CN107061430B

CN107061430B - 负流量液压回路控制的举升系统

Info

Publication number: CN107061430B
Application number: CN201710229357.0A
Authority: CN
Inventors: 权龙�; 李玙璠; 杨敬; 孟宏君
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2018-08-10
Anticipated expiration: 2037-04-10
Also published as: CN107061430A

Abstract

一种负流量液压回路控制的举升系统，所述举升系统的液压缸是三腔液压缸，并增设有液压蓄能器、安全阀、截止阀及压力指示器；所述液压蓄能器是连通有截止阀；所述截止阀是连通有所述三腔液压缸的第一工作腔A的一路；所述安全阀及压力指示器是连通有三腔液压缸的第一工作腔A的另一路。本发明最大限度地减少了功率的损失和系统发热，改善了动臂液压缸工作的平稳性，而且结构紧凑，集成度高，工作耗能低，适用于挖掘机、装载机和伸缩臂叉车。

Description

负流量液压回路控制的举升系统

技术领域

本发明涉及一种负流量控制的工程机械液压系统，特别是一种采用三腔液压缸控制动臂举升的液压系统。

背景技术

在工程作业装备中，广泛采用多路阀控制液压缸的动作，在控制挖掘机动臂等频繁举升的过程中，通常由于工作装置自身重量较大，液压缸驱动其上升时，液压系统需要克服其重力做功，工作装置下降时，工作装置的势能经控制阀节流口转换为热能消耗掉，不仅浪费能源，且会使液压系统油温升高，增加系统故障概率，影响液压系统的使用寿命，若能将此类装置具有的势能回收利用，会有可观的节能效果，且能延长液压系统的寿命。

公开号为CN 105545884A公开了“一种液压挖掘机用能量回收系统”，在液压挖掘机动臂原有双液压缸驱动的基础上，增设气液储能缸来回收利用动臂下放的重力势能，但该方法需要在原有双液压缸的基础上增加第三液压缸，对原有机械装置结构改动较大，三个液压缸并排布置，实现起来比较困难，特别不适用于现有单个液压缸驱动的小型机器，影响推广应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、设置方便、响应速度快、作业效率高的负流量液压回路控制的举升系统。

本发明采取如下技术措施予以实现。

一种负流量液压回路控制的举升系统，包括主液压泵、先导液压泵、动力源、先导减压阀、溢流阀、流量检测液阻、第一多路换向阀、第二多路换向阀、主泵控制阀、三腔液压缸及变量活塞；其特征在于：

