CN106545041B - 液压控制系统和挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压控制系统和挖掘机。液压控制系统包括主阀，主阀包括压力油进油口、排油口以及用于为第一执行元件的第一工作腔供油和回油的第一工作油路和为第一执行元件的第二工作腔供油和回油的第二工作油路，液压控制系统还包括用于控制第二工作腔回油的回油控制阀，回油控制阀包括背压调节阀，背压调节阀具有节流装置、第一油口和第二油口，第一油口与第二工作油路连接，第二油口通过连接工作油路与第二工作腔连接，背压调节阀具有第一工作位，在背压调节阀的第一工作位其第一油口和第二油口通过节流装置连通。本发明能够在需要时增加第一执行元件的第二工作腔的回油背压，可以促进第二工作腔的压力油再生。

Description

液压控制系统和挖掘机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种液压控制系统和挖掘机。

背景技术

挖掘机主要包括下车、回转装置和工作装置。挖掘机的工作装置包括动臂、斗杆、铲斗。挖掘机还包括用于控制各工作装置的液压控制系统。液压控制系统通过控制动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸等执行元件实现对动臂、斗杆、铲斗等工作装置的控制。挖掘机的液压控制系统中，主泵输出的压力油经主阀各工作联作用于各执行元件实现各工作装置的复合动作或单独动作。

挖掘机有连续挖掘、平地作业等工况，不同工况对挖掘机工作装置的性能有不同要求。

其中，挖掘机斗杆在内收时具有再生功能，为了促进再生会在斗杆主阀后设置斗杆再生背压阀，该斗杆再生背压阀通过增大斗杆回油回路背压来提高斗杆再生能力。挖掘机在挖掘作业时，斗杆油缸大腔压力大于斗杆油缸小腔压力，斗杆失去再生能力。此时，斗杆回路就不需要回油背压。挖掘机平地作业工况是斗杆内收和动臂上升的复合动作。由于重力的作用，斗杆内收负载压力要小于动臂上升负载压力。此时主泵就会向不同的负载供油，而在挖掘机节流液压系统中，压力油会优先流向负载压力低的工作装置，从而降低挖掘机的动作协调性。

图1是现有技术中挖掘机的液压控制系统中主阀的原理示意图。如图1所示，主阀包括第一斗杆控制阀1'和第二斗杆控制阀11'，在第二斗杆控制阀11'后设置背压阀10'促进斗杆再生，并通过固定阻尼孔3'来均衡斗杆和动臂间的负载压力偏差。图1中P1、P2和T分别代表主阀的第一压力油进油口、第二压力油进油口和排油口T。

在实现本发明的过程中，设计人员发现，该现有技术的液压控制系统具有如下不足之处：

1、斗杆再生背压阀10'仅是用于提高斗杆再生背压，没有其它作用，利用率较低，增加了主阀结构复杂性；

2、在挖掘机挖掘作业时，斗杆大腔压力大于斗杆小腔压力时，斗杆不能再生，此时背压阀10'不起再生作用，反而会增加斗杆回油压力损失；

3、在挖掘机挖掘作业时，背压阀10'增大了斗杆回油背压，使斗杆挖掘力降低，影响挖掘效率；

4、由于阻尼孔3'尺寸固定，对不同吨位的机型需要选取不同尺寸的阻尼孔，通用性较差；

5、阻尼孔3'的尺寸的确定需要通过更换不同尺寸的阻尼孔3'进行整机调试验证，延长了整机的研发周期，并增加研发成本；

6、在非平地作业时，阻尼孔3'会增大主泵油路的背压，造成向第一供油口P1供油的第一主泵和向第二供油口P2供油的第二主泵的出口压力不一致，造成双泵功率调节失衡，增加系统功率调节难度；

7、在挖掘机作业时，阻尼孔3'会增大系统回路压力损失，增加系统散热，造成功率浪费，尤其是挖掘作业时，功率浪费最严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压控制系统和挖掘机，旨在在需要时增加第一执行元件的第二工作腔的回油背压，可以促进第二工作腔的压力油再生。在挖掘机中应用该液压控制系统，旨在提高挖掘机功率利用率，降低油耗。

本发明第一方面提供一种液压控制系统，包括主阀，所述主阀包括压力油进油口、排油口以及用于为第一执行元件的第一工作腔供油和回油的第一工作油路和为所述第一执行元件的第二工作腔供油和回油的第二工作油路，所述主阀可选择地控制所述第一工作油路和所述第二工作油路中的一个与所述压力油进油口连接而另一个与所述排油口连接，所述液压控制系统还包括用于控制所述第二工作腔回油的回油控制阀，所述回油控制阀包括背压调节阀，所述背压调节阀具有节流装置、第一油口和第二油口，所述背压调节阀的第一油口与所述第二工作油路连接，所述背压调节阀的第二油口通过连接工作油路与所述第二工作腔连接，所述背压调节阀具有第一工作位，在所述背压调节阀的第一工作位其第一油口和第二油口通过所述节流装置连通。

