CN107472357B - 液压转向助力系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械领域，公开了一种液压转向助力系统及工程机械，包括连接至发动机的转向油泵(2)、传动连接于转向车轮的转向器(4)、连接于所述转向油泵(2)和所述转向器(4)之间的转向进油油路(307)，所述转向进油油路(307)上设置有溢流节流阀(302)，以能够通过该溢流节流阀(302)的溢流油口泄流所述转向油泵(2)输出的过剩液压油，利用溢流节流阀的功率高、发热量低的特点，使得该液压转向助力系统的输入功率取决于转向器所需功率，具有功率损失小、系统发热小的特点。

Description

液压转向助力系统及工程机械

技术领域

本发明涉及以液压力作为转向助力的工程机械，具体地，涉及一种液压转向助力系统。对应地，本发明还涉及一种具有该液压转向助力系统的工程机械。

背景技术

在大型轮式等重型工程机械中，转向助力往往由液压驱动转向控制系统提供。常见的液压驱动转向控制系统一般包括转向传动系统、单回路或双回路转向器、以及转向油泵。工作时，由定量泵向单回路或双回路转向器内提供压力油，以控制转向传动系统对车轮转向形成液压的转向助力。

液压驱动转向控制系统中的转向油泵经常直接安装于工程机械的发动机上，而发动机的转速范围广(一般在650转/分钟到2000转/分钟之间)，受该发动机的转速变化影响，转向油泵的输出流量Q变化较大(以发动机转速较低时转向油泵的输出流量为Q，则在发动机的转动变化范围内，转向油泵的输出流量在Q至3Q之间发生变化)。

图1所示为一种大型轮式起重机上的液压驱动转向控制系统。其中，为了平衡发动机的转速变化引起的转向油泵2的输出流量的变化，在转向油泵的出口连接有转向控制阀6，其内部包括一卸荷阀和一安全溢流阀，转向油泵2输出的压力油首先经过转向控制阀6，然后供给单回路转向器7，从而控制转向助力系统8。随发动机转速的升高，转向油泵2输出的压力油流量会大于单回路转向器7所需要的流量，多余的这部分压力油需要从转向控制阀6中的卸荷阀及安全溢流阀流回油箱，从而保证液压驱动转向控制系统正常工作。

然而，大量的油液从转向控制阀6中的卸荷阀及安全溢流阀高压溢流回油箱，使得液压系统的功率损失较大，且同时会造成液压系统的平衡温度过高，影响液压系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种液压转向助力系统，该液压转向助力系统的输入功率取决于转向器所需功率，具有功率损失小、系统发热小的特点。

为了实现上述目的，本发明提供一种液压转向助力系统，包括连接至发动机的转向油泵、传动连接于转向车轮的转向器、连接于所述转向油泵和所述转向器之间的转向进油油路，其特征在于，所述转向进油油路上设置有溢流节流阀，以能够通过该溢流节流阀的溢流油口泄流所述转向油泵输出的过剩液压油。

优选地，该液压转向助力系统包括系统溢流油路和/或安全限压油路，所述安全限压油路上设置有第一溢流阀并连接至所述转向进油油路的位于所述溢流节流阀与所述转向器之间的油路部分上以能够限制输入至所述转向器的极限进油压力，所述系统溢流油路上设置有第二溢流阀并连接至所述转向进油油路的位于所述溢流节流阀与所述转向油泵之间的油路部分上。

优选地，所述溢流节流阀、第一溢流阀以及第二溢流阀集成于同一阀块中。

优选地，所述转向进油油路的位于所述转向油泵和所述溢流节流阀之间的油路部分上设置有换向阀，该换向阀连接有辅助动作油路，且所述换向阀能够切换为使得该辅助动作油路和所述转向器中的一者连通至所述转向油泵的出油口。

