CN109555743A - 用于油缸的控制系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械领域，公开了一种用于油缸的控制系统及工程机械，该控制系统包括：控制器，用于控制通过第一油路向油缸的大腔供油；流量再生阀，该流量再生阀的非弹簧腔与油缸的小腔相连通；以及压力控制阀，该压力控制阀设置在与小腔相连通的第二油路上且该压力控制阀的非弹簧腔与第一油路相连，用于在第一油路的液压油的压力小于该压力控制阀的开启压力的情况下，切断第二油路以停止小腔回油，流量再生阀用于在小腔的液压油的压力大于流量再生阀的开启压力的情况下，导通小腔与第一油路之间的油路，从而允许小腔的液压油与来自第一油路的液压油合流至大腔。本发明可在不改变油泵规格的情况下，提高油缸的伸出速度，从而提高作业效率。

Description

用于油缸的控制系统及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于油缸的控制系统及包括所述用于油缸的控制系统的工程机械。

背景技术

现有技术中的控制系统包括用于保持负载的平衡阀。常见的平衡阀大致可以分为两类：一类是单向平衡阀(如图1所示)，另一类是双向平衡阀。所述单向平衡阀包括：单向阀100、平衡阀200以及单向节流阀300，具体是指只在一个方向保持负载的阀，例如一些小吨位起重机的变幅油缸，只有大腔进油时通过平衡阀以保持负载，而小腔直接和多路阀相连。双向平衡阀是指在两个方向都能保持负载的阀，例如大吨位起重机的变幅油缸，大小腔进油时都要通过平衡阀，从而大小腔都可以保持负载。

现有技术中的控制系统存在以下缺点：(1)效率和成本的矛盾：油缸的伸出速度只取决于油泵排量的大小，为了缩短伸出时间，只能增大油泵规格，而这又导致了成本的增加；(2)受限于油泵规格，油缸伸缩效率普遍较低。考虑到生产成本，油泵规格不会太大，这限制了油缸的伸缩效率。以常见的12T随车吊为例，双伸缩油缸全伸时间需要近一分钟；大吨位单缸插销全伸臂效率更低，油缸需要来回伸缩好几次大臂才能全伸臂。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于油缸的控制系统及包括所述用于油缸的控制系统的工程机械，其可通过提高所述油缸的小腔的回油背压，使小腔的回油汇入第一油路并最终合流至所述油缸的大腔，从而实现液压油的流量再生，即在不改变油泵规格的情况下提高油缸的伸出速度，进而提高作业效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于油缸的控制系统，该控制系统包括：控制器，用于控制通过第一油路向所述油缸的大腔供油；流量再生阀，该流量再生阀的非弹簧腔与所述油缸的小腔相连通；以及压力控制阀，该压力控制阀设置在与所述小腔相连通的第二油路上且该压力控制阀的非弹簧腔与所述第一油路相连，用于在所述第一油路的液压油的压力小于该压力控制阀的开启压力的情况下，切断所述第二油路以停止所述小腔回油，所述流量再生阀用于在所述小腔的液压油的压力大于所述流量再生阀的开启压力的情况下，导通所述小腔与所述第一油路之间的油路，从而允许所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔。

可选的，所述控制系统还包括：切断阀，该切断阀与所述压力控制阀并联连接，用于导通所述第二油路以允许所述小腔回油；以及位置传感器，用于检测所述油缸的活塞杆的位置，所述控制器还用于在所述活塞杆未完全伸出且距完全伸出的位置的距离为预设距离的情况下，控制所述切断阀切换至导通状态以导通所述第二油路，所述流量再生阀还用于在所述小腔的液压油的压力小于所述流量再生阀的开启压力的情况下，切断所述小腔与所述第一油路之间的油路，从而仅允许通过所述第一油路向所述大腔供油。

可选的，所述控制系统还包括电磁阀，所述控制器还用于通过控制该电磁阀的通或断以控制所述切断阀切换至导通或截止状态。

可选的，所述控制系统还包括：第一止流阀，用于防止所述大腔内的液压油回流；以及第二止流阀，该第二止流阀与所述压力控制阀并联连接且该第二止流阀的进油口与所述流量再生阀的弹簧腔相连，用于防止所述小腔的液压油回流。

