CN107724454B - 装载机定变量液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压系统，为解决现有定变量液压系统中工作液压系统动作时转向变量泵无法实现对工作液压系统的变量控制问题，提供一种装载机定变量系统。包括转向液压系统和工作液压系统，转向液压系统包括转向变量泵、优先阀、转向器、转向油缸等；工作液压系统包括定量泵、分配阀、液压执行件、先导阀、梭阀组等；当先导手柄有动作时，将分配阀上采出的负载信号，传递给连接在转向泵至分配阀旁路上的负载模拟阀，利用负载模拟阀上的两个压差的作用面积的不同，将泵与分配阀采出的负载压力的压差进行放大，并最终将放大的压差作用到转向泵的流量控制阀上，实现转向变量泵对工作液压系统的变量控制。

Description

装载机定变量液压系统

技术领域

本发明涉及一种液压系统，更具体地说，涉及一种装载机定变量液压系统。

背景技术

工程机械上大多采用液压系统，国内现有大部分的装载机液压系统是定量液压系统。其液压系统由定量泵、转向器、流量放大阀(优先阀)、转向油缸、分配阀、动臂油缸、转斗油缸等元件组成。在现有的装载机定量液压系统，忽略了定量泵的能量损失。由于泵排量为定值，系统流量仅和发动机转速有关；单独转向时，除去转向所需的流量外，多余的流量通过分配阀中位以一定的背压回油箱，造成能量损失；在运输工况时，转向油缸、动臂油缸和转斗油缸等均不动作，定量泵输出的流量通过分配阀中位并以一定的背压流回油箱，产生能量损失；工作过程中，当负载压力高于系统设定压力时，定量泵输出的流量以一定的卸荷压力或溢流压力流回油箱，产生高压卸荷损失和溢流损失。

国外现有的装载机以变量液压系统为主，其液压系统由变量泵、负载敏感转向器、流量放大阀、转向油缸、负载敏感阀、动臂油缸和转动油缸等元件组成；其存在的不足是：工作液压系统和转向液压系统均采用变量泵，其成本较高；为克服这种成本问题，现有装载机通常采用定变量系统，即转向液压系统中使用变量泵，工作液压系统中使用定量泵，转向液压系统与工作液压系统合流，优先满足转向所需流量后转向液压系统中多余的流量合流到工作液压系统中。在这种液压系统中，其变量部分主要用于转向系统，在工作液压系统动作时，负载敏感变量泵就变为一个具有切断功能的定量泵，无法实现对工作液压系统的负载敏感控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有装载机定变量液压系统中工作液压系统动作时转向变量泵无法实现对工作液压系统的变量控制问题，而提供一种装载机定变量系统。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：公开一种装载机定变量系统，包括转向液压系统和工作液压系统。

所述转向液压系统包括转向油缸、与转向油缸连接且控制转向油缸伸缩的转向器、优先供油口与转向器工作进油口连接的优先阀、泵口与优先阀工作进油口连接的转向变量泵、与转向变量泵进油口连接的液压油箱。

所述工作液压系统包括动臂油缸和转斗油缸、与动臂油缸和转斗油缸连接且控制动臂油缸和转斗油缸伸缩的闭中位无补偿分配阀、与分配阀连接的先导阀、进油口与液压油箱连接并向分配阀供油的定量泵。

所述优先阀的富余流量合流出油口与所述分配阀的工作进油口连接。

其特征在于还包括梭阀、梭阀组和负载模拟阀；所述负载模拟阀包括两位三通阀、两位四通阀、滑阀。

所述滑阀包括阀芯和与两位四通阀阀芯连接的阀套，在阀芯与阀套之间沿阀芯轴向布置的C1腔、C2腔、C3腔、C4腔、C5腔、C6腔；其中C1腔和C6腔分别位于阀芯的两端且腔内液压油在阀芯上的作用面积相同，C2腔和C5腔的腔内液压油在阀芯上的作用面积相同，C3腔和C4腔相邻且由阀芯与阀套之间相对移动所形成的减压阀口连接。

