CN105604996B - 负载敏感控制系统、控制方法及液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负载敏感控制系统、控制方法及液压系统，涉及工程机械领域，用以实现系统压力与负载压力的自适应匹配。该负载敏感控制系统包括变量泵、负载反馈油路和压差控制阀；压差控制阀与变量泵和负载反馈油路相连，压差控制阀能使得变量泵的出口压力与负载反馈油路上的负载压力之间的差值是变化的。上述技术方案，提供了一种压差可变的负载敏感系统，该系统能够消除发动机怠速操作中出现的流量饱和现象，改善负载敏感系统的调速特性，同时还提高了系统的节能性。

Description

负载敏感控制系统、控制方法及液压系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种负载敏感控制系统、控制方法及液压系统。
背景技术
负载敏感系统具有较好的节能特性和稳定性，在起重机液压系统中得到了普遍应用。目前国内外厂家变量泵负载敏感系统，普遍使用恒压差控制的方法。
变量泵：根据某种控制策略，油泵排量能够改变，一般为柱塞泵。
变量泵负载敏感系统：系统通过负载反馈油路能够感知执行机构压力和流量的需求，并将压力信号反馈到变量泵的控制机构，使之自动调节变量泵的排量和压力，始终与负载相适应。
恒压差控制：变量泵压差控制阀为一恒定的控制压力ΔP，当系统工作时，能够使得泵出口压力始终比负载压力高ΔP。
负载敏感系统具有较好的节能特性和稳定性，在起重机液压系统中得到了普遍应用。目前变量泵负载敏感系统，普遍使用恒压差控制的方法。通过变量泵自带的压差控制阀设定系统的压差ΔP，当系统工作时，能够使得泵出口压力始终比负载压力高ΔP，从而实现系统压力与负载压力自适应匹配。
发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：参见图1，采用恒压差控制的方法，为满足系统在发动机最高转速流量通过所需要的压差，需要将ΔP值设定较高，否则会导致系统流量上不去。但是在发动机怠速工作时，由于ΔP压差较高，将导致手柄扳到半腔时，变量泵就已经达到最大排量。继续扳动手柄在很大的一段范围内，手柄控制压力有变化，但是系统流量没有变化，使得手柄操纵范围窄，存在较大空行程，影响系统的调速性。
发明内容
本发明的其中一个目的是提出一种负载敏感控制系统、控制方法及液压系统，用以实现系统压力与负载压力的自适应匹配。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种负载敏感控制系统，包括变量泵、负载反馈油路和压差控制阀；所述压差控制阀与所述变量泵和所述负载反馈油路相连，所述压差控制阀能使得所述变量泵的出口压力与所述负载反馈油路上的负载压力之间的差值是变化的。
在可选的实施例中，所述压差控制阀包括第一控制端和第二控制端，通入所述第一控制端和所述第二控制端其中之一的控制油压是变化的。
在可选的实施例中，负载敏感控制系统还包括转速匹配阀，所述转速匹配阀的出油口与所述第一控制端连通，所述转速匹配阀的出油口的出油压力与发动机的转速呈正比。
在可选的实施例中，负载敏感控制系统还包括定量泵，所述发动机与所述定量泵驱动连接；
所述转速匹配阀包括阀芯；第一油口、第二油口、第三油口、第一控制油口、第二控制油口和第三控制油口；所述第三油口作为所述转速匹配阀的出油口；
所述第一油口与所述定量泵的出口连通，所述第二油口与油箱连通，所述第三油口与所述压差控制阀的第一控制端连通；
所述第一控制油口与所述定量泵的出口经过带有节流孔的油路连通，所述第二控制油口与所述定量泵的出油口连通，所述第三控制油口与所述第三油口连通；
其中，当所述转速匹配阀的阀芯处于第一工作位，所述第一油口和所述第三油口连通；当所述转速匹配阀的阀芯处于第二工作位，所述第二油口和所述第三油口连通。