可选的，所述控制器还用于执行以下操作：控制通过第二油路经由所述第二止流阀向所述小腔供油；以及所述控制系统还包括：平衡阀，该平衡阀与所述第一止流阀并联连接，该平衡阀的阀芯与所述小腔相连，用于在所述第二油路内的液压油的作用下切换至导通状态以允许所述大腔内的液压油回流。

可选的，所述控制系统还包括：单向节流阀，用于减缓所述平衡阀的阀芯开启速度，从而防止时因所述大腔的液压油的总量突减对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击。

可选的，所述压力控制阀的开启压力小于或等于系统最大承压，该压力控制阀还用于在所述第一油路的液压油的压力大于所述压力控制阀的开启压力的情况下，开始导通以允许该小腔的液压油回流。

可选的，所述压力控制阀与所述流量再生阀均为溢流阀。

可选的，所述控制系统还包括：第一阻尼，用于减缓所述流量再生阀的阀芯的开启及关闭速度，从而防止从仅通过所述第一油路向所述大腔供油切换至所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔时因液压油的流量突增对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击；以及第二阻尼，用于减缓所述切断阀的阀芯的开启及关闭速度，从而防止从所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔切换至仅通过所述第一油路向所述大腔供油时因液压油的流量突减对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击。

相应地，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包括上述的用于油缸的控制系统。

上述技术方案创造性地通过压力控制阀提高所述油缸的小腔的回油背压，使小腔的回油汇入第一油路并最终合流至所述油缸的大腔，从而实现液压油的流量再生，即在不改变油泵规格的情况下提高油缸的伸出速度，进而提高作业效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中典型的单向平衡阀的示意图；以及

图2是本发明一实施例提供的用于油缸的控制系统的结构图。

附图标记说明

1 单向阀 2 平衡阀

3 单向节流阀 4 第一阻尼

5 液控溢流阀 6 单向阀

7 液控溢流阀 8 液控切断阀

9 第二阻尼 10 电磁阀

11 第三阻尼 12 单向阀

100 单向阀 200 平衡阀

300 单向节流阀

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

针对现有技术中的控制系统存在的缺陷，本发明提供一种用于油缸的控制系统，该控制系统可包括：控制器，用于控制通过第一油路向所述油缸的大腔供油；流量再生阀，该流量再生阀的非弹簧腔与所述油缸的小腔相连通；以及压力控制阀，该压力控制阀设置在与所述小腔相连通的第二油路上且该压力控制阀的非弹簧腔与所述第一油路相连，用于在所述所述第一油路的液压油的压力小于该压力控制阀的开启压力的情况下，切断所述第二油路以停止所述小腔回油，所述流量再生阀用于在所述小腔的液压油的压力大于所述流量再生阀的开启压力的情况下，导通所述小腔与所述第一油路之间的油路，从而允许所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔，即油缸从正常运动模式切换到高速运动模式。该控制系统可通过压力控制阀提高所述油缸的小腔的回油背压，使小腔的回油汇入第一油路并最终合流至所述油缸的大腔，从而实现液压油的流量再生，即在不改变油泵规格的情况下提高油缸的伸出速度，进而提高作业效率。

在所述油缸的活塞杆即将伸出到油缸行程末端的阶段，若该油缸仍保持高速运动模型伸出，则当所述活塞杆运动到所述油缸行程末端时直接切断对大腔的供油，则会出现很强的液压冲击，致使整个液压系统的稳定性变差。由此，本发明提供的所述控制系统还可包括：切断阀，该切断阀与所述压力控制阀并联连接，用于导通所述第二油路以允许所述小腔回油；以及位置传感器，用于检测所述油缸的活塞杆的位置，所述控制器还用于在所述活塞杆未完全伸出且距完全伸出的位置的距离为预设距离的情况下，控制所述切断阀切换至导通状态以导通所述第二油路，所述流量再生阀还用于在所述小腔的液压油的压力小于所述流量再生阀的开启压力的情况下，切断所述小腔与所述第一油路之间的油路，从而仅允许通过所述第一油路向所述大腔供油，即所述油缸切换至正常运动模式。也就是说，在所述活塞杆未运动到所述油缸行程末端的情况下，提前控制所述油缸切换至正常运动模式，降低所述活塞杆的运动速度，从而减小该活塞杆到达所述油缸行程末端时产生的液压冲击，进而保证整个液压系统运行的稳定性。

