,整机可以动作,一旦整机断电或停止给电磁换向阀通电,整机的动作立即 被锁止,从而防止误动作,提高整机的安全性。
[0093] 6、消除变量栗出油口压力冲击:
[0094] 未增加定差溢流阀30时,当电控手柄20突然回中位时,控制器21所控制的电液控 制阀块14内控制分配阀11的油路断开,分配阀11回中位,工作系统(翻斗缸12和动臂缸13) 的动作停止,同时由于电液控制阀块14的油口 P10与控制工作系统(翻斗缸12和动臂缸13) 的油口 al、a2、b 1、b2之间的联动关系,开闭芯控制阀块9的阀芯迅速关闭,此时变量栗2的排 量没有来得及减小,导致栗口出现极高的压力冲击,此冲击压力超过变量泵2的切断压力, 导致变量栗2迅速回排,造成对变量栗2的损伤。
[0095] 增加定差溢流阀30后,当电控手柄20突然回中位时,开闭芯控制阀块9阀芯迅速关 闭,此时变量泵2排量没有来得及减小,但是由于工作系统(翻斗缸12和动臂缸13)动作的停 止,先导控制阀22的出口 LS2的压力降低,因此定差溢流阀30的弹簧腔压力迅速降低,变量 栗2栗口的压力由定差溢流阀30调定,液压油经定差溢流阀30的回油口溢流回油箱,使得对 变量栗2的冲击压力大大减小。
[0096] 通过对本发明电控开闭芯液压系统及工程机械的多个实施例的说明,可以看到本 发明电控开闭芯液压系统及工程机械实施例至少具有以下一种或多种优点:
[0097] (1)通过工作模式切换开关、卸荷阀块和实现开闭芯系统智能切换的电液控制阀 块,能够将定量与变量组合系统直接切换为全变量系统,提高液压系统的节能效果和微控 性,尤其适用于低速超重载工况。切换至全变量系统时,整机具有极好的拓展性,可配套多 种附属机具进彳T工作。
[0098] (2)对于卸荷阀块、电液控制阀块、先导油源块等可采用集成阀块,减少管路连接, 简化系统。
[00"] (3)通过卸荷阀块实现稳定的卸荷功能,不会因系统压力波动导致卸荷阀块频繁 启闭,从而消除系统振动和冲击,延长兀件和系统的使用寿命。
[0100] (4)采用先导油源块为转向器和电液控制阀块提供先导油源,能够省略先导栗和 溢流阀等结构,简化系统,并消除溢流阀的能量损失。
[01 01] (5)系统采用小排量的转向器来作为流量放大阀的液压先导级,从而消除快速转 向时同轴流量放大转向器内部的节流损失,降低燃油消耗;
[0102] ⑹卸荷阀块的回油直接接回液压油箱,不经过液压油散热器,可防止突然卸荷时 油液冲击液压油散热器。
[0103] (7)先导油源块内集成电磁换向阀,工作系统的先导油源可以采用电磁换向阀锁 止,安全快捷。
[0104] (8)变量栗泵口采用定差溢流阀,消除栗口压力冲击,大大延长变量泵的使用寿 命。
[0105]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制•,尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解^依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发 明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (15)

1.一种电控开闭芯液压系统,其特征在于,包括用于为至少一个第一执行机构供油的 定量泵系统、用于为至少一个第二执行机构供油的变量泵系统、开闭芯控制阀块⑼和与所 述开闭芯控制阀块⑼连接的电液控制阀块(14),所述电液控制阀块(M)能够将接收到的 电控指令转化为用于控制所述开闭芯控制阀块(9)的开口大小的液控指令,所述开闭芯控 制阀块(9)连接于所述定量泵系统和所述变量泵系统之间的连接油路上,以通过所述开闭 芯控制阀块(9)的开闭,使得所述变量栗系统能够同时为所述至少一个第一执行机构和所 述至少一个第二执行机构供油或者单独为所述至少一个第二执行机构供油;还包括电控手 柄(20)和控制器(21),所述控制器(21)能够接收所述电控手柄(20)输出的手柄操纵信号, 并根据所述手柄操纵信号向所述电液控制阀块(14)发出所述电控指令;还包括连接于所述 定量泵系统的主油路上的卸荷阀块(17),所述电液控制阀块(14)上设置有与所述卸荷阀块 (17)连通的油口P9,所述控制器(21)能够控制所述电液控制阀块(14)通过所述卸荷阀块 (17)对所述定量泵系统进行强制卸荷。
2. 根据权利要求1所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,还包括与所述控制器(21) 连接的工作模式切换开关(19),所述控制器(21)能够接收所述工作模式切换开关(19)的输 出指令,并根据所述输出指令对所述电液控制阀块(14)进行控制。
3. 根据权利要求2所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述控制器(21)能够在检 测到所述至少一个第一执行机构运动至距离所述至少一个第一执行机构的行程末端预设 长度时,控制所述电液控制阀块(14)通过所述卸荷阀块(17)对所述定量栗系统进行强制卸 荷。
