CN111059091A - 负载敏感供油模块、负载敏感系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载敏感供油模块，包括变量供油装置和Ls信号转换器；所述Ls信号转换器包括接受负载反馈压力的第一油口、输出负载压力信号的第二油口和实时调控输出压力的电控装置，所述变量供油装置能够在所述负载压力信号控制下输出与负载反馈压力有不同压差的压力油。本发明还公开了一种负载敏感系统，包括工作模块、回油模块和本发明的负载敏感供油模块，所述工作模块能够向本发明的负载敏感供油模块反馈负载压力，所述负载敏感供油模块能够向所述工作模块供应与反馈压力压差可变的液压油。本发明还公开了一种本发明负载敏感系统的控制方法。本发明具有操控精度高，工作平稳，节能性好，升级成本低的优点。

Description

负载敏感供油模块、负载敏感系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及液压控制系统，具体地涉及一种负载敏感供油模块。此外，本发明还涉及一种负载敏感系统及其控制方法。

背景技术

轮式起重机等工程机械多采用液压系统提供工作动力。随着对工程机械操作的快速性、微动性和协调性要求的提高，工程机械的液压系统以逐渐从传统的定量泵开关阀系统，过渡到带有压力补偿、负载反馈和比例换向操作的负载敏感系统阶段。

负载敏感系统能够根据实时的负载压力值输出相应的供油压力，避免了传统的定量泵开关阀系统以固定的额定压力输出高的供油压力的缺陷，故而系统节能性好，发热较小。同时由于控制工程机械动作的换向阀前后的压差恒定，根据阀口的流量公式

(式中，α为流量系数，近似为常数；A为换向阀过流面积；ΔP为阀口前后的压差；ρ为流体的密度)，通过换向阀的流量Q仅与其阀口开度A相关，故系统的调速特性好，微动性能较好，工程机械的动作控制较为精细。

现有的负载敏感系统也存在一些系统性的缺陷：1、供油压力与负载压力的压差固定，无论在怠速状态还是在最大负荷状态均保持同一个压差，而为了保证换向阀的最大通流能力，通常需要设定一个较大的压差(如30bar)，这就造成了在待机情况下输出压力不必要的浪费，尤其在泵的输出流量较大时。2、工程机械通常以柴油机为动力，柴油机在作业过程中转速变化非常大，怠速约为750r/min左右，高速时可达1900r/min左右，转速比约为1：2.5；那么油泵在怠速时输出流量和高速时输出流量也约为1：2.5。而换向阀的最大通流量一般是按油泵在高速时输出流量设计的，这样，在发动机怠速运行时，由于阀口压差较大，换向阀的阀口开度达到约2/5时，阀口流量已达到最大值，即出现流量饱和现象。此时，换向行程增大时阀口流量不再增加，导致换向阀的调速特性变差。

近来也出现了一些压差可调的负载敏感系统，但其压差仅能在数个设定值之间切换，或者通过设置由系统发动机驱动的定量泵控制。控制方式固定且单一，无法根据操作的需要自由调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种负载敏感供油模块，能够输出与所反馈的负载压力的压差能够调节的压力油。

本发明还要解决的技术问题是提供一种负载敏感系统，能够对负载压力进行反馈，且输出与负载压力的压差能够调节的压力油。

本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种负载敏感系统的控制方法，能够实现不同的压差调节模式。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种负载敏感供油模块，包括供油端口、回油端口和负载压力反馈端口，还包括变量供油装置和Ls信号转换器；所述变量供油装置的供油油路与供油端口相连通，所述变量供油装置的回油油路和所述回油端口与系统油箱相连通，所述变量供油装置还具有控制供油状态的控制油路；所述Ls信号转换器包括电控装置、第一油口和第二油口，所述第一油口与所述负载压力反馈端口相连通，所述第二油口与所述变量供油装置的控制油路相连通；所述Ls信号转换器能够通过所述第一油口接收负载反馈压力信号，并在所述电控装置的控制下转换为可调节的负载压力信号通过所述第二油口输出；所述变量供油装置能够在所述负载压力信号控制下输出与负载反馈压力具有不同压差的压力油。

优选地，所述变量供油装置包括定量泵和三通流量阀；所述定量泵的出油口与所述供油端口相连通，所述定量泵的进油口和所述回油端口与系统油箱相连通；所述三通流量阀的进油口与所述定量泵的出油口相连通，所述三通流量阀的出油口与所述回油端口相连通，所述三通流量阀的控制口与所述第二油口相连通。通过该优选技术方案，所述三通流量阀能够在所述Ls信号转换器的所述第二油口的负载压力信号控制下，将所述定量泵输出的压力油向系统油箱溢流，以控制所述定量泵的输出压力。使用三通流量阀的可控溢流作用与结构相对简单的定量泵相配合，实现了对所述供油端口的油压进行灵活控制。

