CN110778551B - 起重机的全闭式液压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明给出了一种起重机的全闭式液压系统；包括先导泵、泵组、补油泵、第一切换阀组、第二切换阀组、第三切换阀组、补油控制阀组、卷扬马达、蓄能器、防爆阀组、油缸。本起重机的全闭式液压系统带有能量回收功能，可以将起重臂势能转换成液压势能储存在蓄能器里，并在起重机卷扬和变幅油缸起升等工况时提供额外驱动力，减少发动机能量损耗，提升起重机的燃油经济性。根据执行元件对流量的需求，系统在蓄能器单独供油、闭式泵单独供油和蓄能器和闭式泵并联供油三种模式中自动切换，并适时调节各支流的流量比例，按操作者意图调节各动作速度，满足复合动作对平顺性和微动性要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种起重机的全闭式液压系统。
背景技术
起重机在本专利中指采用汽车底盘、上车由可360度回转转台和可伸缩筒状起重臂及用于改变起重臂角度的变幅油缸等组成的汽车起重机。上车机构可分为卷扬机构、回转机构、变幅机构和伸缩机构等主要部件，上车机构通常采用液压驱动，所以该类起重机又被称为全液压起重机，其中卷扬机构和回转机构通常使用液压马达驱动，变幅机构和伸缩机构通常使用液压缸驱动。大吨位汽车起重机液压系统一般采用由泵控马达闭式系统和阀控液压缸开式系统组成的半闭式液压系统。
大吨位汽车起重机半闭式液压系统基本满足整机工作要求，但也存在较大局限，其缺点是：1、液压系统十分复杂，每个机构的液压回路都需要配备一个液压泵，成本高、重量和体积大、管路繁杂；2、开式系统用油量较多，需要很大的液压油箱，整车布置困难，且存在传动效率低、系统发热量大、故障较多等问题；3、闭式系统在超越负载工况(如卷扬下降工况)时利用发动机缸内制动功能吸收超越负载工况的负功率，因为发动机缸内制动功率较小，所以机构工作速度不能太快，否则容易造成发动机飞车，存在工作效率低、控制复杂、等问题；4、目前各种液压系统在超越负载工况均采用将能量转换成热量的方法消耗负载的势能和动能，能量白白浪费，没有二次利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构合理、具有能量回收的起重机的全闭式液压系统。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种起重机的全闭式液压系统；
包括先导泵、泵组、补油泵、第一切换阀组、第二切换阀组、第三切换阀组、补油控制阀组、卷扬马达、蓄能器、防爆阀组、油缸；
泵组包括变量泵、变量机构、电比例换向阀、先导补油泵和电比例减压阀，变量泵与先导补油泵共用传动轴，传动轴与车辆的扭矩耦合装置配合，变量机构控制变量泵的流向，变量机构两个油腔分别与电比例换向阀的第一油口和第二油口连接，电比例换向阀为三位四通换向阀，电比例换向阀的中位机能为H型，电比例换向阀的第三油口和第四油口分别与油箱和电比例减压阀的出油口连接，电比例减压阀的进油口与先导补油泵连接；
补油泵、先导泵也分别与车辆的扭矩耦合装置配合；
第一切换阀组包括第一二通开关阀、第一电磁换向阀和第一常通二位二通阀，第一二通开关阀的第一油口与第一常通二位二通阀的第一油口连通，第一二通开关阀的控制油口与第一电磁换向阀的第一油口相通，第一二通开关阀的第二油口与卷扬马达的第一油口连通，第一电磁换向阀的第二油口与第一常通二位二通阀的控制油口相通，第一电磁换向阀的第三油口与油箱连通，第一电磁换向阀的第四油口与先导泵的P口连通；