在可选的实施例中，所述阀芯的第一端接收来自于所述第二控制油口的压力，所述阀芯的第二端具有两个受力部位，分别接收来自第一控制油口和第三控制油口的压力；其中，所述转速匹配阀的第三油口的输出压力等于所述节流孔两端的压力差。
本发明还提供一种液压系统，包括本发明任一技术方案所提供的负载敏感控制系统。
本发明又提供一种负载敏感控制系统控制方法，包括以下步骤：
采用压差控制阀对变量泵进行变压差控制，以使得所述变量泵的出口压力与负载反馈油路上的负载压力之间的差值是变化的。
在可选的实施例中，还包括以下步骤：对所述压差控制阀的第一控制端施加变化的控制油压。
在可选的实施例中，所述对所述压差控制阀的第一控制端施加变化的控制油压包括：采用转速匹配阀对所述压差控制阀的第一控制端施加控制压力；其中，所述转速匹配阀的出油压力与发动机的转速呈正比。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
上述技术方案中，压差控制阀比如可以设置多个控制压力，在不同情况下，采用不同的控制压力，以使得变量泵的出口压力与负载反馈油路上的负载压力之间的差值是变化的，以实现系统压力与负载压力的自适应匹配。上述技术方案提供了一种压差可变的负载敏感系统，该系统能够消除发动机怠速操作中出现的流量饱和现象，改善负载敏感系统的调速特性，同时还提高了系统的节能性。
附图说明
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：
图1为现有技术中负载敏感系统采用恒压差控制时控制压力与流量的关系示意图；
图2为本发明实施例提供的负载敏感系统的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的负载敏感系统中转速匹配阀的原理示意图；
图4为现有技术中负载敏感系统采用变压差控制时控制压力与流量的关系示意图。
附图标记：
1、压差控制阀；2、油泵变量油缸；3、换向控制阀；4、转速匹配阀；5、变量泵；6、主阀；7、卷扬马达；8、定量泵；9、固定阻尼；40、阀芯；41、第一油口；42、第二油口；43、第三油口；44、第一控制油口；45、第二控制油口；46、第三控制油口；47、阀套。
具体实施方式
下面结合图1～图4对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
参见图2，本发明实施例提供一种负载敏感控制系统，包括变量泵5、负载反馈油路Ls和压差控制阀1。压差控制阀1与变量泵5和负载反馈油路Ls相连，压差控制阀1能使得变量泵5的出口压力与负载反馈油路Ls上的负载压力之间的差值是变化的。
本实施例中，负载敏感控制系统包括压差控制阀1，油泵变量油缸2，换向控制阀3、变量泵5和转速匹配阀4。以卷扬马达7作为负载端为例，负载反馈油路Ls将负载压力反馈至压差控制阀1的控制端。
压差控制阀1可为2位3通比例阀。当阀芯处于左位时，油泵出口的高压油进入油泵变量油缸2，油泵排量变小；当阀芯处于右位时，油泵变量油缸2压力回油，油泵排量变大；当阀芯稳定在中间位置时，油泵将稳定在一定排量。
主阀6通过先导压力a4和b4实现主阀6的阀芯换向。根据负载敏感原理，换向控制阀3两端的压力P-Ls即为油泵压差ΔP。根据流量压差公式，系统流量只与a4和b4控制压力有关，而与负载压力无关。
压差控制阀1比如可以设置多个控制压力，在不同情况下，采用不同的控制压力，以使得变量泵5的出口压力与负载反馈油路Ls上的负载压力之间的差值是变化的。上述技术方案，提供了一种压差可变的负载敏感系统，该系统能够消除发动机怠速操作中出现的流量饱和现象，改善负载敏感系统的调速特性，同时还提高了系统的节能性。
本实施例中，以采用改变压差控制阀1的控制压力的方式实现变量泵5的出口压力与负载反馈油路Ls上的负载压力之间的差值是变化的：压差控制阀1包括第一控制端和第二控制端，通入第一控制端和第二控制端其中之一的控制油压是变化的。参见图2，本实施例中，以通入压差控制阀1的第一控制端的控制油压是变化的为例。压差控制阀1的第一控制端为右端，该端同时是压差控制阀1的第一控制端和负载反馈油路Ls的反馈端。压差控制阀1的第二控制端为左端，左端输出的控制油压等于变量泵2的出口油压。