所述两位三通阀具有A1油口、A2油口、A3油口，所述两位四通阀具有B1油口、B2油口、B3油口、B4油口；所述A2油口和B2油口与油箱回路连接；所述A1油口和B1油口均与转向变量泵的泵口连接；两位三通阀和两位四通阀的液控端均与梭阀组的出油口连接；A3油口与C1腔连通，B4油口同时与C3腔和C5腔连通，B3油口与C2腔连通；梭阀的一个进油口同时与C2腔和C4腔连通，C6腔与分配阀的负载压力输出口连通。

先导油口具有有效先导压力信号输入时，A1油口与A3油口导通，B1油口与B4油口导通，B3油口经阻尼孔与B2油口连通；先导油口没有有效先导压力信号输入时，A3油口与A2油口导通，B2油口同时与B3油口和B4油口导通。

所述转向器的转向压力信号输出口和优先阀的负载信号输出口连接后与所述梭阀的另一个进油口连接，所述梭阀的出油口与转向变量泵的负载反馈口连接。

所述先导阀的各先导油路与梭阀组的各进油口对应连接，梭阀组的出油口同时与A1油口和B1油口连接。

上述装载机定变量系统中，所述C6腔内设置有复位弹簧。

上述装载机定变量系统中，C6腔内液压油在阀芯上的作用面积是C5腔内液压油在阀芯上的作用面积的2至3倍。

上述装载机定变量系统中，还包括先导供油阀，所述先导供油阀的进油口与转向变量泵的泵口连接，所述先导供油阀的出油口与先导阀的先导油源进油口连接。在先导供油阀的进油口与转向变量泵泵口之间的连接油路上设置有先导油滤。在先导供油阀的出油口与先导阀的先导油源进油口之间的连接油路上设置有先导截止阀。

上述装载机定变量系统中，还包括卸荷阀，所述卸荷阀的进油口与定量泵的泵口连接，出油口与分配阀的工作进油口连接，卸荷出油口与油箱回路连接，卸荷控制信号输入口与梭阀组的出油口连接。所述卸荷阀包括开关阀、第二两位三通阀、液控阀、单向阀；开关阀连接在卸荷进油口和卸荷出油口之间，所述单向阀的进油端与卸荷阀的进油口连接，单向阀的出油端与卸荷阀的出油口连接；第二两位三通阀的液控端与卸荷阀的卸荷控制信号输入口连接，第二两位三通阀的第一油口经第二节流阀与卸荷阀的进油口连接，开关阀的弹簧腔与第二两位三通阀的第一油口连接，液控开关阀连接在第二两位三通阀的第二油口与卸荷出油口之间，液控开关阀的液控端经第一节流阀与单向阀的出油端连接，第二两位三通阀的第三油口与卸荷出油口连接。

本发明与现有技术相比，本发明的优点：

(1)一个负载敏感变量泵即实现了转向和工作的变量控制，最大化的利用变量泵的容积调速特性。

(2)变量泵在工作时仍为负载敏感泵，继续发挥其容积调速的特性，较定量系统没有溢流损失，更为节能。

附图说明

图1为本发明装载机定变量系统的原理图。

图2为本发明的负载模拟阀的原理图。

图3为本发明的卸荷阀的原理图。

图中零部件名称及序号：

转向变量泵1、优先阀2、转向器3、转向油缸4、动臂油缸5、转斗油缸6、梭阀7、负载模拟阀8、梭阀组9、工作定量泵10、卸荷阀11、先导油滤12、分配阀13、先导阀14、先导截止阀15、先导供油阀16、液压油箱17。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

本实施例中的装载机定变量系统如图1所示，该系统包括转向液压系统和工作液压系统、梭阀7、梭阀组9和负载模拟阀8、先导供油阀16等。

转向液压系统包括转向油缸4、与转向油缸4连接且控制转向油缸4伸缩的转向器3、优先供油口CF与转向器3的工作进油口连接的优先阀2、泵口与优先阀2的工作进油口连接的转向变量泵1、与转向变量泵1的进油口连接的液压油箱17。转向变量泵1从液压油箱17中吸取液压油并从其泵口输出，转向变量泵1输出的液压油从优先阀2的工作进油口进入优先阀2，从优先阀2的优先供油口CF输出向转向器3供油。

