CN107701530B - 用于工程机械的液压系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于工程机械的液压系统和装备有该液压系统的工程机械，该液压系统包括：用于以正流量控制的方式为液压系统提供液压油的主泵；多个执行机构；包括多个主阀芯和多个压力补偿器的主阀组；用于分别向相应的主阀芯输入先导压力的多个操纵部件；存储有对应于多个主阀芯的流量特性曲线的电控单元；多个压力传感器。多个压力传感器与电控单元联接，用于检测相应的操纵部件输入的先导压力并将先导压力信号输入电控单元；其中，电控单元根据多个压力传感器检测到的先导压力值基于自身存储的相应的流量特征曲线计算各个相应的各个主阀芯所需的流量，并由此计算液压系统所需的总流量，主泵基于总流量通过正流量控制的方式输出相应的排量。

Description

用于工程机械的液压系统及工程机械

技术领域

本发明涉及液压控制领域，具体地涉及一种用于工程机械的液压系统及装备有这种液压系统的工程机械。

背景技术

现代工程机械、例如挖掘机液压系统有两种主流技术路线，即正流量节流控制系统(简称为正流量系统)与负荷传感压力补偿系统(简称为负荷传感系统)。

正流量系统通常采用节流调速多路方向阀匹配比例控制泵，通过先导压力梭阀组选定最高值进行主泵流量控制，系统响应性较快，但泵控信号生成装置复杂，主泵发出的流量无法与系统需求精确匹配，主阀采用节流调速，对不同压力的执行机构同步控制性较差。

负荷传感系统采用带自动压力补偿的多路阀匹配负荷传感调节泵，通过主泵调节装置自动维持主阀芯前后端压差△P，以使主泵依照系统需求供给流量，同时通过压力补偿器对不同负载进行补偿以保证主阀按照比例进行流量分配而与负载无关以达到优异的操控性能。但负荷传感系统由于泵控原理造成了响应较慢，且需维持固定的△P会造成部分能量损失。

现有技术中已有一种负荷敏感主阀与液控正流量泵的挖掘机液压系统。该液压系统通过先导手柄输出先导压力，经过梭阀组选定最高先导压力并由该最高先导压力控制液控正流量主泵的排量。主泵输出的流量进入设置有阀芯和压力补偿器的主阀，并经过主阀分配后进入执行机构。该液压系统通过维持主阀前后固定的压力差来调节主泵的排量。该液压系统需要设置多组梭阀，机构复杂。然而，以最高先导压力控制主泵排量的方式并不能准确反映液压系统的实际流量需求。如20t级别挖掘机液压系统为例，工况1下，各执行动作复合中速运动，系统需求总流量为720L/min，先导压力输出最高值为13bar；工况2下，铲斗快速动作进行抖土作业，系统需求流量350L/min，先导压力输出为19bar。工况1的系统流量需求高于工况2，但控制压力低于工况2，因此对类似工况1的负载状况下，系统无法准确的提供需求流量。而且，该液压系统流量调节相应慢，因为整个泵控系统为正流量与负荷传感叠的双闭环串联调节，第1个闭环为主泵排量控制机械闭环，第2个闭环为压力反馈闭环，负荷传感信号取自主阀后的负载。这种双闭环串联控制的系统响应速率要低于单闭环控制，即此系统的响应速度要低于传统液控正流量及负荷传感系统。在稳态工况下可以很好的实现按需供给流量调节，但在快速动态工况下，系统响应较慢，无法很好的进行调节，且极易出现压力震荡，匹配调试较为复杂。

发明内容

本发明的目的是至少解决上述技术问题之一，该目的通过以下技术方案实现：

本发明提出一种正流量泵搭载负荷传感阀的液压系统，所述液压系统用于工程机械，所述液压系统包括：

主泵，所述主泵与油箱连接，用于以正流量控制的方式为所述液压系统提供液压油；

多个执行机构；

主阀组，所述主阀组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；

对应于多个主阀芯的多个操纵部件，所述多个操纵部件用于分别向所述主阀组的相应的主阀芯输入先导压力；

电控单元，所述电控单元存储有对应于所述多个主阀芯的流量特性曲线，所述流量特征曲线反映在各个主阀芯前后的特定压力差下各个主阀芯所连接的相应的执行机构所需的流量与所述操纵部件输入的先导压力的关系；

对应于多个主阀芯的压力传感器，所述多个压力传感器与所述电控单元联接，用于检测相应的操纵部件输入的先导压力并将所述先导压力信号输入所述电控单元；

其中，所述电控单元根据所述多个压力传感器检测到的先导压力值基于自身存储的相应的流量特征曲线计算各个相应的各个主阀芯所需的流量，并由此计算所述液压系统所需的总流量，所述主泵基于该总流量通过正流量控制的方式输出相应的排量。

