CN106499681B - 一种液压挖掘机功率控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压挖掘机功率控制系统，包括发动机、液压泵、辅助控制阀和多路阀，液压泵包括斜盘式柱塞泵和功率调节器；发动机与斜盘式柱塞泵相连接；功率调节器包括推杆活塞、阀芯以及阀芯上的弹簧；斜盘式柱塞泵的第一出油口分别与多路阀的第一进油口、辅助控制阀的第一进油孔道和推力活塞的第一活塞口相连通；斜盘式柱塞泵的第二出油口分别与多路阀的第二进油口、辅助控制阀的第二进油孔道和推力活塞的第二活塞口相连通；梭阀的出油口分别与阀芯的阀芯进油口和斜盘式柱塞泵上推力活塞的右端相连通；阀芯的阀芯出油口与斜盘式柱塞泵上推力活塞的左端相连通。本发明实现动态匹配发动机输出扭矩，提高液压泵功率，提高液压挖掘机工作效率。

Description

一种液压挖掘机功率控制系统

技术领域

本发明属于工程机械所使用的液压控制系统技术领域，特别是涉及一种液压挖掘机功率控制系统。

背景技术

随着国内外基础设施建设放缓，液压挖掘机总体销量大幅萎缩。在细分领域，小型液压挖掘机主要用于市政工程和农村小型作业等场合，受到基础设施建设放缓影响小，销量稳定，成为各主机厂争夺市场份额的主战场，各厂家都在积极推出成本更低、油耗更低和工作效率更高的小型液压挖掘机。如CN200420041431.4公开的一种多功能小型液压挖掘机，它包括动力传动连接装置、回转装置、挖掘工作装置和液压控制系统，所述挖掘工作装置上安装有通用连接器，该通用连接器由连接器支架、销轴、可调挂钩、调距螺栓，防松螺母及其上支撑板、下支撑板组成；连接器支架上设有两销轴孔，两销轴孔通过销轴分别联于斗杆前端及铲斗油缸前端的连杆上，销轴孔和可调挂钩则与铲斗相联接；通过该通用连接器可更换铲斗。

各主机厂目前的做法主要有两种方式：改进液压元器件以提高液压系统效率和使用涡轮增压发动机增加发动机功率和扭矩。从小型液压挖掘机作业工况和制造经济性考虑，国内小型液压挖掘机多采用柴油发动机驱动带全功率限制(为避免负载功率过大使发动机憋熄火，给泵设置最高使用功率)的变量泵配并联式多路阀的动力传动系统组合。这给上述两种提高整机效率的方式带来困难：

1、从液压传动效率的特点分析，要提高其传动效率就要减少流体流动阻力，措施提高元件容积密封性、零件之间配合精度和通道的表面光洁度。由于泵、多路阀和马达等液压件多为铸造件，进一步提高制造精度和表面光洁度难度高、投入大；

2、采用带涡轮增压发动机以提高发动机功率和扭矩进而提高液压泵功率限制值，核心部件是涡轮增压器，全称为废气涡轮增压器，就是利用发动机废气来驱动涡轮叶片，来对空气进行压缩后注入发动机气缸内进行燃烧。使气缸内的燃烧会更加充分，从而产生更多的能量，在发动机相同排量的前提下，能大幅提升发动机的功率和扭矩，理论上大约40％左右。由于涡轮增压器是通过废气来驱动的，在发动机低转速工况下，废气排放量不足时，涡轮增压器不但无法带来动力的提升，反而还会因为阻碍排气产生动力响应迟滞现象，这就是涡轮迟滞效应。从图1发动机特性曲线上可以看出发动机低速下输出扭矩降低明显，但是液压泵负载扭矩只与外负载有关而和发动机转速无关，因此涡轮迟滞效应会使得提高液压泵功率受限(在低速下泵扭矩要低于发动机扭矩)。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种液压挖掘机功率控制系统，本发明实现动态匹配发动机输出扭矩，以提高液压泵功率，实现充分利用发动机动力，提高液压挖掘机工作效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种液压挖掘机功率控制系统，包括发动机、液压泵、辅助控制阀和多路阀，所述液压泵包括斜盘式柱塞泵和功率调节器；所述发动机的输出轴通过联轴器与所述斜盘式柱塞泵的输入轴相连接；所述斜盘式柱塞泵的泵吸油口和泄油口均与第一油箱相连接；所述功率调节器包括推杆活塞、阀芯以及阀芯上的弹簧；

所述斜盘式柱塞泵的第一出油口分别与所述多路阀的第一进油口、辅助控制阀的第一进油孔道和推力活塞的第一活塞口相连通；所述斜盘式柱塞泵的第二出油口分别与所述多路阀的第二进油口、辅助控制阀的第二进油孔道和推力活塞的第二活塞口相连通；

所述第一出油口和第二出油口通过梭阀相连通，所述梭阀的出油口分别与所述阀芯的阀芯进油口和斜盘式柱塞泵上推力活塞的右端相连通；所述阀芯的阀芯出油口与所述斜盘式柱塞泵上推力活塞的左端相连通；

所述辅助控制阀的出油孔道与所述推杆活塞的第三活塞口相连通；所述辅助控制阀的回油孔道与第二油箱相连接；

所述功率调节器的压力调节平衡式为：Fac+(Fa1+Fa2)/2≦Fa，其中Fac为第三活塞口的压力，Fa1为第一活塞口的压力，Fa2为第二活塞口的压力，Fa为阀芯上弹簧的弹簧力。

进一步地，所述辅助控制阀包括阀体、梭阀组件和压力调节组件，所述阀体包括由内部孔道构成的功能区，所述功能区包括进油区、压力调节区和油路通断区；

所述进油区包括第一进油孔道、第二进油孔道、汇流通道和出油通道，所述第一进油孔道、第二进油孔道与所述汇流通道相连通，所述汇流通道与所述出油通道相连通；

所述梭阀组件包括梭阀阀芯、钢珠和限位接头，所述梭阀阀芯中心由左向右依次连通设置有进油光孔、内腔和内螺纹孔，所述内腔的左侧呈光滑锥面结构，所述内腔的圆柱面上圆周均布设置有多个第一通孔，所述钢珠位于所述梭阀阀芯的内腔处；所述限位接头的左端设置有左外螺纹，中心设置有导通所述限位接头两端的内孔，所述限位接头内孔的左端孔口呈光滑锥面结构，所述限位接头通过所述左外螺纹螺纹连接与所述梭阀阀芯的内螺纹孔处；所述梭阀阀芯的进油光孔的内径和限位接头的内孔的内径均小于所述钢珠的直径；

