CN111255007A - 一种基于负载信号直接控制的装载机定变量液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械液压技术，尤其涉及一种基于负载信号直接控制的装载机定变量液压系统，包括有流量控制阀块，流量控制阀块连通变量泵、流量放大阀、多路阀、卸荷阀、变量泵；流量放大阀与转向器相连，先导恒压阀块与转向器、先导阀、变量泵相连；先导阀与多路阀相连，多路阀与转斗缸、动臂缸相连，定量泵的出口经卸荷阀与流量控制阀接通后与多路阀相连。本发明多路阀为负载敏感阀，集成了信号通道直接连通工作阀，采集工作信号，其控制逻辑简单。本发明三通压力补偿器保证多路阀进出口压差的恒定，实现与负载无关的恒流量输出，本发明变量泵可以全工况变排量，充分发挥变量泵的优势，且系统整体结构相对简单。

Description

一种基于负载信号直接控制的装载机定变量液压系统

技术领域

本发明涉及工程机械，尤其涉及一种基于负载敏感阀的装载机定变量液压控制系统。

背景技术

装载机是一种作业效率高、用途广泛的工程机械，液压系统是轮式装载机的重要组成部分，装载机中工作机构的各种动作的完成，以及装载机的转向，都是依靠液压系统来实现的。一方面装载机液压系统工作性能的好坏，直接决定了整机的工作性能，另一方面，装载机液压系统的功率消耗约占整机功率消耗的70%，是装载机中的主要能耗部分，因此，针对目前装载机这一耗能比较严重的工程机械，在保证不影响装载机现有各方面工作特性的前提下，提高装载机液压系统的效率，对装载机的节能化具有重大意义。而目前国内装载机液压系统一般使用全定量系统，即转向系统与工作系统均采用定量泵系统，属于溢流调速系统，存在较大的溢流损失、节流损失、中位损失等，因此液压系统的能耗高、发热大、效率比较低。国外装载机有采用双变量泵液压系统，即采用负载传感变量柱塞泵、负载传感闭中位控制阀等液压元件，相对定量液压系统较节能，但成本较高。此外，有一种新型的具有变量功能的装载机定变量液压系统，其方案为转向使用负载敏感变量系统，转向泵为负载敏感变量柱塞泵，转向阀为负载敏感闭中位流量放大阀，工作泵为定量齿轮泵，分配阀为开中位换向阀，相对全定量液压系统，由于采用了容积调速，减小了中位损失、节流损失等，更加节能，而且由于没有采用结构复杂、成本较高的负载敏感换向阀，所以相对全变量系统，其成本较低，逐渐受到各装载机生产厂家的重视。但目前现有定变量液压系统主要存在以下问题：

（1）在整机工作机构动作时，现有定变量系统的变量柱塞泵以恒压变量泵的形式合流至工作液压系统，即系统压力在未达到变量泵上调压阀设定压力之前，变量泵的斜盘一直处于最大偏角，液压泵处于最大排量的状态，此时负载敏感变量泵并没有实现变排量的功能，而是以定量泵的状态在工作。所以在工作装置微控和系统处于最大压力时存在高压溢流损失和节流损失，而负载敏感变量泵的优势完全没有发挥出来。

（2）现有定变量系统中，工作系统中普遍采用开中位六通多路阀，通过旁路节流和进油节流来对系统调速：操纵多路阀阀杆来控制去油缸和回油缸的阀口开度大小来实现流量大小的调节。由于是靠回油节流建立的压力来克服负载压力，因此调速特性受负载压力和液压泵输出流量的影响。当滑阀行程一定，负载压力增大，去油缸的流量就会减小。整机工作过程负载压力是不稳定变化的，液压泵的流量也在不断变化，因此使其调速操纵性能很不稳定，操纵困难；而且阀杆操纵力大，由于负载压力引起阀口压差变化，液动力变化造成阀杆操纵力改变，操纵力的不规则性，使微调控制更加困难。总之，该油路可控性差，操作者要精确控制工作装置是很困难的，全靠操纵者感觉、经验和临场发挥。

（3）现有定变量系统定量泵在工作系统不工作时，其流量会通过开中位多路阀流回油箱，产生较大的中位损失，造成液压系统产生很大的热量，耗能量大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种更加节能、控制逻辑简单的基于负载信号直接控制的装载机定变量液压系统。

