CN110159609B

CN110159609B - 主控阀及液压系统

Info

Publication number: CN110159609B
Application number: CN201910439723.4A
Authority: CN
Inventors: 刘震; 董立队; 荆玉涛
Original assignee: Shandong Lingong Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Shandong Lingong Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2039-05-24
Also published as: CN110159609A

Abstract

本发明公开了一种主控阀及液压系统，属于液压系统领域。主控阀包括主控阀体，主控阀体内安装有执行动作控制阀杆、行走阀杆、回油流量控制阀杆、逻辑阀杆，执行动作控制阀杆与主控阀体构成三位四通闭中心的执行动作控制阀；主控阀体上设有可使其P口压力油直接回油的直通油道，回油流量控制阀杆设于直通油道P口与T口之间，并与回油弹簧、主控阀体配合形成三位两通的回油流量控制阀；逻辑阀杆与主控阀体配合形成逻辑控制阀；行走阀杆与主控阀体构成三位四通闭中心的行走阀；先导油Pi用于提供先导压力；同时本发明还公开了一种包括上述主控阀的液压系统。本发明具有智能化、低成本、低故障率的优点，且可满足更多机型需求。

Description

主控阀及液压系统

技术领域

本发明涉及工程机械液压控制领域，具体地说，尤其涉及一种主控阀及液压系统。

背景技术

挖掘机，又称挖掘机械，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料厂的土方机械。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最重要的工程机械之一。挖掘的动作有左行走与右行走以及执行动作，执行动作主要包括动臂、斗杆、铲斗、回转，大部分挖掘机还有多功能联，用于破碎锤、液压剪等辅助工作。

主控阀是挖掘机液压系统最为核心的零部件，主控阀的控制方式，在一定程度上决定了挖掘机整个液压系统的组建。按照主控阀阀芯在中位时的通断方式，挖掘机液压系统分为开中心液压系统与闭中心液压系统。目前市场上的正流量液压系统、负流量液压系统、节流液压系统都属于开中心液压系统；以装配力士乐RS15主控阀为代表的LUDV系统，属于闭中心系统。

因为挖掘机的功能多，作为挖掘机液压系统的控制元件，挖掘机主控阀的功能也就很多，因此挖掘机主控阀的内部结构十分复杂。不同的挖掘机整机参数，若想达到比较完美的操控性、油耗等指标，对整个液压系统的要求也是不一样的。而不同的主机厂，即使相同吨位的挖掘机，其所有参数也不可能完全一样，有时候因为整机液压系统的固有属性，尤其是主控阀的固有属性已经不变，即使调试人员花再大精力，整机性能依然不尽人意。

智能化、节能、舒适、可靠，一直是挖掘机液压系统的发展趋势。随着主机厂市场竞争压力的加大，两个面向——面向市场、面向用户实际使用需求，也迫使主机厂重视系统差异化、一机多工况。在现有技术水平的前提下，结合现在市场实际整机液压系统情况与未来发展趋势，提出本发明。

发明内容

本发明目的是提供一种智能、低研发成本、低故障率、满足更多机型需求的主控阀及液压系统，以克服现有技术中存在的上述缺陷。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种主控阀，包括主控阀体，所述主控阀体内安装有执行动作控制阀杆、行走阀杆、回油流量控制阀杆、逻辑阀杆，

所述执行动作控制阀杆与主控阀体构成三位四通闭中心的执行动作控制阀；

所述主控阀体上设有可使其P口压力油直接回油的直通油道，所述回油流量控制阀杆设于直通油道P口与T口之间，并与回油弹簧、主控阀体配合形成三位两通的回油流量控制阀，回油流量控制阀在设计范围内控制P与T的通流面积；

