CN107477160B - 液压调速系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压调速系统及装备有该液压调速系统的工程机械，该液压调速系统包括：与油箱连接的主泵，用于为液压调速系统提供液压油；多个执行机构；连接主泵和执行机构的主阀；用于向主阀输入先导压力的操纵部件；用于通过控制输入信号的大小对主泵的排量进行比例调节的比例排量控制器；用于以维持主阀前后的压力差恒定的负荷传感控制的方式调节主泵的排量的负荷传感控制器；用于根据具体工况在容积节流调速控制模式与容积调速控制模式之间切换的调速模式切换部件；其中，在容积节流调速控制模式下，主泵通过负荷传感控制器以负荷传感控制的方式实现流量调节，在容积调速控制模式下，主泵通过比例排量控制器以正流量控制的方式实现流量调节。

Description

液压调速系统及工程机械

技术领域

本发明涉及液压控制领域，具体地涉及一种混合控制的液压调速系统。

背景技术

现代工程机械液压系统通常分为开式系统或闭式系统。闭式系统采用容积调速控制，即通过控制主泵排量对系统速度进行调节。开式系统分为变量开式系统和定量开式系统，定量开式系统为节流调速系统，即采用定量泵，通过方向阀节流进行速度调节，多余的流量通过旁通溢流卸荷。变量开式系统一般通过主阀节流生成控制压力对主泵排量进行调节以达到按需供给流量以避免旁通溢流损失，即容积节流调速控制。

变量开式系统由于较准确的流量分配性能而广泛应用于多执行机构的机械，如挖掘机、起重机、装载机、打桩机等。但变量开式系统的缺点是主阀节流造成系统发热和较大的能量消耗，这是开式系统总传动效率要低于闭式系统的原因。

在容积节流调速控制模式下，通过主阀节流生成控制压力对主泵排量进行调节以实现按照具体工况的需要为各执行机构供给流量。在容积调速控制模式下，通过控制主泵排量对系统速度进行调节，因为不存在节流调速控制，因此能够避免节流损失，提高系统的整体效率。

作为液压泵的常见控制方式，负荷传感控制的原理是通过取自主阀前后的压力差对变量泵排量进行调节以维持压力差恒定的调节模式，在负荷传感调节模式下，整体系统为闭环控制，能够较精确地实现对多执行机构的流量分配，但由于压力反馈所需要的时间相对较长，因此整个系统的响应较慢。在典型负荷传感系统中，手柄或踏板进行快速操作，系统响应速度受主泵-主阀的负荷传感LS管路长度及损失影响，从手柄或踏板动作-先导压力建立至负载压力建立的间隔时间会达到时间为0.3-0.4s，时间较长。

作为液压泵的另一种控制方式，正流量控制的原理为变量泵输出排量随控制压力或控制电流的增大成比例地增大。正流量控制由于不存在压力反馈的时间，因此系统响应时间仅取决于主泵本身的响应时间，总体上响应时间可缩短至0.1-0.2S。缺点在于在多执行机构的系统中无法实现流量的自适应比例分配。

发明内容

本发明的目的是至少解决上述问题之一，该目的通过以下技术方案实现：

本发明提出一种液压调速系统，所述液压调速系统用于工程机械，其特征在于，所述液压调速系统包括：

主泵，所述主泵与油箱连接，用于为所述液压调速系统提供液压油；

多个执行机构；

主阀，所述主阀包括分别与所述多个执行机构连接的相应的多个主阀芯和设置于所述多个主阀芯与所述多个执行机构之间的相应的多个压力补偿器，所述多个主阀芯的进油口分别连接至所述主泵的出油口，所述多个主阀芯的出油口分别通过所述多个压力补偿器连接至所述多个执行机构；

操纵部件，所述操纵部件用于向所述主阀输入先导压力；

比例排量控制器，所述比例排量控制器用于通过控制输入信号的大小对所述主泵的排量进行比例调节；

负荷传感控制器，所述负荷传感控制器用于以维持所述主阀前后的压力差恒定的负荷传感控制的方式调节所述主泵的排量；

调速模式切换部件，所述调速模式切换部件用于根据所述工程机械的运行工况在容积节流调速控制模式与容积调速控制模式之间切换；

其中，在所述容积节流调速控制模式下，所述主泵通过所述负荷传感控制器以负荷传感控制的方式实现流量调节，在所述容积调速控制模式下，所述主泵通过所述比例排量控制器以正流量控制的方式实现流量调节。

根据本发明的一种有利的改进，所述调速模式切换部件包括先导压力选择阀和调节压力选择阀，所述先导压力选择阀用于根据所述工程机械的运行工况向所述主阀输入由所述操纵部件控制的可调节先导压力或者输入预先设定的最大先导压力，在所述最大先导压力的作用下，所述主阀的主阀芯打开至最大开度；所述调节压力选择阀用于根据具体工况向所述负荷传感调节器输入负载压力从而使得所述负荷传感调节器根据所输入的负载压力调节所述主泵的压力，或者向所述负荷传感调节器输入所述主泵的输出压力从而使得所述负荷传感调节器的调节作用失效。