进一步地，所述节流装置的开度可连续调节。

进一步地，所述节流装置为比例节流口。

进一步地，所述背压调节阀还具有第二工作位，在所述背压调节阀的第二工作位其第一油口与第二油口直接连通。

进一步地，所述背压调节阀包括控制其在第一工作位和第二工作位切换的第一控制端和第二控制端，其中，所述背压调节阀的第一控制端包括先导控制口，所述背压调节阀的所述第二控制端包括第一弹簧。

进一步地，所述回油控制阀还包括快速卸荷阀，所述快速卸荷阀具有第一油口和第二油口，所述快速卸荷阀的第一油口与所述连接工作油路连接，所述快速卸荷阀的第二油口与所述排油口连接，所述快速卸荷阀能够控制其第一油口与第二油口的通断。

进一步地，所述快速卸荷阀能够在其第一油口与第二油口连通时比例控制阀口的开度。

进一步地，所述液压控制系统还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器用于测量所述第一工作油路的第一压力，所述第二压力传感器用于测量所述连接工作油路的第二压力，所述快速卸荷阀进一步地，所述快速卸荷阀的一个控制端包括电磁线圈，所述液压控制系统还包括控制装置，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述快速卸荷阀的电磁线圈分别与所述控制装置连接，所述控制装置在所述第二压力大于所述第一压力时控制所述电磁线圈使所述快速卸荷阀的第一油口与第二油口断开，所述控制装置在所述第二压力小于或等于所述第一压力时控制所述电磁线圈使所述快速卸荷阀的第一油口与第二油口连通。

进一步地，所述斗杆油缸的小腔仅通过所述回油控制阀回油。

进一步地，所述第一执行元件为挖掘机的斗杆油缸，所述第一工作腔为所述斗杆油缸的大腔，所述第二工作腔为所述斗杆油缸的小腔。

进一步地，所述主阀包括第一斗杆控制阀和第二斗杆控制阀，所述压力油进油口包括第一压力油进油口和第二压力油进油口，所述第一斗杆控制阀可选择地控制所述第一工作油路和所述第二工作油路中的一个与所述第一压力油进油口连通而另一个与所述排油口连通，所述第二斗杆控制阀可选择地控制所述第一工作油路和所述第二工作油路中的一个与所述第二压力油进油口，连通而另一个与所述排油口连通。

进一步地，所述第一斗杆控制阀与所述第一压力油进油口之间的油路上不设置固阻尼孔。

进一步地，在所述斗杆油缸的大腔进油而斗杆油缸的小腔回油时，所述第二斗杆控制阀的用于与所述斗杆油缸的小腔连通的油口与所述排油口断开而通过单向阀与所述第二斗杆控制阀的用于与所述斗杆油缸的大腔连通的油口连通。

进一步地，所述主阀还包括用于为第二执行元件的第一工作腔供油和回油的第三工作油路和用于为所述第二执行元件的第二工作腔供油和回油的第四工作油路，所述主阀可选择地控制所述第三工作油路和所述第四工作油路中的一个与所述压力油进油口连通而另一个与所述排油口连通。

进一步地，所述主阀还包括用于第二执行元件的第一工作腔供油和回油的第三工作油路和用于为所述第二执行元件的第二工作腔供油和回油的第四工作油路，所述第二执行元件为所述挖掘机的动臂油缸，所述主阀还包括第一动臂控制阀和第二动臂控制阀，所述第一动臂控制阀可选择地控制所述第三工作油路和所述第四工作油路中的一个与所述第一压力油进油口连通而另一个与所述排油口连通，所述第二动臂控制阀用于控制所述第三工作油路和所述第二压力油进油口的通断。

进一步地，所述主阀与所述回油控制阀集成为一体。

本发明第二方面提供一种挖掘机，包括本发明第一方面中任一项所述的液压控制系统。

基于本发明提供的液压控制系统，包括主阀和回油控制阀，主阀包括压力油进油口、排油口以及用于第一执行元件的第一工作腔供油和回油的第一工作油路和为第一执行元件的第二工作腔供油和回油的第二工作油路，回油控制阀包括背压调节阀，背压调节阀具有节流装置、第一油口和第二油口，背压调节阀的第一油口与第二工作油路连接，背压调节阀的第二油口通过连接工作油路与第二工作腔连接，背压调节阀具有第一工作位，在背压调节阀的第一工作位其第一油口和第二油口通过节流装置连通。由于背压调节阀具有用于控制第一执行元件的第二工作腔的回油背压的节流装置，能够在需要时增加第一执行元件的第二工作腔的回油背压，可以促进第二工作腔的压力油再生。在第一执行元件为挖掘机的斗杆油缸时，可以增加斗杆油缸小腔回油背压，促进斗杆油缸小腔压力油再生，提高挖掘机功率利用率，降低油耗。在挖掘机中应用该液压控制系统，则可提高挖掘机功率利用率，降低油耗。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