所述逻辑阀杆与主控阀体配合形成逻辑控制阀，逻辑控制阀使主控阀能够实现P1或P2同时向左、右行走马达供油，另一个泵口P2或P1压力油向另外所有动作供油的功能；

所述行走阀杆与主控阀体构成三位四通闭中心的行走阀；

先导油Pi用于提供先导压力，推动各阀杆移动换向。

优选地，本发明主控阀还包括合流阀杆，所述主控阀体与合流阀杆、合流弹簧构成合流阀，所述合流阀实现P1向P2合流，或者实现P2向P1合流。

优选地，所述逻辑控制阀使主控阀具有两股压力油P1、P2合流功能。

优选地，本发明主控阀还包括动臂铲斗阀，可实现向动臂大腔及铲斗大腔或小腔合流。

优选地，所述主控阀体包括左阀体和右阀体，所述执行动作控制阀包括斗杆阀、多功能阀、回转阀、动臂阀和铲斗阀，所述合流阀包括左合流阀和右合流阀，所述行走阀包括左行走阀和右行走阀，所述左阀体上安装有左行走阀杆、回转阀杆、多功能阀杆，斗杆阀杆、左合流阀杆；右阀体上安装有逻辑阀杆、右行走阀杆、动臂阀杆、铲斗阀杆、右合流阀杆。

一种液压系统，包括主泵总成、前述的主控阀、动臂油缸、铲斗油缸、行走马达、斗杆油缸、回转马达和比例电磁阀组，所述主泵总成连接主控阀的主进油口，所述主控阀连接并控制动臂油缸、铲斗油缸、行走马达、斗杆油缸、回转马达动作，所述比例电磁阀组与主控阀连接，并控制执行动作控制阀杆、逻辑阀杆、回油流量控制阀杆动作，用于接收执行信号并向各功能阀输出先导压力。

优选地，本发明液压系统还包括控制单元ECU，所述控制单元ECU通过输出指令到比例电磁阀组，控制所述液压系统实现不同的动作。

优选地，所述比例电磁阀组集成在主控阀上。

优选地，本发明液压系统还包括主泵功率调节电磁阀组，所述主泵功率调节电磁阀组用于调节控制主泵总成两个泵P1和P2的排量。

优选地，所述主控阀上安装有压力传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)智能化。本发明液压系统中整套电磁阀的应用，使得整机液压系统的输出更快、更准，而且本套液压系统满足无人驾驶的液压系统要求。

2)降低研发成本。本发明中，主控阀结构简单，结构紧凑，研发周期短，主控阀阀体铸件成功率高。

3)降低故障率。传统主控阀的插装阀特别多，故障率高，本发明中插装件大为减少。

4)便于寻找故障点。本发明结构简单，而且逻辑控制关系都为数字控制，故障排除简单。

5)满足更多机型需求。传统的主控阀，适应机型比较少，而且调整不便，本发明为整机的软件调试提供了广阔空间，可以适合更多机型。

附图说明

图1是本发明中主控阀的原理图一；

图2是本发明中执行动作控制阀中位时的结构示意图；

图3是本发明中执行动作控制阀工作位时的结构示意图；

图4是本发明中行走控制阀的结构示意图；

图5是本发明中回油流量控制阀P口回油状态的结构示意图；

图6是本发明中回油流量控制阀P口不回油状态的结构示意图；

图7是本发明中逻辑控制阀左位结构示意图；

图8是本发明中逻辑控制阀右位结构示意图；

图9是本发明中合流阀左位时结构示意图；

图10是本发明中合流阀右位时结构示意图；

图11是本发明中主控阀的原理图二；

图12是本发明中液压系统的液压原理图；

图13是本发明中中液压系统的流量分配原理图。

图中：1、斗杆阀；2、多功能阀；3、回转阀；4、左行走阀；5、左合流阀；6、右合流阀；7、逻辑控制阀；8、比例电磁阀；9、右行走阀；10、动臂阀；11、铲斗阀；12、压力传感器；13、回油流量控制阀；14、主控阀体；15、执行动作控制阀杆；16、负载单向阀；17、行走阀杆；18、回油弹簧；19、回油流量控制阀杆；20、逻辑弹簧；21、逻辑阀杆；22、合流弹簧；23、合流阀杆；24、主泵总成；25、主泵功率调节电磁阀组；26、先导压力通断电磁阀；27、主控阀；28、比例电磁阀组；29、动臂油缸；30、铲斗油缸；31、行走马达；32、斗杆油缸；33、回转马达；34、左操作手柄；35、右操作手柄；36、左脚踏阀；37、右脚踏阀；38、控制单元ECU；39、动臂铲斗阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的主控阀27，其包括主控阀体14，所述主控阀体14上安装有执行动作控制阀杆15、行走阀杆17、回油弹簧18、回油流量控制阀杆19、逻辑弹簧20、逻辑阀杆21、合流弹簧22。