所述梭阀组件安装于所述汇流通道内，所述梭阀阀芯的进油光孔与所述第一进油孔道相连通，所述限位接头的内孔与所述第二进油孔道相连通，所述梭阀阀芯内腔圆柱面上的第一通孔连通所述内腔与所述出油孔道；

所述压力调节区包括压力调节孔道，所述压力调节孔道的两端贯通所述阀体的左侧面和右侧面，所述压力调节孔道内安装有所述压力调节组件，所述压力调节组件包括阀芯隔套、调节弹簧、调压阀芯和第一堵头，所述压力调节孔道的左端和右端分别通过所述第一堵头和阀芯隔套堵塞；

所述调压弹簧的左端顶住所述调压阀芯的右端，所述调压弹簧的右端顶住所述阀芯隔套，所述调压阀芯的左端顶住所述第一堵头；所述调压阀芯的圆柱面与所述压力调节孔道的内表面形成有进油腔和出油腔，所述进油腔与所述出油腔相连通，所述进油腔与所述出油孔道相连通；

所述调压阀芯由左端中心沿轴向设置有通油孔，所述通油孔的孔口呈光滑锥面结构，所述调压阀芯的圆柱面上圆周均布设置有多个第二通孔，所述第二通孔连通所述通油孔和压力调节孔道；

所述油路通断区包括进油通道、油路通断孔道、出油孔道和回油通道，所述进油通道与所述出油腔相连通，所述进油通道与所述油路通断孔道相连通；所述油路通断孔道处安装有电磁换向阀，所述电磁换向阀与所述油路通断孔道形成油路通断内腔；所述电磁换向阀失电时，所述进油通道与所述油路通断内腔断开，所述油路通断内腔与所述回油通道相连通；所述电磁换向阀得电时，所述进油通道与所述油路通断内腔相连通，所述油路通断内腔与所述回油通道断开，所述油路通断内腔与所述出油孔道相连通。

进一步地，所述进油区还包括第一测压孔道和第二测压孔道，所述第一测压孔道与所述第一进油孔道相连通，所述第二测压孔道与所述第二进油孔道相连通；

所述进油区还包括第一工艺孔道，所述第一工艺孔道与所述汇流通道相连通，所述第一工艺孔道的中心线与所述出油孔道的中心线处于同一条直线上，所述第一工艺孔道内安装有第一膨胀球。

进一步地，所述限位接头的右端设置有右外螺纹，所述汇流通道的内表面设置有内螺纹，所述限位接头的右外螺纹与所述汇流通道的内螺纹螺纹配合；所述限位接头的右端设置有内六角内孔；所述汇流通道的右端贯通所述阀体的右侧面；所述梭阀组件还包括第二堵头，所述汇流通道的右端通过所述第二堵头堵塞。

进一步地，所述梭阀阀芯左端的圆柱面设置有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有密封组件，所述密封组件由两挡圈中间夹第一O型密封圈组成。

进一步地，所述压力调节孔道的左端内表面设置有左端内螺纹，右端内表面设置有右端内螺纹；所述第一堵头上设置有外螺纹，所述第一堵头的外螺纹与所述压力调节孔道的左端内螺纹螺纹连接；所述阀芯隔套上设置有外螺纹，所述阀芯隔套的外螺纹与所述压力调节孔道的右端内螺纹螺纹连接；所述阀芯隔套与所述压力调节孔道之间通过第二O型密封圈密封；

所述阀芯隔套内设置有圆柱孔，所述调压阀芯的右端设置有台阶，所述台阶处安装有弹簧垫圈；所述调压弹簧的左端顶住所述弹簧垫圈，右端安装于所述阀芯隔套的圆柱孔内且顶住所述圆柱孔孔底。

进一步地，所述调压阀芯左端的圆柱面上设置有第一渐变式沟槽，所述调压阀芯的圆柱面通过所述第一渐变式沟槽与所述压力调节孔道的内表面之间形式油膜。

进一步地，所述压力调节区还包括第一连通孔道和第二连通孔道，所述出油腔通过所述第一连通孔道与所述第二连通孔道相连通，所述第二连通孔道与所述进油通道相连通；

所述压力调节区还包括第二工艺孔道和第三工艺孔道，所述第二工艺孔道的中心线与所述第一连通孔道的中心线处于同一条直线上，所述第二工艺孔道内安装有第二膨胀球；所述第三工艺孔道的中心线与所述第二连通孔道的中心线处于同一条直线上，所述第三工艺孔道内安装有第三膨胀球。

进一步地，所述电磁换向阀包括换向阀芯、固定阀芯、复位弹簧、固定电磁铁、移动电磁铁和电磁线圈；所述换向阀芯安装于所述油路通断孔道内，所述换向阀芯的外表面与所述油路通断孔道的内表面形成所述油路通断内腔；

所述电磁线圈内套所述固定电磁铁和移动电磁铁；所述复位弹簧安装于所述移动电磁铁内，所述复位弹簧的两端分别顶住所述固定电磁铁和移动电磁铁；所述移动电磁铁与所述换向阀芯的左端相连接，所述换向阀芯的右端设置有活塞；所述换向阀芯安装于所述固定阀芯的内孔内且相对于所述固定阀芯能左右滑动；所述换向阀芯的外表面与所述固定阀芯的内表面形成中空内腔，所述固定阀芯沿轴向的两圆周上均布地分别设置有多个第三通孔和第四通孔，所述第三通孔与所述进油通道相连通，所述第四通孔连通所述油路通断内腔和中空内腔；