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为现有技术的挖掘机的液压控制系统的主阀的原理示意图。

图2为本发明具体实施例的挖掘机的液压控制系统的主阀和回油控制阀的原理示意图。

图3为图2中所示的快速卸荷阀的电控原理示意图。

图4为图2中所示的快速卸荷阀的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

本发明提供的液压控制系统包括主阀a和回油控制阀b。主阀a包括压力油进油口、排油口T以及用于第一执行元件的第一工作腔供油和回油的第一工作油路433和为第一执行元件的第二工作腔供油和回油的第二工作油路435。主阀a可选择地控制第一工作油路433和第二工作油路435中的一个与压力油进油口连接而另一个与排油口T连接。液压控制系统还包括用于控制第二工作腔回油的回油控制阀b，回油控制阀b包括背压调节阀10，背压调节阀10具有节流装置、第一油口1001和第二油口1002，背压调节阀10的第一油口1001与第二工作油路435连接，背压调节阀10的第二油口1002通过连接工作油路434与第二工作腔连接，背压调节阀10具有第一工作位，在背压调节阀10的第一工作位其第一油口1001和第二油口1002通过节流装置连通。

由于在液压控制系统中引入背压调节阀10，背压调节阀10具有用于控制第一执行元件的第二工作腔的回油背压的节流装置，能够在需要时增加第一执行元件的第二工作腔的回油背压，可以促进第二工作腔的压力油再生。

在第一执行元件为挖掘机的斗杆油缸时，可以增加斗杆油缸小腔回油背压，促进斗杆油缸小腔压力油再生，提高挖掘机功率利用率，降低油耗。在挖掘机中应用该液压控制系统，则可提高挖掘机功率利用率，降低油耗。

另外，回油控制阀b还包括快速卸荷阀12，快速卸荷阀12例如可以为两位两通电磁阀。快速卸荷阀12具有第一油口1203和第二油口1204，快速卸荷阀12的第一油口1203与连接工作油路434连接，快速卸荷阀12的第二油口1204与排油口T连接，该快速卸荷阀12能够控制其第一油口1203与第二油口1204的通断。

第一执行元件可以为挖掘机的斗杆油缸，第一工作油路433与斗杆油缸的大腔连接，连接工作油路434与斗杆油缸的小腔连接。而主阀a可以包括第一斗杆控制阀1和第二斗杆控制阀11，压力油进油口包括第一压力油进油口P1和第二压力油进油口P2，第一斗杆控制阀1可选择地控制第一工作油路433和第二工作油路435中的一个与第一压力油进油口P1连通而另一个与排油口T连通，第二斗杆控制阀11可选择地控制第一工作油路433和第二工作油路435中的一个与第二压力油进油口P2连通而另一个与排油口T连通。

更优地，斗杆油缸的小腔仅能通过回油控制阀b回油。另外优选地，第一斗杆控制阀1与第一压力油进油口之间的油路上不设置固阻尼孔。

主阀a还可以包括用于第二执行元件的第一工作腔供油和回油的第三工作油路408和用于第二执行元件的第二工作腔供油和回油的第四工作油路409，主阀a可选择地控制第三工作油路408和第四工作油路409中的一个与压力油进油口连通而另一个与排油口T连通。更优选地，第二执行元件为挖掘机的动臂油缸，主阀a还包括第一动臂控制阀5和第二动臂控制阀7，第一动臂控制阀5可选择地控制第三工作油路408和第四工作油路409中的一个与第一压力油进油口P1连通而另一个与排油口T连通，第二动臂控制阀5用于控制第三工作油路408和第二压力油进油口的通断。

以下将结合图2至图4对本发明具体实施例的液压控制系统进行更详细地说明。在以下的说明中，该实施例的液压控制系统为控制挖掘机的斗杆和动臂的液压控制系统。本实施例中斗杆油缸是主阀a的第一工作油路和第二工作油路为其供油和回油的第一执行元件，动臂油缸是主阀a的第三工作油路和第四工作油路为其供油和回油的第二执行元件。因此，本实施例还提供了一种包括其中描述的液压控制系统的挖掘机。

当然，本发明的液压控制系统也可以是其它需要执行元件再生的液压控制系统。

如图2至图4所示，本实施例的液压控制系统包括主阀a和回油控制阀b。

主阀a包括第一斗杆控制阀1、第二斗杆控制阀11、第一动臂控制阀5、第二动臂控制阀7、第一单向阀2、第二单向阀3、第三单向阀6、第四单向阀8和第五单向阀9。

如图2所示，主阀a还包括第一压力油进油口P1、第二压力油进油口P2、排油口T以及用于为斗杆油缸的大腔供油和回油的第一工作油路433和用于为斗杆油缸的小腔供油和回油的第二工作油路435及其它油路。

回油控制阀b包括背压调节阀10和快速卸荷阀12。

本实施例中，背压调节阀10为一个液压先导控制式两位两通比例换向阀，斗杆内收先导压力为其控制压力，其节流功能可以连续调节。

如图2所示，背压调节阀10具有第一油口1001和第二油口1002，背压调节阀10的第一油口1001与第二工作油路435连接，背压调节阀10的第二油口1002与连接工作油路434连接，连接工作油路434与斗杆油缸的小腔连接。背压调节阀10具有第一工作位和第二工作位，在背压调节阀10的第一工作位其第一油口1001与第二油口1002通过比例节流口1008连通，在背压调节阀10的第二工作位其第一油口1001与第二油口1002直接连通。本实施例中，背压调节阀10的自然工作位工作状态为常开，即自然工作位为第二工作位，也是图2中的下工作位。