优选地，本发明所述的主控阀27可为整体式结构或片式结构，本发明以两片式为例进行说明，主控阀体14包括左阀体和右阀体，执行动作控制阀包括斗杆阀1、多功能阀2、回转阀3、动臂阀10和铲斗阀11，合流阀包括左合流阀5和右合流阀6，行走阀包括左行走阀4和右行走阀9，左阀体上安装有左行走阀杆、回转阀杆、多功能阀杆，斗杆阀杆、左合流阀杆；右阀体上安装有逻辑阀杆21、右行走阀杆、动臂阀杆、铲斗阀杆、右合流阀杆。

特别的，本发明中主控阀27的工作油口引出油路，可安装压力传感器12，以满足整机厂采集工作压力信号的需求。

执行动作控制阀杆15与主控阀体14构成三位四通闭中心的执行动作控制阀，先导油Pi用于提供先导压力，推动执行动作控制阀杆15移动换向。

如图2所示，Pi1与Pi2都不通先导油时，执行动作控制阀杆15在中位(通过动作弹簧实现，图中省略)，工作油口A、B都不通压力油，当Pi1(Pi2)通先导油时，执行动作控制阀杆15右移(左移)；如图3所示，工作液压油P通过负载单向阀16，流向工作油口A(B)，同时另一工作油口B(A)接通回油。

如图4所示，本液压系统的行走阀可以与执行动作控制阀控制方式一样，采用三位四通闭中心阀，考虑某些工况与特定整机厂商要求，也可采取以下控制方式：主控阀体14与行走阀杆17构成三位四通的行走阀。先导油Pi用于提供先导压力，推动行走阀杆17移动换向；

如图5所示，Pi1与Pi2都不通先导油时，行走阀杆17在中位，工作油口A、B接回油；当Pi1(Pi2)通先导油时，行走阀杆17右移(左移)，工作液压油P通过负载单向阀16，流向工作油口A(B)，同时另一工作油口B(A)接通回油。

如图5、图6所示，主控阀体14上设有直通油道，本直通油道可使主控阀27的P口压力油直接回油，在本直通油道的P口与T中间，设置回油流量控制阀杆19，回油流量控制阀杆19可控制P口与T口的通断，进一步的，在设计范围内控制P与T的通流面积。回油流量控制阀杆19与回油弹簧18、主控阀体14构成三位两通的回油流量控制阀13，先导油Pi用于提供先导压力，推动阀杆移动换向。

具体地，如图5所示，Pi不通先导油，在回油弹簧18预压缩力的作用下，回油流量控制阀杆19被顶到右边，阀的左位接通，主控阀27中P口与T口相通，压力油回油；如图6所示，Pi通入压力足够大的先导油，先导油作用在回油流量控制阀杆19上的力克服回油弹簧18的压缩力，阀杆被顶到左边，阀的右位接通，主控阀27中P与T不通。控制Pi的大小，可以使P到T处于节流状态，本位可以控制P到T的回油面积S1。

如图7、图8所示，逻辑阀杆21与主控阀体14配合形成逻辑控制阀7。逻辑控制阀7使主控阀27能够实现P1或P2同时向左右行走马达31供油，另一个泵口P2或P1压力油向另外所有动作供油的功能，先导油Pi用于提供先导压力，推动逻辑阀杆21移动换向。

具体地，如图7所示，Pi1不通先导油时，在逻辑控制阀7的逻辑弹簧20的作用下，逻辑阀杆21在左位，P1通向P_左，P2通向P_右；如图8所示，当Pi1通先导油时，逻辑阀杆21左移，逻辑控制阀7右位接通，P2通向P_左，P1通向P_右；此时P1同时供左右行走马达的工作油口(A1、B1、A5、B5)压力油，而P2供其它动作的工作油口压力油，便于整机液压系统实现直线行走。