优选地，所述换向阀设置为二位四通电磁换向阀，且在该二位四通电磁换向阀处于失电状态下，所述转向器连通至所述转向油泵的出油口。

优选地，所述转向器为双回路转向器，所述液压转向助力系统包括分别连接至所述转向进油油路的两个所述转向油泵。

优选地，所述辅助动作油路包括连接至分合流阀的合流输出油路和分流输出油路，所述分合流阀能够切换为使得两个所述转向油泵通过所述合流输出油路合流输出或分别通过所述合流输出油路和所述分流输出油路分流输出。

优选地，所述辅助动作油路上设置有正向油口朝向所述换向阀的单向阀。

优选地，所述转向进油油路的位于所述转向油泵和所述换向阀之间的油路部分上设置有单向阀，该单向阀的正向油口朝向所述转向油泵。

本发明的又一目的是提供一种工程机械，所述工程机械包括上述的液压转向助力系统。

通过上述技术方案，根据溢流节流阀的功率特性，其输入功率取决于负载，而非固定功率输出，在液压转向助力系统中转向器为负载，其所需功率决定了溢流节流阀的输入功率，在转向器向转向车轮输出转向助力时，为负载最大的时刻，此时效率也相应最高。因而，相比于直接以溢流卸荷阀作定功率输出的情况，本发明的技术方案的效率高、系统发热量小。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是背景技术中提及的现有的一种液压转向助力系统的连接示意图；

图2是根据本发明一种实施方式的液压转向助力系统的连接示意图；

图3是根据本发明的另一种实施方式的液压转向助力系统的连接示意图；

图4是根据本发明的又一种实施方式的液压转向助力系统的连接示意图。

附图标记说明

1-油箱；2-转向油泵；3-集成阀块；301-第一溢流阀；302-溢流节流阀；303-单向阀；304-分合流阀；305-换向阀；306-第二溢流阀；307-转向进油油路；308-系统溢流油路；309-安全限压油路；4-转向器；5-辅助动作油路；501-合流输出油路；502-分流输出油路；6-转向控制阀；7-单回路转向器；8-转向助力系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

参照图2所示，根据本发明的一种优选实施方式的液压转向助力系统，包括用于向系统供油的油箱1、连接至发动机的转向油泵2以及传动连接于转向车轮的转向器4。其中，发动机驱动转向油泵2转动，使得转向油泵2将油箱1中的油液加压后输出，转向器4与转向车轮之间传动连接，使得转向器4在液压力的驱动下辅助转向车轮进行转向。

转向油泵2的出油口与转向器4之间连接转向进油油路307，其上设置有溢流节流阀302，溢流节流阀302的溢流油口R接油箱1，以使得转向油泵2输出的过剩液压油通过该溢流油口R流回油箱。

此处，溢流节流阀302的溢流阀部分的流量为：其中：C₁为溢流阀部分的阀口流量系数；ρ为油箱中油液的密度；p_泵为转向油泵2的输出油压。

节流阀部分的流量为：其中：p₁为转向器4的输入压力。

根据流量的连续性原理：Q₁+Q₂＝Q_泵，

其中：Q_泵为转向油泵2的出油口流量。

转向进油油路307的输入功率为：P_入＝p_泵·Q_泵，

其中：p_泵＝p₁+Δp₁；

则P_入＝(p₁+Δp₁)·(Q₁+Q₂)＝p₁·Q₂+(p₁+Δp₁)·Q₁+Δp₁·Q₂；

其中：P_入为输入功率；ΔP₁为节流阀部分的压力降；P₁为有效功率；ΔP₁为通过溢流阀部分的功率损失；ΔP₂为通过节流阀部分的功率损失。

由上述等式可以见得，有效功率P₁决定于p₁和Q₂，而在溢流节流阀302中Q₂可以视作恒定的数值，因此，有效功率P₁取决于转向器4的输入压力，即，采用溢流节流阀302后，作为负载的转向器4的消耗决定了转向进油油路307的输入功率，系统中不存在高压溢流的情况，效率提高，随之发热也减少。

作为一种较佳的实施方式，转向液压助力系统中还包括有系统溢流油路308和/或安全限压油路309，其中，系统溢流油路308用于限定转向油泵2的出油口最大油压；安全限压油路309用于限制输入至转向器4的极限进油压力。