所述举升系统的液压缸是三腔液压缸，并增设有液压蓄能器、安全阀、截止阀及压力指示器；

所述液压蓄能器是与截止阀的油口连通；所述截止阀的另一油口所述三腔液压缸的第一工作腔A连通，或者与所述三腔液压缸的第三工作腔C连通；

所述安全阀和压力指示器是与所述三腔液压缸的第一工作腔A连通；或者与所述三腔液压缸的第三工作腔C连通；

所述液压蓄能器和三腔液压缸的第一工作腔A连通，或者与所述三腔液压缸的第三工作腔C连通；

所述举升系统的控制方法是控制手柄控制两个先导减压阀的出口油压力，该压力控制第一多路换向阀的阀芯移动；当第一多路换向阀的阀芯处于中位时，中央油路连通，检测液阻入口处的压力使得主泵控制阀的阀芯移动，使得变量活塞移动，带动主液压泵的斜盘倾角转向最小位置，三腔液压缸不工作；当第一多路换向阀的阀芯移动使得第一多路换向阀的第一多路换向阀进油口P与第一多路换向阀第二工作油口L连通、第一多路换向阀第一工作油口H与第一多路换向阀回油口T连通时，此时三腔液压缸第一工作腔A接高压油，三腔液压缸第二工作腔B接油箱，三腔液压缸第三工作腔C连接的液压蓄能器和高压油共同提供压力使空心活塞杆外伸，带动举升机构工作；当手柄控制第一多路换向阀的进油口P与第一多路换向阀第一工作油口H连通、第一多路换向阀第二工作油口L与第一多路换向阀回油口T连通时，此时三腔液压缸的第二工作腔B接高压油，三腔液压缸第一工作腔A接油箱，此时空心活塞杆缩回，举升机构的重力势能转化为液压能储存在液压蓄能器中；正常工作时，主液压泵排出的液压油通过第一多路换向阀一部分流向三腔液压缸，一部分经过中央油路和流量检测液阻后回油；当去往三腔液压缸的油液减少，经中央油路回油增多，流量检测液阻的入口压力升高，此压力控制主泵控制阀，使阀芯移动，主泵控制阀处于左位，压力油使变量活塞左移，从而推动主液压泵的斜盘倾角向减小的方向移动，使泵的排量减小；反之，当去往三腔液压缸的油液增多，而经过中央油路的油液减少，较低的压力控制主泵控制阀，使主泵控制阀处于右位，由于变量活塞）左右两端横截面积大小不同，均接有高压油，从而变量活塞右移，推动主液压泵斜盘倾角向增大的方向移动，使主液压泵的排量增大。

在上述技术方案中，所述三腔液压缸是一个，或者是两个；所述液压蓄能器是单个液压蓄能器，或是两个或两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组；所述举升系统适用于挖掘机、装载机或者是伸缩臂叉车。

一种负流量液压回路控制的举升系统的控制方法是控制手柄控制两个先导减压阀的出口油压力，该压力控制第一多路换向阀的阀芯移动；当第一多路换向阀的阀芯处于中位时，中央油路连通，检测液阻入口处的压力使得主液压泵的阀芯移动，使得变量活塞移动，带动主液压泵的斜盘倾角转向最小位置，三腔液压缸不工作；当第一多路换向阀的阀芯移动使得第一多路换向阀的第一多路换向阀进油口P与第一多路换向阀第二工作油口L连通、第一多路换向阀第一工作油口H与第一多路换向阀回油口T连通时，此时三腔液压缸第一工作腔A接高压油，三腔液压缸第二工作腔B接油箱，三腔液压缸第三工作腔C连接的液压蓄能器和高压油共同提供压力使空心活塞杆外伸，带动举升机构工作；当手柄控制第一多路换向阀的进油口P与第一多路换向阀第一工作油口H连通、第一多路换向阀第二工作油口L与第一多路换向阀回油口T连通时，此时三腔液压缸的第二工作腔B接高压油，三腔液压缸第一工作腔A接油箱，此时空心活塞杆缩回，举升机构的重力势能转化为液压能储存在液压蓄能器中；正常工作时，主液压泵排出的液压油通过第一多路换向阀一部分流向三腔液压缸，一部分经过中央油路和流量检测液阻后回油；当去往三腔液压缸的油液减少，经中央油路回油增多，流量检测液阻的入口压力升高，此压力控制主泵控制阀，使阀芯移动，主泵控制阀处于左位，压力油使变量活塞左移，从而推动主液压泵的斜盘倾角向减小的方向移动，使泵的排量减小；反之，当去往三腔液压缸的油液增多，而经过中央油路的油液减少，较低的压力控制主泵控制阀，使主泵控制阀处于右位，由于变量活塞左右两端横截面积大小不同，均接有高压油，从而变量活塞右移，推动主液压泵斜盘倾角向增大的方向移动，使主液压泵的排量增大。