根据本发明的一种改进，所述液压系统还包括压差溢流阀，用于对所述液压系统的压力进行削峰处理。

根据本发明的另一种改进，所述电控单元中存储有对应不同工作模式的模式设定系数K，并且所述液压系统所需的总流量通过各个执行机构所需的流量的总和乘以所述模式设定系数K得到。

优选地，所述主泵是电控正流量控制泵。

替代地，所述主泵是液控正流量控制泵。

根据本发明的一种有利的改进，所述主泵由发动机驱动，在所述发动机和所述主泵之间设置有转速传感器，用于检测所述发动机的瞬时转速，并通过所述检测到的瞬时转速和计算得出的所述液压系统所需的总流量得出所述主泵所需的排量。

优选地，所述操纵部件是踏板或手柄。

根据本发明的另外一种改进，所述主阀芯是多路方向阀芯。

本发明还提出一种工程机械，所述工程机械装备有上述的液压系统。

根据本发明的一种有利的改进，所述工程机械为挖掘机。

本发明具有以下优点：

本发明实现了电控正流量泵与负荷传感主阀的匹配，解决了正流量系统与负荷传感系统各自的劣势，并且通过压力传感器检测先导压力并计算系统流量需求，控制主泵按需供给流量，采用带压力补偿器的负荷传感多路方向阀，实现流量的比例分配，并降低能够根据具体工况降低主阀前后压力差△P，增设压差溢流阀，解决电控正流量主泵配套闭中心阀的潜在系统压力冲击。具体包括以下优点：

1.系统按需精确供给流量，可降低主阀前后压差△P，降低系统能量损失及压力波动；

2.通过输入先导压力进而对各执行机构进行求和计算后直接控制主泵排量，系统响应快；

3.系统可实现各执行机构依照比例进行流量分配，与负载无关，同步控制性好；

4.主泵采用正流量控制，具备实现发动机-液压系统动力总成优化的技术基础。

5.主泵采用电比例正流量控制，控制信号来自先导压力，系统采用开环控制，主泵流量控制为单级机械闭环调节，响应迅速。

正流量泵搭载负荷传感阀的液压系统，结合了正流量控制系统与负荷传感系统的优势，具有系统响应快、节能、同步操控性好的优势，可以有利地适用于挖掘机、起重机、装载机、叉车等机械并且提供了高效的解决方案。

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正流量泵搭载负荷传感阀的液压系统的示意图。

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正流量泵搭载负荷传感阀的液压系统，该液压系统包括：与油箱连接从而以正流量控制的方式为液压系统提供液压油的主泵1、多个执行机构3、用于为多个执行机构分配流量的主阀组、由司机操作的对应于多个执行机构的相应的多个操纵机构6、电控单元5和对应于多个主阀芯的压力传感器4。其中，主阀组包括分别与多个执行机构连接的相应的多个主阀芯2和设置于多个主阀芯2与多个执行机构6之间的相应的多个压力补偿器9，多个主阀芯2的进油口分别连接至主泵1的出油口，多个主阀芯2的出油口分别通过多个压力补偿器连接至多个执行机构3。电控单元5存储有对应于多个主阀芯2的流量特性曲线，流量特征曲线反映在各个主阀芯前后的特定压力差下各个主阀芯所连接的执行机构所需的流量与操纵部件输入的先导压力的关系。因此，通过流量特征曲线，结合各个压力传感器检测到的通过各个操纵机构输入的先导压力，能够计算得到各个执行机构所需的流量。另外，操纵机构优选为踏板或手柄。具体地，司机操作相应的手柄或踏板生成先导压力信号，该先导压力信号通过相应的压力传感器检测并将压力信号传输至电控单元，由于电控中存储有上述流量特征曲线，因此能够结合压力传感器检测到的压力值得出相应的执行机构所需的流量。通过上述计算得到的各个执行机构所需的流量，电控单元以对各个执行机构所需流量求和的方式得出本发明的液压系统所需的总流量，由此正流量控制的主泵基于该总流量通过正流量控制的方式输出相应的排量。

优选地，主泵为电控正流量控制泵，使得主泵的排量与通过的电流信号成正比；替代地，主泵为液控正流量控制泵，使得主泵的排量与液体压力信号成正比。根据本发明的一种有利的实施方式，如图1所示，主泵1由发动机8驱动，并且在发动机8与主泵1之间设置有转速传感器7，通过转速传感器7实时检测到的发动机的瞬时转速，结合电控单元5计算得到的本发明的液压系统所需的总流量，能够通过以下公式计算得出主泵的调定排量：