工作液压系统包括动臂油缸5和转斗油缸6、与动臂油缸5和转斗油缸6连接且控制其伸缩的闭中位无补偿分配阀13、与分配阀13连接的先导阀14、工作定量泵10；定量泵的泵口与卸荷阀的进油口连接，卸荷阀的出油口与分配阀的工作进油口连接，卸荷阀的卸荷出油口与油箱回路连接；卸荷控制信号输入口与梭阀组的出油口连接。

优先阀2的富余流量合流出油口EF与分配阀13的工作进油口连接；转向变量泵1所输出的液压油在优先满足转向器3所需流量的情况下将富余流量与工作定量泵10合流向分配阀13供油。

如图2所示，负载模拟阀8包括两位三通阀81、两位四通阀82、滑阀83。滑阀83包括阀芯和与两位四通阀82的阀芯连接的阀套，滑阀83在阀芯与阀套之间沿阀芯轴向布置的C1腔、C2腔、C3腔、C4腔、C5腔、C6腔；其中C1腔和C6腔分别位于阀芯的两端且腔内液压油在阀芯上的作用面积均为S1，C2腔和C5腔内液压油在阀芯上的作用面积均为S2，C3腔和C4腔相邻，当阀芯与阀套之间相对移动时，阀芯与阀套之间形成的减压阀口连通C3腔和C4腔。

两位三通阀81具有A1油口、A2油口、A3油口，两位四通阀82具有B1油口、B2油口、B3油口、B4油口。

A2油口和B2油口均与油箱回路；A1油口和B1油口均与转向变量泵的泵口连接；两位三通阀81的液控端A0和两位四通阀82的液控端B0均与梭阀组的出油口连通；A3油口与C1腔连通，B4油口同时与C3腔和C5腔连通，B3油口与C2腔连通；C2腔和C4腔均与梭阀的一个进油口7b连通，C6腔与分配阀的负载压力输出口连通；C6腔内设置有复位弹簧。复位弹簧的刚度很小，其作用在阀芯上的弹力相对于液压油压力相比非常小，可以忽略不计。

梭阀组9的出油口具有有效先导压力信号输出时，两位三通阀81处于右位，A1油口与A3油口导通，两位四通阀82处于左位，B1油口与B4油口导通，B3油口经阻尼孔R1与B2油口连通；梭阀组9的出油口没有有效先导压力信号输入时，两位三通阀81处于左位，A3油口与A2油口导通，两位四通阀82处于右位，B2油口同时与B3油口和B4油口导通。

如图1所示，转向器3的转向压力信号输出口LS3和优先阀2的负载压力信号输出口LS2连接后与梭阀7的一个进油口7a连接，梭阀7的另一个进油口7b同时C2腔和C4腔连通。梭阀7的出油口7c与转向变量泵1的负载反馈口LS1连接。

如图3所示，卸荷阀11包括开关阀113、第二两位三通阀111、液控开关阀112、单向阀114；开关阀113连接在卸荷阀的进油口和卸荷出油口之间，单向阀114的进油端与卸荷阀的进油口连接，单向阀114的出油端与卸荷阀的出油口连接；第二两位三通阀111的液控端与卸荷阀的卸荷控制信号输入口连接，第二两位三通阀111的第一油口经第二节流阀116与卸荷阀的进油口连接，开关阀113的弹簧腔与第二两位三通阀111的第一油口连接，液控开关阀112连接在第二两位三通阀的第二油口与卸荷出油口之间，液控开关阀112的液控端经第一节流阀115与单向阀114的出油端连接，第二两位三通阀111的第三油口与卸荷出油口连接；卸荷阀的卸荷控制信号输入口具有有效压力信号输入时，第二两位三通阀处于下位，其第一油口与第二油口导通；卸荷阀的卸荷控制信号输入口没有有效压力信号输入时，第二两位三通阀处于上位，其第一油口与第三油口导通。

如图1所示，先导阀14的各先导油路与梭阀组9的各进油口对应连接，梭阀组9的出油口同时与负载模拟阀8的两位三通阀和两位四通阀的液控端、卸荷阀的卸荷控制信号输入口连接。

先导供油阀16的进油口与转向变量泵1的泵口连接，先导供油阀16的出油口与先导阀14的先导油源进油口连接。在先导供油阀16的进油口与转向变量泵1的泵口之间的连接油路上设置有先导油滤12。在先导供油阀16的出油口与先导阀14的先导油源进油口之间的连接油路上设置有先导截止阀15。

