CN109505812A - 一种变量泵双模控制液压系统及隧道作业车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变量泵双模控制液压系统，进行立拱作业时，从臂架系统回流的反馈液压油经过第一分支连通第一变量机构，反馈液压油经过第二分支经过油路控制阀组调节后连通于第二变量机构，此时第一变量泵和第二变量泵均由臂架系统的反馈油压调节，该系统此时为负载敏感系统。进行凿岩作业时，第二变量泵流出的液压油经过恒压油路进入油路控制阀组，使泵出口油路连通于第二变量机构，此时第二变量机构的反馈油压为溢流阀调定的恒定压力即凿岩系统的工作压力，利用一套液压油路实现敏感调节和恒压工作，系统成本低、体积小、提高了液压系统的利用率。

Description

一种变量泵双模控制液压系统及隧道作业车

技术领域

本发明涉及液压设备技术领域，更进一步涉及一种变量泵双模控制液压系统。此外，本发明还涉及一种隧道作业车。

背景技术

隧道多功能作业车是一种具备隧道钢拱架和格栅拱架安装、锚杆锚网安装、辅助装药、人工撬毛和通风管作业等多功能、多用途为一体的隧道施工机械。多种功能集一体的隧道多功能作业车可满足多种复杂的施工需求，可能同时需要锚杆作业及立钢拱架作业两种完全不同的工况。

对液压系统而言，在立拱作业时，主要为臂架动作完成作业，为了降低功率损失，提高功率利用效率，采用负载敏感系统是最理想的设计方案，负载敏感系统是一种感受系统压力-流量需求，仅提供所需求的流量和压力的液压回路。

在锚杆作业时，需要利用凿岩机工作，凿岩机的工况为高频冲击及恒定的转速回转，需要液压系统在恒压模式下工作，如果同样采用负载敏感系统则会降低响应速度，无法保证施工的稳定性。

为了同时满足两种需求需配置两个较大排量的液压泵各自满足多臂架复合动作和凿岩机工作所需的流量，且分别同时工作在完全分离的两个液压系统回路中，导致液压系统成本高、体积大、系统布置困难，且利用率不高，这种设计在空间紧凑的的隧道作业设备上是非常不合理的，施工时需要更多人力拖拽电缆。

类似同时具备凿岩机工作及臂架工作的工程机械上常采用恒压系统设计，即一个液压泵同时供应臂架及部分凿岩机工作所需的流量，存在以下不足：一、凿岩机的工作压力相比臂架所需压力低很多，为满足臂架动作，泵必须在高压下工作，这就造成了凿岩机不需要的多余压力全部发热浪费；二、凿岩机正常工作时，其余的臂架仍然快速持续多复合动作，且液压泵的恒功率设定值需要满足单独立拱时的需要，无法在此工况下设定较小的功率限制值，驱动器没有得到有效保护，就会出现驱动器超载的隐患，且较快的动臂也会给锚杆施工作业带来安全隐患。如果从电气系统控制上采用限制阀口流量的方式，很难确保在多复合动作的情况下依然有效限制泵的总输出排量；通过电气控制的方式只能给出每一片阀的一个限定值，在复杂的施工作业下，无法判定动作的数量给出准确合理的标定；三、如果此时臂架复合动作较多且负载较小，则可能造成凿岩机无法顺畅工作的情况，也会发生危险。

对于本领域的技术人员来说，如何设计一种同时满足负载敏感系统和恒压模式工作的液压系统，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种变量泵双模控制液压系统，通过一套系统同时实现敏感调节和恒压工作，减小设备体积，降低制造成本，具体方案如下：

一种变量泵双模控制液压系统，包括由驱动器驱动的第一变量泵和第二变量泵，所述第一变量泵的出油管路连通于臂架系统；

所述第二变量泵的出油管路通过第一逻辑阀并流于所述第一变量泵的出油管路，所述第二变量泵的出油管路通过第二逻辑阀连通于凿岩系统；所述第一逻辑阀和第二逻辑阀能够开闭控制油路通断；

所述臂架系统的反馈油路通过第一分支连接于所述第一变量泵的第一变量机构，所述臂架系统反馈油路的第二分支连接油路控制阀组，所述油路控制阀组通过恒压油路与所述第二逻辑阀的出油端连通，所述油路控制阀组用于控制所述第二分支或所述恒压油路与所述第二变量泵的第二变量机构连通；

