CN109538553A - 液压控制系统以及相应的移动式工作设备 - Google Patents

Abstract

一种液压控制系统包括：第一液压执行器；至少一个具有进油口和反馈口的第二液压执行器；作为第一泵的压力流量控制变量泵，其具有变量泵出口和流量控制口；第二泵，其出口通过单向阀液压连接到进油口；以及逻辑控制液压子系统，其至少包括2/2比例阀、节流器和泄压阀，2/2比例阀的第一液压端口液压连接在第二泵出口与单向阀之间，第二液压端口液压连接到回油管路，第一控制端口液压连接到单向阀与进油口之间或第一液压连接点，第二控制端口通过节流器液压连接到反馈口或第二液压连接点，基于第一与第二液压连接点之间的压差检测第一泵的预定排量状态，泄压阀的一端液压连接在第二控制端口与节流器之间，另一端液压连接到回油管路。可靠，舒适性好。

Description

液压控制系统以及相应的移动式工作设备

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统以及一种相应的移动式工作设备。

背景技术

与机械传动装置等其他类型的传动装置相比，液压传动装置具有体积小、重量轻、动作灵敏、可实现频繁启动和换向、操纵简单和易于控制等诸多优点。因此，目前在许多机械设备中得到了广泛应用。

特别是在装载机、挖掘机、叉车等中，采用液压控制系统具有更明显的优势。在这种液压控制系统中，通常设置有两个并联的液压泵，以降低节流损失和溢流损失。优选其中一个为具有固定排量的齿轮泵，另一个为变量泵。这些泵能够向多个液压执行器输送液压油。液压执行器例如包括行驶驱动装置、液压臂的液压缸以及用于调节行驶方向的转向装置等。

出于安全等原因，各个液压执行器具有不同的优先级别。例如，转向装置必须优先于其他液压执行器被供给液压油，从而使车辆在任何情况下都能保持是可转向的。

然而，在目前的液压控制系统中，依然存在操作人员操作时的舒适性差、燃油效率低等问题。为此，需要对现有的液压控制系统进行进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效可靠、结构简单、操作舒适性更好的液压控制系统以及一种相应的移动式工作设备。

根据本发明的第一方面，提供了一种液压控制系统，包括：第一液压执行器；至少一个第二液压执行器，其具有进油口和适于反馈第二液压执行器的负载状况的反馈口；作为第一泵的压力流量控制变量泵，其具有变量泵出口和流量控制口；第二泵，其出口通过单向阀液压连接到第二液压执行器的进油口而仅允许液压油从第二泵向第二液压执行器流动；以及用于控制第一液压执行器和/或第二液压执行器的逻辑控制液压子系统，其至少包括2/2比例阀、节流器和泄压阀，其中，2/2比例阀具有第一液压端口、第二液压端口、第一控制端口以及第二控制端口，第一液压端口液压连接在第二泵的出口与单向阀之间，第二液压端口液压连接到回油管路，第一控制端口液压连接在单向阀与第二液压执行器的进油口之间或液压连接到第一液压连接点，第二控制端口通过节流器液压连接到第二液压执行器的反馈口或液压连接到第二液压连接点，基于第一液压连接点与第二液压连接点之间的压力差适于检测压力流量控制变量泵的预定排量状态，泄压阀的一端液压连接在第二控制端口与节流器之间，另一端液压连接到回油管路。

根据本发明的可选实施例，所述液压控制系统还包括优先阀，所述优先阀具有入口、第一出口以及第二出口，其中，所述变量泵出口与所述优先阀的入口液压连接，所述优先阀的第一出口与第一液压执行器的进油口液压连接，所述优先阀的第二出口液压连接到第二液压执行器的进油口；以及所述逻辑控制液压子系统还包括梭阀，梭阀的第一入口液压连接在节流器与第二液压执行器的反馈口或第二液压连接点之间，梭阀的第二入口液压连接到第一液压执行器的适于反馈第一液压执行器的负载状况的反馈口，梭阀的出口液压连接到流量控制口。

根据本发明的可选实施例，所述第一液压连接点是变量泵出口或优先阀的入口；和/或所述第二液压连接点是流量控制口或优先阀的第二出口；和/或所述预定排量状态为最大排量状态。

根据本发明的可选实施例，所述第二泵为变量泵；和/或向第一液压执行器供油的液压系统与向第二液压执行器供油的液压系统彼此液压分离。

根据本发明的第二方面，提供了一种移动式工作设备，所述移动式工作设备配备有所述液压控制系统。

本发明的液压控制系统结构简单、可靠性高、操作舒适性好，同时能够避免节流损失和溢流损失。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1以装载机为例示出了根据本发明的一个示例性实施例的液压控制系统的系统框图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图1以装载机为例示出了根据本发明的一个示例性实施例的液压控制系统的系统框图。