具体来说，安全限压油路308上设置有连接至转向进油油路307的位于溢流节流阀302与所述转向器4之间的油路部分上的第一溢流阀301，其调定压力为P1；系统溢流油路308上设置有位于溢流节流阀302与转向油泵2之间的油路部分上设置有连接至转向进油油路307第二溢流阀306，其调定压力为P2且P1＜P2。当系统中同时具有系统溢流油路308和安全限压油路309时，液压转向助力系统中的控制压力有第一溢流阀301和第二溢流阀306调定压力所决定的两级限压，转向器4的工作压力更加稳定。

上述的溢流节流阀302、第一溢流阀301以及第二溢流阀306集成于集成阀块3中，如此减少阀与阀之间的连接管路，使得系统中的故障点相应减少。

转向进油油路307的位于转向油泵2和溢流节流阀302之间的油路部分上设置有换向阀305，该换向阀305连接有辅助动作油路5，且所述换向阀305能够切换为使得该辅助动作油路5和转向器4中的一者连通至转向油泵2的出油口。

应用本发明所涉及的液压转向辅助系统的工程机械中，存在辅助动作时，例如应用液压转向助力系统的工程机械为轮式起重机时，其辅助动作包括支腿的展开与升降、悬挂升降、插拔销等，现有的做法是为这些辅助动作新增油源与控制阀。在转向进油油路307上设置换向阀305并连接辅助动作油路5后，在工程机械不需要转向的场合，转向油泵2输出的压力油可作为辅助动作的油源，工程机械的整体复杂度降低。

优选地，换向阀305采用二位四通电磁换向阀，且在该二位四通电磁换向阀处于失电状态下，转向器4连通至转向油泵2的出油口，以实现转向动作和辅助动作之间，以转向动作优先。

转向器4分为单回路转向器和双回路转向器，其中，双回路转向器的安全性高于单回路转向器，因此，作为优选地，本实施例中的转向器4采用双回路转向器，与之对应地，液压转向助力系统中包括有两个转向油泵2以及分别连接每个转向油泵2与双回路转向器的转向进油油路307。

辅助动作油路5上设置有正向油口朝向换向阀305的单向阀303。如此，当两个转向油泵2对应的油路之一出现故障或者严重泄漏时，单向阀303隔断两个油路，以保证能够正常工作的油路不受发生故障的油路影响。

本实施例中的液压转向助力系统的工作过程如下：

转向动作：电磁铁1Y和2Y失电，换向阀305工作于图2中的右位，转向油泵2的压力油流入转向进油油路307，经过换向阀305后进入溢流节流阀302，溢流节流阀302的溢流阀部分动态的限定节流阀部分的阀口两端的压差，使得经过溢流节流阀302流出至转向器4的流量基本稳定。在这个过程中，当转向油泵2的出口压力超过系统溢流油路308上的第二溢流阀306调定的压力P1时，压力油不进入转向进油油路307，而是经第二溢流阀306溢流回油箱，防止系统超压；与之类似地，流出至转向器4的油压超过安全限压油路309上的第一溢流阀301的调定压力P2时，压力油不进入转向器4，而经过安全限压油路309溢流回油箱。

辅助动作：电磁铁1Y和2Y得电，换向阀305工作于图2中的左位，转向油泵2的压力油流入辅助动作油路5，单向阀303正向导通，阻止流入辅助动作油路5的压力油逆流。

实施例2

参照图3中所示，根据本发明的另一优选实施方式的液压转向助力系统，其与实施例1的区别在于：转向进油油路307的位于转向油泵2和换向阀305之间的油路部分上设置有单向阀303，该单向阀303的正向油口朝向转向油泵2。

实施例3

参照图4中所示，根据本发明的又一优选实施方式的液压转向助力系统，其与实施例1的区别在于：辅助动作油路5包括连接至分合流阀304的合流输出油路501和分流输出油路502，分合流阀304能够切换为使得两个转向油泵2通过合流输出油路501合流输出或分别通过合流输出油路501和分流输出油路502分流输出。