优选地，所述变量供油装置为变量泵；所述变量泵的出油口与所述供油端口相连通，所述变量泵的进油口和所述回油端口与系统油箱相连通，所述变量泵的控制口与第二油口相连通。通过该优选技术方案，所述Ls信号转换器的所述第二油口的负载压力信号能够控制所述变量泵的输出量，以控制所述供油端口的压力。使用变量泵的变量输出作用进行输出压力调节，避免了通过溢流的方式调整压力所带来的能量损失。

优选地，所述Ls信号转换器为比例调压阀；所述比例调压阀还包括第三油口，所述第三油口与所述变量供油装置的供油油路相连通。在该优选技术方案中，所述Ls信号转换器的所述电控装置为所述比例调压阀的比例电磁铁，所述比例调压阀能够将通过所述第一油口反馈的负载反馈压力信号与所述比例电磁铁形成的压力信号的和转换为通过所述第二油口输出的负载压力信号。在比例调压阀中，所述比例电磁铁形成的压力信号与所述比例电磁铁的控制电流正相关，所述供油端口的输出压力与负载反馈压力的差值在较低预设值的基础上，随着比例电磁铁控制电流的增大向较大的值调节。在所述比例电磁铁不得电时(如待机状态)所述供油端口的输出压力较低，使得本发明的负载敏感供油模块的节能性较好。

优选地，所述Ls信号转换器为比例定差减压阀。在该优选技术方案中，所述Ls信号转换器的所述电控装置为所述比例定差减压阀的比例电磁铁，所述比例定差减压阀能够将通过所述第一油口反馈的负载反馈压力信号与所述比例电磁铁形成的压力信号的差转换为通过所述第二油口输出的负载压力信号。所述比例电磁铁形成的压力信号与所述比例电磁铁的控制电流正相关，不同的是，所述供油端口的输出压力与负载反馈压力的差值在较高预设值的基础上，随着比例电磁铁控制电流的增大向较小的值调节。使得本发明的负载敏感供油模块能够得到更低的输出压力与负载反馈压力的差值，获得更为精细的控制精度。

本发明第二方面提供了一种负载敏感系统，包括工作模块、回油模块和本发明第一方面所提供的负载敏感供油模块；所述工作模块包括换向阀、压力补偿器和负载传感油路；所述换向阀连接在所述供油端口、回油端口与工作油口之间，以切换所述工作油口的供油状态；所述压力补偿器通过所述换向阀连接在所述供油端口与工作油口之间，用于补偿压力补偿器入口的压力值；所述负载传感油路连接在所述压力补偿器与所述负载压力反馈端口之间，以将所述工作油口的负载压力反馈到所述负载压力反馈端口；所述回油模块包括主溢流阀，所述主溢流阀连接在所述供油端口和所述回油端口之间。

优选地，所述工作模块包括第一工作模块、第二工作模块、第三工作模块和第四工作模块；所述第一工作模块、第二工作模块、第三工作模块和第四工作模块的所述负载传感油路通过液压梭阀相互连接，以能够将各所述模块中最高的负载压力传递到所述负载压力反馈端口。在该优选技术方案中，所述液压梭阀能够将两个进口中较高的压力通过出口输出，使用三个所述液压梭阀就能够将所述四个工作模块中最大的负载压力筛选出来，反馈到负载压力反馈端口，以保证负载压力最大的工作模块能够得到足够的工作压力。

本发明第三方面提供了一种负载敏感系统的控制方法，将所述变量供油装置的初始输出压力值设为预设值；所述Ls信号转换器输出的负载压力信号中包含负载反馈压力信号和电控压力信号；所述电控压力信号按预设模式变化。

优选地，所述Ls信号转换器为比例调压阀；所述预设值为所述变量供油装置的最小输出压力值；所述预设模式包括线性模式、非线性模式和精细作业模式；在所述线性模式中，所述电控压力信号随负载敏感系统的驱动发动机转速从怠速至最大转速的变化而从零至最大值线性增加；在所述非线性模式中，在负载敏感系统的驱动发动机转速在怠速至设定转速n₁之间变化时，所述电控压力信号为零，在设定转速n₁至最大转速之间变化时，所述电控压力信号由零至最大值同步线性变化；在所述精细作业模式中，所述电控压力信号通过手动控制。通过该优选技术方案，在所述线性模式中，所述变量供油装置的输出压力与负载反馈压力的压差随着发动机转速的增加而线性增加，能够在发动机转速增大时获得相对更大的输出压力和工作流量。在所述非线性模式中，发动机的转速在设定转速n₁以下时，所述变量供油装置的输出压力与负载反馈压力的压差为预设值；发动机的转速在设定转速n₁以上时，所述变量供油装置的输出压力与负载反馈压力的压差随着发动机的转速增加而增加。能够在发动机转速较小时获得较高的控制精度，而在发动机转速较高时获得相对更大的输出压力和工作流量。在所述精细作业模式中，所述变量供油装置的输出压力与负载反馈压力的压差由操作人员自主控制，能够根据工程的需要自由选择获得更大的操控精度或者获得更大的输出压力和工作流量。