第二切换阀组包括第二二通开关阀、第二电磁换向阀和第二常通二位二通阀，第二常通二位二通阀的第一油口与第一切换阀组的第一常通二位二通阀的第二油口连通，第二常通二位二通阀的第二油口与第二二通开关阀的第一油口连通，第二常通二位二通阀的控制油口与第二电磁换向阀的第一油口连通，第二二通开关阀的控制油口与第二电磁换向阀的第二油口连通，第二电磁换向阀的第三油口与先导泵的P口连通，第二电磁换向阀的第四油口与油箱连通；
第三切换阀组包括第三二通开关阀、第三电磁换向阀和第三常通二位二通阀，第三二通开关阀的第一油口与第三常通二位二通阀的第一油口连通，第三二通开关阀的第二油口与第二二通开关阀的第二油口连通，第三二通开关阀的控制油口与第三电磁换向阀的第一油口相通，第三电磁换向阀的第二油口与第三常通二位二通阀的控制油口相通，第三电磁换向阀的第三油口与先导泵的P口连通，第三电磁换向阀的第四油口与油箱连通；
补油控制阀组包括第四二通开关阀、第五二通开关阀、第六二通开关阀、第四电磁换向阀、第五电磁换向阀和第一梭阀，第四二通开关阀的第一油口与第三常通二位二通阀的第二油口连通，第四二通开关阀的第二油口和第五二通开关阀的第二油口连通，第五二通开关阀的第一油口与第六二通开关阀的第一油口连通，第四二通开关阀的控制油口与第四电磁换向阀的第一油口连通，第四电磁换向阀的第四油口与第五电磁换向阀的第三油口连通，第五电磁换向阀的第一油口与第五二通开关阀的控制油口连通，第五电磁换向阀的第二油口与第六二通开关阀的控制油口连通，第五电磁换向阀的第四油口与第一梭阀的出油口连通，第一梭阀的两个进油口分别与泵组的变量泵第二油口和负载连通；
防爆阀组包括第七二通开关阀、第六电磁换向阀、第二梭阀和第二溢流阀，第七二通开关阀的第二油口分别与第二切换阀组的第二常通二位二通阀第一油口及梭阀的第一进口连通，第七二通开关阀的第一油口与油缸的无杆腔连通，梭阀的第二进口也与油缸的无杆腔连通，第六电磁换向阀的第一油口与第七二通开关阀的控制油口连通，第六电磁换向阀的第二油口与第二梭阀出油口连通，第六电磁换向阀的第三油口与油箱连通，第二溢流阀设置在第六电磁换向阀的第三油口与油缸的无杆腔之间；
泵组的变量泵第一油口与第一二通开关阀的第二油口连通，泵组的变量泵第二油口还与第五二通开关阀的第一油口和第六二通开关阀的第一油口连通；
补油泵的P口分别与第四二通开关阀的第二油口和第五二通开关阀的第二油口连通，补油泵的T口与油箱连通；
先导泵的P口分别与第一电磁换向阀的第四油口、第二电磁换向阀的第三油口、第三电磁换向阀的第三油口连通，先导泵的T口与油箱连通；
蓄能器与分别与第二二通开关阀的第一油口和第二常通二位二通阀的第二油口连通；
油缸的有杆腔分别与第三二通开关阀的第一油口和第三常通二位二通阀的第二油口连通；
卷扬马达的第二油口与第六二通开关阀的第二油口连通，卷扬马达驱动卷扬机构动作。
作为优选，电比例减压阀的卸油口通过定压阀与油箱连接。
采用这样的结构后，本起重机的全闭式液压系统带有能量回收功能，可以将起重臂势能转换成液压势能储存在蓄能器里，并在起重机卷扬和变幅油缸起升等工况时提供额外驱动力，减少发动机能量损耗，提升起重机的燃油经济性。
根据执行元件对流量的需求，系统在蓄能器单独供油、闭式泵单独供油和蓄能器和闭式泵并联供油三种模式中自动切换，并适时调节各支流的流量比例，按操作者意图调节各动作速度，满足复合动作对平顺性和微动性要求。