所述第一变量泵根据所述第一变量机构的反馈压力调节出口压力；所述第二变量泵根据所述第二变量机构的反馈压力调节出口压力。可选地，所述油路控制阀组包括先导关闭单向阀和三通换向阀，所述先导关闭单向阀的控制油路与所述第二逻辑阀的出油端连通，通过所述第二逻辑阀是否通油控制所述先导关闭单向阀通断；

所述恒压油路连接于所述三通换向阀，所述三通换向阀用于改变液压油流向。

可选地，所述三通换向阀为梭阀，所述梭阀能够比较所述第二分支和所述恒压油路的油压，使油压大的一侧与所述第二变量机构连通。

可选地，还包括换向阀，所述第二变量泵的出油管路连接于所述换向阀的进油口，回油口连接油箱，第一工作油口连接所述第二逻辑阀，第二工作油口连接所述第一逻辑阀；

所述换向阀处于不同的工作位置使所述换向阀的进油口向所述第一逻辑阀或所述第二逻辑阀供油。

可选地，还包括溢流阀，所述溢流阀的进油端连接于所述恒压油路上，出油端连接于所述换向阀与油箱的油路上。

可选地，还包括设置于所述恒压油路上的阻尼器，所述阻尼器设置于所述溢流阀的连接点之前。

可选地，所述换向阀为二位四通电磁阀。

可选地，所述第一变量泵和所述第二变量泵的出油管路上分别设置单向阀。

本发明还提供一种隧道作业车，包括上述任一项所述的变量泵双模控制液压系统。

本发明提供了一种变量泵双模控制液压系统，进行立拱作业时，第一变量泵向臂架系统供油，并使第一逻辑阀打开、第二逻辑阀关闭，从第二变量泵流出的液压油经过第一逻辑阀与第一变量泵的液压油合流，共同对臂架系统供油；从臂架系统回流的反馈液压油经过第一分支连通第一变量机构，反馈液压油经过第二分支，经过油路控制阀组调节后连通于第二变量机构，根据第一变量机构和第二变量机构的反馈压力调节第一变量泵和第二变量泵的泵送压力，此时第一变量泵和第二变量泵均由臂架系统的反馈油压调节，该系统此时为负载敏感系统。

进行凿岩作业时，第一变量泵向臂架系统供油，并使第一逻辑阀关闭、第二逻辑阀打开，从第二变量泵流出的液压油向凿岩系统供油，并且第二变量泵流出的液压油经过恒压油路进入油路控制阀组，使恒压油路与连通于第二变量机构，凿岩机的工作压力要小于臂架反馈的最大压力，这个时候第二变量泵的压力是溢流阀调节的，第一变量泵是反馈压力调节的。

本发明利用一套液压油路实现敏感调节和恒压工作，系统成本低、体积小、提高了液压系统的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的变量泵双模控制液压系统的油路图；

图2A为本发明变量泵双模控制液压系统处于敏感系统的液压流向图；

图2B为本发明变量泵双模控制液压系统处于恒压工作的液压流向图。

图中包括：

驱动器1、第一变量泵21、第一变量机构211、第二变量泵22、第二变量机构221、单向阀23、第一逻辑阀31、第二逻辑阀32、臂架系统4、第一分支41、第二分支42、凿岩系统5、恒压油路6、阻尼器61、油路控制阀组7、先导关闭单向阀71、三通换向阀72、换向阀8、溢流阀9。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种变量泵双模控制液压系统，通过一套系统同时实现敏感调节和恒压工作，减小设备体积，降低制造成本。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的变量泵双模控制液压系统进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明提供的变量泵双模控制液压系统的油路图；该系统包括由驱动器1驱动的第一变量泵21和第二变量泵22，两个变量泵由同一驱动器1带动同步运转，不需要设置两套油路系统，在一套油路系统中设置两个泵，一个泵满足恒压系统下的凿岩机工作全部流量，另一个泵满足臂架工作的全部流量，避免采用两套独立的油路系统造成浪费。

第一变量泵21的出油管路连通于臂架系统4，两种工作模式下第一变量泵21始终向臂架系统4供油。

第二变量泵22的出油管路分为两支，其中一支上设置第一逻辑阀31，另一支上设置第二逻辑阀，第二变量泵22的出油管路其中一支通过第一逻辑阀31并流于第一变量泵21的出油管路，第二变量泵22的出油管路的另一支通过第二逻辑阀32连通于凿岩系统5；第一逻辑阀31和第二逻辑阀32能够独立开闭控制油路通断，第一逻辑阀31和第二逻辑阀32可单独控制自身的通断，也可联动控制通断，因而优选地采用逻辑阀，但也可采用其他的控制阀。