优选地，所述Ls信号转换器为比例定差减压阀；所述预设值为所述比例定差减压阀的比例电磁铁失电时所述变量供油装置的输出压力值；所述比例定差减压阀的比例电磁铁所形成的电控压力信号能够按所述预设模式变化。在该优选技术方案中，所述变量供油装置的输出压力与负载反馈压力的压差没有预设的下限，而是在所述电控压力信号的控制下从所述预设值减小，因此，能够根据需要获得更小的压差，以获得更为精细的操作效果。

通过上述技术方案，本发明的负载敏感供油模块，能够通过所述Ls信号转换器的电控装置自由调节所述变量供油装置输出压力与负载反馈压力的压差，以适应不同的施工需要，控制更加方便且易于实现自动控制。本发明的负载敏感系统能够对工作模块的负载压力进行反馈并输出与负载压力的压差能够调节的压力油，且能够实现发动机的过载保护。本发明的负载敏感系统的控制方法通过不同的预设模式实现所述变量供油装置的输出压力与负载压力的压差的不同控制方式，适应施工过程中不同的控制要求。

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

图1是本发明的负载敏感供油模块一个实施例的原理图；

图2是本发明的负载敏感供油模块一个实施例的原理图；

图3是本发明的负载敏感供油模块一个实施例的原理图；

图4是本发明的负载敏感供油模块一个实施例的原理图；

图5是本发明的负载敏感系统一个实施例的原理图；

图6是本发明的负载敏感系统一个实施例的原理图；

图7是本发明的负载敏感系统一个实施例的原理图；

图8是本发明的负载敏感系统一个实施例的原理图；

图9是本发明的负载敏感系统的控制方法压差变化方式示意图。

附图标记说明

1 变量供油装置 11 定量泵

12 三通流量阀 13 变量泵

2 Ls信号转换器 201 第一油口

202 第二油口 203 第三油口

21 比例调压阀 22 比例定差减压阀

3 工作模块 301 换向阀

302 压力补偿器 303 负载传感梭阀网络

31 第一工作模块 32 第二工作模块

33 第三工作模块 34 第四工作模块

4 回油模块 41 主溢流阀

P0 供油端口 T0 回油端口

Ls0 负载压力反馈端口

具体实施方式

下面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。

术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明的附图中，双点画线框表示液压部件，实线表示工作油路，虚线表示控制油路。

本发明的负载敏感供油模块的一种实施方式，如图1至图4所示，包括对外连接的供油端口P0、回油端油口T0和负载压力反馈端油口Ls0，供油端口P0用于对液压工作模块供应压力油，回油端口T0用于接收液压工作模块的回油，负载压力反馈端油口Ls0用于接收液压工作模块的负载反馈压力，并根据负载压力反馈结果调整输出压力油的压力。本发明的负载敏感供油模块内部包括变量供油装置1和Ls信号转换器2。变量供油装置1采用输出压力可调的供油装置，其可以是单个液压器件，也可以是多个液压器件的组合。Ls信号转换器2可以采用各种具有比例调压特性的液压阀，包括但不限于比例调压阀和比例定差减压阀。

变量供油装置1的供油油路与供油端口P0相连通，以将变量供油装置1输出的液压油通过供油端口P0对外输出；变量供油装置1的回油油路和回油端口T0与系统油箱相连通，以将通过回油端口T0回收的液压油回收到系统油箱。变量供油装置1还带有控制油路，通过该控制油路能够控制变量供油装置1输出的压力油的压力P1。Ls信号转换器2包括电控装置、第一油口201和第二油口202。第一油口201与负载压力反馈端口Ls0相连通，第二油口202与变量供油装置1的控制油路相连通；Ls信号转换器2能够通过第一油口201接收通过负载压力反馈端口Ls0传递来的负载反馈压力信号Ls1，并在电控装置的控制下转换为负载压力信号Ls2通过第二油口202输出，以通过变量供油装置1的控制油路控制变量供油装置1输出的压力油的压力P1。通过电控装置能够调节经第二油口202输出的负载压力信号Ls2，以使得变量供油装置1输出的液压油的压力P1与负载反馈压力的压差能够调节。通过减小该压差，能够提高系统的节能性，另外，在变量供油装置1供油不足时，减少换向阀换向时的流量饱和现象，提高操控精度；通过增大该压差，能够提高系统的动力响应性能和输出的工作流量。