为达上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于负载信号直接控制的装载机定变量液压系统，包括有流量控制阀块，流量控制阀块的P1口连通变量泵的出油口，流量控制阀块的LSa、CF口分别与流量放大阀的Ls口、P2口相连；流量控制阀块的EF口、EF1口分别与多路阀的P3口、卸荷阀的出口相连；流量控制阀块的T口与流量放大阀的T口、多路阀的T2口相连后经过滤器后回油箱；流量控制阀块的LSb口与卸荷阀的Lsc口连通后与多路阀的Ls2口接通；流量控制阀块的LS1口与变量泵的Ls口接通。

流量放大阀的A/B口与转向油缸的相连，转向器的L口、R口分别经限位阀与流量放大阀的a口、b口连通；先导恒压阀块的P3口、P4口、P5口分别与转向器P口、先导阀进油口、变量泵出口相连；先导阀的A口、B口、C口、D口分别与多路阀的b1口、a1口、b2口、a1口相连；多路阀的A1口、B1口分别与转斗缸的无杆腔、有杆腔相连，多路阀的A2口、B2口分别与动臂缸的无杆腔、有杆腔相连；定量泵的出口经卸荷阀与流量控制阀的EF1口接通后与多路阀的P7口相连。

所述流量控制阀块包括安全阀，流量补偿阀，压力补偿阀，梭阀及P1油口、Lsa油口、CF油口、T油口、EF油口、Lsb油口、Ls1油口组成；P1油口与流量补偿阀进口、安全阀进口及CF口接通；梭阀的左端与Lsa口接通，右端与Lsb接通，梭阀中间油口经节流孔与Ls1口接通；流量补偿阀出口与压力补偿阀进口接通，压力补偿阀出口与EF口接通，压力补偿阀的弹簧腔经节流孔与Lsb口接通；补偿器进油与EF/EF1接通，补偿器出口与T1口接头，补偿器的弹簧腔经节流孔与Lsb口接通；安全阀出口与T1口接通。

本发明与现有技术相比，有益效果有：

（1）现有技术的定变量系统的操作手柄通过梭阀组、先导阀组将信号逻辑控制阀，从而控制多路阀给工作缸压力，这种方式的逻辑关系复杂，稳定性可靠性差，而本发明中多路阀为负载敏感阀，集成了信号通道直接连通工作阀，直接采集工作信号，先导阀多个信号经通道汇总至流量控制阀组，取消了梭阀，操作手柄信号直接控制，其控制逻辑简单，稳定可靠。

（2）在工作系统中，采用负载敏感多路阀+定量泵+三通压力补偿器的系统构成形式，在系统不工作时，多路阀处于中位，由三通压力补偿器对定量泵进行卸荷，这样可以起到节能及保护泵的作用。在系统工作时，三通压力补偿器保证了多路阀进出口压差的恒定，系统可以实现与负载无关的恒流量输出。

（3）转向负载敏感变量泵+流量补偿阀+压力补偿阀+负载敏感多路阀的系统构成形式，不仅可以保证变量泵优先向转向系统供油，而且变量泵可以全工况变排量，充分发挥变量泵的优势，且系统整体结构相对简单。

附图说明

图1是本发明实施例中装载机定变量液压控制系统原理图；

图2是本发明实施例中流量控制阀原理图；

图3是本发明实施例中负载敏感多路阀原理图；

图4是本发明实施例中先导恒压阀块原理图；

图中标记说明：

1-负载敏感变量泵，2-流量控制阀，3-流量放大阀，4-转向油缸，5-先导恒压阀块，6-转向器，7-多路阀，8-转斗缸，9-动臂缸，10-先导阀，11-油箱，12-卸荷阀，13-定量泵。

101-节流孔，102-安全阀，103-流量补偿阀，104-压力补偿阀，105-节流孔，106-节流孔，107-梭阀，108-补偿器，109-节流孔。

201-转斗联主阀，202-转斗联补偿阀，203-动臂联主阀，204-动臂联补偿阀，205-LS油路安全阀，206-溢流阀，207-补油阀，208-过载阀，209-过载阀，210-安全阀。

301-安全阀，301-蓄能器，301-减压阀，301-梭阀106。

具体实施方式

为进一步理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明，参见图1至图4。

如图1所示，本液压系统，包括1负载敏感变量泵，2流量控制阀，3流量放大阀，4转向油缸，5逻辑阀块，6转向器，7负载敏感多路阀，8工转斗油缸，9动臂油缸，10先导阀，11油箱，12卸荷阀，13定量泵。