当第一逻辑阀31打开、同时第二逻辑阀32关闭时，第二变量泵22流出的液压油经过第一逻辑阀31后与第一变量泵21流出的液压油合并，从PA处进入臂架系统，共同对臂架系统4供油。当第二逻辑阀32打开、同时第一逻辑阀31关闭时，第二变量泵22流出的液压油经过第二逻辑阀32向凿岩系统5供油，此时第一变量泵21始终向臂架系统4供油，第二变量泵22向凿岩系统5供油。

臂架系统4的反馈油路LS具有两个分支，通过第一分支41连接于第一变量泵21的第一变量机构211，第一变量机构211受到臂架系统4的反馈液压。

臂架系统4反馈油路的第二分支42连接油路控制阀组7，油路控制阀组7通过恒压油路6与第二逻辑阀32的出油端连通，油路控制阀组7用于控制第二分支42或恒压油路6与第二变量泵22的第二变量机构221连通。利用油路控制阀组7改变第二变量机构221的感受液压，当第二分支42与第二变量机构221连通时，第二变量机构221受到臂架系统4的反馈液压；当恒压油路6与第二变量机构221连通时，由于第二变量泵22输出的液压油经过第二逻辑阀32进入恒压油路6，第二变量泵22出口的油压由恒压油路6中的油压调定，第二变量机构221受到第二变量泵22出口压力，此时液压泵进入恒压系统工作。

第一变量泵21根据第一变量机构211的反馈压力调节出口压力；第二变量泵22根据第二变量机构221的反馈压力调节出口压力；第一变量机构211可检测相应油路上的反馈压力，并可调节第一变量泵21的出口压力；第二变量机构221可检测相应油路上的反馈压力，并可调节第二变量泵21的出口压力。

进行立拱作业时，第一变量泵21向臂架系统供油，并使第一逻辑阀31打开、第二逻辑阀32关闭，从第二变量泵22流出的液压油经过第一逻辑阀31与第一变量泵21的液压油合流，共同对臂架系统供油；调节油路控制阀组7，使从臂架系统4回流的反馈液压油经过第一分支41连通第一变量机构211；反馈液压油经过第二分支42，经油路控制阀组7调节后连通于第二变量机构221，根据第一变量机构211和第二变量机构221的反馈压力调节第一变量泵21和第二变量泵22的出口压力，此时第一变量泵21和第二变量泵22均由臂架系统的反馈油压调节，该系统此时为负载敏感系统，第一变量泵21和第二变量泵22随第一变量机构211和第二变量机构221的反馈液压实时调节泵油压力。

进行凿岩作业时，第一变量泵21向臂架系统供油，并使第一逻辑阀31关闭、第二逻辑阀32打开，从第二变量泵22流出的液压油向凿岩系统4供油，同时第二变量22泵流出的液压油经过恒压油路6进入油路控制阀组7，调节油路控制阀组7，使恒压油路6与连通于第二变量机构221，此时第二变量机构221接受从第二逻辑阀32流出的油压，只有第二变量泵22工作在恒压系统下，该系统此时为恒压系统。这个时候只有第二变量泵22的压力是保持恒定的，维持凿岩系统5作业，第一变量泵21用于维持此时臂架的慢速工作，且工作在负载敏感系统。

隧道多功能作业车工作在大多数时间均为立供作业，因此使第一变量泵21始终对臂架系统供油，进行立拱操作；改变第二变量泵的供油方向，可用于立拱操作，也可用于凿岩操作，凿岩操作的工作时间较短；本发明利用一套液压油路实现敏感调节和恒压工作，系统成本低、体积小、提高了液压系统的利用率。

在上述方案的基础上，本发明中油路控制阀组7包括先导关闭单向阀71和三通换向阀72，第二分支42的反馈液压油先经过先导关闭单向阀71，后经过三通换向阀72。先导关闭单向阀71的C3油口连接控制油路，当C3处有油压时先导关闭单向阀71关闭，第二分支42中的液压油无法从C1进入；C3处无油压时先导关闭单向阀71打开，第二分支42中的液压油从C1进入。恒压油路6连接于三通换向阀72，三通换向阀72用于改变液压油流向。

先导关闭单向阀71的C3油口连接的控制油路与第二逻辑阀32的出油端连通，图1所示控制油路连接于恒压油路6上；通过第二逻辑阀32是否通油控制先导关闭单向阀71通断，也即当第二逻辑阀32打开时，第二逻辑阀32的B2油口进油、A2油口出油，此时先导关闭单向阀71的C3油口有压力，C1油口和C2油口被阻断无法通油，从d2进入的恒压油从d3流出，向第二变量机构221供油。当第二逻辑阀32关闭时，第二逻辑阀32的A2油口无压力，因而先导关闭单向阀71的C3油口无压力，液压油从C1油口进入、从C2油口流出，从d1进入的反馈液压油从d3流出，向第二变量机构221供油。