所述电磁换向阀失电时，所述油路通断内腔依次经所述第四通孔、中空内腔、固定阀芯的右端面与换向阀芯活塞的左端面之间的间隙与所述回油通道相连通；

所述电磁换向阀得电时，所述进油通道依次经所述第三通孔、中空内腔、第四通孔与所述出油孔道相连通；

所述换向阀芯左端的外表面上设置有第二渐变式沟槽，所述换向阀芯的外表面通过所述第二渐变式沟槽与所述固定阀芯的内表面之间形式油膜。

进一步地，所述油路通断区还包括第四工艺孔道，所述第四工艺孔道的中心线与所述进油通道的中心线处于同一条直线上，所述第四工艺孔道内安装有第四膨胀球；

所述油路通断区还包括第五工艺孔道，所述第五工艺孔道与所述回油通道相连通，所述第五工艺孔道内安装有第五膨胀球；

所述油路通断区还包括第三测压孔道，所述第三测压孔道与所述出油孔道相连通。

本发明的有益效果：本发明实现了动态匹配发动机输出扭矩，以提高液压泵功率，实现充分利用发动机动力，提高液压挖掘机工作效率，其中辅助控制阀将梭阀组件、压力调节组件和电磁换向阀集中于阀体内，结构紧凑，重量轻，体积小，节约成本，减小了管路占用空间，减少了管路接头数量，使得接点少，发生泄漏的风险减少，重量轻，方便维修节约成本等诸多优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的液压原理图。

图2为本发明实施例的辅助控制阀的三维结构示意图。

图3为本发明实施例的二维结构示意图。

图4为本图3的左视图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为图4的B-B剖视图。

图7为图4的C-C剖视图。

图8为图3的D-D剖视图。

图9为图3的E-E剖视图。

图10为图3的F-F剖视图。

图11为图5中的M放大示意图。

图12为本发明实施例中阀体的三维结构示意图。

图13为本发明实施例中阀体的二维结构示意图。

图14为图13的左视图。

图15为图13的右视图。

图16为图13的后视图。

图17为图14的G-G剖视图。

图18为图14的H-H剖视图。

图19为图14的I-I剖视图。

图20为图13的J-J剖视图。

图21为图13的K-K剖视图。

图22为图13的L-L剖视图。

图23为本发明实施例的液压泵的特性曲线图。

上述附图标记：

1发动机，20斜盘式柱塞泵，21功率调节器，201推力活塞，202梭阀，210推杆活塞，211阀芯，212弹簧，3第一油箱，4辅助控制阀，5多路阀，6第二油箱，

B1泵吸油口，Dr1泄油口，C1第一出油口，C2第二出油口，D1出油口，A1，第一进油口，A2第二进油口，a1第一活塞口，a2第二活塞口，a3阀芯进油口，a4阀芯出油口，ac第三活塞口，

41阀体，42梭阀阀芯，43第一膨胀球，44钢珠，45限位接头，46第二堵头，47阀芯隔套，48调压弹簧，49弹簧垫圈，410调压阀芯，411换向阀芯，412固定阀芯，413复位弹簧，414电磁线圈，415移动电磁铁，416固定电磁铁，417第一堵头，418第四膨胀球，419第五膨胀球，420第二O型密封圈，421第二膨胀球，422第三膨胀球，423挡圈，424第一O型密封圈；

A出油孔道，B汇流通道，C压力调节孔道，D油路通断孔道，T回油通道，P1第一进油孔道，P2第二进油孔道，P3油路通断内腔，M1第一测压孔道，M2第二测压孔道，M3第三测压孔道；

a第一工艺孔道，b出油孔道，c进油腔，d出油腔，e压力反馈腔，g进油通道，h第二连通孔道，i第三工艺孔道，j第四工艺孔道，k第一连通孔道，n第二工艺孔道，m第五工艺孔道。

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供的一种液压挖掘机功率控制系统，包括发动机1、液压泵、辅助控制阀4和多路阀5，所述液压泵包括斜盘式柱塞泵20和功率调节器21；所述发动机1的输出轴通过联轴器与所述斜盘式柱塞泵20的输入轴相连接；所述斜盘式柱塞泵20的泵吸油口B1和泄油口Dr1均与第一油箱3相连接；所述功率调节器21包括推杆活塞210、阀芯211以及阀芯211上的弹簧212；

所述斜盘式柱塞泵20的第一出油口C1分别与所述多路阀5的第一进油口A1、辅助控制阀4的第一进油孔道P1和推力活塞210的第一活塞口a1相连通；所述斜盘式柱塞泵20的第二出油口C2分别与所述多路阀5的第二进油口A2、辅助控制阀4的第二进油孔道P2和推力活塞210的第二活塞口a2相连通；

所述第一出油口C1和第二出油口C2通过梭阀202相连通，所述梭阀202的出油口D1分别与所述阀芯211的阀芯进油口a3和斜盘式柱塞泵20上推力活塞201的右端相连通；所述阀芯211的阀芯出油口a4与所述斜盘式柱塞泵20上推力活塞201的左端相连通；

所述辅助控制阀4的出油孔道A与所述推杆活塞210的第三活塞口ac相连通；所述辅助控制阀4的回油孔道T与第二油箱6相连接；

所述功率调节器21的压力调节平衡式为：Fac+(Fa1+Fa2)/2≦Fa，其中Fac为第三活塞口ac的压力，Fa1为第一活塞口a1的压力，Fa2为第二活塞口a2的压力，Fa为阀芯211上弹簧212的弹簧力。

如图2-22所示，所述辅助控制阀包括阀体1、梭阀组件和压力调节组件，所述阀体1包括由内部孔道构成的功能区，所述功能区包括进油区、压力调节区和油路通断区。

所述进油区包括第一进油孔道P1、第二进油孔道P2、汇流通道B和出油通道b，所述第一进油孔道P1、第二进油孔道P2与所述汇流通道B相连通，所述汇流通道B与所述出油通道b相连通。