本起重机的全闭式液压系统使用一台泵组驱动两个或以上执行机构，减少泵组装机数量，降低系统重量和成本，且避免开式液压回路的诸多缺点。
起重机的全闭式液压系统使用一台泵组驱动两个执行机构，当需要驱动更多执行机构时只要增加切换阀即可。
本起重机的全闭式液压系统利用超越负载液压控制技术、差动液压缸泵控技术、能量回收技术、复合动作流量自动匹配技术，通过上诉技术可保证大型汽车起重机液压系统满足各个工况的作业要求，同时可以大大提升起重机作业性能。如下：1、超越负载液压控制技术采用蓄能器吸收重物或起重臂下降势能，当蓄能器充满或发生故障时系统自动切换成发动机制动，避免停机；2、差动液压缸泵控技术采用蓄能器和补油泵吸收因面积差产生的多余流量，并实现能量回收功能，当起重臂下降时油缸无杆腔出油给蓄能器充能、闭式泵给油缸有杆腔供油，当起重臂举起时蓄能器放能给油缸无杆腔供油，油缸有杆腔给闭式泵供油；3、复合动作流量自动匹配技术根据执行元件对流量的需求，系统在蓄能器单独供油、闭式泵单独供油和蓄能器和闭式泵并联供油三种模式中自动切换，并适时调节各支流的流量比例，按操作者意图调节各动作速度，满足复合动作对平顺性和微动性要求。
附图说明
图1是本起重机的全闭式液压系统实施例的液压系统原理图。
图2是本起重机的全闭式液压系统实施例泵组的液压系统原理图。
具体实施方式
如图1至2所示
本起重机的全闭式液压系统包括先导泵17、泵组、补油泵18、第一切换阀组、第二切换阀组、第三切换阀组、补油控制阀组、卷扬马达39、蓄能器41、防爆阀组、变幅油缸42。
泵组包括闭式泵1、变量机构6、电比例换向阀7、先导补油泵2和电比例减压阀8和卸荷组件，闭式泵1与先导补油泵2共用传动轴3，传动轴3与车辆的扭矩耦合装置4配合，车辆的发动机5向扭矩耦合装置4输出动力，变量机构6控制闭式泵1的流向正反，但不改变传动轴3转向，变量机构6两个油腔分别与电比例换向阀7的第一油口7-1和第二油口7-2连接，电比例换向阀7为三位四通换向阀，电比例换向阀7的中位机能为H型，电比例换向阀7两侧工作位为相反流向，并且电比例换向阀7的两侧工作位都受控制器25控制，电比例换向阀7的第三油口7-3和第四油口7-4分别与油箱10和电比例减压阀8的出油口8-1连接，电比例减压阀8的进油口8-2与先导补油泵2的第一油口2-1连接，先导补油泵2的第二油口2-2与泵组的T口连接，闭式泵1的两端分别与泵组的P口和T口连接，电比例减压阀8的卸油口8-3通过定压阀9与油箱10连接。
卸荷组件包括第一溢流阀11、第二溢流阀12、第一单向阀13、第二单向阀14、第三梭阀15和卸荷阀16，第一单向阀13和第二单向阀14串联在泵组闭式泵1的第一油口和第二油口之间，第一单向阀13和第二单向阀14的流向方向相反，第一溢流阀11并联在第一单向阀13两端，第二溢流阀12并联在第二单向阀14两侧，第三梭阀15的第一进油口15-1和第二进油口15-2连接分别与泵组的P口和T口连接，第三梭阀15的出油口15-3与卸荷阀16的控制油口16-3连接，卸荷阀16的进油口16-1与电比例换向阀7的第四油口7-4连接，卸荷阀16的出油口16-2与油箱10连接。
补油泵18、先导泵17也分别与车辆的扭矩耦合装置配合。
第一切换阀组包括第一二通开关阀20、第一电磁换向阀19和第一常通二位二通阀21，第一二通开关阀20的第一油口20-1与第一常通二位二通阀21的第一油口21-1连通，第一二通开关阀20的控制油口20-3与第一电磁换向阀19的第一油口19-1相通，第一二通开关阀20的第二油口20-2与卷扬马达39的第一油口39-1连通，第一电磁换向阀19的第二油口19-2与第一常通二位二通阀21的控制油口21-3相通，第一电磁换向阀19的第三油口19-3与油箱连通，第一电磁换向阀19的第四油口19-4与先导泵17的P口连通。