优选实施例，逻辑控制阀7具有使主控阀27具有两股压力油P1、P2合流功能。

优选实施例，如图9、图10所示，主控阀体14与合流阀杆23、合流弹簧22构成合流阀，合流阀实现P1向P2合流，或者实现P2向P1合流。

具体地，如图9所示，当Pc不通先导油时，P与Po不相通；如图10所示，当Pc通先导油时，P与Po相通。P1(P2)上的Po可用于接在主控阀27上的P2(P1)上的PI口，用于实现P1与P2的合流，也可以将Po口布置在阀内部，实现阀内合流。

优选实施例，如图11所示，本发明主控阀27的执行动作控制阀还包括动臂铲斗阀39，动臂铲斗阀39可实现向动臂大腔及铲斗大腔或小腔合流。

如图12所示，本发明还提供了一种应用上述主控阀27的液压系统，包括主泵总成24、主泵功率调节电磁阀组25、先导压力通断电磁阀26、主控阀27、比例电磁阀组28、动臂油缸29、铲斗油缸30、行走马达31、斗杆油缸32、回转马达33、控制单元ECU38。

若为有人驾驶，可选择安装左操作手柄34、右操作手柄35、左脚踏阀36、右脚踏阀37，直接由驾驶员通过左操作手柄34、右操作手柄35、左脚踏阀36、右脚踏阀37输入；本电控液压系统可实现远程无人操控，执行信号输入到控制单元ECU38中，无人操作可为预先设定，可为远程输入，控制单元ECU38输出指令到比例电磁阀组28，比例电磁阀组28中的一个或多个比例电磁阀8通电，输出先导压力，从而使主控阀27实现不同的动作。

本发明液压系统可实现合流功能，并且实现合流功能的方法有三种。一是在主控阀27上设有左合流阀5和右合流阀6，如图1所示，系统可外接胶管，通过控制相应先导油，控制PO1向PI2合流，实现P1向P2合流，或者PO2向PI1合流，实现P2向P1合流，本发明中PO1与PO2可集成在主控阀27内部，实现阀内合流，其原理不再具体陈述；二是通过主控阀中的逻辑阀实现P1、P2合流功能；三是通过主控阀27中动臂&铲斗阀杆，实现动臂大腔进油时P1、P2合流功能，或者可以通过主控阀中动臂&铲斗阀杆，实现铲斗大腔进油或小腔进油时P1、P2合流功能，如图11所示。

本发明液压系统可实现直线行走功能。如上述逻辑控制阀7功能说明，当逻辑控制阀7右位接通时，P1同时向供左行走马达与右行走马达提供流量，而P2向其余工作油口供油。

本发明液压系统可实现良好的液压系统匹配与流量分配功能。如图13所示，主泵功率调节电磁阀组25可分别控制两个泵P1与P2的排量，即主泵总成24输入到主控阀27的流量Q是可控的。在回油流量控制阀13的作用下，主控阀27中压力油P到回油T的通流面积S1是受控的，同时，在执行动作控制阀杆15的作用下，压力油P到工作油口A(或B)的通流面积S2也是受控的。调整S1与S2的比例，即可调整主泵提供的流量Q到回油的流量Q1与到工作油口的Q2的分配比例，其中，忽略系统内漏，Q＝Q1+Q2。当挖掘机需要符合动作时，比如动臂与铲斗同时工作，传统的液压主控阀需要增加专门的流量控制阀去实现到动臂与斗杆的流量分配，而本发明中，不需要增加额外的流量控制插装阀，仅需要通过控制动臂的先导压力油Pi_BO与控制铲斗的先导压力油Pi_BU，从而控制动臂的进油面积S3与铲斗的进油面积S4，调整S3与S4的比例关系，同时根据系统需求调整回油流量控制阀19中P到T的回油面积S1，进而调整去动臂的流量Q3与去铲斗的流量Q4的流量分配。

即使针对不同的机型，仅通过改变整机程序，本发明中的液压系统也能提供良好的流量分配功能。传统液压系统中的动臂优先、斗杆优先、回转优先等功能，都可以本发明为平台进行实现。