根据本发明的另一种改进，所述比例排量控制器是电控比例排量控制器，用于通过控制输入电流的大小对所述主泵的排量进行比例调节。

根据本发明的又一种改进，所述比例排量控制器是液控比例排量控制器，用于通过控制输入液体压力的大小对所述主泵的排量进行比例调节。

优选地，所述操纵部件为踏板或手柄。

进一步优选地，在所述工程机械的运行工况为单执行机构长时间连续工作的工况时，所述调速模式切换部件将所述液压调速系统切换为所述容积调速控制模式。

本发明还涉及一种工程机械，所述工程机械装备有上述液压调速系统。

优选地，所述工程机械为轮式挖掘机或打桩机械。

本发明的混合控制的液压调速系统优点在于能够根据具体工况选择切换负荷传感控制和正流量控制，从而结合了负荷传感控制和正流量控制的优点。即在容积节流调速模式下采用负荷传感控制，有效保证多执行机构复核动作时的精准流量比例分配及稳定柔和的调速特性；而在容积调速控制模式下采用电比例正控，减少系统响应时间及节流造成的能量损失，从而有效提成系统的总体效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的混合控制的液压调速系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，如图1所示，提出一种用于工程机械的能够混合控制的液压调速系统，该液压调速系统包括：与油箱连接从而为液压调速系统提供液压油的主泵1、执行机构3、用于为执行结构分配流量的主阀2、用于向主阀2输入先导压力的操纵部件6、比例排量控制器5、负荷传感控制器4、和调速模式切换部件。其中，根据本发明的优选的实施方式，主阀2是向多个执行机构分配流量的多路方向阀，其包括多个能够调节开度的主阀芯和与各个主阀芯连接的通过节流增压实现向各个执行机构进行流量分配的相应的多个压力补偿器，多个主阀芯的进油口分别连接至主泵的出油口，多个主阀芯的出油口分别通过多个压力补偿器连接至多个执行机构。根据本发明的优选的实施方式，操纵部件6是可以由司机进行操纵的踏板或手柄，司机可以根据具体工况的需要通过控制踏板或手柄的行程来调节主阀芯的开度进而调节向执行机构的流量供给。比例排量控制器5优选地为通过控制输入电流的大小对主泵1的排量进行比例调节的电控比例排量控制器；替代地，比例排量控制器5也可以是通过控制输入液体压力的大小对主泵的排量进行比例调节的液控比例排量控制器。

根据本发明的实施方式，主泵1是能够实现包括正流量控制和负荷传感控制的混合控制的变量泵，使得本发明的液压调速系统能够根据具体工况通过调速模式切换部件在容积节流调速控制模式与容积调速控制模式之间进行切换。在容积节流调速控制模式下，采用负荷传感控制，即通过负载的压力控制主泵的排量，可以有效保证多执行机构复核动作时的精准流量比例分配及稳定柔和的调速特性；在容积调速控制模式下，采用电比例正控，即通过输入的电流控制主泵的排量而与负载的压力无关，能够减少系统响应时间及节流损失，提高系统的整体效率，这尤其对于单执行器长时间连续工作的工况是有利的。调速模式切换部件优选地包括先导压力选择阀7和调节压力选择阀8。具体地，当整机进行多个执行机构共同工作的复合动作操作时，采用容积节流调速控制，先导压力选择阀7和调节压力选择阀8均断电，电控比例排量控制器的电磁铁输入最大电流。此时，司机依据整机具体操作的需要通过踏板或手柄发出先导压力p_St，先导压力p_St的大小对应于踏板或手柄的行程，先导压力p_St通过先导压力选择阀7进入主阀2对主阀芯的开口进行比例控制，即主阀芯的打开程度与踏板或手柄的行程成比例地增大或减小。此时，处于断电状态的调节压力选择阀8连接主阀2和负荷传感调节器4，使得负荷传感压力p_LS进入负荷传感调节器4，负荷传感调节器4通过预先设定固定压力值的压力补偿弹簧控制主泵的输出压力比负荷传感压力p_LS大固定的压力差△P。此时，由于电控比例排量控制器的电磁铁输入最大电流，因此主泵排量限制放至最大排量，液压调速系统通过标准负荷传感原理进行实时调节从而维持主阀前后的压力差为固定的△P，即主泵以大于负荷传感压力固定压力差的输出压力向系统提供流量。当装备有本发明的液压调速系统的工程机械处于例如单执行机构长时间连续工作的特定工况(比轮式挖掘机的长途转场行走工况，或者桩工机械的夯实工况)时，司机能够通过自身的判断基于实际操作的需要将液压调速系统从容积节流调速模式切换成响应速度更快并且效率更高的容积调速控制模式，例如在该工程机械的驾驶舱内设置有模式切换按钮，司机能够通过触发该模式切换按钮实现上述模式切换。