更进一步，本发明中三通换向阀72为梭阀，梭阀能够比较第二分支42和恒压油路6的油压，使油压大的一侧与第二变量机构221连通；也即d1油口和d2油口中的压力大在从d3油口流出，压力小的一侧被阻断。采用梭阀结构根据第二逻辑阀32的开闭自动实现调节，无法设置单独的控制结构；当然，采用单独的控制阀体进行控制也是可以，也应包含在本发明的保护范围之内。

在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，该系统还包括换向阀8，第二变量泵22的出油管路连接于换向阀8的进油口P，换向阀8的回油口T连接油箱，第一工作油口A连接第二逻辑阀32的出油口A2，第二工作油口B连接第一逻辑阀31的进油口B1。

换向阀8处于不同的工作位置使换向阀8的进油口向第一逻辑阀31或第二逻辑阀32供油。如图2A所示，为本发明变量泵双模控制液压系统处于敏感系统的液压流向图，图2B为本发明变量泵双模控制液压系统处于恒压工作的液压流向图。

如图2A所示，换向阀8位于右侧工位时，P进油并从A流出，第二逻辑阀32受到油压被关闭，第一逻辑阀31无油压保持打开；如图2B所示，换向阀8位于左侧工位时，P进油并从B流出，第一逻辑阀31受到油压被关闭，第二逻辑阀32无油压保持打开。

更进一步，本系统中还包括溢流阀9，溢流阀9的进油端连接于恒压油路6上，出油端连接于换向阀8的回油口T与油箱的油路上，恒压系统中第二变量泵22出口的压力油连到第二变量机构221后，第二变量泵22出口压力由溢流阀9调定，通过溢流阀9限定凿岩系统5的工作油压。

该系统还包括设置于恒压油路6上的阻尼器61，阻尼器61设置于溢流阀9的连接点之前，从第二逻辑阀61中流出液压油缓冲，可改善控制油路的动态特性，减小压力冲击，且在变量泵控制油路上产生压降，控制变量。

优选地，本发明中换向阀8为二位四通电磁阀，通过电控的形式改变整体系统的工作模式。除此之外，也可采用手动阀体控制。

第一变量泵21和第二变量泵22的出油管路上分别设置单向阀23，防止液压油回流。

本发明还提供一种隧道作业车，包括上述的变量泵双模控制液压系统，该隧道作业车可实现相同的技术效果。

下面结合附图2A和图2B对系统的工作模式作进一步详细说明：

当隧道作业车立拱工作时：

换向阀8失电，P通A，从第二变量泵22出来的压力油经过换向阀8，关闭第二逻辑阀32，此时第一逻辑阀31油口B1、A1导通；第一变量泵21、第二变量泵22的压力油在经过经过各自的单向阀23后合流，从PA口流出，为臂架系统4提供压力油。

经过臂架系统4负载反馈回的压力油经LS分流，第一分支41一侧经过LS1油口作用在第一变量机构211的控制口X1上；第二分支42一侧由于第二逻辑阀32处于关闭状态，先导关闭单向阀71的C3口与梭阀的d2口均无压力，此时C1与C2导通，所以压力油从LS经过先导关闭单向阀71，后经过梭阀的d1口至d3口，从LS2口反馈至第二反馈顺口221的控制口X2。此时第一变量泵21和第二变量泵22同时工作在负载敏感系统中，两个泵的合流流量为臂架复合动作提供所需要的油液；两个变量泵工作在负载敏感系统下，可以起到节省能耗的作用。

当隧道作业车锚杆臂已经完成定位后，需要通过凿岩系统打锚杆时：

电磁换向阀8得电，P通B，从第二变量泵22出来的压力油经过换向阀8，关闭第一逻辑阀31，第二逻辑阀32油口B2、A2流通，第二变量泵22出来的压力油通过第二逻辑阀32，并经过阻尼器61后，作用在先导关闭单向阀71的先导口C3，使其关闭，C1至C2断开，阻断了从负载反馈的LS压力油，梭阀的d2、d3口导通后经过LS2口作用在第二变量机构221的控制口X2上，此时第二变量泵22处于恒压模式下工作。通过调节溢流阀10的弹簧调定切断压力。