为了控制背压调节阀10在其第一工作位和第二工作位之间切换，背压调节阀10包括控制其在第一工作位和第二工作位切换的第一控制端和第二控制端，其中，第一控制端包括先导控制口1006，第二控制端包括第一弹簧1005。

背压调节阀10的工作原理是：斗杆内收先导压力油从油口PAa3经油路439进入背压调节阀10的先导控制口1006，使背压调节阀10工作在上工作位，此时比例节流口1008起节流作用。

回油控制阀b的快速卸荷阀12具有第一油口1203和第二油口1204，快速卸荷阀12的第一油口1203与连接工作油路434连接，快速卸荷阀12的第二油口1204与排油口T连接，快速卸荷阀12能够控制其第一油口1203与第二油口1204的通断。具体地，快速卸荷阀12为两位两通电磁阀。快速卸荷阀12具有第一工作位(图2所示的左位)和第二工作位(图2所示的右位)，在快速卸荷阀12的第一工作位其第一油口1203与第二油口1204断开，在快速卸荷阀12的第二工作位其第一油口1203与第二油口1204连通。

而且，本实施例中，快速卸荷阀12能够在其第一油口1203与第二油口1204连通时比例控制阀口开度。

以下结合图2描述本实施例的液压控制系统的主阀a、回油控制阀b中各阀、油口或油路之间的具体连接方式。

如图2所示，第一压力油进油口P1经油路417与第二单向阀3的进油口连接，第二单向阀3的出油口经油路403与第一斗杆控制阀1的油口108连接。第一压力油进油口P1经油路416与第一动臂控制阀5的油口507连接。第一压力油进油口P1经油路415与第三单向阀6的进油口连接，第三单向阀6出油口经油路414与第一动臂控制阀5的油口508连接。

第一动臂控制阀5的上升控制口505经油路412与油口PAb相连。第一动臂控制阀5的下降控制口510经油路411与油口PBb相连。第一动臂控制阀5的工作口502经油路410和第一工作油路408与油口Ab连接。油口Ab连通动臂油缸的大腔。第一动臂控制阀5的工作口501经第四工作油路409与油口Bb连接。油口Bb连通动臂油缸的小腔。第一动臂控制阀5的油口503经油路404与第一斗杆控制阀1的油口107连接。第一动臂控制阀5的油口504经油路405与第一斗杆控制阀1的油口106连接。第一动臂控制阀5的油口509经油路413与排油口T连接。

第一单向阀2的进油口经油路404与第一斗杆控制阀1的油口107连接，第一单向阀2的出油口经油路407与第二单向阀3的出油口连接。第一斗杆控制阀1的外摆控制口105经油路402与油口PBa2连接。第一斗杆控制阀1的内收控制口110经油路401与油口PAa2连接。第一斗杆控制阀1的工作口101经第一工作油路433与油口Aa连接。油口Aa连通斗杆油缸的大腔。第一斗杆控制阀1的油口109经油路406和油路418与排油口T连接。

第一斗杆控制阀1的工作口102经第二工作油路435与背压调节阀10的第一油口1001连接。背压调节阀10的第二油口1002经连接工作油路434与油口Ba连接。油口Ba连通斗杆油缸的小腔。背压调节阀10的先导控制口1006经油路439与油口PAa3相连。背压控制阀的先导控制口1006通油时，可以控制背压调节阀10处于第一工作位即图2所示的上工作位，使第一油口1001和第二油口1002之间通过比例节流口1008连通。背压调节阀10的第二工作位即图3所示的下工作位则由第一弹簧1005控制。背压调节阀10处于第二工作位时，背压调节阀10的第一油口1001和第二油口1002直接连通。背压调节阀10处于第一工作位还是第二工作位，其第一油口1001和第二油口1002均可双向通流。

背压调节阀10的先导压力和复位弹簧之间的控制特性，即先导压力调节特性，可以根据不同的挖掘机机型进行设定，增加了背压调节阀10的通用性。背压调节阀10的复位弹簧可以进行二次调节，可以按需调节弹簧预压缩量来设定负载均衡的起调压力。

第二压力油进油口P2经油路422与第二动臂控制阀7的油口706连接。第二压力油进油口P2经油路420与油口705连接。第二压力油进油口P2经油路419与第五单向阀9进油口连接。第五单向阀9出油口经油路428与油口1109连接。第二动臂控制阀7的油口707经油路421与油口506连接。第二动臂控制阀7的先导控制口704经油路423与油口PAb2连接。第二动臂控制阀7的油口703经油路424与第四单向阀8的进油口连接，第四单向阀8的出油口经第一工作油路408与油口Ab连接。第二动臂控制阀7的油口702经油路426与第二斗杆控制阀11的油口1110连接。第二动臂控制阀7的油口701经油路425与油口1111连接。