作为本发明的负载敏感供油模块的一种具体实施方式，如图1、图3所示，变量供油装置1包括定量泵11和三通流量阀12。定量泵11的出油口与供油端口P0相连通，以将定量泵11泵出的液压油通过供油端口P0输出。定量泵11的进油口与系统油箱相连通，以从系统油箱泵出液压油。三通流量阀12的进油口与定量泵11的出油口相连通，三通流量阀12的出油口与回油端口T0相连通，并共同与系统油箱相连通，三通流量阀12的控制口与第二油口202相连通。通过三通流量阀12的溢流作用能够控制供油端口P0的输出压力P1，而通过三通流量阀12的控制口能够控制三通流量阀12的溢流压力，能够将供油端口P0的压力P1与第二油口202的压力的差值维持在固定的水平。三通流量阀12的出油口和回油端口T0还可以通过背压单向阀与系统油箱相连通，以保证回油端口T0具有一定的背压，便于给各工作油口补油，防止油缸、马达等执行元件出现吸空现象。

作为本发明的负载敏感供油模块的一种具体实施方式，如图2、图4所示，变量供油装置1为变量泵13。变量泵13的出油口与供油端口P0相连通，以通过供油端口P0输出变量泵13泵出的液压油。变量泵13的进油口与系统油箱相连通，以从系统油箱泵出液压油。变量泵13的控制口与第二油口202相连通，以通过第二油口202的压力控制变量泵13的输出压力P1。回油端口T0与系统油箱相连通，以将液压工作模块的回油返回到系统油箱。回油端口T0还可以通过背压单向阀与系统油箱相连通，以保证回油端口T0具有一定的背压，便于给各工作油口补油，防止油缸、马达等执行元件出现吸空现象。

在本发明的负载敏感供油模块的一些实施例中，如图1、图2所示，Ls信号转换器2为比例调压阀21，电控装置为比例调压阀21的比例电磁铁。比例调压阀21除具有第一油口201和第二油口202外还具有第三油口203，第三油口203与变量供油装置1的供油油路相连通。比例调压阀21的第二油口202的输出压力包含第一油口201的压力与比例调压阀21的比例电磁铁所形成的压力值的和。通过调节比例调压阀21比例电磁铁的电流值就能够调节第二油口202的输出压力，以调节变量供油装置1的供油压力P1。

在本发明的负载敏感供油模块的一些实施例中，如图3、图4所示，Ls信号转换器2为比例定差减压阀22，电控装置为比例定差减压阀22的比例电磁铁。比例定差减压阀22的第二油口202的输出压力包含第一油口201的压力与比例定差减压阀22的比例电磁铁所形成的压力的差，通过调节比例定差减压阀22比例电磁铁的电流值就能够调节第二油口202的输出压力，以调节变量供油装置1的供油压力P1。

本发明的负载敏感系统的一种实施方式，如图5至图8所示，包括工作模块3、回油模块4和本发明的负载敏感供油模块。工作模块3包括换向阀301、压力补偿器302和负载传感油路。其中换向阀301连接在供油端口P0、回油端口T0与工作油口之间，换向阀301在不同换向位之间切换时能够切换工作油口的供油状态。压力补偿器302通过换向阀301连接在供油端口P0与工作油口之间，能够在供油端口P0的压力同样的情况下，调节压力补偿器302入口压力，以适应不同的工作口的负载要求。同时，在系统具有多个工作模块3时，通过调节各工作模块3中的压力补偿器302入口压力，能够将各工作模块3的压力补偿器302的入口压力值补偿到相同值，以协调各工作模块3的操作。负载传感油路连接在压力补偿器302与负载压力反馈端口Ls0之间，用于将工作油口的负载压力反馈到负载压力反馈端口Ls0，作为调整供油端口P0的输出压力的控制信号。回油模块4带有主溢流阀41。主溢流阀41连接在供油端口P0和回油端口T0之间，用于限制施加在工作模块3上的最高供油压力。

在本发明的负载敏感系统的一些实施例中，如图5至图8所示，工作模块3包括第一工作模块31、第二工作模块32、第三工作模块33和第四工作模块34。第一工作模块31、第二工作模块32、第三工作模块33和第四工作模块34可用于驱动工程机械的不同工作部件，如该系统用于轮式起重机时，第一工作模块31、第二工作模块32、第三工作模块33和第四工作模块34可分别用于驱动伸缩、变幅、主卷扬和副卷扬工作。第一工作模块31、第二工作模块32、第三工作模块33和第四工作模块34的负载传感油路通过液压梭阀303相互连接。负载传感油路与液压梭阀303的连接方式可以有多种，只要能够实现将各工作模块中最高的负载压力传递到负载压力反馈端口Ls0即可。在本实施例中所使用的连接方式为第三工作模块33和第四工作模块34的负载传感油路分别连接到一个液压梭阀303的两个入口，该液压梭阀303的出口和第二工作模块32的负载传感油路分别连接的第二个液压梭阀303的两个入口，第二个液压梭阀303的出口和第一工作模块31的负载传感油路分别连接到第三个液压梭阀303的两个入口，第三个液压梭阀303的出口连接到负载压力反馈端口Ls0。