所述梭阀组件包括梭阀阀芯42、钢珠44和限位接头45，所述梭阀阀芯42中心由左向右依次连通设置有进油光孔、内腔和内螺纹孔，所述内腔的左侧呈光滑锥面结构，所述内腔的圆柱面上圆周均布设置有多个第一通孔，所述钢珠44位于所述梭阀阀芯42的内腔处；所述限位接头45的左端设置有左外螺纹，中心设置有导通所述限位接头45两端的内孔，所述限位接头45内孔的左端孔口呈光滑锥面结构，所述限位接头45通过所述左外螺纹螺纹连接与所述梭阀阀芯42的内螺纹孔处；所述梭阀阀芯42的进油光孔的内径和限位接头45的内孔的内径均小于所述钢珠44的直径。

所述梭阀组件安装于所述汇流通道B内，所述梭阀阀芯42的进油光孔与所述第一进油孔道P1相连通，所述限位接头45的内孔与所述第二进油孔道P2相连通，所述梭阀阀芯42内腔圆柱面上的第一通孔连通所述内腔与所述出油孔道b。

所述压力调节区包括压力调节孔道C，所述压力调节孔道C的两端贯通所述阀体41的左侧面和右侧面，所述压力调节孔道C内安装有所述压力调节组件，所述压力调节组件包括阀芯隔套47、调节弹簧48、调压阀芯410和第一堵头417，所述压力调节孔道C的左端和右端分别通过所述第一堵头417和阀芯隔套47堵塞。

所述调压弹簧48的左端顶住所述调压阀芯410的右端，所述调压弹簧48的右端顶住所述阀芯隔套47，所述调压阀芯410的左端顶住所述第一堵头417；所述调压阀芯410的圆柱面与所述压力调节孔道4C的内表面形成有进油腔c和出油腔d，所述进油腔c与所述出油腔d相连通，所述进油腔c与所述出油孔道相连通b。

所述调压阀芯410由左端中心沿轴向设置有通油孔，所述通油孔的孔口呈光滑锥面结构，所述通油孔孔口的锥面结构围成的锥形空间形成压力反馈腔e，所述调压阀芯410的圆柱面上圆周均布设置有多个第二通孔，所述第二通孔连通所述通油孔和压力调节孔道C。

所述油路通断区包括进油通道g、油路通断孔道D、出油孔道A和回油通道T，所述进油通道g与所述出油腔d相连通，所述进油通道g与所述油路通断孔道D相连通；所述油路通断孔道D处安装有电磁换向阀，所述电磁换向阀与所述油路通断孔道D形成油路通断内腔P3；所述电磁换向阀失电时，所述进油通道g与所述油路通断内腔P3断开，所述油路通断内腔P3与所述回油通道T相连通；所述电磁换向阀得电时，所述进油通道g与所述油路通断内腔P3相连通，所述油路通断内腔P3与所述回油通道T断开，所述油路通断内腔P3与所述出油孔道A相连通。

所述进油区还包括第一测压孔道M1和第二测压孔道M2，所述第一测压孔道M1与所述第一进油孔道P1相连通，所述第二测压孔道M2与所述第二进油孔道P2相连通。通过第一测压孔道M1和第二测压孔道M2分别接测压接头，以用于测量第一进油孔道P1和第二进油孔道P2内的液压油的压力。

所述进油区还包括第一工艺孔道a，所述第一工艺孔道a与所述汇流通道B相连通，所述第一工艺孔道a的中心线与所述出油孔道b的中心线处于同一条直线上，所述第一工艺孔道a内安装有第一膨胀球43。

所述限位接头45的右端设置有右外螺纹，所述汇流通道B的内表面设置有内螺纹，所述限位接头45的右外螺纹与所述汇流通道B的内螺纹螺纹配合；所述限位接头45的右端设置有内六角内孔；所述汇流通道B的右端贯通所述阀体41的右侧面；所述梭阀组件还包括第二堵头46，所述汇流通道B的右端通过所述第二堵头46堵塞。其中第二堵头46上设置有内六角内孔，以方便第二堵头46的拆装，拆装方便。

如图11所示，所述梭阀阀芯42左端的圆柱面设置有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有密封组件，所述密封组件由两挡圈423中间夹第一O型密封圈424组成。密封组件实现了梭阀阀芯42圆柱面与汇流通道B内表面的密封，密封效果好，防止了液压油的泄漏。

所述压力调节孔道C的左端内表面设置有左端内螺纹，右端内表面设置有右端内螺纹；所述第一堵头417上设置有外螺纹，所述第一堵头417的外螺纹与所述压力调节孔道C的左端内螺纹螺纹连接；所述阀芯隔套47上设置有外螺纹，所述阀芯隔套47的外螺纹与所述压力调节孔道C的右端内螺纹螺纹连接；所述阀芯隔套47与所述压力调节孔道C之间通过第二O型密封圈420密封。其中第一堵头417上设置有内六角内孔，以方便第一堵头417的拆装，拆装方便。其中阀芯隔套47设置有外六角方头，以方便阀芯隔套47的拆装。

所述阀芯隔套47内设置有圆柱孔，所述调压阀芯410的右端设置有台阶，所述台阶处安装有弹簧垫圈49；所述调压弹簧48的左端顶住所述弹簧垫圈49，右端安装于所述阀芯隔套47的圆柱孔内且顶住所述圆柱孔孔底。

所述调压阀芯410左端的圆柱面上设置有第一渐变式沟槽，所述调压阀芯410的圆柱面通过所述第一渐变式沟槽与所述压力调节孔道C的内表面之间形式油膜。第一渐变式沟槽的设置减小了调压阀芯410的圆柱面与压力调节孔道C的内表面的接触表面，当调压阀芯410相对于压力调节孔道C长期滑动过程中，第一渐变式沟槽内会储存少部分润滑油，以起到调压阀芯410滑动过程中的润滑作用，以减小阻力，减小摩擦力，减小调节阀芯410圆柱面的磨损以及压力调节孔道C内表面的磨损，提高调节阀芯410和阀体41的使用寿命。