所述切断阀可为电控切断阀或液控切断阀。在所述切断阀为电控切断阀的情况下，所述控制器可直接通过控制该电控切断阀的通或断以控制所述电控切断阀切换至导通或截止状态。如图2所示，在所述切断阀为液控切断阀8的情况下，所述控制系统还可包括电磁阀10，所述控制器还可用于通过控制该电磁阀10的通或断以控制所述液控切断阀8切换至导通或截止状态；或者，通过增加一油路，通过该油路来控制所述液控切断阀的通或断以控制所述切断阀切换至导通或截止状态。

所述压力控制阀与所述流量再生阀均可为溢流阀，并且，所述溢流阀的开启压力可以调节。在本发明中，所设定的所述压力控制阀的开启压力远大于所设定的所述流量再生阀开启压力。所设定的所述流量再生阀的开启压力越高，经由该流量再生阀进油所述大腔内的液压油对活塞杆产生的推力就越大。所设定的所述压力控制阀的开启压力要高于正向进油时所述第一油路上的液压油的最大压力，但不能高于系统最大承压，以防发动机熄火或电机过载。该压力控制阀还可用于在所述第一油路的液压油的压力大于所述压力控制阀的开启压力的情况下，开始导通以允许该小腔的液压油回流，也就是说，所述压力控制阀可在抬高背压的同时防止系统过载，保护动力源，从而保证整个液压系统的安全性。其中，所述溢流阀可为电控溢流阀或液控溢流阀。在所述溢流阀为电控溢流阀的情况下，所述控制系统还可包括压力传感器，用于采集所述第一油路的液压油的压力，所述控制器还用于在所述第一油路的液压油的压力大于所述系统最大承压的情况下，控制所述电控溢流阀切换至导通状态。在所述溢流阀为液控溢流阀(如图2所示的液控溢流阀5及液控溢流阀7)的情况下，可直接根据所述第一油路上的液压油的压力的高低进行导通或截止的切换。也就是说，在所述第一油路上的液压油的压力大于所述系统最大承压的情况下，表明整个液压系统处于非常危险的状态，需要控制所述电控溢流阀切换至导通状态以对该小腔内的高压液压油进行泄压，从而可保障整个液压系统的安全性和可靠性。

所述控制系统还可包括：第一止流阀，用于防止所述大腔内的液压油回流；以及第二止流阀，该第二止流阀与所述压力控制阀并联连接且该第二止流阀的进油口与所述流量再生阀的弹簧腔相连，用于防止所述小腔的液压油回流。其中，所述第一止流阀及所述第二止流阀均可为单向阀，如图2所示的单向阀1及单向阀6。

如图2所示，所述控制系统还可包括：第一阻尼4，用于减缓所述流量再生阀的阀芯的开启及关闭速度，从而防止从仅通过所述第一油路向所述大腔供油切换至所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔时(即从正常运动模式切换到高速运动模式时)因液压油的流量突增对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击；以及第二阻尼9，用于减缓所述切断阀的阀芯的开启及关闭速度，从而防止从所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔切换至仅通过所述第一油路向所述大腔供油时(即从高速运动模式切换到正常运动模式时)因液压油的流量突减对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击。

当需要控制油缸缩回时，所述控制器还用于执行以下操作：控制通过第二油路经由所述第二止流阀向所述小腔供油；以及所述控制系统还包括：平衡阀2，该平衡阀2与所述第一止流阀并联连接，该平衡阀2的阀芯与所述小腔相连，用于在所述第二油路内的液压油的作用下切换至导通状态以允许所述大腔内的液压油回流，如图2所示。也就是说，在通过所述第二油路向所述小腔供油(反向进油)的情况下，第二油路上的液压油作用在平衡阀的阀芯上，该平衡阀的阀芯移向弹簧位，从而该平衡阀由截止状态切换至导通状态，由此，所述油缸的大腔正常回油。由于所述第二止流阀的进油口与所述流量再生阀的弹簧腔相连，故在反向进油时第二油路上的液压油同时作用在所述流量再生阀的进油口及弹簧腔，所述流量再生阀无法开启，此时，小腔的回油无法汇入所述第一油路，即无法产生再生流量。