本发明的负载敏感系统的控制方法为将变量供油装置1的初始输出压力值设为预设值，也就是变量供油装置1的控制油路压力为零时，变量供油装置1的输出压力为该设定值。Ls信号转换器2输出的负载压力信号中包含负载反馈压力信号和电控装置形成的电控压力信号，也就是说，负载反馈压力信号和电控压力信号均可以改变Ls信号转换器2输出的负载压力信号，进而改变变量供油装置1的输出压力。通过设定电控压力信号变化的预设模式，可以预设变量供油装置1输出压力的变化方式。

在Ls信号转换器2为比例调压阀21时，变量供油装置1的初始输出压力的预设值就是变量供油装置1的最小输出压力值，也是本发明的负载敏感供油模块的供油端口P0压力与负载压力反馈端口Ls0压力的压差的最小值。在比例调压阀21的比例电磁铁的控制下可以调整供油端口P0与负载压力反馈端口Ls0的压差的大小。比例调压阀21的比例电磁铁所形成的电控压力信号变化的预设模式包括线性模式、非线性模式和精细作业模式。

在线性模式中，当负载敏感系统的驱动发动机怠速运行时，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流为零，电控压力信号也为零。在驱动发动机的转速在怠速至最大转速之间变化时，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流也随之同步变化，电控压力信号也随着在零至最大值之间同步线性变化，在驱动发动机达到最大转速时，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流也达到工作电流的最大值，此时，比例调压阀21的比例电磁铁所形成的电控压力信号最大。对驱动发动机转速的感知，可以通过在驱动发动机上设置转速传感器来实现，也可以通过设置油门位置或角度传感器的方式来实现，但通过油门传感器来感知发动机转速的方式的感知精度较差。

在非线性模式中，在负载敏感系统的驱动发动机转速在怠速至设定转速n₁之间变化时，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流为零，电控压力信号也为零。当驱动发动机的转速超过设定转速n₁时，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流开始增加。当驱动发动机的转速从设定转速n₁至最大转速变化时，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流也同步变化，电控压力信号也随着在零至最大值之间线性变化。在驱动发动机达到最大转速时，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流也达到工作电流的最大值，此时，比例调压阀21的比例电磁铁所形成的电控压力信号最大。

在上述两种预设模式中，对通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流的控制可以通过简单的机电转换装置实现，也可以通过PLC、单片机等控制器的信号处理来实现。通过控制器处理的参数设置更加方便，更易于实现自动控制。

在精细作业模式中，比例调压阀21的比例电磁铁的电流能够通过操控装置由驾驶人员通过手动来控制。此时，比例调压阀21的比例电磁铁所形成的电控压力信号不再受外部运行参数的控制，而由驾驶人员根据操作需要自由控制，这就使得负载敏感系统输出压力与负载反馈压力的压差能够摆脱通常的驱动发动机转速越高，压差越大的定式，能够在较大的驱动发动机转速下输出与负载压力压差较小的输出压力，便于实现对换向阀阀口开度的精细调节。

在Ls信号转换器2为比例定差减压阀22时，变量供油装置1的初始输出压力的预设值为比例定差减压阀22的比例电磁铁失电时变量供油装置1的输出压力值，也是变量供油装置1的输出压力与负载反馈压力的压差所能达到的最大值。在比例定差减压阀22的比例电磁铁的控制下，变量供油装置1的输出压力与负载反馈压力的压差能够逐渐减小。此时，由于没有设定压差的下限，因而能够得到更小的压差，以获得更为精细的操控精度。比例定差减压阀22的比例电磁铁所形成的电控压力信号能够按照预设模式变化。

如在一种预设模式中，当负载敏感系统的驱动发动机怠速运行时，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流为最大工作电流，比例调压阀21的比例电磁铁所形成的对抗负载反馈压力信号的电控压力信号最大。但待机时的负载反馈压力信号通常为零，因而，变量供油装置1的输出压力为预设值。随着驱动发动机转速从怠速至最大转速的变化，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流也同步从最大工作电流至零同步线性变化，比例调压阀21的比例电磁铁所形成的对抗负载反馈压力信号的电控压力信号同步减小，在一定的负载反馈压力下，变量供油装置1的输出压力与负载反馈压力的压差由小到大同步变化，并在驱动发动机最大工作转速时达到设定值。

在另一种预设模式中，通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流能够通过操控装置由驾驶人员手动控制，以自由控制变量供油装置1的输出压力与负载反馈压力的压差，能够在较大的驱动发动机转速下获得较小的压差，提高操控精度。