参见图3，本实施例中，具体采用下述方式向压差控制阀1的第一控制端输入变化的控制油压：具体地，负载敏感控制系统还包括转速匹配阀4，转速匹配阀4的出油口与第一控制端连通，转速匹配阀4的出油口的出油压力与发动机的转速呈正比。图3中，转速匹配阀4的第三油口43与压差控制阀1的第一控制端相连。
此处，将转速匹配阀4的出油压力与发动机的转速匹配，发动机的转速高，转速匹配阀4输出的出油压力高；发动机的转速低，转速匹配阀4输出的出油压力低，如此可实现负载敏感控制。
参见图3，进一步地，负载敏感控制系统还包括定量泵8，发动机与定量泵8驱动连接，以驱动定量泵8工作。转速匹配阀4包括阀芯40、第一油口41、第二油口42、第三油口43、第一控制油口44、第二控制油口45和第三控制油口46。第三油口43作为转速匹配阀4的出油口。第一油口41与定量泵8的出口连通，第二油口42与油箱连通，第三油口43与压差控制阀1的第一控制端连通。第一控制油口44与定量泵8的出口经过带有固定阻尼9的油路连通，第二控制油口45与定量泵8的出油口连通，第三控制油口46与第三油口43连通。其中，当转速匹配阀4的阀芯40处于第一工作位(图3中示意的状态)，第一油口41和第三油口43连通；当转速匹配阀4的阀芯40处于第二工作位，第二油口42和第三油口43连通。图3中箭头为发动机转速输入。
此处具体地，阀芯40的第一端接收来自于第二控制油口45的压力，阀芯40的第二端具有两个受力部位，分别接收来自第一控制油口44和第三控制油口46的压力；其中，转速匹配阀4的第三油口43的输出压力等于固定阻尼9两端的压力差。
1)如图3所示，P1为定量泵进油压力，P2为转速匹配阀输出口压力，P3为输出压差。转速匹配阀4包括阀芯40、阀套47、固定阻尼9、P3取压油路14、P1取压油路15和P2取压油路16。
2)转速匹配阀内的P3取压油路14、P1取压油路15和P2取压油路16负责将P1、P2和P3的压力反馈给阀芯40。阀芯40右端具有一个台阶，分别接受P3和P2的压力，受力面积均相等。阀芯40在阀套47内振动调节，最终实现阀芯40的力平衡阀。根据力平衡公式，稳定时P1＝P2+P3，因此P3所输出的压力为P1-P2，即固定阻尼9两端的压差ΔP2。
3)发动机以一定的工作转速带动定量泵旋转，定量输出流量为Q，该流量Q＝n×V×η(n为发动机转速，V为定量泵的排量，η为油泵的容积效率)。流量Q流经转速匹配阀4内的固定阻尼9时会产生一定的压力损失ΔP1。根据流体基本理论，ΔP1与流量Q和固定阻尼9有关。此处当固定阻尼为固定阻尼时，ΔP1仅与流量Q有关，且Q越大ΔP1越大。由于使用定量泵8，因此流量Q仅与发动机转速有关系。
综上所述，通过转速匹配阀4建立了输出压力P3与发动机转速之间的关系。转速越高，P3压力越大，使得负载敏感系统的压差越大，用于补偿管路压力损失。当发动机转速低时，相应管路压力损失小无需补偿，通过转速匹配阀4自动降低压差，提高系统性能。
上述方案，转速匹配阀4能够根据发动机转速，输出相应的控制压力K。当发动机在怠速下工作时，转速匹配阀4输出较低的控制压力Kmin。随着发动机转速的提高，输出控制压力也将相应增加，当发动机达到最大转速时，转速匹配阀4也达到最大压力输出Kmax。
参见图2，压差控制阀1具有两个控制腔和一个可调弹簧，当系统稳定时，此时变量泵5的出口压力P，负载压力Ls，弹簧设定压力ΔP，转速匹配阀4对压差控制阀1施加的控制压力为K。当压差控制阀1稳定在中位时，满足P＝Ls+ΔP+K。换向控制阀3两端压差P-Ls＝ΔP+K，因此通过改变控制压力K，就可以实现换向阀两端压差变化。当换向阀开口一定的情况下，压差降低就可以降低系统流量输出，从而改变流量输出曲线。图4中控制压力是指手柄的输出控制压力。如图4所示为本发明应用效果，对比图1和图4可知，本发明实施例提供的技术方案，高速调试曲线和低速调速曲线都能实现流量和控制压力之间的正比变化，拓宽了手柄的操纵范围，提高了系统的调速性能。怠速调速曲线不存在扳动手柄，无流量变化现象。通过压差可变，降低了系统不必要的压力补偿损失，提高了系统的节能性。
