CN111734700A - 一种工程机械、液压系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械、液压系统及其控制方法，液压系统包括液压油箱、主泵、辅助泵、先导油源块、多路阀、执行元件；主泵出油口与多路阀的第一进油口相连，辅助泵出油口与多路阀的第二进油口相连，多路阀的第一进油口和第二进油口连通；主泵出油口与先导油源块进油口相连，先导油源块出油口与多路阀的先导油口相连，先导油源块回油口连通液压油箱；先导油源块内置电磁阀，电磁阀得电，电磁阀阀芯位于第一位置，先导油源块出油口通过电磁阀与先导油源块的进油口相导通；电磁阀失电，电磁阀阀芯位于第二位置，先导油源块出油口通过电磁阀连通至先导油源块回油口；主泵、辅助泵均包括电控变量泵、变排机构、排量传感器与压力传感器。

Description

一种工程机械、液压系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种工程机械、液压系统及其控制方法，属于工程机械技术领域。

背景技术

随着用户对机器设备的工作效率、安全性能、响应速度、耗能等要求越来越高。组成设备的各个系统都在进行优化升级，以提升各系统性能满足用户的要求，液压系统是工程机械的主要组成部分，占用了设备的大部分功率，从最初的定量液压系统，到变量液压系统，越来越节能，效率也越来越高，但变量系统相对定量系统来说，也存在一些缺陷，变量泵排量从最小变到最大需要一定的响应时间，如果变量泵排量是受多路阀控制，那响应时间更加延长。液压系统功率的提升受限于动力源能提供的功率，目前液压系统缺少与动力源的实时匹配，导致不能充分利用动力源功率，发挥出最大效率，也可能因系统功率过大导致动力源失效。液压系统的节能性研究局限在系统原理改进，对液压元件尤其是泵的高效区利用不足，具有一定的能量损失。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种工程机械、液压系统及其控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种液压系统，包括液压油箱、主泵、辅助泵、先导油源块、多路阀、执行元件；

所述主泵、辅助泵的吸油口分别连接液压油箱；所述主泵出油口与多路阀的第一进油口P1相连，辅助泵出油口与多路阀的第二进油口P2相连，多路阀的第一进油口P1和第二进油口P2在多路阀内部连通，多路阀的各工作口分别与对应的执行元件连接；

所述先导油源块设置有进油口P3、出油口C、回油口T2，主泵出油口与先导油源块进油口P3相连，先导油源块出油口C与多路阀的先导油口PP相连，先导油源块回油口T2连通液压油箱；

所述先导油源块内置电磁阀，电磁阀具有第一位置和第二位置，电磁阀得电，电磁阀阀芯位于第一位置，先导油源块出油口C通过电磁阀与先导油源块的进油口P3相导通；电磁阀失电，电磁阀阀芯位于第二位置，先导油源块出油口C通过电磁阀连通至先导油源块回油口T2；

所述主泵、辅助泵均包括电控变量泵、变排机构、排量传感器与压力传感器，电控变量泵出口安装排量传感器与压力传感器，变排机构一端与压力传感器相连，用于接收电控变量泵的压力信号，另一端与电控变量泵的斜盘相连，用以改变泵排量。

在一些实施例中，所述多路阀为闭中心多路阀或开中心多路阀，多路阀控制采用电液比例控制。

进一步的，所述多路阀具有第一进油口P1、第二进油口P2、第一工作口A1、B1和第二工作口A2、B2、先导油口PP、回流口T、泄油口D；所述执行元件包括第一执行元件和第二执行元件；

所述多路阀的第一工作口A1、B1与所述第一执行元件连通，所述多路阀的第二工作口A2、B2与所述第二执行元件连通；所述回流口T、泄油口D分别与液压油箱相连。

在一些实施例中，所述执行元件为液压油缸。

在一些实施例中，所述液压系统，还包括主单向阀，所述主泵出油口通过主单向阀与多路阀的第一进油口P1相连。

在一些实施例中，所述液压系统，还包括辅助单向阀，所述辅助泵出油口通过辅助单向阀与多路阀的第二进油口P2相连。

在一些实施例中，所述先导油源块还包括节流阀、过滤器、减压阀、单向阀、蓄能器，先导油源块的进油口P3的油液依次经过节流阀、过滤器、减压阀、单向阀储存在蓄能器中，再通过电磁阀连通到先导油源块出油口C，先导油源块出油口C通过电磁阀连至回油口T2；减压阀连接至回油口T2。