下面以图5、图6所示的负载敏感系统在轮式起重机中的应用为例详细讲述本发明的工作原理。

在图5所示负载敏感系统中，定量泵11给负载敏感系统供油。负载敏感系统的负载敏感供油模块还包含三通流量阀12和比例调压阀21。负载敏感系统的工作模块3包含第一工作模块31、第二工作模块32、第三工作模块33和第四工作模块34四个，四个工作模块各通过一个换向阀301和一个压力补偿器302将负载敏感供油模块输出的液压油转换为分别通过工作油口A1和B1、A2和B2、A3和B3以及A4和B4输出的可以具有不同供油方向和供油压力的液压油，用于驱动伸缩、变幅、主卷扬和副卷扬机构工作。通过第一工作模块31、第二工作模块32、第三工作模块33和第四工作模块34反馈的负载压力通过三个液压梭阀组成的负载传感梭阀网络反馈到负载敏感供油模块的负载压力反馈端口Ls0。负载敏感系统的回油模块4集成有主溢流阀41，用于控制负载敏感供油模块的最高输出压力。

负载敏感供油模块能够输出与负载反馈压力具有一定压差的液压油。该压差△P可以由以下公式计算：

△P＝P₁–P_Ls1

P_Ls2＝P_Ls1+P_D–P_K1

P₁-P_Ls2＝P_K2

于是有：

△P＝P₁–P_Ls1＝P₁–(P_Ls2+P_K1-P_D)＝P_K2-P_K1+P_D≈P_K2+P_D

式中：

P₁为定量泵11(或者图6中的变量泵13)的输出压力；

P_Ls1为通过负载压力反馈端口Ls0反馈的工作模块的最大负载反馈压力；

P_Ls2为比例调压阀21的第二油口202输出的负载压力信号；

P_D为比例调压阀21的比例电磁铁对应产生的压力值，其大小取决于通过比例电磁铁的电流值；

P_K1为比例调压阀21的复位弹簧所对应的压力值，其值较小，可忽略不计；

P_K2为三通流量阀12(或图6中的变量泵13的变量机构)的复位弹簧所对应的压力值，由于工作时复位弹簧的长度变化相对于其预压缩量较小，可将该压力值视为一个常数。

在此处将P_K2设定为一个较低的压力值，例如8bar，而非常规的30bar。

可见，△P的大小可以由通过比例调压阀21的比例电磁铁的电流值控制，当比例调压阀21的比例电磁铁不得电时，P_D＝0，△P取决于三通流量阀12(或图6中的变量泵13的变量机构)的复位弹簧所对应的压力值P_K2，该值通过调节在比例调压阀21的复位弹簧的压缩量机械设定。在现有的负载敏感系统中，为了保证轮式起重机在最大工作转速时的作业速度性能，通常将压力值P_K2设置得较大，通常设置为30bar。而在本发明中，由于△P能够通过调节P_D值进行调节，因而能够将压力值P_K2设置为一个较小的值，如8bar。此时，能够获得的△P的最小值为△P_min＝P_K2＝8bar。而比例调压阀21的比例电磁铁的工作电流最大时，可以设定比例调压阀21的比例电磁铁对应产生的压力值P_D的最大值P_{D_max}为22bar，于是有△P的最大值△P_max＝P_K2+P_{D_max}＝30bar。此时：

1、在轮式起重机的待机状态下，轮式起重机无负载，负载反馈信号Ls1为零，P_Ls1为0。比例调压阀21的比例电磁铁不得电，P_D为0。P₁＝△P+P_Ls1＝P_K2+P_D+P_Ls1＝P_K2＝8bar。即，三通流量阀12以8bar的压力旁通泄荷(或图6中的变量泵13维持8bar的待机压力)，负载敏感供油模块的待机功耗相比于常规的负载敏感系统(以固定的30bar的压力待机)将降低70％；另外8bar的待机压力超过推动换向阀阀芯换向的最小压力(一般约6bar)，可以保证换向阀的可靠换向。

2、在轮式起重机的作业状态下，换向阀301的设计满足以下要求：

式中：Q_max为油泵在最大工作转速n_max时的输出流量；

A_max为换向阀的可变节流口的最大通流面积；

△P_max为换向阀可变节流口的最大压差；

在满足Q_max和△P_max的条件下，换向阀的可变节流口的开度(通流面积)在0到A_max都将有比例调速特性。

但驱动发动机的转速是不断变化的，在驱动发动机的任意转速n下，换向阀的流量满足如下公式：

式中：Q_n为转速为n时的油泵最大输出流量；

△P_n为转速为n时的换向阀可变节流口的压差；

A_n为转速为n时的具有比例调速特性的换向阀可变节流口开度；

联立以上两式，于是有：

通过该式分析本发明中比例调压阀21的比例电磁铁所形成的电控压力信号变化的三种预设模式。

(1)线性模式：

驱动发动机怠速时，比例调压阀21的比例电磁铁不得电，P_D为0；当驱动发动机转速增大时，P_D渐近增大；当驱动发动机达到最大工作转速n_max时，P_D达到最大值P_{D_max}。此模式可以通过控制器用程序进行自动控制。