所述压力调节区还包括第一连通孔道k和第二连通孔道h，所述出油腔d通过所述第一连通孔道k与所述第二连通孔道h相连通，所述第二连通孔道h与所述进油通道g相连通。

所述压力调节区还包括第二工艺孔道n和第三工艺孔道i，所述第二工艺孔道n的中心线与所述第一连通孔道k的中心线处于同一条直线上，所述第二工艺孔道n内安装有第二膨胀球421；所述第三工艺孔道i的中心线与所述第二连通孔道h的中心线处于同一条直线上，所述第三工艺孔道i内安装有第三膨胀球422。

所述电磁换向阀包括换向阀芯411、固定阀芯412、复位弹簧413、固定电磁铁416、移动电磁铁415和电磁线圈414；所述换向阀芯411安装于所述油路通断孔道D内，所述换向阀芯411的外表面与所述油路通断孔道D的内表面形成所述油路通断内腔P3。

所述电磁线圈414内套所述固定电磁铁416和移动电磁铁415；所述复位弹簧413安装于所述移动电磁铁415内，所述复位弹簧413的两端分别顶住所述固定电磁铁416和移动电磁铁415；所述移动电磁铁415与所述换向阀芯411的左端相连接，所述换向阀芯411的右端设置有活塞；所述换向阀芯411安装于所述固定阀芯412的内孔内且相对于所述固定阀芯412能左右滑动；所述换向阀芯411的外表面与所述固定阀芯412的内表面形成中空内腔，所述固定阀芯412沿轴向的两圆周上均布地分别设置有多个第三通孔和第四通孔，所述第三通孔与所述进油通道g相连通，所述第四通孔连通所述油路通断内腔P3和中空内腔。

所述电磁换向阀失电时，所述油路通断内腔P3依次经所述第四通孔、中空内腔、固定阀芯412的右端面与换向阀芯411活塞的左端面之间的间隙与所述回油通道T相连通。

所述电磁换向阀得电时，所述进油通道g依次经所述第三通孔、中空内腔、第四通孔与所述出油孔道A相连通。

所述换向阀芯411左端的外表面上设置有第二渐变式沟槽，所述换向阀芯411的外表面通过所述第二渐变式沟槽与所述固定阀芯412的内表面之间形式油膜。第二渐变式沟槽的设置减小了换向阀芯411的外表面与固定阀芯412的内表面的接触表面，当换向阀芯411相对于固定阀芯412左右滑动过程中，第二渐变式沟槽内会储存少部分润滑油，以起到换向阀芯411滑动过程中的润滑作用，以减小阻力，减小摩擦力，减小换向阀芯411外表面的磨损以及固定阀芯412内表面的磨损，提高换向阀芯411和固定阀芯412的使用寿命。

所述油路通断区还包括第四工艺孔道j，所述第四工艺孔道j的中心线与所述进油通道g的中心线处于同一条直线上，所述第四工艺孔道j内安装有第四膨胀球18。

所述油路通断区还包括第五工艺孔道m，所述第五工艺孔道m与所述回油通道T相连通，所述第五工艺孔道m内安装有第五膨胀球419。

所述油路通断区还包括第三测压孔道M3，所述第三测压孔道M3与所述出油孔道A相连通。第三测压孔道M3接测压接头，以实现出油孔道M3内液压油压力的测量。

本发明各工艺孔道的设置以方便阀体41内其他孔道以及通道等的加工，其中各工艺孔道内安装的各膨胀球挤压变形，以与各工艺孔道的内表面咬合在一起，以实现各工艺孔道的密封作用。

本发明辅助控制阀4的工作原理：第一进油孔道P1和第二进油孔道P2分别接斜盘式柱塞泵20的第一出油口C1和第二出油口C2，当第一进油孔道P1进来压力油或者第一进油孔道P1进来的压力油的压力大于第二进油孔道P2进来的压力油的压力时，第一进油孔道P1进来的压力油进入梭阀阀芯42，压力油经梭阀阀芯42的进油光孔进入梭阀阀芯42的内腔，推动钢珠44向右移动，直至抵到限位接头45，因钢珠44表面为球面而限位接头45左端的内孔孔口为锥面，因此钢珠44与限位接头45形成锥面密封，第一进油孔道P1进来的压力油不会经汇流通道B流向第二进油孔道P2；又因为钢珠向右移动后，梭阀阀芯42内腔的左侧与钢珠44有间隙，使得第一进油孔道P1进来的压力油依次经梭阀阀芯42的进油光孔、内腔、第一通孔而流向出油通道b。反之，当第二进油孔道P2进来的压力油或者第二进油孔道P2进来的压力油的压力大于第一进油孔道P1进来的压力油的压力时，第二进油孔道P2进来的压力油进入限位接头45的内孔而进入梭阀阀芯42，推动钢珠44向左移动，由于梭阀阀芯2内腔的左侧为锥面，钢珠与梭阀阀芯42形成锥面密封，因而从第二进油孔道P2进来的压力油依次经限位接头45的内孔、梭阀阀芯42的内腔、第一通孔而流向出油通道b。

出油通道b与压力调节孔道C的进油腔c连通，因而出油通道b内的压力油进入进油腔c，进入进油腔c的油路分为两路：一路通过调压阀芯410圆柱面与压力调节孔道C内表面之间的间隙流向出油腔d，另一路通过调压阀芯410圆柱面的第二通孔流向调压阀芯410内的通油孔而到达压力反馈腔e，此时压力油的压力在阀体41内的封闭容积各个方向相等，因此出油腔d和压力反馈腔e的压力相等，其中压力反馈腔e的压力被称为出油腔d压力的反馈压力。当进油腔c的压力油流向调压阀芯10圆柱面与压力调节孔道C内表面之间的间隙而产生节流后，压力油压力降低后输出到出油腔d，其中出油腔d压力的大小可由调压弹簧48进行调节，保持出油腔d的输出压力Pd等于调压弹簧48产生的压力，达到平衡。出油腔d的压力瞬时升高，使得压力反馈腔e内压力也随之升高，从而在调压阀芯410上产生的推力相应增大，此推力破坏了原来力的平衡，使得调压阀芯410向右移动，调压阀芯410向右移动而关小进油腔c，节流作用加大，使得出油腔d输出压力下降，直至达到新的平衡为止，此时出油腔的输出压力基本又回到原来的设置值Pd。若出油腔d的输出压力瞬时下降，相应地压力反馈腔e的压力减小而小于调压弹簧48的弹簧力，调压弹簧48推动调压阀芯410左移，进油腔c开大，节流作用减小，使得出油腔d的输出压力也基本回到原来的设置值Pd。