本实施例中装载机定变量系统的工作原理如下：

1、整机怠速无动作工况，先导阀14无先导压力输出，与先导阀14各先导油路对应连接的梭阀组9的出口无压力输出。

在负载模拟阀8中，两位三通阀81处于左位，两位四通阀82处于右位。由于两位四通阀82没有换向运动，滑阀83的阀套无运动。滑阀83的C1腔通过两位三通阀81的左位与油箱回路连通，C1腔的压力为零；滑阀83的C2腔、C3腔、C4腔、C5腔通过两位四通阀82的右位与油箱回路连通，C2腔、C3腔、C4腔、C5腔的压力为零；分配阀13的负载压力输出口LS0也无负载压力信号输出，与负载压力输出口LS0相连的滑阀83的C6腔的压力为零；滑阀83的阀芯的各腔均无压力，滑阀83的阀芯无运动，阀芯与阀套的遮盖量X0为零(C3腔与C4腔之间不连通)。转向器3的转向压力信号输出口LS3通过转向器中位与油箱回路导通，与转向器转向压力信号输出口LS3相连接的梭阀7的进油口7a的压力为零；由于滑阀83的C2腔和C4腔的压力为零，与滑阀83的C2腔和C4腔相连接的梭阀7的另一进油口7b压力也为零；因此，梭阀7的出油口7c的压力为零，与梭阀7的出油口7c相连接的转向变量泵1的负载反馈口LS1的压力也为零。此时，转向变量泵1的泵口维持一个低压，排量几乎为零，没有开中位损失。

卸荷阀11的卸荷控制信号输入口(梭阀组9的出油口)的压力为零，卸荷阀11中的第二两位三通阀111作用在上位，卸荷阀11的开关阀113打开，定量泵10泵口的出油经过卸荷阀11中的进油口、开关阀113、卸荷出油口直接回油箱，减少了开中位损失。

2、单独转向工况，先导阀14无先导压力输出，与先导阀14各先导油路对应连接的梭阀组9的出油口无压力输出。

卸荷阀11的卸荷控制信号输入口(梭阀组9的出油口)的压力为零，卸荷阀11中的第二两位三通阀111作用在上位，卸荷阀11的开关阀113打开，定量泵10泵口的出油经过卸荷阀11中的进油口、开关阀113、卸荷出油口直接回油箱，减少了开中位损失。

在负载模拟阀8中，两位三通阀81处于左位，两位四通阀82处于右位。由于两位四通阀82没有换向运动，滑阀83的阀套无运动。滑阀83的C1腔通过两位三通阀81的左位与油箱回路连通，C1腔的压力为零；滑阀83的C2腔、C3腔、C4腔、C5腔通过两位四通阀82的右位与油箱回路连通，C2腔、C3腔、C4腔、C5腔的压力为零；分配阀13的负载压力输出口LS0也无负载压力信号输出，与负载压力输出口LS0相连的滑阀83的C6腔的压力为零；滑阀83的各油腔均无压力，滑阀83的阀芯无运动，阀芯与阀套的遮盖量X0为零。由于滑阀83的C2腔和C4腔的压力为零，与滑阀83的C2腔和C4腔相连接的梭阀7的进油口7b压力也为零；转向器3有动作时，转向器3的转向压力信号输出口LS3与优先阀2的负载压力信号输出口LS2相连通后，同时经过梭阀7的进油口7a传递到转向变量泵1的负载反馈口LS1，使得转向变量泵1增大排量，直至满足转向系统所需要的流量。

3、执行元件(动臂油缸或\和转斗油缸)单独动作工况，当先导阀14有动作时，推动分配阀13相应的阀杆运动使阀杆有一定的开口，先导阀14输出的先导压力还通过梭阀组9的出油口作用到负载模拟阀中两位三通阀和两位四通阀的液控端及卸荷阀的卸荷控制信号输入口上。

卸荷阀11的卸荷控制信号输入口接收到先导油路上的压力信号，使得卸荷阀11中的第二两位三通阀111作用在下位，卸荷阀11的开关阀113关闭，从而使定量泵10输出的油液经卸荷阀10的单向阀进入分配阀13。