实现上述本发明所提供的一种负流量液压回路控制的举升系统，与现有技术相比，本发明的优点与积极效果在于本举升系统有效地回收了重复举升装置的重力势能，并在举升机构的上升过程中直接利用存储的能量，节省了能源，减少了系统发热；采用本系统，在重复举升时，液压缸所需流量减少，减少了举升系统上升过程中的油液消耗，进而减少节流损失；采用三腔液压缸驱动举升机构，由于增加了一个起阻尼作用的蓄能器，提高了系统运行的平稳性，减小了液压缸的速度波动，延长了液压元件的使用寿命；相对于现有举升系统，本发明无需改变机器原有的机械结构，结构紧凑，集成度高，适应性广，可用于双缸驱动的中型以上的机型，也可用于单缸驱动的小型机器，例如挖掘机、装载机以及起重机等工程设备。

附图说明

图1是本系统液压挖掘机的结构示意图。

图2是本系统负流量控制的双三腔液压缸液压系统结构原理图。

图3是本系统负流量控制的单个三腔液压缸液压系统结构原理图。

图4是本系统负流量控制的单个三腔液压缸第二种连接方式液压系统的原理图。

图中：1、下车；2、上车；3、动臂；4、斗杆；5、铲斗；6、动臂液压缸；7、斗杆液压缸；8、铲斗液压缸；9、油箱；10、主液压泵；11、动力源；12、第一多路换向阀；13、液压蓄能器；14、溢流阀；15、流量检测液阻；16、先导液压泵；17、第一安全阀；18、变量活塞；19、主泵控制阀；20、第二多路换向阀； 21、控制手柄；22、先导减压阀；23、截止阀；24、压力指示器；25、第二安全阀。

H、第一多路换向阀第一工作油口；L、第一多路换向阀第二工作油口； P、第一多路换向阀进油口； T、第一多路换向阀回油口； A、三腔液压缸第一工作腔；B、三腔液压缸第二工作腔；C、三腔液压缸第三工作腔。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施一种负流量液压回路控制的举升系统，以22t挖掘机为例：如附图 1-附图4所示，基本结构主要包括主液压泵10，先导液压泵16、动力源11、先导减压阀22、溢流阀14、流量检测液阻15、第一多路换向阀12、第二多路换向阀20、主泵控制阀19及变量活塞18。

主液压泵10选用排量为100ml/r、额定压力为35MPa的轴向柱塞泵；第一多路换向阀12和第二多路换向阀20选用25通径的中位开式多路换向阀；液压蓄能器13选用20L。

动力源11、主液压泵10与先导液压泵16同轴相联，主液压泵10的进油口与油箱9连通，出油口一路同时连接第一多路换向阀12和第二多路换向阀20的入口P，一路分别流经第一多路换向阀12和第二多路换向阀20的中位接到流量检测液阻15和溢流阀14的入口处；流量检测液阻15入口处的液压力连接到主泵控制阀19；先导液压泵16的进油口与油箱9连通，出油口的一路连接到两个先导减压阀22的进油口E，另一路连接主泵控制阀19和变量活塞18的有杆端；主泵控制阀19的出口与变量活塞18的另一端连接。

其结构特征是本举升系统中所控制的液压缸采用三腔液压缸，且还增设有液压蓄能器13、截止阀23、安全阀17、安全阀25、压力指示器24。

三腔液压缸活塞直径选用150mm、固定柱塞直径选用125mm、中空柱塞杆外径选用80mm。

其中，第一多路换向阀12的第一工作油口H与三腔液压缸的第二工作腔B连通，第一多路换向阀12的第二工作油口L与三腔液压缸的第三工作腔C连通，三腔液压缸的第一工作腔A一路连接截止阀23，一路连接压力指示器24和安全阀25，截止阀23与液压蓄能器13连接。