又出油腔d与进油通道g连通，因而出油腔d内的压力油进入进油通道g，经进油通道g后进入油路通道孔道D内的电磁换向阀；当电磁线圈414失电时，进油通道g与油路通断内腔P3断开，而油路通断内腔P3与回油通道T连通，当电磁线圈414得电后，产生电磁力，固定电磁铁416吸住移动电磁铁415，移动电磁铁415带动换向阀芯411左移，油路通断内腔P3与回油通道T断开，而进油通道g依次经第三通孔、中空内腔、第四通孔与出油孔道A相连通，出油孔道A输出压力油；当电磁线圈414再失电后，电磁力消失，在复位弹簧413的推力下，换向阀芯411右移，使得进油通道g与油路通断内腔P3断开，油路通断内腔P3与回油通道T连通，油路通断内腔P3内的压力为零。

本发明辅助控制阀4将梭阀组件、压力调节组件和电磁换向阀集中于阀体41内，结构紧凑，重量轻，体积小，节约成本，减小了管路占用空间，减少了管路接头数量，使得接点少，发生泄漏的风险减少，重量轻，方便维修节约成本等诸多优点。

本发明控制系统的工作原理：液压泵的斜盘式柱塞泵20输出的压力油经第一出油口C1和第二出油口C2分别输入至多路阀5的第一进油口A1和第二进油口A2，由多路阀5分配油路到各个执行机构，完成液压挖掘机所需要的动作。其中液压泵P1的第一出油口C1的压力油压力与第一进油孔道P1和第一活塞口a1上的压力均相等，液压泵P1的第二出油口C2上的压力油压力与第二进油孔道P2和第一活塞口a2上的压力均相等。第一出油口C1和第二出油口C2通过梭阀202相通，当第一出油口C1有进入梭阀202的压力油或第一出油口C1进入梭阀202的压力油的压力大于第二出油口C2进入梭阀202的压力油的压力，此时梭阀202内的钢珠右移，压力油从出油口D1输出后分两路，一路到达斜盘式柱塞泵20推力活塞201的右端，另一路进入功率调节器21阀芯211的阀芯进油口a3。当功率调节器21推杆活塞210产生的力小于功率调节器21阀芯211上弹簧212的弹簧力Fa时，即Pac+(Pa1+Pa2)/2≦Fa时，阀芯211左移，阀芯211的阀芯出油口a4与斜盘式柱塞泵20推力活塞201的左端相通，而推力活塞201左端的压力为零，从而斜盘式柱塞泵20推力活塞201右端的压力大于其左端，斜盘式柱塞泵20的斜盘角度开到最大，此时斜盘式柱塞泵20的排量最大，液压泵扭矩和功率最大。当功率调节器21推杆活塞210产生的力大于功率调节器21阀芯211上弹簧212的弹簧力Fa时，即Pac+(Pa1+Pa2)/2≧Fa时，阀芯211右移，阀芯211的阀芯进油口a3与阀芯出油口a4相通，使得斜盘式柱塞泵20推力活塞201左端和右端的压强相等，但由于斜盘式柱塞泵20的左端截面积大于其右端截面积，因此斜盘式柱塞泵20的左端推力大于其右端推力，斜盘式柱塞泵20推力活塞201右移推动斜盘式柱塞泵20的斜盘角度减小，使得斜盘式柱塞泵20的排量也相应减少，即对应液压泵扭矩和功率减少，而液压泵的动力来源于发动机1，因此本发明实现了动态匹配发动机1输出扭矩，以提高液压泵功率，实现充分利用发动机动力，提高液压挖掘机工作效率。

具体地，如图23所示，曲线a为控制系统未增加辅助控制阀4时液压泵的功率控制曲线，功率为43.1KW，功率控制拐点横坐标为10.8MPa，当(Pa1+Pa2)/2＞10.8MPa时，液压泵排量减小，使得液压泵实际功率始终不大于功率设置值47.5KW，即47.5KW小于发动机1功率，从功率与扭矩关系以及从受力平衡实际出发，我们要求液压泵扭矩小于发动机1扭矩，发动机1在低转速时输出扭矩降低明显，而液压泵输入扭矩基本不受转速影响。因此液压泵的功率设置值需要根据发动机1低转速的扭矩值来设置，但是这样一来，当发动机1最大扭矩随转速提高而提高时，液压泵的扭矩并没有跟着提高，导致发动机1实际扭矩也没有提高，限制了发动机1功率的发挥。

根据上述，本发明在控制系统上增加了辅助控制阀4同时提高液压泵功率限制值，将液压泵功率限制值设置值为7.5KW，F_a＝14.1MPa，用曲线b表示。斜盘式柱塞泵20的第一出油口C1和第二出油口C2分别接辅助控制阀4的第一进油孔道P1和第二进油孔道P2，经辅助控制阀4后，最终从出油孔道A输出压力值为Pd的压力油，其中Pd＝3.6MPa，压力油进入辅助控制阀4的油路通断区，当发动机1的转速低于1600rpm或者发动机1的掉速率≥11％时，控制器给辅助控制阀4电信号，电磁换向阀换向，电磁线圈414得电，出油孔道A输出压力油到功率调节器21的第三活塞口ac，由于功率调节器21的压力调节平衡式为：Pac+(Pa1+Pa2)/2≦Fa，因为Pac＝Pd＝3.6MPa，Pa＝14.1MPa，因此(Pa1+Pa2)/2＝10.5MPa，几乎等于液压泵之前拐点压力10.8MPa，而液压泵实际功率为曲线a功率为4.1KW，因此发动机1能承担液压泵的载荷。当发动机1的转速高于1600rpm或者发动机1的掉速率小于11％时，辅助控制阀4的电磁线圈414失电，电磁换向阀关闭油路，出油孔道A输出的压力油为零，Pac＝Pd＝0MPa，从Pac+(Pa1+Pa2)/2≦Fa得到(Pa1+Pa2)/2≤14.1MPa，液压泵最大功率可达到曲线b的功率47.5KW，因此液压挖掘机的输出功率由之前43.1KW提高到47.5KW，提高了10％左右，从而证明本发明应用在液压挖掘机上，能提高整机的发动机1功率利用率，提高整机工作效率。