(2)非线性模式：

驱动发动机怠速时，比例调压阀21的比例电磁铁不得电，P_D为0；当驱动发动机转速逐渐增大时，P_D保持为0，直至转速n增加到设定转速n₁＝n_max/(△P_max/P_K2)^1/2，此时A_n/A_max约1；当驱动发动机转速继续增大时，P_D渐近增大；当驱动发动机达到最大工作转速(n_max)时，P_D也达到最大值P_{D_max}。此模式也可以通过控制器用程序进行自动控制。

(3)精细作业模式：

根据上述流量公式，ΔP越小，流量Q与节流口开度A的比值也越小，用于控制节流口开度的先导手柄的操作分辨率也就越高。利用这一特点，在一些需要精细作业的场合(如精密安装作业)，由驾驶人员根据工况手动调定P_D的大小，在中大油门时仍可将P_D调节为在0或者一个较小的值，使总的△P较小。这样在保证动力充沛的情况下，也能获得较为精细的流量控制，同时有利于联动时抗流量饱和功能，使驾驶员可以更精确地控制执行元件的动作和执行联动操作。

通常的柴油机动力系统中，如图9所示，常规负载敏感系统的△P不变，怠速时换向阀比例调速通流面积比取决于n₀/n_max，为750/1900＝0.395。在全油门最大转速时的通流面积比为1。在驱动发动机转速由怠速向全油门变化过程中，换向阀的比例调速通流面积比由0.395至1同步线性增加。

在本发明的线性模式中，作简易计算如下：

怠速作业工况下，有：

在驱动发动机最大工作转速时，有：

在驱动发动机的转速在怠速至全油门最大转速之间变化时，换向阀的比例调速通流面积比由0.764至1同步线性变化。

在本发明的非线性模式中，作简易计算如下：

怠速作业工况下，的A_n0/A_max＝0.764，同上式。

设定转速n₁＝n_max/(△P_max/P_K2)^1/2＝1900/(30/8)^1/2＝981。

此时，P_D为0，于是有

当驱动发动机的转速在怠速至n₁转速之间变化时，换向阀的比例调速通流面积比在0.764和1之间同步线性变化。

当n>n₁时，A_n/A_max保持为约为1。

由此可见，在发动机转速由怠速向全油门最大转速变化过程中，在转速由怠速至n₁之间变化时，换向阀的比例调速通流面积比由0.764至1同步线性变化；在n₁至全油门最大转速之间变化时，换向阀的比例调速通流面积保持为1。

从上述分析可知，本发明的线性模式和非线性模式相对于通常的负载敏感系统具有更加宽广的调速范围(怠速工况下，流量饱和时的通流面积比由0.395提高到0.764)。非线性模式相对于线性模式的控制稍复杂，但具有更好的调速范围。

综上所述，本发明的负载敏感供油模块和负载敏感系统，通过Ls信号转换器2的电控装置对P_D进行电比例调节，将传统的负载敏感系统在工作时无法改变或只能按固定方式改变的ΔP，变为一个可以实时调整的参数，能够满足整机工作的各种要求。在待机状态下，Ls信号转换器2的电控装置不得电，P_D压力为0，油泵以一个较低的(8bar)压力旁通泄荷(采用定量泵时)或维持较低的待机输出压力(8bar)(采用变量泵时)，待机功耗相比常规的负载敏感系统(待机油压为30bar)降低70％。通过Ls信号转换器2的控制，能够将△P调节到更小的状态，减小了液压系统角功率，驱动发动机的负荷更轻，在因考虑成本和节能而选用较低功率的驱动发动机时能够防止驱动发动机因短期负荷过大而熄火。图5所示的负载敏感系统为在常规的多路阀基础上增加Ls信号转换器2而形成；图6所示的负载敏感系统为使用Ls信号转换器2匹配现有的变量泵负载敏感系统中的变量泵△P值而形成；易于在现有的负载敏感系统基础上进行改装升级。

本发明的负载敏感系统的控制方法，其线性模式和非线性模式相对于现有的负载敏感系统，具有更加宽广的调速范围，换向阀在中大开度的比例调速范围相比于现有的负载敏感系统更大，设置也更灵活。更加优良的调速特性也使得执行元件的启动和停止更平稳柔和。由流量公式可知，ΔP越小，流量Q与节流口开度A的比值也越小，用于控制节流口开度的先导手柄的操作分辨率也就越高。本发明的方法中的精细作业模式能够在一些需要精细作业的场合(如精密安装作业)，由驾驶人员根据工况手动调定P_D的大小，在中大油门时仍可将P_D设置在0或比较小的值，使总的△P较小，在保证动力充沛的情况下，能够获得较为精细的流量控制。同时由于降低了每一个换向联的流量输出，也有利于联动时抗流量饱和功能，使驾驶人员能够更精确地控制执行元件的动作和执行联动操作。