在上述具体实施方案中，本举升系统中的三腔液压缸可以设置一个，根据具体情况，也可以设置多个。

在上述具体实施方案中，本举升系统中的液压蓄能器13与三腔液压缸的第一工作腔A连通，根据结构要求，也可以与三腔液压缸的第三工作腔C连通。

在上述具体实施方案中，本举升系统中的液压蓄能器13是单个液压蓄能器，根据设计要求，也可以是两个或两个以上的液压蓄能器组成的液压蓄能器组。

本发明上述具体实施的一种负流量液压回路控制的举升系统，适用于挖掘机、装载机、起重机以及其它工程机械的设备液压结构系统中。

本发明上述具体实施的一种负流量液压回路控制的举升系统，其该举升系统的控制方法如下：

手柄控制两个先导减压阀22的出口油压力，该压力控制第一多路换向阀12的阀芯移动。当第一多路换向阀12的阀芯移至中位时，中央油路连通，流量检测液阻15入口处的压力使得主泵控制阀19的阀芯移动，使得变量活塞18移动，带动主液压泵10的斜盘倾角转向最小位置，三腔液压缸不工作；当第一多路换向阀12阀芯移动使得第一多路换向阀12的进油口P与第二工作油口L连通、第一工作油口H与回油口T连通时，此时三腔液压缸的第一工作腔A接高压油，第二工作腔B接油箱，第三工作腔C连接的液压蓄能器13和高压油共同提供压力使空心活塞杆外伸，带动举升机构工作；当手柄控制第一换向阀的进油口P与第一工作油口H连通、第二工作油口L与回油口T连通时，此时三腔液压缸的第二工作腔B接高压油，第一工作腔A接油箱，此时空心活塞杆缩回，举升机构的重力势能转化为液压能储存在液压蓄能器13中。正常工作时，主液压泵10排出的液压油通过第一多路换向阀12一部分流向三腔液压缸，一部分经过中央油路、流量检测液阻15后回油；当去往三腔液压缸的油液减少，经中央油路回油增多，流量检测液阻15的入口压力升高，此压力控制主泵控制阀19，使阀芯移动，主泵控制阀19处于左位，压力油使变量活塞左移，从而推动主液压泵10的斜盘倾角向减小的方向移动，使泵的排量减小；反之，当去往三腔液压缸的油液增多，而经过中央油路的油液减少，较低的压力控制主泵控制阀19，使主泵控制阀19处于右位，由于变量活塞18左右两端横截面积大小不同，均接有高压油，从而变量活塞18右移，推动主液压泵10的斜盘倾角向增大的方向移动，使主液压泵10的排量增大。

下面结合附图通过具体实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的说明如下：

具体实施例1

如附图 2所示，三腔液压缸共有三个腔室，其中第二工作腔B 、第三工作腔C接入第一多路换向阀12的第一工作油口H、第二工作油口L，用于控制动臂液压缸6的伸出与缩回。第一工作腔A连接液压蓄能器13。

动力源11通过轴带动主液压泵10和先导液压泵16，主液压泵10的进油口与油箱9连通，出油口同时与第二多路换向阀20和第一多路换向阀12的第一工作油口P及第二多路换向阀20中央油道连通；第二多路换向阀20的中央油道出口与第一多路换向阀中央油道进口连通，第一多路换向阀中央油道出口连接流量检测液阻15和溢流阀14的入口。第一多路换向阀12的回油口T接油箱，第一工作油口H接动臂液压缸6的第二工作腔B，第一多路换向阀的第二工作油口L与动臂液压缸6的第三工作腔C连通；动臂液压缸的第一工作腔A连接截止阀，截止阀另一端与液压蓄能器13连通，流量监测液阻15的入口压力用来控制主泵控制阀19。先导液压泵16的一个油口与油箱连接，另一油口与先导减压阀22的进油口、第一安全阀17、主泵控制阀19连接，主泵控制阀和变量活塞18左端连通；变量活塞18与主液压泵10的斜盘相连，用变量活塞18的移动来调节主液压泵10的排量；控制手柄21与先导减压阀22的比例电磁铁连接，先导减压阀22的出油口与第一多路换向阀12的电磁铁连接。