变量泵1的吸油口与油箱11相连；变量泵1的出油口与流量控制阀2的P1口相连；流量控制阀2的LSa与流量放大阀块3的Ls口相连；流量控制阀2的CF口与流量放大阀块3的P2口相连；流量控制阀2的EF口与多路阀7的P3口相连；流量控制阀2的EF1口与卸荷阀12的出口相连；流量控制阀2的T口与流量放大阀的T口、多路阀7的T2口相连后再与过滤器相连，最后与油箱相连；流量控制阀2的LSb口与卸荷阀12的Lsc连通后一起与多路阀7的Ls2口接通；流量控制阀2的LS1口与变量泵1的Ls口接通。流量放大阀的A/B口与转向油缸4的相应腔室相连；转向器6的L口经限位阀与流量放大阀的a口相连；转向器6的R口经限位阀与流量放大阀的b口相连；变量泵1出口与先导恒压阀块的P5口相连，先导恒压阀块的P3口与转向器6的P口相连；先导恒压阀块的P4口与先导阀10的进油口相连；先导阀10的A口与多路阀7的b1口相连；先导阀10的B口与多路阀7的a1口相连；先导阀10的C口与多路阀7的b2口相连；先导阀10的D口与多路阀7的a1口相连；多路阀7的A1口与 转斗缸的无杆腔相连；多路阀7的B1口与转斗缸的有杆腔相连；多路阀7的A2口与动臂缸的无杆腔相连；多路阀7的B2口与转斗缸的有杆腔相连；定量泵13的出口经卸荷阀12后与流量控制阀的EF1口接通后与多路阀7的P7口相连。

如图2所示，流量控制阀块包括安全阀102，流量补偿阀103，压力补偿阀104，梭阀107及P1油口、Lsa油口、CF油口、T油口、EF油口、Lsb油口、Ls1油口组成；P1油口与流量补偿阀103进口、安全阀102进口及CF口接通；梭阀107的左端与Lsa口接通，右端与Lsb接通，梭阀106中间油口经节流孔与Ls1口接通；流量补偿阀103出口与压力补偿阀104进口接通，压力补偿阀104出口与EF口接通，压力补偿阀104的弹簧腔经节流孔与Lsb口接通；补偿器108进油与EF/EF1接通，补偿器108出口与T1口接头，补偿器108的弹簧腔经节流孔与Lsb口接通；安全阀出口与T1口接通。

在本实施例中，如图3所示，多路阀7块中包括201转斗联主阀，202转斗联后补偿阀，203动臂联主阀，204动臂联后补偿阀，205LS油路安全阀，206安全阀，207补油阀，208过载阀，209过载阀，210安全阀及油口P2、油口LS2、油口T、油口a1、油口b1、油口a2、油口b2、油口A1、油口B1。P2口同时与安全阀210、转斗联主阀201、动臂联主阀203的进油口接通，转斗联主阀201、动臂联主阀203的回油口都与T口接通，在转斗联主阀201、动臂联主阀203的图中右侧从下数起的第一个和第二出口之间都串接一个阀后补偿阀202/204，第三出口分别接通B1口、B2口，第四出口分别接通A1口、A2口。阀后补偿阀202/204的图中右侧下出口都接通LS2口，在LS2与T2口之间接安全206。

在本实施例中，如图4所示，先导恒压阀块中包括301安全阀，301蓄能器，301减压阀，301梭阀及油口P3油口、P4油口、P5油口、T3油口。P5口经梭阀106后与减压阀303进口接通，减压阀303出口与安全阀301进口接通，同时经单向阀后与蓄能器进口及P4口接通；安全阀出口和减压阀弹簧腔都与T口接通。

本发明的工作原理为：

1.无转向、无工作时。

转向器6不工作，则流量放大阀块3的LS油道与回油T相通，反馈到流量控制阀2中的梭阀107右端压力为0。先导阀10不工作，先导阀10输出压力为0，多路阀7各阀芯处于中位，阀口关闭，换向阀7反馈到流量控制阀2中的梭阀106右端压力为0，所以流量控制阀2中的梭阀107反馈到变量泵1LS口压力为0，变量泵1斜盘摆角为最小摆角，输出流量为0，变量泵1输出压力为其负载敏感控制阀的压差设定值，变量泵1处于待机工作状态。换向阀7反馈到流量控制阀2中的补偿器108的压力为0，补偿器108处于全开口状态，定量泵13的油经卸荷阀12，再通过流量控制阀2的补偿器108卸荷回油箱。