具体地，通过触发该模式切换按钮，先导压力选择阀和调节压力选择阀均通电，使得预先设定的最高先导压力p_G通过通电的先导压力选择阀进入主阀，由此使主阀芯的开度达到最大使得主阀失去节流作用，并且通电状态下的调节压力选择阀使得主泵的输出压力p_HD进入负荷传感调节器，使得负荷传感调节器失去对主泵流量的调节作用，在这种情况下，主泵的排量通过电控比例排量控制器以正流量控制方式进行调节，即司机根据需要调节电控比例排量控制器的电磁铁的输入电流，主泵的排量根据输入的电流值实现比例调节，从而实现本发明的液压调速系统处于正流量控制的容积调速控制模式。

根据本发明的混合调节的液压调速系统可有利地应用于轮式挖掘机或桩工机械等工程机械中，以典型15t轮式挖掘机行走模式为例，转场速度约为30km/h，此时马达排量为40-45cc/rev左右，转速3800rpm，流量需求为155L/min。在典型的负荷传感控制系统中，系统处于饱和流量供给状态，主阀前后压力差△P维持恒定的20bar左右，此部分的损失功率约为155*20/600.2＝5.16kW，该能量损失以节流发热的形式损耗。而在本发明的方案中，此工况采用容积调速控制，即主阀的行程开启至最大，主泵使用电控比例排量控制模式，系统无需维持20bar的△P以进行泵控调节，即主阀芯可以采用更大开口以降低节流，以5bar进行计算，此时系统的损失功率为155*5/600.2＝1.29kW，功率损耗降低75％甚至更多。

在夯实机械中，通常采用偏心盘结构，需要系统快速响应以推动偏心机构启动，本发明的技术方案可以很好的满足这种需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种液压调速系统，所述液压调速系统用于工程机械，其特征在于，所述液压调速系统包括：

主泵，所述主泵与油箱连接，用于为所述液压调速系统提供液压油；

多个执行机构；

主阀，所述主阀包括分别与所述多个执行机构连接的相应的多个主阀芯和设置于所述多个主阀芯与所述多个执行机构之间的相应的多个压力补偿器，所述多个主阀芯的进油口分别连接至所述主泵的出油口，所述多个主阀芯的出油口分别通过所述多个压力补偿器连接至所述多个执行机构；

操纵部件，所述操纵部件用于向所述主阀输入先导压力；

比例排量控制器，所述比例排量控制器用于通过控制输入信号的大小对所述主泵的排量进行比例调节；

负荷传感控制器，所述负荷传感控制器用于以维持所述主阀前后的压力差恒定的负荷传感控制的方式调节所述主泵的排量；

调速模式切换部件，所述调速模式切换部件用于根据所述工程机械的运行工况在容积节流调速控制模式与容积调速控制模式之间切换；

其中，在所述容积节流调速控制模式下，所述主泵通过所述负荷传感控制器以负荷传感控制的方式实现流量调节，在所述容积调速控制模式下，所述主泵通过所述比例排量控制器以正流量控制的方式实现流量调节。

2.根据权利要求1所述的液压调速系统，其特征在于，所述调速模式切换部件包括先导压力选择阀和调节压力选择阀，所述先导压力选择阀用于根据所述工程机械的运行工况向所述主阀输入由所述操纵部件控制的可调节先导压力或者输入预先设定的最大先导压力，在所述最大先导压力的作用下，所述主阀的主阀芯打开至最大开度；所述调节压力选择阀用于根据具体工况向所述负荷传感调节器输入负载压力从而使得所述负荷传感调节器根据所输入的负载压力调节所述主泵的压力，或者向所述负荷传感调节器输入所述主泵的输出压力从而使得所述负荷传感调节器的调节作用失效。

3.根据权利要求1或2所述的液压调速系统，其特征在于，所述比例排量控制器是电控比例排量控制器，用于通过控制输入电流的大小对所述主泵的排量进行比例调节。

4.根据权利要求1或2所述的液压调速系统，其特征在于，所述比例排量控制器是液控比例排量控制器，用于通过控制输入液体压力的大小对所述主泵的排量进行比例调节。

5.根据权利要求1或2所述的液压调速系统，其特征在于，所述操纵部件为踏板或手柄。

6.根据权利要求1所述的液压调速系统，其特征在于，在所述工程机械的运行工况为单执行机构长时间连续工作的工况时，所述调速模式切换部件将所述液压调速系统切换为所述容积调速控制模式。

7.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械装备有根据权利要求1至6中的任一项所述的液压调速系统。

8.根据权利要求7所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为轮式挖掘机或打桩机械。