如图1所示，装载机的液压控制系统主要包括：负载敏感压力流量控制变量泵1、转向单元2、优选为齿轮泵的固定流量泵3、优先阀4、先导阀5、至少一个液压工作单元6以及逻辑控制液压子系统7。所述转向单元2用于调节装载机的行驶方向。所述至少一个液压工作单元6例如可以是装载机的悬臂上的液压缸。显然，所述至少一个液压工作单元6的数量和类型不受限制，而是可以为任何数量和任意合适的类型。转向单元2和液压工作单元6实际上均为液压执行器。

所述转向单元2包括转向阀21。所述转向阀21具有两个转向缸接口22、23，它们与两个转向缸24、25连接，利用所述转向缸来实现转向。所述转向阀21还具有泵接口26、回油口27和反馈口28。所述回油口27通到油箱8，泵接口26与优先阀4的第一出口41连接，反馈口28与逻辑控制液压子系统7的第一端口71和优先阀4的反馈口42连接。

优选地，所述转向阀21是闭中位的。当转向单元2被操作时，反馈口28与转向缸接口22、23液压连接。当转向单元2未被操作时，反馈口28与回油口27连接。

除了上面提及到的第一出口41和反馈口42以外，所述优先阀4还具有第二出口43和入口44。第二出口43连接到所述液压工作单元6的主控阀61的进油口62，入口44连接到负载敏感压力流量控制变量泵1的出口101。在优先阀4未被供油的状态下，所述优先阀4的阀芯被弹簧45保持在第一位置。在该第一位置，所述入口44与第一出口41连通，第二出口43截止。在阀芯的弹簧侧通过反馈口42被施加有反馈压力，在弹簧的对侧施加有第一出口41处的压力。所述弹簧45的预紧力对应于一优先压力差，其可被调节到例如15bar。如果第一出口41处的压力与反馈口42处的反馈压力之差比所述优先压力差高一预定值，则阀芯向第二位置移动。在这种情况下，入口44与第二出口43连通，入口44与第一出口41之间的通路被稍微节流(但不会被关闭，以保证向转向单元2的液压供给在任何情况下都不会被中断)。

固定流量泵3具有恒定的排量(流量)。固定流量泵3的出口31连接到逻辑控制液压子系统7的第二端口72。固定流量泵3在预定情况下将液压油从油箱8中经由逻辑控制液压子系统7向液压工作单元6输送，在任何情况下均不向转向单元2输送。

负载敏感压力流量控制变量泵1具有可连续调节的流量，且例如可被实施为斜盘式泵。负载敏感压力流量控制变量泵1的流量利用调节缸102和回程缸103调节。所述回程缸103与负载敏感压力流量控制变量泵1的出口101连接。在这种情况下，一旦负载敏感压力流量控制变量泵1被驱动装置(未示出)转动，则负载敏感压力流量控制变量泵1将会朝最大的流量方向(最大摆角)移动。所述回程缸103内还设有弹簧，因此，即使负载敏感压力流量控制变量泵1不转动，也能调节出最大流量。

所述调节缸102与回程缸103以相反的方式作用，其趋向于使负载敏感压力流量控制变量泵1的流量降低(摆角降低)。所述调节缸102由第一调节阀104和第二调节阀105致动。第一调节阀104被优选可手动调节的弹簧106挤压在第一位置。在该第一位置，所述调节缸102与油箱8和第二调节阀105连接。在弹簧106的对侧，负载敏感压力流量控制变量泵1的输出压力施加到第一调节阀104上，从而在足够高的输出压力下可将第一调节阀104移动到第二位置。在该第二位置，所述调节缸102被负载敏感压力流量控制变量泵1加压。当负载敏感压力流量控制变量泵1的输出压力高于弹簧106设定的压力值时，负载敏感压力流量控制变量泵1将会朝向减小的流量方向被调节，进而可限定负载敏感压力流量控制变量泵1的输出压力的上限。

第二调节阀105被弹簧107挤压在第一位置。在该第一位置处，所述调节缸102经由第一调节阀104与油箱8连接。在第二调节阀105的弹簧对侧，负载敏感压力流量控制变量泵1的输出压力施加到第二调节阀105上，从而在足够高的输出压力下可将第二调节阀105移动到第二位置。在该第二位置，所述调节缸102通过第一调节阀104被负载敏感压力流量控制变量泵1加压。在弹簧107侧还设有与逻辑控制液压子系统7的第三端口73连接的流量控制口108。从而，负载敏感压力流量控制变量泵1的输出压力与流量控制口108处的压力之差越小，调节缸102就朝向增大流量的方向移动。