负载模拟阀8的两位三通阀81的右端(液控端A0)和两位四通阀82的左端(液控端B0)，在先导油的压力作用下，推动两位三通阀81和两位四通阀82换向。滑阀83的阀套跟随两位四通阀82向右运动，使得滑阀83的C3腔和C4腔之间出现一个开口量X0(即减压阀口的开度)。转向变量泵1泵口压力通过两位三通阀81的右位作用到滑阀83的C1腔，分配阀13的负载压力输出口输出的负载压力作用到滑阀83的C6腔，作用到C1腔的压力P1与作用到C6腔的负载压力PLS0的压差方向向右，作用面积均为S1；同时，转向变量泵1的泵口压力P1通过两位四通阀82的左位作用后分为两路，一路作用到滑阀83的C5腔，一路作用到C3腔，作用到C3腔的压力P1通过开口量X0的减压阀口实现减压，减压后的压力为PLS，作用到滑阀83的C4腔，并通过C2腔、两位四通阀82左位的阻尼孔R1传递至油箱回路。作用到C5腔的压力P1与作用到C2腔的压力PLS(C2腔的压力与C4腔的压力相等)的压差方向向左，作用面积均为S2。

由于转向器3无动作，转向压力信号输出口LS3输出的压力为零,与转向器的转向压力信号输出口LS3相连的梭阀7的进油口7a的压力为零；作用到C2腔的压力PLS，通过梭阀7的进油口7b、出油口7c最终传递给转向变量泵的负载反馈口LS1口，使得转向变量泵1增大排量直到分配阀所需流量。

对于滑阀83，由于复位弹簧刚度很小，若忽略弹簧力，阀芯受到C1腔的压力P1与C6腔的压力PLS0、作用面积为S1的压差，以及C5腔的压力P1与C2腔的压力PLS、作用面积为S2的压差，阀芯83在两个这压差的作用下达到平衡状态。由于S1是S2的N倍(2≤N≤3)，作用到C5腔的压力P1与作用到C2腔的压力PLS的压差是作用到C1腔的压力P1与作用到C6腔的压力PLS0的压差的N倍(2≤N≤3)。作用到C5腔的压力P1与作用到C2腔的PLS的压差即是作用到转向变量泵1的流量控制阀上的压差，即：通过负载模拟阀8，实现了转向变量泵1泵口压力P1与分配阀采出的负载压力PLS0的压差的放大，并最终将放大的压差信号作用到转向变量泵1的流量控制阀上，达到系统变量控制的目的。

当负载压力(分配阀的入口压力)大于卸荷阀11的液控开关阀112的弹簧力时，卸荷阀11的第二两位三通阀111经过液控开关阀与油箱回路相连通，卸荷阀11的开关阀113开启，使定量工作泵10的出油口经过卸荷阀11中的开关阀113直接回油箱，没有高压溢流损失。

4、当转向与工作同时动作时，分配阀13的负载压力输出口输出的负载压力作用到负载模拟阀8中的两位三通阀和两位四通阀的液控端及卸荷阀的卸荷控制信号输入口上。使负载模拟阀8经梭阀7输出压力PLS。

由于转向器同时动作，转向器3的转向压力信号输出口输出的转向压力信号PLS3与优先阀输出的压力信号PLS2相汇并作用到梭阀7的进油口7a；同时负载模拟阀8输出的压力信号PLS作用到梭阀7的进油口7b；经过梭阀7的比较，采出较大的压力信号，并通过出油口7c最终传递到转向变量泵1的负载反馈口LS1，转向变量泵1输出的流量优先满足转向系统的需求外，富余的流量经合流出油口EF供给液压工作系统。

卸荷阀11的卸荷控制信号输入口接受到先导油路上的压力信号，使得卸荷阀11中的第二两位三通阀111作用在下位，卸荷阀11的开关阀113关闭，从而使定量泵10的油液进入分配阀13。

Claims (8)

1.一种装载机定变量系统，包括转向液压系统和工作液压系统；

所述转向液压系统包括转向油缸、与转向油缸连接且控制转向油缸伸缩的转向器、优先供油口(CF)与转向器工作进油口连接的优先阀、泵口与优先阀工作进油口连接的转向变量泵、与转向变量泵进油口连接的液压油箱；