第二斗杆控制阀11的外摆先导控制口1113经油路429与油口PBa连接。第二斗杆控制阀11的内收先导控制口1105经油路430与油口PAa连接。第二斗杆控制阀11的油口1104经油路437和433与油口Aa连接。第二斗杆控制阀11的油口1107经油路427与排油口T连接。

第二斗杆控制阀11的油口1103经油路436与连接工作油路434连接后再与快速卸荷阀12的第一油口1203连接。快速卸荷阀12的第二油口1204经油路438排油口T连接。即快速卸荷阀12串接于背压调节阀10的第二油口1002至连通斗杆油缸的小腔油口Ba之间的连接工作油路434的一个旁通油路上。本实施例中，快速卸荷阀12为电控两位两通比例换向阀，其第一油口1203为进油口，连通斗杆油缸的小腔，第二油口1204为出油口，直接连通主阀a的回油路和排油口T。快速卸荷阀12的自然工作位工作状态为常关。

如图2所示，本实施例中，液压控制系统还包括第一压力传感器14和第二压力传感器13。其中第一压力传感器14用于测量第一工作油路433的第一压力，第一压力传感器14安装在油口Aa处，本实施例中第一压力即斗杆油缸大腔的压力PAa。第二压力传感器13用于测量连接工作油路434的第二压力，第二压力传感器13安装在油口Ba处。本实施例中，第二压力即斗杆油缸小腔的压力PBa。

本实施例中，快速卸荷阀12根据第一压力和第二压力控制其第一油口1203和第二油口1204的通断。

具体地，快速卸荷阀12具有第一控制端和第二控制端。快速卸荷阀12的第一控制端设置有第二弹簧1202。快速卸荷阀12的第二控制端设置有电磁线圈1201，根据电磁线圈1201是否通电控制快速卸荷阀12进行断开或打开操作。如图2所示，快速卸荷阀12处于左工作位时其第一油口1203和第二油口1204断开，快速卸荷阀12关闭，快速卸荷阀12处于右工作位时其第一油口1203和第二油口1204连通，快速卸荷阀12打开。在快速卸荷阀12打开时可以根据对电磁线圈1201施加的能量的强弱控制快速卸荷阀12的打开程度。

优选地，如图3和图4所示，液压控制系统还包括控制装置，第一压力传感器14、第二压力传感器13和快速卸荷阀12的电磁线圈1201分别与控制装置连接，控制装置在第二压力大于第一压力时控制电磁线圈1201动作使快速卸荷阀12的第一油口1203与第二油口1204断开，快速卸荷阀12关闭，控制装置在第二压力小于或等于第一压力时控制电磁线圈1201动作使快速卸荷阀12的第一油口1203与第二油口1204连通，快速卸荷阀12打开。

本实施例中，控制装置为挖掘机控制器，即挖掘机ECU。快速卸荷阀12的控制信号来自于挖掘机ECU。

本实施例的快速卸荷阀12的控制原理是：第一压力传感器14实时检测第一压力即斗杆油缸大腔的压力PAa，并传输给挖掘机ECU；压力传感器13实时检测第二压力即斗杆油缸小腔的压力PBa，并传输给挖掘机ECU。挖掘机ECU对压力PBa和压力PAa大小进行逻辑判断，根据判断结果向电磁线圈1201发送相应的PWM信号，从而控制快速卸荷阀12的开启与闭合。具体控制方案如下：

1、若PBa>PAa，控制器ECU不输出PWM信号，电磁线圈1201不起作用，快速卸荷阀12在弹簧1202的作用下处于左工作位，快速卸荷阀12关闭；

2、若PBa≤PAa，控制器ECU输出PWM信号，电磁线圈1201起作用，快速卸荷阀12在电磁力的作用下处于右工作位，快速卸荷阀12打开。

快速卸荷阀12的开度由斗杆油缸大腔压力和斗杆油缸小腔压力联合控制，使其能够适应不同的工况；并且快速卸荷阀12开度比例变化，使斗杆回油背压变化平稳。

本实施例中，背压调节阀10和快速卸荷阀12相互关联，共同形成挖掘机的斗杆回油回路的回油控制阀b，与挖掘机的主阀a集成为一体。

图2中的PX油口为一个先导油口，其压力油来自先导泵；与PX相连的油路为逻辑控制油路，用以控制挖掘机的直线行走阀使挖掘机直线行走。

以下将分工况对本实施例的液压控制系统的工作原理进行详细描述。

一、挖掘机平地作业工况

挖掘机平地作业工况时进行的复合动作包括：斗杆内收和动臂上升；斗杆外摆和动臂下降。

1、对于执行复合动作斗杆内收和动臂上升，本发明的实施方案是：

斗杆内收先导压力油分别从油口PAa经油路430进入第二斗杆控制阀11的内收先导控制口1105、从油口PAa2经油路401进入第一斗杆控制阀1的内收先导控制口110、从油口PAa3经油路439进入背压调节阀10的先导控制口1006，使第二斗杆控制阀11处于左工作位，第一斗杆控制阀1处于右工作位，背压调节阀10处于第一工作位即图2的上工作位，实现斗杆内收和比例节流口1008起节流作用。同时动臂上升先导压力油分别从油口PAb经油路412进入第一动臂控制阀5的上升先导控制口505、从油口PAb2经油路423进入第二动臂控制阀7的先导控制口704，实现动臂上升。斗杆内收时，从油口Aa向斗杆油缸大腔供油，斗杆油缸小腔压力油从油口Ba经油路434回油。