在本发明的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一些实施例”、“一种具体实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个具体技术特征以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。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种负载敏感供油模块，包括供油端口(P0)、回油端口(T0)和负载压力反馈端口(Ls0)，其特征在于，还包括变量供油装置(1)和Ls信号转换器(2)；

所述变量供油装置(1)的供油油路与供油端口(P0)相连通，所述变量供油装置(1)的回油油路和所述回油端口(T0)与系统油箱相连通，所述变量供油装置(1)还具有控制供油状态的控制油路；所述Ls信号转换器(2)包括电控装置、第一油口(201)和第二油口(202)，所述第一油口(201)与所述负载压力反馈端口(Ls0)相连通，所述第二油口(202)与所述变量供油装置(1)的控制油路相连通；所述Ls信号转换器(2)能够通过所述第一油口(201)接收负载反馈压力信号，并在所述电控装置的控制下转换为可调节的负载压力信号通过所述第二油口(202)输出；所述变量供油装置(1)能够在所述负载压力信号控制下输出与负载反馈压力具有不同压差的压力油。

2.根据权利要求1所述的负载敏感供油模块，其特征在于，所述变量供油装置(1)包括定量泵(11)和三通流量阀(12)；

所述定量泵(11)的出油口与所述供油端口(P0)相连通，所述定量泵(11)的进油口和所述回油端口(T0)与系统油箱相连通；

所述三通流量阀(12)的进油口与所述定量泵(11)的出油口相连通，所述三通流量阀(12)的出油口与所述回油端口(T0)相连通，所述三通流量阀(12)的控制口与所述第二油口(202)相连通。

3.根据权利要求1所述的负载敏感供油模块，其特征在于，所述变量供油装置(1)为变量泵(13)；

所述变量泵(13)的出油口与所述供油端口(P0)相连通，所述变量泵(13)的进油口和所述回油端口(T0)与系统油箱相连通，所述变量泵(13)的控制口与第二油口(202)相连通。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的负载敏感供油模块，其特征在于，所述Ls信号转换器(2)为比例调压阀(21)；所述比例调压阀(21)还包括第三油口(203)，所述第三油口(203)与所述变量供油装置(1)的供油油路相连通。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的负载敏感供油模块，其特征在于，所述Ls信号转换器(2)为比例定差减压阀(22)。

6.一种负载敏感系统，其特征在于，包括工作模块(3)、回油模块(4)和权利要求1至5中任一项所述的负载敏感供油模块；

所述工作模块(3)包括换向阀(301)、压力补偿器(302)和负载传感油路；所述换向阀(301)连接在所述供油端口(P0)、回油端口(T0)与工作油口之间，以切换所述工作油口的供油状态；所述压力补偿器(302)通过所述换向阀(301)连接在所述供油端口(P0)与工作油口之间；所述负载传感油路连接在所述压力补偿器(302)与所述负载压力反馈端口(Ls0)之间，以将所述工作油口的负载压力反馈到所述负载压力反馈端口(Ls0)；所述回油模块(4)包括主溢流阀(41)，所述主溢流阀(41)连接在所述供油端口(P0)和所述回油端口(T0)之间。

7.根据权利要求6所述的负载敏感系统，其特征在于，所述工作模块(3)包括第一工作模块(31)、第二工作模块(32)、第三工作模块(33)和第四工作模块(34)；所述第一工作模块(31)、第二工作模块(32)、第三工作模块(33)和第四工作模块(34)的所述负载传感油路通过液压梭阀(303)相互连接，以能够将各所述模块中最高的负载压力传递到所述负载压力反馈端口(Ls0)。

8.一种根据权利要求6或7所述的负载敏感系统的控制方法，其特征在于，将所述变量供油装置(1)的初始输出压力值设为预设值；所述Ls信号转换器(2)输出的负载压力信号中包含负载反馈压力信号和电控压力信号；所述电控压力信号按预设模式变化。

9.根据权利要求8所述的负载敏感系统的控制方法，其特征在于，所述Ls信号转换器(2)为比例调压阀(21)；所述预设值为所述变量供油装置(1)的最小输出压力值；所述预设模式包括线性模式、非线性模式和精细作业模式；

在所述线性模式中，所述电控压力信号随负载敏感系统的驱动发动机转速从怠速至最大转速的变化而从零至最大值线性增加；

在所述非线性模式中，在负载敏感系统的驱动发动机转速在怠速至设定转速n₁之间变化时，所述电控压力信号为零，在设定转速n₁至最大转速之间变化时，所述电控压力信号由零至最大值同步线性变化；

在所述精细作业模式中，所述电控压力信号通过手动控制。

10.根据权利要求8所述的负载敏感系统的控制方法，其特征在于，所述Ls信号转换器(2)为比例定差减压阀(22)；所述预设值为所述比例定差减压阀(22)的比例电磁铁失电时所述变量供油装置(1)的输出压力值；所述比例定差减压阀(22)的比例电磁铁所形成的电控压力信号能够按所述预设模式变化。

Images