主油路通过PB口为凿岩机工作提供压力油；从第一变量泵21出来的压力油，因为第一逻辑阀31关闭，依然从PA口流出，LS反馈至控制口X1，使得第一变量泵31依然工作在负载敏感系统中，为臂架动作提供所需油液。

第一变量泵31在负载敏感系统中，在锚杆作业下减缓了其他臂架的动作速度，但仍能保持正常动作；第二变量泵22转为恒压模式下工作，满足凿岩机工作需要，且不需要泵输出多余的压力提供给臂架，不会消耗多余的输入功率，且两个泵的总输出功率不会超过电机载荷。

本发明的变量泵双模控制液压系统采用较低排量规格的液压泵及电机，通过切换控制油路，同时满足了动臂与锚杆两种不同工况下的作业，可以简化液压系统、降低了电机泵组的配置规格、大大降低了生产成本、节省了不必要的人力物力、原理上和阀组单元设计上均容易实现。

臂架动作无论在任何工况下，都处于负载敏感系统下工作，相比于全部选择恒压系统的液压原理，降低了不必要的压力带来的功率损耗，有效的提高了功率利用效率，起到节能减排的作用。

在复杂的作业工况下，不会因为锚杆与多臂架复合动作同时出现带来的电机超载的风险，且在锚杆作业的同时从动力源头上简单有效的控制了其余臂架的动作速度过快，保证施工作业时的安全性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种变量泵双模控制液压系统，其特征在于，包括由驱动器(1)驱动的第一变量泵(21)和第二变量泵(22)，所述第一变量泵(21)的出油管路连通于臂架系统(4)；

所述第二变量泵(22)的出油管路通过第一逻辑阀(31)并流于所述第一变量泵(21)的出油管路，所述第二变量泵(22)的出油管路通过第二逻辑阀(32)连通于凿岩系统(5)；所述第一逻辑阀(31)和第二逻辑阀(32)能够开闭控制油路通断；

所述臂架系统(4)的反馈油路通过第一分支(41)连接于所述第一变量泵(21)的第一变量机构(211)，所述臂架系统(4)反馈油路的第二分支(42)连接油路控制阀组(7)，所述油路控制阀组(7)通过恒压油路(6)与所述第二逻辑阀(32)的出油端连通，所述油路控制阀组(7)用于控制所述第二分支(42)或所述恒压油路(6)与所述第二变量泵(22)的第二变量机构(221)连通；

所述第一变量泵(21)根据所述第一变量机构(211)的反馈压力调节出口压力；所述第二变量泵(22)根据所述第二变量机构(221)的反馈压力调节出口压力。

2.根据权利要求1所述的变量泵双模控制液压系统，其特征在于，所述油路控制阀组(7)包括先导关闭单向阀(71)和三通换向阀(72)，所述先导关闭单向阀(71)的控制油路与所述第二逻辑阀(32)的出油端连通，通过所述第二逻辑阀(32)是否通油控制所述先导关闭单向阀(71)通断；

所述恒压油路(6)连接于所述三通换向阀(72)，所述三通换向阀(72)用于改变液压油流向。

3.根据权利要求2所述的变量泵双模控制液压系统，其特征在于，所述三通换向阀(72)为梭阀，所述梭阀能够比较所述第二分支(42)和所述恒压油路(6)的油压，使油压大的一侧与所述第二变量机构(221)连通。

4.根据权利要求1至3任一项所述的变量泵双模控制液压系统，其特征在于，还包括换向阀(8)，所述第二变量泵(22)的出油管路连接于所述换向阀(8)的进油口，回油口连接油箱，第一工作油口连接所述第二逻辑阀(32)，第二工作油口连接所述第一逻辑阀(31)；

所述换向阀(8)处于不同的工作位置使所述换向阀(8)的进油口向所述第一逻辑阀(31)或所述第二逻辑阀(32)供油。

5.根据权利要求4所述的变量泵双模控制液压系统，其特征在于，还包括溢流阀(9)，所述溢流阀(9)的进油端连接于所述恒压油路(6)上，出油端连接于所述换向阀(8)与油箱的油路上。

6.根据权利要求5所述的变量泵双模控制液压系统，其特征在于，还包括设置于所述恒压油路(6)上的阻尼器(61)，所述阻尼器(61)设置于所述溢流阀(9)的连接点之前。

7.根据权利要求4所述的变量泵双模控制液压系统，其特征在于，所述换向阀(8)为二位四通电磁阀。

8.根据权利要求4所述的变量泵双模控制液压系统，其特征在于，所述第一变量泵(21)和所述第二变量泵(22)的出油管路上分别设置单向阀(23)。

9.一种隧道作业车，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的变量泵双模控制液压系统。