如图2所示，第二斗杆控制阀11处于左工作位时，其油口1104和油口1109连通，而油口1103和油口1108连通，但油口1108截止。因此，从第二压力油进油口P2来的压力油通过第二斗杆控制阀11进入斗杆油缸的大腔，而斗杆油缸小腔的排油则无法通过1108排出。

斗杆内收时，由于重力的作用，压力PBa>PAa，快速卸荷阀12不起作用。如前所述，斗杆小腔压力油经过快速卸荷阀12的右工作位回油到排油口T的前提是PBa≤PAa，使快速卸荷阀12工作在右位。但是在平地作业斗杆内收时，由于PBa﹥PAa，快速卸荷阀12工作在左位，也就是快速卸荷阀12关闭，斗杆油缸小腔就不能经过快速卸荷阀12与排油口T连通，只能通过背压调节阀10回油。

在第一斗杆控制阀1处于右工作位置时，其油口101与油口108连通而油口102与油口109连通，因此，第一压力油进油口P1的压力油可以通过第一斗杆控制阀1进入斗杆油缸的大腔，斗杆油缸的小腔的回油则可以通过背压调节阀10、油口102和油口109排出。同时，背压调节阀10在斗杆内收先导压力的作用下，比例节流口1008起节流作用，为斗杆内收回油提供一个回油背压，间接的增大斗杆的内收负载。并随着斗杆内收先导压力的提高而成比例减小节流口1008开度，逐渐增大斗杆内收回油背压，从而均衡斗杆与动臂的负载偏差。

并且如图2所示，在第二斗杆控制阀11处于左工作位时，在油口1103与油口1104之间通过一单向阀1120连通，该单向阀1120的进油口与油口1103连接，出油口与油口1104连接，因此，在平地作业斗杆内收时，由于第二斗杆控制阀11处于左工作位且斗杆油缸的小腔压力PBa大于大腔压力PAa，斗杆油缸小腔的回油将通过油口1103、单向阀1120和油口1104流向斗杆油缸的大腔，从而实现再生。

根据以上描述可知，斗杆内收时回油不通过第二斗杆控制阀11和快速卸荷阀12回油，而是通过第一斗杆控制阀1回油，且在背压调节阀10的调节作用下，增大了斗杆油缸小腔回油压力，更有利于促进再生。

背压调节阀10可以通过斗杆内收先导连续调节斗杆的内收负载压力，解决了固定阻尼3不能连续调节，需要拆卸更换的问题，有效地提高了作业效率，降低了调试强度。

在平地作业工况下，斗杆内收和动臂上升时，通过背压调节阀10可以同时对第一斗杆控制阀1和第二斗杆控制阀11进口负载压力进行调节，从而实现平地作业时动臂和斗杆负载压力的均衡。在斗杆内收时，如图2所示，先导油口PAa2进油，第一斗杆控制阀1右位工作，斗杆油缸小腔的压力油经过油路434、背压调节阀10、油路435回油。同时，先导油口PAa进油，第二斗杆控制阀11左位工作，斗杆油缸的小腔压力油也经油路434、背压调节阀10、油路435回油。因此，背压调节阀10可以调节斗杆小腔的回油背压，进而通过单向阀1120调节斗杆油缸的大腔的压力，即控制了第一斗杆控制阀1和第二斗杆控制阀11的进口负载压力。

2、对于斗杆外摆和动臂下降，本发明的实施方案是：

斗杆外摆先导压力油分别从油口PBa经油路429进入第二斗杆控制阀11的外摆先导控制口1113、从油口PBa2经油路402进入第一斗杆控制阀1的外摆先导控制口105，使第二斗杆控制阀11处于右工作位，第一斗杆控制阀1处于左工作位，实现斗杆外摆。

同时动臂下降先导压力油从油口PBb经油路411进入第一动臂控制阀5的下降先导控制口510，实现动臂下降。

斗杆外摆和动臂下降时不存在负载不均衡的问题。背压调节阀10在复位弹簧1005作用下处于第二工作位，即图2所示的下工作位，不具有节流作用。

可见，通过在斗杆回路油路中接入背压调节阀10，既可以实现斗杆内收，还可以实现斗杆外摆。

二、挖掘机连续挖掘作业

挖掘机连续挖掘是周期性重复作业，挖掘机挖掘主要靠斗杆内收和铲斗内收复合动作实现对土方的切削、装斗，挖掘完成后进行动臂提升、回转装车。在挖掘时，由于土方阻力的作用，铲斗和斗杆不存在负载压力不均衡的问题。此时，如果在图2所示的液压控制系统中，仍如图1所示的现有技术那样在回路中设置固定阻尼孔3’就失去了均衡负载的作用，而且，主泵仍旧要通过固定阻尼孔3’向斗杆供油，还会增加不必要的节流损失，增加系统散热，并降低工作效率。因此，本实施例相对于现有技术而言，取消了固定阻尼孔可以克服同固定阻尼孔带来的不足。