第二切换阀组包括第二二通开关阀24、第二电磁换向阀22和第二常通二位二通阀23，第二常通二位二通阀23的第一油口23-1与第一切换阀组的第一常通二位二通阀21的第二油口21-2连通，第二常通二位二通阀23的第二油口23-2与第二二通开关阀24的第一油口24-1连通，第二常通二位二通阀23的控制油口23-3与第二电磁换向阀22的第一油口22-1连通，第二二通开关阀24的控制油口24-3与第二电磁换向阀22的第二油口22-2连通，第二电磁换向阀22的第三油口22-3与先导泵17的P口连通，第二电磁换向阀22的第四油口22-4与油箱连通。
第三切换阀组包括第三二通开关阀26、第三电磁换向阀25和第三常通二位二通阀27，第三二通开关阀26的第一油口26-1与第三常通二位二通阀27的第一油口27-1连通，第三二通开关阀26的第二油口26-2与第二二通开关阀24的第二油口24-2连通，第三二通开关阀26的控制油口26-3与第三电磁换向阀25的第一油口25-1相通，第三电磁换向阀25的第二油口25-2与第三常通二位二通阀27的控制油口27-3相通，第三电磁换向阀25的第三油口25-3与先导泵17的P口连通，第三电磁换向阀25的第四油口25-4与油箱连通。
补油控制阀组包括第四二通开关阀30、第五二通开关阀31、第六二通开关阀32、第三溢流阀28、第四电磁换向阀29、第五电磁换向阀33和第一梭阀34，第四二通开关阀30的第一油口30-1与第三常通二位二通阀27的第二油口27-2连通，第四二通开关阀30的第二油口30-2和第五二通开关阀31的第二油口31-2连通，第五二通开关阀31的第一油口31-1与第六二通开关阀32的第一油口32-1连通，第四二通开关阀30的控制油口30-3与第四电磁换向阀29的第一油口29-1连通，第四电磁换向阀29的第四油口29-4与第五电磁换向阀33的第三油口33-3连通，第五电磁换向阀33的第一油口33-1与第五二通开关阀31的控制油口31-3连通，第五电磁换向阀33的第二油口33-2与第六二通开关阀32的控制油口32-3连通，第五电磁换向阀33的第四油口33-4与第一梭阀34的出油口34-3连通，第一梭阀34的两个进油口34-1、34-2分别与泵组的闭式泵第二油口和负载连通，第三溢流阀28设置在第四电磁换向阀29的第三油口29-3与负载之间。
防爆阀组包括第七二通开关阀35、第六电磁换向阀38、第二梭阀37和第四溢流阀36，第七二通开关阀35的第二油口35-2分别与第二切换阀组的第二常通二位二通阀23第一油口23-1及第二梭阀37的第一进口37-1连通，第七二通开关阀35的第一油口35-1与变幅油缸42的无杆腔连通，第二梭阀37的第二进口37-2也与变幅油缸42的无杆腔连通，第六电磁换向阀38的第一油口38-1与第七二通开关阀35的控制油口35-3连通，第六电磁换向阀38的第二油口38-2与第二梭阀37出油口37-3连通，第六电磁换向阀38的第三油口38-3与油箱连通，第四溢流阀36设置在油箱与变幅油缸42的无杆腔之间。
泵组的闭式泵第一油口分别与第一二通开关阀20的第一油口20-1和第一常通二位二通阀21的第二油口21-2连通，泵组的闭式泵第二油口还与第五二通开关阀31的第一油口31-1、第六二通开关阀32的第一油口32-1和第一梭阀34的进油口34-2连通。