上述具体实施方式的工作原理如下。

控制手柄21可以控制先导减压阀22的比例电磁铁，从而分别改变两个先导减压阀的出油口压力，通过两个出油口压力的相互作用来控制第一多路换向阀12的阀芯移动；当控制手柄21控制先导减压阀22的出油口压力使第一多路换向阀12处于中位时，中央油路连通，检测液阻入口处的压力使得主泵控制阀阀芯移动，使得变量活塞移动，带动主泵斜盘倾角转向最小位置，三腔液压缸不工作；当控制手柄21控制先导减压阀22的出油口压力，使第一多路换向阀12的进油口P与第二工作油口L连通、第一工作油口H与回油口T连通时，此时三腔液压缸第三工作腔C接高压油，第二工作腔B接油箱，第一工作腔A连接的液压蓄能器13和高压油共同提供压力使空心柱塞杆外伸，带动举升机构工作；当控制手柄21控制先导减压阀22的出油口压力，使第一多路换向阀12的进油口P与第一工作油口H连通、第二工作油口L与回油口T连通时，此时三腔液压缸第二工作腔B接高压油，第三工作腔C接油箱，此时空心柱塞杆缩回，举升机构的重力势能转化为液压能储存在液压蓄能器中。正常工作时，主液压泵排出的液压油通过第一多路换向阀12一部分流向动臂液压缸6，一部分经过中央油路、流量检测液阻15回油。当去往动臂液压缸6的油液减少，经中央油路回油增多，流量检测液阻15入口处压力升高，此压力控制主泵控制阀19，阀芯移动，使主泵控制阀19处于左位，压力油使变量活塞18阀芯左移，推动主液压泵10的斜盘倾角向减小的方向移动，使主液压泵10的排量减小；当去往动臂液压缸6的油液增多，而经过中央油路的油液减少，较低的压力控制主泵控制阀19，使主泵控制阀19处于右位，由于变量活塞18阀芯左右两端横截面积大小不同，都接着高压油，从而变量活塞18阀芯右移，推动主液压泵10斜盘倾角向增大的方向移动，使主液压泵10的排量增大。

Claims

1.一种负流量液压回路控制的举升系统，包括主液压泵、先导液压泵、动力源、先导减压阀、溢流阀、流量检测液阻、第一多路换向阀、第二多路换向阀、主泵控制阀、三腔液压缸及变量活塞；其特征在于：