对于连续挖掘工况，本发明的实施方案是：斗杆内收先导压力油分别从油口PAa经油路430进入第二斗杆控制阀11的内收先导控制口1105、从油口PAa2经油路401进入第一斗杆控制阀1的内收先导控制口110、从油口PAa3经油路439进入背压调节阀10的的先导控制口1006，使第二斗杆控制阀11处于左工作位，第一斗杆控制阀1处于右工作位，背压调节阀10处于上工作位，实现斗杆内收和比例节流口1008起节流作用。

在进行斗杆内收挖掘时，由于土方阻力和背压调节阀10的双重作用，斗杆油缸大腔的压力PAa大于斗杆油缸小腔的压力PBa，即PBa≤PAa时，此时快速卸荷阀12在挖掘机ECU的作用下，换向到右工作位，使斗杆油缸小腔和主阀a回油路及排油口T直接接通，实现背压卸荷，把回油背压降至最低，此时，背压调节阀10不能调节斗杆油缸小腔的背压。

本实施例的液压控制系统在对液压挖掘机斗杆回油进行控制时，能够适应不同工况，具有连续调节斗杆回油背压以及实现挖掘作业时斗杆内收回油背压快速卸荷的功能。其中，斗杆油缸的小腔通过背压控制阀10回油或者通过快速卸荷阀12回油，从而本实施例中斗杆油缸的小腔仅能通过回油控制阀b回油。

根据以上描述可知，本发明以上实施例的液压控制系统尤其适用于对挖掘机的斗杆进行控制。该液压控制系统解决了挖掘机斗杆再生、斗杆回油背压快速卸荷以及斗杆、动臂回路负载压力不一致的问题。并且，该液压控制系统精简了主阀结构、增加液压元件的通用性，能够适应多种工况、具有连续调节功能以保证挖掘机动作的协调性和降低挖掘机油耗，实现高效节能。该液压控制系统及挖掘机具有的优点如下：

1、通过引入背压调节阀10，挖掘机工作过程中，根据不同工况，对斗杆回油回路的背压进行调节，需要时可以增加斗杆油缸小腔回油背压，促进斗杆油缸小腔压力油再生，提高挖掘机功率利用率，减少不必要的功率损失，降低油耗。

2、通过引入背压调节阀10，可以解决挖掘机平地作业工况时斗杆和动臂负载压力不一致的问题，保证了挖掘机动作的协调性。

3、通过对背压调节阀10更换不同弹性刚度的第一弹簧1005，可以得到多种先导压力和背压调节阀10节流作用之间的关系，即背压调节阀10的调节特性，提高背压调节阀10的通用性，并且更换便捷。

4、通过引入背压调节阀10，可以调节弹簧预压缩量来设定背压调节阀10的起调点，增加了回油控制的便捷性和灵活性。

5、通过引入背压调节阀10，可以不设置固定阻尼孔，避免固定阻尼孔对油路的节流作用，减小不必要的功率损失，提高了液压系统工作效率并降低整机油耗。

6、通过引入快速卸荷阀12，可以降低挖掘机挖掘时的回油背压，提高挖掘机挖掘力，降低功率消耗。

7、通过引入快速卸荷阀12，挖掘机挖掘作业时，可以控制斗杆油缸小腔直接接通油箱，增加斗杆内收回油速度，使斗杆油缸小腔回油压力快速卸荷，降低斗杆回油背压，提高挖掘机的工作效率。8、通过对快速卸荷阀12采用电控方式，可以根据挖掘机斗杆油缸大腔压力和小腔压力的大小，实时调节斗杆回油背压。

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 (18)

1.一种液压控制系统，包括主阀(a)，所述主阀(a)包括压力油进油口、排油口(T)以及用于为第一执行元件的第一工作腔供油和回油的第一工作油路(433)和为所述第一执行元件的第二工作腔供油和回油的第二工作油路(435)，所述主阀(a)可选择地控制所述第一工作油路(433)和所述第二工作油路(435)中的一个与所述压力油进油口连接而另一个与所述排油口(T)连接，其特征在于，所述液压控制系统还包括用于控制所述第二工作腔回油的回油控制阀(b)，所述回油控制阀(b)包括背压调节阀(10)，所述背压调节阀(10)具有节流装置、第一油口(1001)和第二油口(1002)，所述背压调节阀(10)的第一油口(1001)与所述第二工作油路(435)连接，所述背压调节阀(10)的第二油口(1002)通过连接工作油路(434)与所述第二工作腔连接，所述背压调节阀(10)具有第一工作位，在所述背压调节阀(10)的第一工作位其第一油口(1001)和第二油口(1002)通过所述节流装置连通。

2.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述节流装置的开度可连续调节。

3.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述节流装置为比例节流口(1008)。

4.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述背压调节阀(10)还具有第二工作位，在所述背压调节阀(10)的第二工作位其第一油口(1001)与第二油口(1002)直接连通。