分合流阀304的设置使得辅助动作油路5具有两种工况：分合流阀304的电磁铁3Y失电，图3中的用作分合流阀304的二位二通换向阀工作于下位，右侧的转向油泵2的输出压力油经过分合流阀304后与左侧转向油泵2的输出压力油汇合，共同作为辅助动作的油源；分合流阀304的电磁铁3Y得电，分合流阀304工作于上位，仅右侧的转向油泵2的输出压力油作为辅助动作的油源。辅助动作油路5的上述两种工况能够适应于不同辅助动作对于油源的需求。

此外应当指出，上述三个实施例中的辅助动作油路5的单向阀303、换向阀305以及分合流阀304也优选地集成至集成阀块3内，即，转向器4与转向油泵2之间的全部液压元件及管路均以集成阀块3的形式集成布置，以简化液压转向辅助系统的整体管路布置。

实施例4

本发明还提供一种工程机械，该工程机械应用实施例1-3中任意一种液压转向助力系统。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种液压转向助力系统，包括连接至发动机的转向油泵(2)、传动连接于转向车轮的转向器(4)、连接于所述转向油泵(2)和所述转向器(4)之间的转向进油油路(307)，其特征在于，所述转向进油油路(307)上设置有溢流节流阀(302)，以能够通过该溢流节流阀(302)的溢流油口泄流所述转向油泵(2)输出的过剩液压油，所述转向进油油路(307)的位于所述转向油泵(2)和所述溢流节流阀(302)之间的油路部分上设置有换向阀(305)，该换向阀(305)连接有辅助动作油路(5)，且所述换向阀(305)能够切换为使得该辅助动作油路(5)和所述转向器(4)中的一者连通至所述转向油泵(2)的出油口。

2.根据权利要求1所述的液压转向助力系统，其特征在于，该液压转向助力系统包括系统溢流油路(308)和/或安全限压油路(309)，所述安全限压油路(309)上设置有第一溢流阀(301)并连接至所述转向进油油路(307)的位于所述溢流节流阀(302)与所述转向器(4)之间的油路部分上以能够限制输入至所述转向器(4)的极限进油压力，所述系统溢流油路(308)上设置有第二溢流阀(306)并连接至所述转向进油油路(307)的位于所述溢流节流阀(302)与所述转向油泵(2)之间的油路部分上。

3.根据权利要求2所述的液压转向助力系统，其特征在于，所述溢流节流阀(302)、第一溢流阀(301)以及第二溢流阀(306)集成于同一阀块中。

4.根据权利要求1所述的液压转向助力系统，其特征在于，所述换向阀(305)设置为二位四通电磁换向阀，且在该二位四通电磁换向阀处于失电状态下，所述转向器(4)连通至所述转向油泵(2)的出油口。

5.根据权利要求1所述的液压转向助力系统，其特征在于，所述转向器(4)为双回路转向器，所述液压转向助力系统包括分别连接至所述转向进油油路(307)的两个所述转向油泵(2)。

6.根据权利要求5所述的液压转向助力系统，其特征在于，所述辅助动作油路(5)包括连接至分合流阀(304)的合流输出油路(501)和分流输出油路(502)，所述分合流阀(304)能够切换为使得两个所述转向油泵(2)通过所述合流输出油路(501)合流输出或分别通过所述合流输出油路(501)和所述分流输出油路(502)分流输出。

7.根据权利要求1所述的液压转向助力系统，其特征在于，所述辅助动作油路(5)上设置有正向油口朝向所述换向阀(305)的单向阀(303)。

8.根据权利要求1所述的液压转向助力系统，其特征在于，所述转向进油油路(307)的位于所述转向油泵(2)和所述换向阀(305)之间的油路部分上设置有单向阀(303)，该单向阀(303)的正向油口朝向所述转向油泵(2)。

9.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括根据权利要求1至8中任意一项所述的液压转向助力系统。