如图2所示，所述控制系统还可包括：单向节流阀3，用于减缓所述平衡阀2的阀芯开启速度，从而防止时因所述大腔的液压油的总量突减对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击。其中，所述单向节流阀3可包括：第三阻尼11及单向阀12。在反向进油时，所述第二油路的液压油经所述第三阻尼11进入所述平衡阀2的非弹簧腔，该平衡阀2的阀芯在所述液压油的作用下慢速开启；而在正向进油时，在弹簧力的作用下，非弹簧腔内的液压油经由所述单向阀12快速流入所述第一油路，从而实现所述平衡阀2的阀芯的快速关闭。

所述控制器可以是通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑控制器(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)、状态机等等。

具体而言，如图2所示，以包括液控溢流阀5、液控溢流阀7及液控切断阀8在内的控制系统为例对控制油缸进行伸出和缩回的过程进行详细地解释和说明。

控制油缸进行伸出的过程如下：控制通过第一油路经由通过单向阀1进入油缸大腔(正向进油)，由于所述第一油路上的液压油的压力远小于所述液控溢流阀7的开启压力，故该液控溢流阀7处于截止状态。与此同时，控制对电磁阀10断电使该电磁阀10切换至截止状态，所述液控切断阀8的阀芯仅在弹簧力的作用下移向非弹簧位，从而切换至截止状态，进而切断所述小腔的回油油路。由此，所述小腔的回油油路被截断。由于所述小腔的回油油路被阻断，故回油油路上的背压逐渐升高，当该背压大于所述液控溢流阀5的开启压力时，该液控溢流阀5切换至导通状态，此时，油缸的大腔、小腔连通且两者内的液压油的压力相等。但因为活塞大小腔的面积差导致作用的活塞上的合力指向所述活塞杆的伸出方向。与此同时，背压逐渐升高相当于负载逐渐增大，从而引起正向进油口的压力逐渐升高，直至升高到产生的合力可以推动活塞杆运动为止。一旦所述活塞杆开始伸出，所述小腔的回油就会通过所述液控溢流阀5汇入到所述第一油路(正向进油油路)中，合流后的液压油全部进入所述油缸的大腔，从而推动所述油缸运动，该油缸进入高速运动模式，所述活塞杆快速伸出。当所述活塞杆运动到距油缸行程末端之前的预设距离时，控制给所述电磁阀10通电，该电磁阀10切换至导通状态；所述液控切断阀8的阀芯在液压油的作用下移向弹簧位，该液控切断阀8切换至导通状态，从而所述小腔的回油油路上的背压消失，所述液控溢流阀5切换至截止状态，此时，油缸的大腔、小腔不再连通。由此，油缸进入正常运动模式，活塞杆运动速度降低，从而可以减小运动至油缸行程末端产生的液压冲击。

本实施例可以通过对电磁阀10的通、断电的控制实现液控溢流阀5的导通或截止，进而实现流量再生功能的开启或关闭，即实现油缸在执行伸出操作时由高速运动模式切换至正常运动模式，并且切换方式简单方便。

控制油缸进行缩回的过程如下：控制通过第二油路经由通过单向阀6进入油缸小腔(反向进油)，所述第二油路引出的液压油经第三阻尼11作用在平衡阀2的阀芯上，所述平衡阀2切换至导通状态，所述油缸的大腔通过该平衡阀2正常回油。所述第二油路引出的液压油作用在所述液控溢流阀5的非弹簧腔与弹簧腔上，该液控溢流阀5在弹簧力的作用下会保持在截止状态，即流量再生功能关闭。由此，所述油缸的活塞杆以正常运动模式执行缩回动作。

在本实施例中，第一阻尼4的应用可以避免来自所述电磁阀10的液压油直接作用到所述液控切断阀8上，使该液控切断阀8的阀芯慢开慢关，从而减小从高速运动模式切换到正常运动模式时因流量突变产生的冲击；第二阻尼9的应用可以避免所述小腔的回油直接作用到所述液控溢流阀5上，使该液控溢流阀5的阀芯慢开慢关，从而减小从正常运动模式切换到高速运动模式时因流量突变产生的冲击；第三阻尼11及单向阀12的应用可以避免所述小腔的回油直接作用到所述平衡阀2上，使所述平衡阀的阀芯慢开快关，从而减小因所述大腔的液压油的总量突减对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击。上述阻尼4、阻尼9以及阻尼11可根据实际工况选择相同或不同的单向阀，其可极大地提高整个液压系统的稳定性。此外，对于单向阀1与单向阀6，可根据实际工况选择相同或不同的单向阀。