先导阀5优选被构造为操作手柄。先导阀5的端口a1、b1、a2、b2分别与液压工作单元6的端口a1、b1、a2、b2连接。

液压工作单元6还具有输出端口A1、B1、A2、B2，它们连接到相应的液压缸63、64、65，以控制液压缸的操作。

装载机的液压控制系统还包括先导油过滤器9和先导油供给阀10，其中，先导油过滤器9的一端连接到负载敏感压力流量控制变量泵1的出口101，另一端连接到先导油供给阀10。先导油供给阀10的输出口11连接到先导阀5的进油口12，以向先导阀5供给液压油。先导油供给阀10的回油口13和先导阀5的回油口14均连接到回油管路15。

在回油管路15邻近油箱8的位置处设有回油过滤器16，以过滤掉油中的杂质。

液压工作单元6的回油口66也连接到回油管路15。在回油管路15上设有散热器17，以对变热的回流油进行散热冷却。

下面，将对逻辑控制液压子系统7的组成和作用进行详细描述。

如图1所示，逻辑控制液压子系统7除了上述的第一端口71、第二端口72和第三端口73之外还具有第四端口74、第五端口75和第六端口76。第四端口74连接到通向主控阀61的进油口62的供油管路18而液压连接到进油口62，第五端口75连接到主控阀61的反馈口67，第六端口76作为回油口液压连接到回油管路15。

逻辑控制液压子系统7具有梭阀77，梭阀77具有第一入口771、第二入口772以及出口773。出口773连接到流量控制口108，第一入口771连接到第五端口75而与反馈口67液压连接，第二入口772连接到转向阀21的反馈口28。

逻辑控制液压子系统7还具有连接在第二端口72和第四端口74之间的单向阀78，以便仅允许液压油从第二端口72流向第四端口74。

此外，逻辑控制液压子系统7还具有2/2比例阀79、泄压阀80以及节流器81。2/2比例阀79的第一液压端口791连接在第二端口72与单向阀78之间而液压连接到固定流量泵3的出口31，2/2比例阀79的第一控制端口792连接在单向阀78与第四端口74之间而液压连接到供油管路18，2/2比例阀79的第二液压端口793连接到第六端口76而液压连接到回油管路15，2/2比例阀79的第二控制端口794通过节流器81连接到第五端口75。泄压阀80的一端连接在2/2比例阀79的第二控制端口794与节流器81之间而与第二控制端口794和节流器81均液压连接，另一端连接到第六端口76而液压连接到回油管路15。

节流器81可被设计成将节流器81两端的压差控制为预定值。

必须指出的是，逻辑控制液压子系统7可以如上所述由多个液压元件连接而成，从而可能并不是一个真正意义上的独立装置，而是其所包括的这些液压元件能够共同起着逻辑控制作用。这些端口也可能不是实际存在的连接端口，例如第二端口72可能并不存在，相反可以使固定流量泵3的出口31通过一段管路直接连接到单向阀79，当然此时单向阀79的输入端口可看作是第二端口72。然而，根据一个优选的示例性实施例，可以将逻辑控制液压子系统7作为一个首联装置集成到主控阀61上。

下面，将详细描述图1所示的液压控制系统、特别是逻辑控制液压子系统的工作过程和控制原理。

当仅转向单元2被操作时(即，液压工作单元6未被操作)，优先阀4将负载敏感压力流量控制变量泵1的出口101与泵接口26保持连通，从而使得负载敏感压力流量控制变量泵1输出的液压油直接地被泵送到转向单元2，以驱动转向单元2实现期望的转向。另一方面，当转向单元2被操作时，反馈口28会将反馈压力施加到逻辑控制液压子系统7的梭阀77的第二入口772，而此时第一入口771由于与主控阀61的反馈口67连接而处于低压，因此梭阀77的出口773将输出该反馈压力，并施加到流量控制口108，同时反馈口28的反馈压力直接施加到优先阀4的反馈口42。通过流量控制口108可调节负载敏感压力流量控制变量泵1的输出流量。从这个意义上讲，转向单元2、负载敏感压力流量控制变量泵1、优先阀4以及逻辑控制液压子系统7的梭阀77此时构成负载敏感液压系统。换言之，负载敏感压力流量控制变量泵1根据反馈口28处的反馈压力向转向单元2提供所需的流量，因此可以避免溢流损失。