所述工作液压系统包括动臂油缸和转斗油缸、与动臂油缸和转斗油缸连接且控制动臂油缸和转斗油缸伸缩的闭中位无补偿分配阀、与分配阀连接的先导阀、进油口与液压油箱连接并向分配阀供油的定量泵；

所述优先阀的富余流量合流出油口与所述分配阀的工作进油口连接；

其特征在于还包括梭阀、梭阀组和负载模拟阀；所述负载模拟阀包括两位三通阀、两位四通阀、滑阀；

所述滑阀包括阀芯和与两位四通阀阀芯连接的阀套，在阀芯与阀套之间沿阀芯轴向布置的C1腔、C2腔、C3腔、C4腔、C5腔、C6腔；其中C1腔和C6腔分别位于阀芯的两端且腔内液压油在阀芯上的作用面积相同，C2腔和C5腔的腔内液压油在阀芯上的作用面积相同，C3腔和C4腔相邻且由阀芯与阀套之间相对移动所形成的减压阀口连接；

所述两位三通阀具有A1油口、A2油口、A3油口，所述两位四通阀具有B1油口、B2油口、B3油口、B4油口；所述A2油口和B2油口与油箱回路连接；所述A1油口和B1油口均与转向变量泵的泵口连接；A3油口与C1腔连通，B4油口同时与C3腔和C5腔连通，B3油口与C2腔连通；

先导油口具有有效先导压力信号输入时，A1油口与A3油口导通，B1油口与B4油口导通，B3油口经阻尼孔与B2油口连通；先导油口没有有效先导压力信号输入时，A3油口与A2油口导通，B2油口同时与B3油口和B4油口导通；

所述转向器的转向压力信号输出口和优先阀的负载信号输出口连接后与所述梭阀的一个进油口连接，梭阀的另一个进油口同时与C2腔和C4腔连通，所述梭阀的出油口与转向变量泵的负载反馈口连接；C6腔与分配阀的负载压力输出口连通；

所述先导阀的各先导油路与梭阀组的各进油口对应连接，梭阀组的出油口同时与两位三通阀和两位四通阀的液控端连通。

2.根据权利要求1所述的装载机定变量系统，其特征在于所述C6腔内设置有复位弹簧。

3.根据权利要求1所述的装载机定变量系统，其特征在于C6腔内液压油在阀芯上的作用面积是C5腔内液压油在阀芯上的作用面积的2至3倍。

4.根据权利要求1所述的装载机定变量系统，其特征在于还包括先导供油阀(16)，所述先导供油阀的进油口与转向变量泵的泵口连接，所述先导供油阀的出油口与先导阀的先导油源进油口连接。

5.根据权利要求4所述的装载机定变量系统，其特征在于在先导供油阀的进油口与转向变量泵泵口之间的连接油路上设置有先导油滤(12)。

6.根据权利要求4所述的装载机定变量系统，其特征在于在先导供油阀的出油口与先导阀的先导油源进油口之间的连接油路上设置有先导截止阀(15)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装载机定变量系统，其特征在于还包括卸荷阀，所述卸荷阀的进油口与定量泵的泵口连接，出油口与分配阀的工作进油口连接，卸荷出油口与油箱回路连接，卸荷控制信号输入口与梭阀组的出油口连接。

8.根据权利要求7所述的装载机定变量系统，其特征在于所述卸荷阀包括开关阀、第二两位三通阀、液控开关阀、单向阀；开关阀连接在卸荷阀的进油口和卸荷出油口之间，所述单向阀的进油端与卸荷阀的进油口连接，单向阀的出油端与卸荷阀的出油口连接；第二两位三通阀的液控端与卸荷阀的卸荷控制信号输入口连接，第二两位三通阀的第一油口经第二节流阀与卸荷阀的进油口连接，开关阀的弹簧腔与第二两位三通阀的第一油口连接，液控开关阀连接在第二两位三通阀的第二油口与卸荷出油口之间，液控开关阀的液控端经第一节流阀与单向阀的出油端连接，第二两位三通阀的第三油口与卸荷出油口连接；卸荷阀的卸荷控制信号输入口具有有效压力信号输入时，第二两位三通阀的第一油口与第二油口导通；卸荷阀的卸荷控制信号输入口没有有效压力信号输入时，第二两位三通阀的第一油口与第三油口导通。