另外，一方面，由于本实施例中的液控溢流阀5所在的控制油路仅在正向进油时切换至导通状态，故正向进油时的液压油不会通过该控制油路分流至所述小腔；反向进油时的液压油因单向阀不会被分流至所述大腔，由此，本实施例中的控制系统可以保证正、反向进油时的液压油都不会被分流。

综上所述，本发明通过压力控制阀提高所述油缸的小腔的回油背压，使小腔的回油汇入第一油路并最终合流至所述油缸的大腔，从而实现液压油的流量再生，即在不改变油泵规格的情况下提高油缸的伸出速度，进而提高作业效率。

相应地，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包括上述的用于油缸的控制系统。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于油缸的控制系统，其特征在于，该控制系统包括：

控制器，用于控制通过第一油路向所述油缸的大腔供油；

流量再生阀，该流量再生阀的非弹簧腔与所述油缸的小腔相连通；以及

压力控制阀，该压力控制阀设置在与所述小腔相连通的第二油路上且该压力控制阀的非弹簧腔与所述第一油路相连，用于在所述第一油路的液压油的压力小于该压力控制阀的开启压力的情况下，切断所述第二油路以停止所述小腔回油，

所述流量再生阀用于在所述小腔的液压油的压力大于所述流量再生阀的开启压力的情况下，导通所述小腔与所述第一油路之间的油路，从而允许所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔。

2.根据权利要求1所述的用于油缸的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

切断阀，该切断阀与所述压力控制阀并联连接，用于导通所述第二油路以允许所述小腔回油；以及

位置传感器，用于检测所述油缸的活塞杆的位置，

所述控制器还用于在所述活塞杆未完全伸出且距完全伸出的位置的距离为预设距离的情况下，控制所述切断阀切换至导通状态以导通所述第二油路，

所述流量再生阀还用于在所述小腔的液压油的压力小于所述流量再生阀的开启压力的情况下，切断所述小腔与所述第一油路之间的油路，从而仅允许通过所述第一油路向所述大腔供油。

3.根据权利要求2所述的用于油缸的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电磁阀，

所述控制器还用于通过控制该电磁阀的通或断以控制所述切断阀切换至导通或截止状态。

4.根据权利要求1所述的用于油缸的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

第一止流阀，用于防止所述大腔内的液压油回流；以及

第二止流阀，该第二止流阀与所述压力控制阀并联连接且该第二止流阀的进油口与所述流量再生阀的弹簧腔相连，用于防止所述小腔的液压油回流。

5.根据权利要求4所述的用于油缸的控制系统，其特征在于，所述控制器还用于执行以下操作：

控制通过第二油路经由所述第二止流阀向所述小腔供油；以及

所述控制系统还包括：

平衡阀，该平衡阀与所述第一止流阀并联连接，该平衡阀的阀芯与所述小腔相连，用于在所述第二油路内的液压油的作用下切换至导通状态以允许所述大腔内的液压油回流。

6.根据权利要求1所述的用于油缸的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

单向节流阀，用于减缓所述平衡阀的阀芯开启速度，从而防止时因所述大腔的液压油的总量突减对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击。

7.根据权利要求1所述的用于油缸的控制系统，其特征在于，所述压力控制阀的开启压力小于或等于系统最大承压，该压力控制阀还用于在所述第一油路的液压油的压力大于所述压力控制阀的开启压力的情况下，开始导通以允许该小腔的液压油回流。

8.根据权利要求7所述的用于油缸的控制系统，其特征在于，所述压力控制阀与所述流量再生阀均为溢流阀。

9.根据权利要求1所述的用于油缸的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

第一阻尼，用于减缓所述流量再生阀的阀芯的开启及关闭速度，从而防止从仅通过所述第一油路向所述大腔供油切换至所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔时因液压油的流量突增对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击；以及

第二阻尼，用于减缓所述切断阀的阀芯的开启及关闭速度，从而防止从所述小腔的液压油与来自所述第一油路的液压油合流至所述大腔切换至仅通过所述第一油路向所述大腔供油时因液压油的流量突减对所述活塞杆的伸缩运动产生冲击。

10.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的用于油缸的控制系统。