所述举升系统的液压缸是三腔液压缸，并增设有液压蓄能器（13）、安全阀（25）、截止阀（23）及压力指示器（24）；

所述液压蓄能器（13）是与截止阀（23）的油口连通；所述截止阀（23）的另一油口与所述三腔液压缸的第一工作腔A连通，或者与所述三腔液压缸的第三工作腔C连通；

所述安全阀（25）和压力指示器（24）是与所述三腔液压缸的第一工作腔A连通；或者与所述三腔液压缸的第三工作腔C连通；

所述液压蓄能器（13）和三腔液压缸的第一工作腔A连通，或者与所述三腔液压缸的第三工作腔C连通；

所述举升系统的控制方法是控制手柄（21）控制两个先导减压阀（22）的出口油压力，该压力控制第一多路换向阀（12）的阀芯移动；当第一多路换向阀（12）的阀芯处于中位时，中央油路连通，检测液阻入口处的压力使得主泵控制阀（19）的阀芯移动，使得变量活塞（18）移动，带动主液压泵（10）的斜盘倾角转向最小位置，三腔液压缸不工作；当第一多路换向阀（12）的阀芯移动使得第一多路换向阀（12）的第一多路换向阀进油口P与第一多路换向阀第二工作油口L连通、第一多路换向阀第一工作油口H与第一多路换向阀回油口T连通时，此时三腔液压缸第一工作腔A接高压油，三腔液压缸第二工作腔B接油箱，三腔液压缸第三工作腔C连接的液压蓄能器（13）和高压油共同提供压力使空心活塞杆外伸，带动举升机构工作；当手柄控制第一多路换向阀（12）的进油口P与第一多路换向阀第一工作油口H连通、第一多路换向阀第二工作油口L与第一多路换向阀回油口T连通时，此时三腔液压缸的第二工作腔B接高压油，三腔液压缸第一工作腔A接油箱，此时空心活塞杆缩回，举升机构的重力势能转化为液压能储存在液压蓄能器（13）中；正常工作时，主液压泵（10）排出的液压油通过第一多路换向阀（12）一部分流向三腔液压缸，一部分经过中央油路和流量检测液阻（15）后回油；当去往三腔液压缸的油液减少，经中央油路回油增多，流量检测液阻（15）的入口压力升高，此压力控制主泵控制阀（19），使阀芯移动，主泵控制阀（19）处于左位，压力油使变量活塞（18）左移，从而推动主液压泵（10）的斜盘倾角向减小的方向移动，使泵的排量减小；反之，当去往三腔液压缸的油液增多，而经过中央油路的油液减少，较低的压力控制主泵控制阀（19），使主泵控制阀（19）处于右位，由于变量活塞（18）左右两端横截面积大小不同，均接有高压油，从而变量活塞（18）右移，推动主液压泵（10）斜盘倾角向增大的方向移动，使主液压泵（10）的排量增大。

2.根据权利要求1所述的负流量液压回路控制的举升系统，其特征在于：所述三腔液压缸是一个，或者是两个。

3.根据权利要求1所述的负流量液压回路控制的举升系统，其特征在于：所述液压蓄能器（13）是单个液压蓄能器，或是两个或两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。

4.根据权利要求1所述的负流量液压回路控制的举升系统，其特征在于：所述举升系统是用于挖掘机、装载机或者是伸缩臂叉车。

5.根据权利要求1所述的负流量液压回路控制的举升系统，其特征在于：所述举升系统的控制方法是控制手柄（21）控制两个先导减压阀（22）的出口油压力，该压力控制第一多路换向阀（12）的阀芯移动；当第一多路换向阀（12）的阀芯处于中位时，中央油路连通，检测液阻入口处的压力使得主泵控制阀（19）的阀芯移动，使得变量活塞（18）移动，带动主液压泵（10）的斜盘倾角转向最小位置，三腔液压缸不工作；当第一多路换向阀（12）的阀芯移动使得第一多路换向阀（12）的第一多路换向阀进油口P与第一多路换向阀第二工作油口L连通、第一多路换向阀第一工作油口H与第一多路换向阀回油口T连通时，此时三腔液压缸第一工作腔A接高压油，三腔液压缸第二工作腔B接油箱，三腔液压缸第三工作腔C连接的液压蓄能器（13）和高压油共同提供压力使空心活塞杆外伸，带动举升机构工作；当手柄控制第一多路换向阀（12）的进油口P与第一多路换向阀第一工作油口H连通、第一多路换向阀第二工作油口L与第一多路换向阀回油口T连通时，此时三腔液压缸的第二工作腔B接高压油，三腔液压缸第一工作腔A接油箱，此时空心活塞杆缩回，举升机构的重力势能转化为液压能储存在液压蓄能器（13）中；正常工作时，主液压泵（10）排出的液压油通过第一多路换向阀（12）一部分流向三腔液压缸，一部分经过中央油路和流量检测液阻（15）后回油；当去往三腔液压缸的油液减少，经中央油路回油增多，流量检测液阻（15）的入口压力升高，此压力控制主泵控制阀（19），使阀芯移动，主泵控制阀（19）处于左位，压力油使变量活塞（18）左移，从而推动主液压泵（10）的斜盘倾角向减小的方向移动，使泵的排量减小；反之，当去往三腔液压缸的油液增多，而经过中央油路的油液减少，较低的压力控制主泵控制阀（19），使主泵控制阀（19）处于右位，由于变量活塞（18）左右两端横截面积大小不同，均接有高压油，从而变量活塞（18）右移，推动主液压泵（10）斜盘倾角向增大的方向移动，使主液压泵（10）的排量增大。