Claims

1.一种主控阀，包括主控阀体(14)，所述主控阀体(14)内安装有执行动作控制阀杆(15)、行走阀杆(17)、回油流量控制阀杆(19)、逻辑阀杆(21)，其特征在于：

所述执行动作控制阀杆(15)与主控阀体(14)构成三位四通闭中心的执行动作控制阀；

所述主控阀体(14)上设有可使其P口压力油直接回油的直通油道，所述回油流量控制阀杆(19)设于直通油道P口与T口之间，并与回油弹簧(18)、主控阀体(14)配合形成三位两通的回油流量控制阀(13)，回油流量控制阀(13)在设计范围内控制P口与T口的通流面积；

所述逻辑阀杆(21)与主控阀体(14)配合形成逻辑控制阀(7)，逻辑控制阀(7)使主控阀(27)能够实现P1口或P2口同时向左、右行走马达(31)供油，另一个P2口或P1口压力油向另外所有动作供油的功能；

所述行走阀杆(17)与主控阀体(14)构成三位四通闭中心的行走阀；

先导油Pi用于提供先导压力，推动各阀杆移动换向；

比例电磁阀组(28)中的一个或多个比例电磁阀(8)通电，输出先导压力，主控阀(27)中压力油P口到T口的通流面积S1是受先导压力控制的，在执行动作控制阀杆(15)的作用下，压力油从P口到工作油口A口或B口的通流面积S2也是受先导压力控制的，调整S1与S2的比例，即可调整主泵提供的流量Q到回油的流量Q1与到工作油口的流量Q2的分配比例。

2.根据权利要求1所述的主控阀，其特征在于：还包括合流阀杆(23)，所述主控阀体(14)与合流阀杆(23)、合流弹簧(22)构成合流阀，所述合流阀实现P1口向P2口合流，或者实现P2口向P1口合流。

3.根据权利要求1所述的主控阀，其特征在于：所述逻辑控制阀(7)使主控阀(27)具有P1口、P2口两股压力油合流功能。

4.根据权利要求1所述的主控阀，其特征在于：还包括动臂铲斗阀(39)，动臂铲斗阀(39)可实现向动臂大腔及铲斗大腔或小腔合流。

5.根据权利要求2所述的主控阀，其特征在于：所述主控阀体(14)包括左阀体和右阀体，所述执行动作控制阀包括斗杆阀(1)、多功能阀(2)、回转阀(3)、动臂阀(10)和铲斗阀(11)，所述合流阀包括左合流阀(5)和右合流阀(6)，所述行走阀包括左行走阀(4)和右行走阀(9)，所述左阀体上安装有左行走阀杆、回转阀杆、多功能阀杆、斗杆阀杆、左合流阀杆；右阀体上安装有逻辑阀杆(21)、右行走阀杆、动臂阀杆、铲斗阀杆、右合流阀杆。

6.一种液压系统，其特征在于：包括主泵总成(24)、权利要求1-5任意一项所述的主控阀(27)、动臂油缸(29)、铲斗油缸(30)、行走马达(31)、斗杆油缸(32)、回转马达(33)和比例电磁阀组(28)，所述主泵总成(24)连接主控阀(27)的主进油口，所述主控阀(27)连接并控制动臂油缸(29)、铲斗油缸(30)、行走马达(31)、斗杆油缸(32)、回转马达(33)动作，所述比例电磁阀组(28)与主控阀(27)连接，并控制执行动作控制阀杆(15)、逻辑阀杆(21)、回油流量控制阀杆(19)动作，用于接收执行信号并向各功能阀输出先导压力。

7.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于：还包括控制单元ECU(38)，所述控制单元ECU(38)通过输出指令到比例电磁阀组(28)，控制所述液压系统实现不同的动作。

8.根据权利要求7所述的液压系统，其特征在于：所述比例电磁阀组(28)集成在主控阀(27)上。

9.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于：还包括主泵功率调节电磁阀组(25)，所述主泵功率调节电磁阀组(25)用于调节控制主泵总成(24)P1口和P2口的排量。

10.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于：所述主控阀(27)上安装有压力传感器(12)。