2.工作系统不工作，转向系统工作时。

先导阀10不工作，先导阀10输出压力为0，多路阀7各阀芯处于中位，阀口关闭，换向阀7反馈到流量控制阀2中的补偿器108的压力为0，补偿器108处于全开口状态，定量泵13的油经卸荷阀12，再通过流量控制阀2的补偿器108卸荷回油箱。当转动转向器6，变量泵1的油液经过先导恒压阀块中的定值减压阀后进入转向器6，转向器6输出控制压力，推动流量放大阀块的阀芯运动，变量泵1输出流量经过流量放大阀块后进入转向油缸7，转向工作。转向油缸7的负载压力通过LS口反馈到流量放大阀块的定差流量阀弹簧腔和变量泵1的LS口，使变量泵1输出压力只比转向负载压力高一个压力设定值，变量泵1自动调节斜盘角度，值输出与转向器6转速对应的所需流量。

3.转向系统不工作，工作系统工作时。

（1）动臂提升动作。当操纵先导阀10至动臂提升位置，变量泵1的油液经过先导恒压阀块中的定值减压阀后进入先导阀10，推动换向阀7的动臂联阀芯运动。

当先导阀10输出压力较小时，多路阀7中的阀口处于小开口工作，多路阀7中的阀后补偿阀将多路阀7阀后压差反馈到流量控制阀2中的补偿阀弹簧腔和补偿器108的弹簧腔。当多路阀7阀口前后压差大于某一设定值， 控制阀中的压力补偿阀104阀口减小，直至关闭，变量泵1不输出流量，此时变量泵1不合流至工作系统。同时卸荷阀12中的三通压力补偿器两端压差超过弹簧设定值，阀芯向下运动，使三通补偿器与回油道的开度增大，定量泵输出工作装置所需的流量进入多路阀7动臂上升，多余流量经流量控制阀2中的补偿器108直接卸荷至油箱。

当先导阀10的输出压力增大，换向阀7的阀口增大，阀口前后压差减小，流量控制阀2中的补偿器108与回油通道关小，当压差小于弹簧设定值后，补偿器108与回油通道关闭，定量泵流量全部流至工作系统。同时随着多路阀7阀口前后压差减小，流量控制阀中的压力补偿阀104阀口缓慢增大，同时负载压力经梭阀106传至变量泵1的LS口，变量泵1输出油液进入工作液压系统，补充工作系统所需流量，实现双泵合流，此时变量泵1输出流量大小取决于流量控制阀中的压力补偿阀104的阀口开度。

（2）动臂下降动作。回路原理同“动臂提升动作”，不再描述。

（3）动臂浮动动作。回路原理同“动臂提升动作”，不再描述

4. 转向系统和工作系统同时工作时以动臂提升为例。当转向系统工作，工作液压系统动臂提升时，流量放大阀块的LS口有负载压力信号，先导阀10也有压力信号，流量放大阀块的LS信号传递到流量控制阀块中梭阀106的左端接口。换向阀7的阀后压力经多路阀7阀后补偿阀传到流量控制阀2中的补偿器108的弹簧腔及梭阀106的右端接口。定量泵油液经卸荷阀12再通过流量控制阀2给多路阀7动臂的上升位供油，多余油液经补偿器108卸荷回油箱。

当转向系统压力比工作系统压力高时，转动转向器6，变量泵1的油液经过先导恒压阀块中的定值减压阀后进入转向器6，转向器6输出控制压力，推动流量放大阀块的阀芯运动，变量泵1输出流量经过流量放大阀块后进入转向油缸7，转向工作。当发动机怠速时，变量泵1输出流量较少，如果此时快速转向，则变量泵1输出流量经过流量放大阀块阀芯形成的压差不足以推开流量控制阀中的流量补偿阀103，所以变量泵1流量全部供给转向系统，不向工作系统合流。转向油缸7的负载压力通过LS口反馈到流量放大阀块的定差流量阀弹簧腔和变量泵1的LS口，使变量泵1输出压力只比转向负载压力高一个压力设定值，变量泵1自动调节斜盘角度，值输出与转向器6转速对应的所需流量。当转向器6慢转或者是发动机转速升高时，变量泵1流量满足转向器6转速对应所需流量，多余流量通过流量放大阀块形成的压差将高于流量控制阀中流量补偿阀103压差设定值，从而推开流量补偿阀103阀芯，流量补偿阀103开启。当换向阀7中的阀口前后压差大于流量控制阀的压力补偿器压差设定值时，流量控制阀2中的压力补偿阀104关闭，此时变量泵1仍只向转向系统供油，不向工作系统供油。当多路换向阀7大阀口前后压差小于设定值时，流量控制阀中的压力补偿阀104缓慢开启，使多余油液流往工作系统，实现合流，此时变量泵1输出压力为转向系统最高压力。