V＝Qp/n，

其中，Qp是本发明的液压系统所需的总流量，n是转速传感器检测得到的发动机的瞬时转速。

根据本发明的优选的实施方式，如图1所示，本发明的正流量泵搭载负荷传感阀的液压系统还设置有压差溢流阀，用于为系统压力进行削峰处理，以避免液压系统出现压力冲击现象。

根据本发明的进一步优选的实施方式，为了使液压系统的操作能够更适应具体工况，电控单元中存储有对应于不同的工作模式的模式设定系数K。并且主阀前后的压力差△P可以通过模式设定系数K进行标定。根据工程机械的具体工况，可以通过以下公式计算本发明的液压系统所需的总流量：

Qp＝Sum(Q1,Q2..Qn)*K

其中，Q1,Q2..Qn分别为各个执行机构所需的流量。

例如，例如在动力模式下，可设定K>1，因此主泵的供给流量高于液压系统所需的总流量，多余流量按比例进入各执行机构，使得整机动作更为迅速；在经济模式下，K系数可介于0.8-0.9之间，则系统会按比例降低对各执行机构的流量供给，使得整机动作缓慢柔和，同时主阀芯前后的压力差△P会降低，从而降低系统损耗；精细操控模式下，可将K系数设定为0.4，与普通模式相比，相同流量下手柄或踏板的开度可有效增加以提升操作的分辨率。

根据本发明的主阀采用带压力补偿器的负荷传感主阀，并增设压差溢流阀，压力补偿器可对不同执行机构的负载进行补偿，保证各个主阀芯前后压力差△P相同以实现流量完全依照比例分配，解决了传统正流量节流控制系统中的非线性流量分配比例的缺点。并且本发明的液压系统不需通过固定的△P进行主泵流量调节(此值通常设定为18-20bar)，而是压力差△P可通过模式设定系数K进行标定，在动力模式下可降低至5-8bar足以维持系统流量分配的稳定。例如，以20t级履带挖掘机为例，最大可降低10Kw的系统功率损耗(P＝Q*P＝420L/min*15bar/600.2＝10.49kW)。

本发明的电比例正流量泵搭载负荷传感阀的液压系统结合了正流量控制系统与负荷传感系统的优势，具有系统响应快、节能、同步操控性好的优势，能够有利地应用于挖掘机、起重机、装载机、叉车等机械并提供了高效的解决方案。

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。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 (9)

1.一种用于工程机械的液压系统，其特征在于，所述液压系统包括：

主泵，所述主泵与油箱连接，用于以正流量控制的方式为所述液压系统提供液压油；

多个执行机构；

主阀组，所述主阀组包括分别与所述多个执行机构连接的多个主阀芯和相应地设置于所述多个主阀芯与所述多个执行机构之间的多个压力补偿器，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；

对应于多个主阀芯的多个操纵部件，所述多个操纵部件用于分别向所述主阀组的相应的主阀芯输入先导压力；

电控单元，所述电控单元存储有对应于所述多个主阀芯的流量特征曲线 ，所述流量特征曲线反映在各个主阀芯前后的特定压力差下各个主阀芯所连接的相应的执行机构所需的流量与所述操纵部件输入的先导压力的关系，所述电控单元中存储有对应不同工作模式的模式设定系数K，所述主阀芯的前后的压力差能够通过模式设定系数 K进行标定；

对应于多个主阀芯的多个压力传感器，所述多个压力传感器与所述电控单元联接，用于检测相应的操纵部件输入的先导压力并将检测到的先导压力值输入所述电控单元，

其中，所述电控单元根据所述多个压力传感器检测到的先导压力值基于自身存储的相应的流量特征曲线计算相应的各个执行机构所需的流量，并由此计算所述液压系统所需的总流量，所述主泵基于该总流量通过正流量控制的方式输出相应的排量；所述液压系统还包括压差溢流阀，用于对所述液压系统的压力进行削峰处理。

2.根据权利要求1所述的用于工程机械的液压系统，其特征在于，所述液压系统所需的总流量通过各个执行机构所需的流量的总和乘以所述模式设定系数K得到。

3.根据权利要求1或2所述的用于工程机械的液压系统，其特征在于，所述主泵是电控正流量控制泵。

4.根据权利要求1或2所述的用于工程机械的液压系统，其特征在于，所述主泵是液控正流量控制泵。

5.根据权利要求1或2所述的用于工程机械的液压系统，所述主泵由所述工程机械的发动机驱动，在所述发动机和所述主泵之间设置有转速传感器，用于检测所述发动机的瞬时转速，并通过所检测到的瞬时转速和计算得出的所述液压系统所需的总流量得出所述主泵所需的排量。

6.根据权利要求1或2所述的用于工程机械的液压系统，其特征在于，所述操纵部件是踏板或手柄。

7.根据权利要求1或2所述的用于工程机械的液压系统，其特征在于，所述主阀芯是多路方向阀芯。

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

9.根据权利要求8所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为挖掘机、起重机、装载机或叉车。

Images