4. 根据权利要求1所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述卸荷阀块(17)包括第 一节流孔(23)、插装阀(26)和溢流阀(25),所述插装阀(26)的油口A与设置于所述卸荷阀块 (17)上的第一进油口P5连通,所述插装阀(26)的油口B与设置于所述卸荷阀块(17)上的回 油口 T5连通,所述第一节流孔(23)连接于所述第一进油口 P5和所述插装阀(26)的控制油口 X之间,所述溢流阀(25)设置于所述插装阀(26)的控制油口X和所述回油口T5之间,所述电 液控制阀块(14)上的油口 P9与所述插装阀(26)的控制油口 X连接。
5. 根据权利要求4所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述卸荷阀块(17)还包括 第二节流孔(27),所述第二节流孔(27)设置于所述插装阀(26)的控制油口X与所述溢流阀 (25)之间,用于控制所述插装阀(26)的阀芯的运动速度,防止所述阀芯在控制油口X的打开 过程中撞击所述插装阀(26)的阀座。
6. 根据权利要求4所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述卸荷阀块(17)还包括 并联于所述插装阀(26)的油口A与所述第一进油口P5之间的第三节流孔(28)和第一单向阀 (29),用于控制所述插装阀(26)的阀芯的运动速度,防止所述阀芯在油口A的关闭过程中撞 击所述插装阀(26)的阀座,并能够避免液压油对所述第一进油口P5处油管的冲击。
7. 根据权利要求1所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,还包括先导油源块(1〇), 所述先导油源块(1〇)由所述变量泵系统中的变量泵供油,并为所述电液控制阀块(14)提供 先导控制油,所述控制器(21)与所述先导油源块(10)相连,并控制所述先导油源块(10)向 所述电液控制阀块(14)供油的油路的通断。
8. 根据权利要求7所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述先导油源块(1〇)内设 置有电磁换向阀,所述控制器(21)通过控制所述电磁换向阀的通断来控制所述先导油源块 (10)向所述电液控制阀块(14)供油的油路的通断。
9. 根据权利要求1所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,还包括先导控制阀(22), 所述先导控制阀(22)用于筛选所述至少一个第一执行机构与所述至少一个第二执行机构 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变量栗(2)的变量 控制机构,进而控制所述变量栗⑵的出油量。
10. 根据权利要求9所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述先导控制阀(22)包 括梭阀和第四节流孔,所述梭阀的两个进油口分别用于接收所述至少一个第一执行机构与 所述至少一个第二执行机构的负载压力信号,所述第四节流孔位于所述梭阀的出油口和所 述先导控制阀(22)的出口之间。
11. 根据权利要求9或10所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,还包括定差溢流阀 (30),所述定差溢流阀(30)的进油口与所述变量栗⑵的出油口连通,所述定差溢流阀(30) 的出油口与油箱(1)连通,所述定差溢流阀(3〇)的弹簧腔与所述先导控制阀(22)的出口连 通。
12. 根据权利要求1所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述至少一个第一执行 机构包括翻斗缸(12)和动臂缸(13),所述定量栗系统内设置有分配阀(11),所述电液控制 阀块(14)上设置有至少一个为所述分配阀(11)的阀芯运动提供先导控制油的油口,所述分 配阀(11)用于控制所述翻斗缸(12)和所述动臂缸(1¾的动作,所述分配阀(11)上设置有与 所述开闭芯控制阀块(9)连接的油口P3。
13. 根据权利要求1所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述至少一个第二执行 机构包括左转向油缸(7)和右转向油缸(8),所述变量栗系统内设置有转向器(3)和流量放 大阀(6),所述转向器⑶用于控制所述流量放大阀(6),并通过所述流量放大阀⑹控制所 述左转向油缸(7)和所述右转向油缸⑻的动作,所述流量放大阀(6)上设置有与所述开闭 芯控制阀块⑼连接的油口EF。 、
14.根据权利要求1所述的电控开闭芯液压系统,其特征在于,所述定量栗系统的回油 油路上依次设置有用于对液压油进行散热的液压油散热器(16)和用于对液压油进行过滤 的回油滤清器(15),所述卸荷阀块(17)的回油口T5连接于所述液压油散热器(I6)的出口和 所述回油滤清器(15)的进油口之间。 _
15. —种工程机械,其特征在于,包括如权利要求1〜14任一项所述的电控开闭芯液压 系统D
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