上述技术方案，通过设计转速匹配阀4检测发动机的转速。当发动机处于低转速时，转速匹配阀4输出较低的控制压力；当发动机处于高转速时，转速匹配阀4输出较高的控制压力。通过转速匹配阀4输出的控制压力改变变量泵5压差，实现负载敏感控制。
本发明实施例还提供一种液压系统，包括本发明任一技术方案所提供的负载敏感控制系统。
本发明另一实施例提供一种负载敏感控制系统控制方法，其可采用本发明任一技术方案提供的负载敏感控制系统实现，该方法包括以下步骤：采用压差控制阀1对变量泵5进行变压差控制，以使得变量泵5的出口压力与负载反馈油路Ls上的负载压力之间的差值是变化的。
上述技术方案，提供了一种压差可变的负载敏感系统控制方法，该方法能够消除发动机怠速操作中出现的流量饱和现象，改善负载敏感系统的调速特性，同时还提高了系统的节能性。
具体地：对压差控制阀1的第一控制端施加变化的控制油压。
本实施例中，具体采用下述方式对压差控制阀1的第一控制端施加变化的控制油压：采用转速匹配阀4对压差控制阀1的第一控制端施加控制压力；其中，转速匹配阀4的出油压力与发动机的转速呈正比。转速匹配阀4可采用上述实施例提供的结构。
上述技术方案，首次提出采用变压差控制的方法，通过转速匹配阀4改变变量泵5压差ΔP，实现流量输出与发动机转速相关，从而拓宽了手柄的操纵范围，提高了系统的调速性能。同时，通过压差可变，可以降低系统不必要的压力补偿损失，从而提高了系统的节能性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种负载敏感控制系统，其特征在于，包括变量泵(5)、负载反馈油路和压差控制阀(1)；所述压差控制阀(1)与所述变量泵(5)和所述负载反馈油路相连，所述压差控制阀(1)能使得所述变量泵(5)的出口压力与所述负载反馈油路上的负载压力之间的差值是变化的；
所述压差控制阀(1)包括第一控制端和第二控制端，通入所述第一控制端和所述第二控制端其中之一的控制油压是变化的；
负载敏感控制系统还包括转速匹配阀(4)，所述转速匹配阀(4)的出油口与所述第一控制端连通，所述转速匹配阀(4)的出油口的出油压力与发动机的转速呈正比；
负载敏感控制系统还包括定量泵(8)，所述发动机与所述定量泵(8)驱动连接；
所述转速匹配阀(4)包括阀芯(40)、第一油口(41)、第二油口(42)、第三油口(43)、第一控制油口(44)、第二控制油口(45)和第三控制油口(46)；所述第三油口(43)作为所述转速匹配阀(4)的出油口；
所述第一油口(41)与所述定量泵(8)的出口连通，所述第二油口(42)与油箱连通，所述第三油口(43)与所述压差控制阀(1)的第一控制端连通；
所述第一控制油口(44)与所述定量泵(8)的出口经过带有固定阻尼(9)的油路连通，所述第二控制油口(45)与所述定量泵(8)的出油口连通，所述第三控制油口(46)与所述第三油口(43)连通；
其中，当所述转速匹配阀(4)的阀芯(40)处于第一工作位，所述第一油口(41)和所述第三油口(43)连通；当所述转速匹配阀(4)的阀芯(40)处于第二工作位，所述第二油口(42)和所述第三油口(43)连通。
2.根据权利要求1所述的负载敏感控制系统，其特征在于，所述阀芯(40)的第一端接收来自于所述第二控制油口(45)的压力，所述阀芯(40)的第二端具有两个受力部位，分别接收来自第一控制油口(44)和第三控制油口(46)的压力；其中，所述转速匹配阀(4)的第三油口(43)的输出压力等于所述固定阻尼(9)两端的压力差。
3.一种液压系统，其特征在于，包括权利要求1-2任一所述的负载敏感控制系统。
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