当仅液压工作单元6(即先导阀5)被操作或转向单元2与液压工作单元6同时被操作时，主控阀61的反馈口67会将反馈压力施加到梭阀77的第一入口771，此时，梭阀77会选择主控阀61的反馈压力和转向单元2的反馈压力中的较大者，并通过其出口773反馈给负载敏感压力流量控制变量泵1的流量控制口108。在这种情况下，负载敏感压力流量控制变量泵1会朝着最大排量方向调节。当负载敏感压力流量控制变量泵1的排量足以使优先阀4的阀芯移动到第二位置时，优先阀4的入口44与第二出口43连通而可以允许向着液压工作单元6供送液压油。在这种情况下，优先阀4可在转向单元2与液压工作单元6之间分配流量。如果液压控制系统的系统压力超过负载敏感压力流量控制变量泵1的设定压力，则负载敏感压力流量控制变量泵1将会自动减小输出流量，因此也没有任何溢流损失。此时，由于系统压力较高，逻辑控制液压子系统7的单向阀78受到挤压而被关闭，从而，固定流量泵3输出的液压油不会被输送到主控阀61的进油口62。另一方面，由于2/2比例阀79的第二控制端口794通过节流器81连接到主控阀61的反馈口67，在节流作用下，第二控制端口794处的压力通常低于反馈口67的压力，而2/2比例阀79的第一控制端口792连通到供油管路18而处于比第二控制端口794处的压力高的压力下，当它们之间的压力差大于2/2比例阀79的预定打开压力时，2/2比例阀79被打开，固定流量泵3输出的液压油会从2/2比例阀79的第一液压端口791直接流到第二液压端口793，进而再绕过泄压阀80回流到回油管路15。

当负载敏感压力流量控制变量泵1达到其最大排量仍无法满足单独的液压工作单元6的需求或液压工作单元6与转向单元2(均被操作时)共同的需求时，系统压力会下降，从而单向阀78会在固定流量泵3的输出压力下打开而允许来自固定流量泵3的液压油向着供油管路18流动，以弥补不足的流量需求。换言之，固定流量泵3仅在负载敏感压力流量控制变量泵1达到或接近最大排量时才会参与向液压工作单元6供油，否则固定流量泵3输出的液压油会通过2/2比例阀79以低的压力损失回流到油箱8。

对于本领域的技术人员来说，显然也可通过适当设计而使固定流量泵3在负载敏感压力流量控制变量泵1达到低于最大排量的某一预定排量、例如最大排量的90％时就参与向液压工作单元6供油。

通过引入节流器81，可以控制2/2比例阀79的第二控制端口794的压力与主控阀61的反馈口67的压力之间的关系，甚至可以使2/2比例阀79的第二控制端口794的压力独立于或隔离于主控阀61的反馈口67的反馈压力，这使得可以更灵活地控制2/2比例阀79。

此外，通过引入泄压阀80，从主控阀61的反馈口67流过节流器81的液压油在达到一定压力时会回流到油箱8。即使泄压阀80被打开，由于节流器81的作用，可以确保主控阀61的反馈口67的反馈压力被正确地引入到梭阀77的第一入口711，以便能够正确地调节负载敏感压力流量控制变量泵1的排量。

显然，泄压阀80和2/2比例阀79共同限制固定流量泵3的输出压力的最大值，这也为液压控制系统的设计提供了更多的灵活性。

根据本发明的一个示例性实施例，可在液压工作单元6的主控阀61的阀芯之前或之后设置压力补偿器，以使得向着液压工作单元6的液压油分配仅取决于阀芯的开口面积，而不再依赖于负载。

对于本领域的技术人员来说，显然，也可以将固定流量泵3替换为变量泵。

而且，根据本发明，可使向转向单元2供油的转向液压系统和向液压工作单元6供油的执行液压系统液压分离，从而可以省去优先阀4。

如上所述，图1示出的实施例利用液压工作单元6的进油口62与反馈口67之间的压力差来检测负载敏感压力流量控制变量泵1是否达到了预定排量、特别是最大排量。然而，还存在不同的方法来检测负载敏感压力流量控制变量泵1的排量状态。

根据本发明的另一个示例性实施例，2/2比例阀79的第一控制端口792和第二控制端口794分别连接到负载敏感压力流量控制变量泵1的出口101和流量控制口108。如果2/2比例阀79的第一控制端口792和第二控制端口794之间的压差小于负载敏感压力流量控制变量泵1的预定调节值，则负载敏感压力流量控制变量泵1处于最大排量状态。