本发明通过辅助控制阀4控制液压泵，提高液压泵的功率限制值，当发动机1在低转速低扭矩下，辅助控制阀4控制液压泵降低液压泵输入扭矩，在发动机1中高转速大扭矩下，输出扭矩有富余，辅助控制阀4控制液压泵提高液压泵输入扭矩，由于之前已经提高了压泵的功率限制值，此时压泵将获得比之前更高的功率和扭矩。使得发动机1在小型挖掘机上更大限度的发挥其能量，使压挖掘机作业效率明显提高。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，包括发动机(1)、液压泵、辅助控制阀(4)和多路阀(5)，所述液压泵包括斜盘式柱塞泵(20)和功率调节器(21)；所述发动机(1)的输出轴通过联轴器与所述斜盘式柱塞泵(20)的输入轴相连接；所述斜盘式柱塞泵(20)的泵吸油口(B1)和泄油口(Dr1)均与第一油箱(3)相连接；所述功率调节器(21)包括推杆活塞(210)、阀芯(211)以及阀芯(211)上的弹簧(212)；

所述斜盘式柱塞泵(20)的第一出油口(C1)分别与所述多路阀(5)的第一进油口(A1)、辅助控制阀(4)的第一进油孔道(P1)和推力活塞(210)的第一活塞口(a1)相连通；所述斜盘式柱塞泵(20)的第二出油口(C2)分别与所述多路阀(5)的第二进油口(A2)、辅助控制阀(4)的第二进油孔道(P2)和推力活塞(210)的第二活塞口(a2)相连通；

所述第一出油口(C1)和第二出油口(C2)通过梭阀(202)相连通，所述梭阀(202)的出油口(D1)分别与所述阀芯(211)的阀芯进油口(a3)和斜盘式柱塞泵(20)上推力活塞(201)的右端相连通；所述阀芯(211)的阀芯出油口(a4)与所述斜盘式柱塞泵(20)上推力活塞(201)的左端相连通；

所述辅助控制阀(4)的出油孔道(A)与所述推杆活塞(210)的第三活塞口(ac)相连通；所述辅助控制阀(4)的回油孔道(T)与第二油箱(6)相连接；

所述功率调节器(21)的压力调节平衡式为：Pac+(Pa1+Pa2)/2≦Fa，其中Pac为第三活塞口(ac)的压力，Pa1为第一活塞口(a1)的压力，Pa2为第二活塞口(a2)的压力，Fa为阀芯(211)上弹簧(212)的弹簧力。

2.根据权利要求1所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述辅助控制阀(4)包括阀体(41)、梭阀组件和压力调节组件，所述阀体(41)包括由内部孔道构成的功能区，所述功能区包括进油区、压力调节区和油路通断区；

所述进油区包括第一进油孔道(P1)、所述第二进油孔道(P2)、汇流通道(B)和出油通道(b)，所述第一进油孔道(P1)、第二进油孔道(P2)与所述汇流通道(B)相连通，所述汇流通道(B)与所述出油通道(b)相连通；

所述梭阀组件包括梭阀阀芯(42)、钢珠(44)和限位接头(45)，所述梭阀阀芯(42)中心由左向右依次连通设置有进油光孔、内腔和内螺纹孔，所述内腔的左侧呈光滑锥面结构，所述内腔的圆柱面上圆周均布设置有多个第一通孔，所述钢珠(44)位于所述梭阀阀芯(42)的内腔处；所述限位接头(45)的左端设置有左外螺纹，中心设置有导通所述限位接头(45)两端的内孔，所述限位接头(45)内孔的左端孔口呈光滑锥面结构，所述限位接头(45)通过所述左外螺纹螺纹连接与所述梭阀阀芯(42)的内螺纹孔处；所述梭阀阀芯(42)的进油光孔的内径和限位接头(45)的内孔的内径均小于所述钢珠(44)的直径；

所述梭阀组件安装于所述汇流通道(B)内，所述梭阀阀芯(42)的进油光孔与所述第一进油孔道(P1)相连通，所述限位接头(45)的内孔与所述第二进油孔道(P2)相连通，所述梭阀阀芯(42)内腔圆柱面上的第一通孔连通所述内腔与所述出油孔道(b)；

所述压力调节区包括压力调节孔道(C)，所述压力调节孔道(C)的两端贯通所述阀体(41)的左侧面和右侧面，所述压力调节孔道(C)内安装有所述压力调节组件，所述压力调节组件包括阀芯隔套(47)、调节弹簧(48)、调压阀芯(410)和第一堵头(417)，所述压力调节孔道(C)的左端和右端分别通过所述第一堵头(417)和阀芯隔套(47)堵塞；

所述调压弹簧(48)的左端顶住所述调压阀芯(410)的右端，所述调压弹簧(48)的右端顶住所述阀芯隔套(47)，所述调压阀芯(410)的左端顶住所述第一堵头(417)；所述调压阀芯(410)的圆柱面与所述压力调节孔道(C)的内表面形成有进油腔(c)和出油腔(d)，所述进油腔(c)与所述出油腔(d)相连通，所述进油腔(c)与所述出油孔道相连通(b)；

所述调压阀芯(410)由左端中心沿轴向设置有通油孔，所述通油孔的孔口呈光滑锥面结构，所述调压阀芯(410)的圆柱面上圆周均布设置有多个第二通孔，所述第二通孔连通所述通油孔和压力调节孔道(C)；