当工作系统压力比转向系统压力高时，工作系统负载压力信号传递到变量泵1中的LS油口。当发动机怠速时，变量泵1输出流量较少，如果此时快速转向，则变量泵1输出流量经过流量放大阀块阀芯形成的压差不足以推开流量控制阀中的流量补偿阀103，所以变量泵1流量全部供给转向系统，不向工作系统合流. 当转向器6慢转或者是发动机转速升高时，变量泵1流量满足转向器6转速对应所需流量，多余流量通过流量放大阀块形成的压差将高于流量控制阀中流量补偿阀103压差设定值，从而推开流量补偿阀103阀芯，流量补偿阀103开启。当换向阀7中的阀口前后压差大于流量控制阀的压力补偿器压差设定值时，流量控制阀中的压力补偿阀104关闭，此时变量泵1仍只向转向系统供油，不向工作系统供油。当多路换向阀7大阀口前后压差小于设定值时，流量控制阀中的压力补偿阀104缓慢开启，使多余油液流往工作系统，实现合流，此时变量泵1输出压力为工作系统最高压力。

工作系统压力超过卸荷阀12的卸荷压力时，卸荷阀12中的压力控制阀打开，定量泵油液通过卸荷阀12低压卸荷回油箱，只有变量泵1为工作系统和转向系统供油。

变量泵1恒压切断阀设定压力为25MPa，当工作系统压力超过25MPa时，变量泵1的泵口压力使恒压切断阀换向到图示左位，使变量泵1斜盘角度减小，使合流到工作系统流量减小，直到工作系统压力超过25MPa时，通往工作系统流量为0L/min，此时若转向器6不工作，则此时变量泵1处于25MPa高压，0L/min流量保压状态。若转向器6工作时，变量泵1只输出转向系统所需流量。

以上所述，仅为本发明的较佳实施而已，并非本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已为较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明产品形态和样式，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许改动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，均仍属于本发明技术方案的专利范畴内。

Claims (2)

1.一种基于负载信号直接控制的装载机定变量液压系统，其特征在于，包括有流量控制阀块（2），流量控制阀块（2）的P1口连通变量泵（1）的出油口，流量控制阀块（2）的LSa、CF口分别与流量放大阀（3）的Ls口、P2口相连；流量控制阀块（2）的EF口、EF1口分别与多路阀（7）的P3口、卸荷阀（12）的出口相连；流量控制阀块（2）的T口与流量放大阀（3）的T口、多路阀（7）的T2口相连后经过滤器后回油箱（11）；流量控制阀块（2）的LSb口与卸荷阀（12）的Lsc口连通后与多路阀（7）的Ls2口接通；流量控制阀块（2）的LS1口与变量泵（1）的Ls口接通；

流量放大阀（3）的A/B口与转向油缸（4）的相连，转向器（6）的L口、R口分别经限位阀与流量放大阀（3）的a口、b口连通；先导恒压阀块（5）的P3口、P4口、P5口分别与转向器（6）P口、先导阀（10）进油口、变量泵（1）出口相连；先导阀（10）的A口、B口、C口、D口分别与多路阀（7）的b1口、a1口、b2口、a1口相连；多路阀（7）的A1口、B1口分别与转斗缸（8）的无杆腔、有杆腔相连，多路阀（7）的A2口、B2口分别与动臂缸（9）的无杆腔、有杆腔相连；定量泵（13）的出口经卸荷阀（12）与流量控制阀的EF1口接通后与多路阀（7）的P7口相连。

2.根据权利要求1所述的基于负载信号直接控制的装载机定变量液压系统，其特征在于：所述流量控制阀块包括安全阀（102），流量补偿阀（103），压力补偿阀（104），梭阀（107）及P1油口、Lsa油口、CF油口、T油口、EF油口、Lsb油口、Ls1油口组成；P1油口与流量补偿阀（103）进口、安全阀（102）进口及CF口接通；梭阀（107）的左端与Lsa口接通，右端与Lsb接通，梭阀（106）中间油口经节流孔与Ls1口接通；流量补偿阀（103）出口与压力补偿阀（104）进口接通，压力补偿阀（104）出口与EF口接通，压力补偿阀（104）的弹簧腔经节流孔与Lsb口接通；补偿器（108）进油与EF/EF1接通，补偿器（108）出口与T1口接头，补偿器（108）的弹簧腔经节流孔与Lsb口接通；安全阀出口与T1口接通。

Images