补油泵18的P口分别与第四二通开关阀30的第二油口30-2和第五二通开关阀31的第二油口31-2连通，补油泵18的T口与油箱连通。
先导泵17的P口分别与第一电磁换向阀19的第四油口19-4、第二电磁换向阀22的第三油口22-3、第三电磁换向阀25的第三油口25-3连通，先导泵17的T口与油箱连通。
蓄能器41与分别与第二二通开关阀24的第一油口24-1和第二常通二位二通阀23的第二油口23-2连通。
变幅油缸42的有杆腔分别与第三二通开关阀26的第一油口26-1和第三常通二位二通阀27的第一油口27-1连通。
卷扬马达39的第二油口39-2与第六二通开关阀32的第二油口32-2连通，卷扬马达39驱动卷扬机构40动作。
本起重机的全闭式液压系统是按工况自动匹配流量原则进行工作，工作原理如下所述：
1)卷扬工作时，第一切换阀组工作，闭式泵1和卷扬马达39构成闭式回路，卷扬机构40工作，也可使用蓄能器41为供油路，驱动卷扬马达39。
2)变幅油缸42上起时，防爆阀组打开，变幅油缸42无杆腔进油，如果蓄能器41已充满，以蓄能器41为主供油路，闭式泵1维持小排量，当蓄能器41压力小于变幅油缸42所需压力时，第二切换阀组工作，蓄能器41停止供油，闭式泵1增大排量以满足变幅油缸42工作所需流量，此时补油控制阀组工作，补充差动液压缸的流量差；
3)变幅油缸42下降时，防爆阀组打开，变幅油缸42有杆腔进油，如果此时变幅油缸进行微动时，切换阀5.3和5.2工作，蓄能器41给有杆腔供油，闭式泵1维持小排量，发动机1利用排气制动对油缸进行速度控制。当变幅油缸进行快动时，第一切换阀组工作，闭式泵1给油缸有杆腔供油，油缸无杆腔给蓄能器41充能，起到回收能量的作用。当蓄能器41充满时，第二切换阀组工作，闭式泵1反向转动，并变成马达工况，发动机1利用排气制动对油缸进行速度控制。此时补油控制阀6工作，补充差动液压缸的流量差。
以上工作均由程序根据作业工况自动完成，并将起重臂势能转化成液压势能，提升起重机的燃油经济性。
以上所述的仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种起重机的全闭式液压系统，其特征为：
包括先导泵、泵组、补油泵、第一切换阀组、第二切换阀组、第三切换阀组、补油控制阀组 、卷扬马达、蓄能器、防爆阀组、油缸；
泵组包括变量泵、变量机构、电比例换向阀、先导补油泵和电比例减压阀，变量泵与先导补油泵共用传动轴，传动轴与车辆的扭矩耦合装置配合，变量机构控制变量泵的流向，变量机构两个油腔分别与电比例换向阀的第一油口和第二油口连接，电比例换向阀为三位四通换向阀，电比例换向阀的中位机能为H型，电比例换向阀的第三油口和第四油口分别与油箱和电比例减压阀的出油口连接，电比例减压阀的进油口与先导补油泵连接；
补油泵、先导泵也分别与车辆的扭矩耦合装置配合；
第一切换阀组包括第一二通开关阀、第一电磁换向阀和第一常通二位二通阀，第一二通开关阀的第一油口与第一常通二位二通阀的第一油口连通，第一二通开关阀的控制油口与第一电磁换向阀的第一油口相通，第一二通开关阀的第二油口与卷扬马达的第一油口连通，第一电磁换向阀的第二油口与第一常通二位二通阀的控制油口相通，第一电磁换向阀的第三油口与油箱连通，第一电磁换向阀的第四油口与先导泵的P口连通；