所述油路通断区包括进油通道(g)、油路通断孔道(D)、出油孔道(A)和回油通道(T)，所述进油通道(g)与所述出油腔(d)相连通，所述进油通道(g)与所述油路通断孔道(D)相连通；所述油路通断孔道(D)处安装有电磁换向阀，所述电磁换向阀与所述油路通断孔道(D)形成油路通断内腔(P3)；所述电磁换向阀失电时，所述进油通道(g)与所述油路通断内腔(P3)断开，所述油路通断内腔(P3)与所述回油通道(T)相连通；所述电磁换向阀得电时，所述进油通道(g)与所述油路通断内腔(P3)相连通，所述油路通断内腔(P3)与所述回油通道(T)断开，所述油路通断内腔(P3)与所述出油孔道(A)相连通。

3.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述进油区还包括第一测压孔道(M1)和第二测压孔道(M2)，所述第一测压孔道(M1)与所述第一进油孔道(P1)相连通，所述第二测压孔道(M2)与所述第二进油孔道(P2)相连通；

所述进油区还包括第一工艺孔道(a)，所述第一工艺孔道(a)与所述汇流通道(B)相连通，所述第一工艺孔道(a)的中心线与所述出油孔道(b)的中心线处于同一条直线上，所述第一工艺孔道(a)内安装有第一膨胀球(43)。

4.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述限位接头(45)的右端设置有右外螺纹，所述汇流通道(B)的内表面设置有内螺纹，所述限位接头(45)的右外螺纹与所述汇流通道(B)的内螺纹螺纹配合；所述限位接头(45)的右端设置有内六角内孔；所述汇流通道(B)的右端贯通所述阀体(41)的右侧面；所述梭阀组件还包括第二堵头(46)，所述汇流通道(B)的右端通过所述第二堵头(46)堵塞。

5.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述梭阀阀芯(42)左端的圆柱面设置有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有密封组件，所述密封组件由两挡圈(423)中间夹第一O型密封圈(424)组成。

6.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述压力调节孔道(C)的左端内表面设置有左端内螺纹，右端内表面设置有右端内螺纹；所述第一堵头(417)上设置有外螺纹，所述第一堵头(417)的外螺纹与所述压力调节孔道(C)的左端内螺纹螺纹连接；所述阀芯隔套(47)上设置有外螺纹，所述阀芯隔套(47)的外螺纹与所述压力调节孔道(C)的右端内螺纹螺纹连接；所述阀芯隔套(47)与所述压力调节孔道(C)之间通过第二O型密封圈(420)密封；

所述阀芯隔套(47)内设置有圆柱孔，所述调压阀芯(410)的右端设置有台阶，所述台阶处安装有弹簧垫圈(49)；所述调压弹簧(48)的左端顶住所述弹簧垫圈(49)，右端安装于所述阀芯隔套(47)的圆柱孔内且顶住所述圆柱孔孔底。

7.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述调压阀芯(410)左端的圆柱面上设置有第一渐变式沟槽，所述调压阀芯(410)的圆柱面通过所述第一渐变式沟槽与所述压力调节孔道(C)的内表面之间形式油膜。

8.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述压力调节区还包括第一连通孔道(k)和第二连通孔道(h)，所述出油腔(d)通过所述第一连通孔道(k)与所述第二连通孔道(h)相连通，所述第二连通孔道(h)与所述进油通道(g)相连通；

所述压力调节区还包括第二工艺孔道(n)和第三工艺孔道(i)，所述第二工艺孔道(n)的中心线与所述第一连通孔道(k)的中心线处于同一条直线上，所述第二工艺孔道(n)内安装有第二膨胀球(421)；所述第三工艺孔道(i)的中心线与所述第二连通孔道(h)的中心线处于同一条直线上，所述第三工艺孔道(i)内安装有第三膨胀球(422)。

9.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述电磁换向阀包括换向阀芯(411)、固定阀芯(412)、复位弹簧(413)、固定电磁铁(416)、移动电磁铁(415)和电磁线圈(414)；所述换向阀芯(411)安装于所述油路通断孔道(D)内，所述换向阀芯(411)的外表面与所述油路通断孔道(D)的内表面形成所述油路通断内腔(P3)；

所述电磁线圈(414)内套所述固定电磁铁(416)和移动电磁铁(415)；所述复位弹簧(413)安装于所述移动电磁铁(415)内，所述复位弹簧(413)的两端分别顶住所述固定电磁铁(416)和移动电磁铁(415)；所述移动电磁铁(415)与所述换向阀芯(411)的左端相连接，所述换向阀芯(411)的右端设置有活塞；所述换向阀芯(411)安装于所述固定阀芯(412)的内孔内且相对于所述固定阀芯(412)能左右滑动；所述换向阀芯(411)的外表面与所述固定阀芯(412)的内表面形成中空内腔，所述固定阀芯(412)沿轴向的两圆周上均布地分别设置有多个第三通孔和第四通孔，所述第三通孔与所述进油通道(g)相连通，所述第四通孔连通所述油路通断内腔(P3)和中空内腔；

所述电磁换向阀失电时，所述油路通断内腔(P3)依次经所述第四通孔、中空内腔、固定阀芯(412)的右端面与换向阀芯(411)活塞的左端面之间的间隙与所述回油通道(T)相连通；

所述电磁换向阀得电时，所述进油通道(g)依次经所述第三通孔、中空内腔、第四通孔与所述出油孔道(A)相连通；

所述换向阀芯(411)左端的外表面上设置有第二渐变式沟槽，所述换向阀芯(411)的外表面通过所述第二渐变式沟槽与所述固定阀芯(412)的内表面之间形式油膜。

10.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机功率控制系统，其特征在于，所述油路通断区还包括第四工艺孔道(j)，所述第四工艺孔道(j)的中心线与所述进油通道(g)的中心线处于同一条直线上，所述第四工艺孔道(j)内安装有第四膨胀球(418)；

所述油路通断区还包括第五工艺孔道(m)，所述第五工艺孔道(m)与所述回油通道(T)相连通，所述第五工艺孔道(m)内安装有第五膨胀球(419)；

所述油路通断区还包括第三测压孔道(M3)，所述第三测压孔道(M3)与所述出油孔道(A)相连通。