根据本发明的又一个示例性实施例，2/2比例阀79的第一控制端口792和第二控制端口794分别连接到优先阀4的入口44和第二出口43。

根据本发明的另一个示例性实施例，显然，2/2比例阀79的第一控制端口792和第二控制端口794也可分别连接到负载敏感压力流量控制变量泵1的出口101和优先阀4的第二出口43。

对于本领域的技术人员来说，显然，本发明的液压控制系统也可应用于其他需要该液压控制系统的设备，例如叉车、挖掘机等，而不仅限于装载机。

而且，对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (10)

1.一种液压控制系统，包括：

第一液压执行器(2)；

至少一个第二液压执行器(6)，其具有进油口(62)和适于反馈第二液压执行器(6)的负载状况的反馈口(67)；

作为第一泵的压力流量控制变量泵(1)，其具有变量泵出口(101)和流量控制口(108)；

第二泵(3)，其出口(31)通过单向阀(78)液压连接到第二液压执行器(6)的进油口(62)而仅允许液压油从第二泵(3)向第二液压执行器(6)流动；以及

用于控制第一液压执行器(2)和/或第二液压执行器(6)的逻辑控制液压子系统(7)，其至少包括2/2比例阀(79)、节流器(81)和泄压阀(80)，其中，2/2比例阀(79)具有第一液压端口(791)、第二液压端口(793)、第一控制端口(792)以及第二控制端口(794)，第一液压端口(791)液压连接在第二泵(3)的出口(31)与单向阀(78)之间，第二液压端口(793)液压连接到回油管路(15)，第一控制端口(792)液压连接在单向阀(79)与第二液压执行器(6)的进油口(62)之间或液压连接到第一液压连接点，第二控制端口(794)通过节流器(81)液压连接到第二液压执行器(6)的反馈口(67)或液压连接到第二液压连接点，基于第一液压连接点与第二液压连接点之间的压力差适于检测压力流量控制变量泵(1)的预定排量状态，泄压阀(80)的一端液压连接在第二控制端口(794)与节流器(81)之间，另一端液压连接到回油管路(15)。

2.如权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，

所述液压控制系统还包括优先阀(4)，所述优先阀(4)具有入口(44)、第一出口(41)以及第二出口(43)，其中，所述变量泵出口(101)与所述优先阀(4)的入口(44)液压连接，所述优先阀(4)的第一出口(41)与第一液压执行器(2)的进油口(26)液压连接，所述优先阀(4)的第二出口(43)液压连接到第二液压执行器(6)的进油口(62)；以及

所述逻辑控制液压子系统(7)还包括梭阀(77)，梭阀(77)的第一入口(771)液压连接在节流器(81)与第二液压执行器(6)的反馈口(67)或第二液压连接点之间，梭阀(77)的第二入口(772)液压连接到第一液压执行器(2)的适于反馈第一液压执行器(2)的负载状况的反馈口(28)，梭阀(77)的出口(773)液压连接到流量控制口(108)。

3.如权利要求2所述的液压控制系统，其特征在于，

所述第一液压连接点是变量泵出口(101)或优先阀(4)的入口(44)；和/或

所述第二液压连接点是流量控制口(108)或优先阀(4)的第二出口(43)；和/或

所述预定排量状态为最大排量状态。

4.如权利要求1-3中任一所述的液压控制系统，其特征在于，

所述第一液压执行器(2)为转向单元；和/或

所述第二泵(3)为固定流量泵；和/或

所述逻辑控制液压子系统(7)作为首联装置集成到第二液压执行器(6)的主控阀(61)上。

5.如权利要求1-3中任一所述的液压控制系统，其特征在于，

所述液压控制系统还包括先导阀(5)，所述先导阀(5)的多个端口与第二液压执行器(6)的主控阀(61)的相应端口液压连接；和/或

所述第二泵(3)为齿轮泵。

6.如权利要求2或3所述的液压控制系统，其特征在于，

所述优先阀(4)还具有与第一液压执行器(2)的反馈口(28)液压连接的反馈口(42)，以在压力流量控制变量泵(1)的输出压力达到设定值时连通所述优先阀(4)的入口(44)与第二出口(43)。

7.如权利要求1-6中任一所述的液压控制系统，其特征在于，

在第二液压执行器(6)的主控阀(61)的阀芯之前或之后设置有压力补偿器。

8.如权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，

所述第二泵(3)为变量泵；和/或

向第一液压执行器(2)供油的液压系统与向第二液压执行器(6)供油的液压系统彼此液压分离。

9.一种移动式工作设备，其特征在于，所述移动式工作设备配备有权利要求1-8中任一所述的液压控制系统。

10.如权利要求9所述的移动式工作设备，其特征在于，

所述移动式工作设备是装载机或叉车或挖掘机。