第二切换阀组包括第二二通开关阀、第二电磁换向阀和第二常通二位二通阀，第二常通二位二通阀的第一油口与第一切换阀组的第一常通二位二通阀的第二油口连通，第二常通二位二通阀的第二油口与第二二通开关阀的第一油口连通，第二常通二位二通阀的控制油口与第二电磁换向阀的第一油口连通，第二二通开关阀的控制油口与第二电磁换向阀的第二油口连通，第二电磁换向阀的第三油口与先导泵的P口连通，第二电磁换向阀的第四油口与油箱连通；
第三切换阀组包括第三二通开关阀、第三电磁换向阀和第三常通二位二通阀，第三二通开关阀的第一油口与第三常通二位二通阀的第一油口连通，第三二通开关阀的第二油口与第二二通开关阀的第二油口连通，第三二通开关阀的控制油口与第三电磁换向阀的第一油口相通，第三电磁换向阀的第二油口与第三常通二位二通阀的控制油口相通，第三电磁换向阀的第三油口与先导泵的P口连通，第三电磁换向阀的第四油口与油箱连通；
补油控制阀组包括第四二通开关阀、第五二通开关阀、第六二通开关阀、第四电磁换向阀、第五电磁换向阀和第一梭阀，第四二通开关阀的第一油口与第三常通二位二通阀的第二油口连通，第四二通开关阀的第二油口和第五二通开关阀的第二油口连通，第五二通开关阀的第一油口与第六二通开关阀的第一油口连通，第四二通开关阀的控制油口与第四电磁换向阀的第一油口连通，第四电磁换向阀的第四油口与第五电磁换向阀的第三油口连通，第五电磁换向阀的第一油口与第五二通开关阀的控制油口连通，第五电磁换向阀的第二油口与第六二通开关阀的控制油口连通，第五电磁换向阀的第四油口与第一梭阀的出油口连通，第一梭阀的两个进油口分别与泵组的变量泵第二油口和负载连通；
防爆阀组包括第七二通开关阀、第六电磁换向阀、第二梭阀和第二溢流阀，第七二通开关阀的第二油口分别与第二切换阀组的第二常通二位二通阀第一油口及梭阀的第一进口连通，第七二通开关阀的第一油口与油缸的无杆腔连通，梭阀的第二进口也与油缸的无杆腔连通，第六电磁换向阀的第一油口与第七二通开关阀的控制油口连通，第六电磁换向阀的第二油口与第二梭阀出油口连通，第六电磁换向阀的第三油口与油箱连通，第二溢流阀设置在第六电磁换向阀的第三油口与油缸的无杆腔之间；
泵组的变量泵第一油口与第一二通开关阀的第二油口连通，泵组的变量泵第二油口还与第五二通开关阀的第一油口和第六二通开关阀的第一油口连通；
补油泵的P口分别与第四二通开关阀的第二油口和第五二通开关阀的第二油口连通，补油泵的T口与油箱连通；
先导泵的P口分别与第一电磁换向阀的第四油口、第二电磁换向阀的第三油口、第三电磁换向阀的第三油口连通，先导泵的T口与油箱连通；
蓄能器与分别与第二二通开关阀的第一油口和第二常通二位二通阀的第二油口连通；
油缸的有杆腔分别与第三二通开关阀的第一油口和第三常通二位二通阀的第二油口连通；
卷扬马达的第二油口与第六二通开关阀的第二油口连通，卷扬马达驱动卷扬机构动作；
卸荷组件包括第一溢流阀、第二溢流阀、第一单向阀、第二单向阀、第三梭阀和卸荷阀，第一单向阀和第二单向阀串联在泵组闭式泵的第一油口和第二油口之间，第一单向阀和第二单向阀的流向方向相反，第一溢流阀并联在第一单向阀两端，第二溢流阀并联在第二单向阀两侧，第三梭阀的第一进油口和第二进油口连接分别与泵组的P口和T口连接，第三梭阀的出油口与卸荷阀的控制油口连接，卸荷阀的进油口与电比例换向阀的第四油口连接，卸荷阀的出油口与油箱连接。
2.根据权利要求1所述的起重机的全闭式液压系统，其特征是：
所述电比例减压阀的卸油口通过定压阀与油箱连接。
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