5.根据权利要求4所述的液压控制系统，其特征在于，所述背压调节阀(10)包括控制其在第一工作位和第二工作位切换的第一控制端和第二控制端，其中，所述背压调节阀(10)的第一控制端包括先导控制口(1006)，所述背压调节阀(10)的所述第二控制端包括第一弹簧(1005)。

6.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述回油控制阀(b)还包括快速卸荷阀(12)，所述快速卸荷阀(12)具有第一油口(1203)和第二油口(1204)，所述快速卸荷阀(12)的第一油口(1203)与所述连接工作油路(434)连接，所述快速卸荷阀(12)的第二油口(1204)与所述排油口(T)连接，所述快速卸荷阀(12)能够控制其第一油口(1203)与第二油口(1204)的通断。

7.根据权利要求6所述的液压控制系统，其特征在于，所述快速卸荷阀(12)能够在其第一油口(1203)与第二油口(1204)连通时比例控制阀口的开度。

8.根据权利要求6所述的液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统还包括第一压力传感器(14)和第二压力传感器(13)，所述第一压力传感器(14)用于测量所述第一工作油路(433)的第一压力，所述第二压力传感器用于测量所述连接工作油路(434)的第二压力，所述快速卸荷阀(12)根据所述第一压力和所述第二压力控制其第一油口(1203)和第二油口(1204)的通断。

9.根据权利要求8所述的液压控制系统，其特征在于，所述快速卸荷阀(12)的一个控制端包括电磁线圈(1201)，所述液压控制系统还包括控制装置，所述第一压力传感器(14)、所述第二压力传感器(13)和所述快速卸荷阀(12)的电磁线圈(1201)分别与所述控制装置连接，所述控制装置在所述第二压力大于所述第一压力时控制所述电磁线圈(1201)使所述快速卸荷阀(12)的第一油口(1203)与第二油口(1204)断开，所述控制装置在所述第二压力小于或等于所述第一压力时控制所述电磁线圈(1201)使所述快速卸荷阀(12)的第一油口(1203)与第二油口(1204)连通。

10.根据权利要求6所述的液压控制系统，其特征在于，所述第一执行元件的第二工作腔仅通过所述回油控制阀(b)回油。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的液压控制系统，其特征在于，所述第一执行元件为挖掘机的斗杆油缸，所述第一工作腔为所述斗杆油缸的大腔，所述第二工作腔为所述斗杆油缸的小腔。

12.根据权利要求11所述的液压控制系统，其特征在于，所述主阀(a)包括第一斗杆控制阀(1)和第二斗杆控制阀(11)，所述压力油进油口包括第一压力油进油口(P1)和第二压力油进油口(P2)，所述第一斗杆控制阀(1)可选择地控制所述第一工作油路(433)和所述第二工作油路(435)中的一个与所述第一压力油进油口(P1)连通而另一个与所述排油口(T)连通，所述第二斗杆控制阀(11)可选择地控制所述第一工作油路(433)和所述第二工作油路(435)中的一个与所述第二压力油进油口(P2)，连通而另一个与所述排油口(T)连通。

13.根据权利要求12所述的液压控制系统，其特征在于，所述第一斗杆控制阀(1)与所述第一压力油进油口(P1)之间的油路上不设置固阻尼孔。

14.根据权利要求12所述的液压控制系统，其特征在于，在所述斗杆油缸的大腔进油而斗杆油缸的小腔回油时，所述第二斗杆控制阀(11)的用于与所述斗杆油缸的小腔连通的油口(1103)与所述排油口断开而通过单向阀(1120)与所述第二斗杆控制阀(11)的用于与所述斗杆油缸的大腔连通的油口(1104)连通。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的液压控制系统，其特征在于，所述主阀(a)还包括用于为第二执行元件的第一工作腔供油和回油的第三工作油路(408)和用于为所述第二执行元件的第二工作腔供油和回油的第四工作油路(409)，所述主阀(a)可选择地控制所述第三工作油路(408)和所述第四工作油路(409)中的一个与所述压力油进油口连通而另一个与所述排油口(T)连通。

16.根据权利要求12所述的液压控制系统，其特征在于，所述主阀(a)还包括用于第二执行元件的第一工作腔供油和回油的第三工作油路(408)和用于为所述第二执行元件的第二工作腔供油和回油的第四工作油路(409)，所述第二执行元件为所述挖掘机的动臂油缸，所述主阀(a)还包括第一动臂控制阀(5)和第二动臂控制阀(7)，所述第一动臂控制阀(5)可选择地控制所述第三工作油路(408)和所述第四工作油路(409)中的一个与所述第一压力油进油口(P1)连通而另一个与所述排油口(T)连通，所述第二动臂控制阀(5)用于控制所述第三工作油路(408)和所述第二压力油进油口(P2)的通断。

17.根据权利要求1至10中任一项所述的液压控制系统，其特征在于，所述主阀(a)与所述回油控制阀(b)集成为一体。

18.一种挖掘机，其特征在于，包括根据权利要求1至17中任一项所述的液压控制系统。