第二方面，提供所述液压系统的控制方法，包括：

响应于操纵时，根据操纵信号和动力源转速，计算出排量总和，将排量总和按一定规则分配给主泵和辅助泵，控制主泵、辅助泵的输出排量，使主泵、辅助泵位于高效区工作。

进一步的，所述液压系统的控制方法，还包括：

获取主泵、辅助泵的实际压力、实际流量；

根据主泵、辅助泵的实际压力、实际流量计算得到液压系统总功率；根据动力源转速得到对应的动力源功率；

将液压系统总功率与动力源功率进行比对；

响应于液压系统总功率与动力源功率的比值超出预设范围，相应的控制减小主泵和辅助泵的排量。

第三方面，提供一种工程机械，包括上述液压系统。

有益效果：本发明提供的液压系统，系统采用由泵组供油，先导油源块为多路阀提供先导油，由电信号同时控制多路阀换向和泵组供油，实现执行元件动作。工作过程中根据电信号大小来控制多路阀阀芯开口大小和泵组供油大小，泵组根据系统压力及系统流量协调每个泵输出，充分利用泵的高效区工作，系统压力及系统流量由设置在泵出口的压力传感器，泵体上的排量传感器及动力源转速信息获得，同时通过系统压力及系统流量可计算液压系统总功率，与动力源功率进行比对，是否动力源功率占用过高或者超出动力源的高效工作区，据此对液压系统流量进行调节，使得系统具有节能，高效，响应快，安全优点。具有以下优点：

节能，一方面执行元件的速度由泵的输出控制，没有定量系统的节流损失，定量系统多余的流量要通过阀芯溢流，没有负载敏感全变量系统的阀芯压力损失，负载敏感全变量系统阀芯需形成一个节流，以反馈给泵控制泵流量，使得系统始终有一个压力损失。本发明所述的一种新型液压系统，按系统需求提供流量，且不需要阀芯节流产生反馈信号以控制泵流量，减少了能量损失。另一方面采用泵组控制方式，分配给不同泵不同流量控制，充分利用每个泵的高效工作区，减少了能量损失。

效率高，泵集成排量传感器，压力传感器，结合动力源转速信息，可实时监控液压系统功率，最大化利用动力源功率，提高系统工作效率，并防止液压系统功率超过动力源输出功率，防止动力源失效。

响应快，系统控制器直接同时控制泵和多路阀动作，相对负载敏感系统控制器控制多路阀动作，多路阀再反馈给泵信号，泵再根据反馈信号做出响应，省去了多路阀反馈的时间，响应性大幅提高。

安全设计，先导油源块出口设有电磁阀，可以切断多路阀的先导油供应，有效防止误操纵带来的安全隐患。

附图说明

图1为本发明实施例的液压系统原理图；

图2为实施例中主泵的原理图；

图3为实施例中辅助泵的原理图；

图4为实施例中先导油源块的原理图；

图中：液压油箱1、主泵2、辅助泵3、主单向阀4、辅助单向阀5、先导油源块6、多路阀7、执行元件一8、执行元件二9；

第一泵21，第一排量传感器22，第一压力传感器23，第一变排机构24；

第二泵31，第二排量传感器32，第二压力传感器33，第二变排机构34；

节流阀61、过滤器62、减压阀63、单向阀64、蓄能器65、电磁阀66。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

如图1所示，为一种液压系统，包括液压油箱1、主泵2、辅助泵3、先导油源块6、多路阀7、执行元件；

所述主泵2、辅助泵3的吸油口分别连接液压油箱1；所述主泵2出油口与多路阀7的第一进油口P1相连，辅助泵3出油口与多路阀7的第二进油口P2相连，多路阀7的第一进油口P1和第二进油口P2在多路阀7内部连通，多路阀7的各工作口分别与对应的执行元件连接；

如图1、图4所示，所述先导油源块6设置有进油口P3、出油口C、回油口T2，主泵2出油口与先导油源块6进油口P3相连，先导油源块6出油口C与多路阀7的先导油口PP相连，先导油源块6回油口T2连通液压油箱1；

所述先导油源块6内置电磁阀66，电磁阀66具有第一位置和第二位置，电磁阀66得电，电磁阀阀芯位于第一位置，先导油源块6出油口C通过电磁阀66与先导油源块6的进油口P3相导通；电磁阀66失电，电磁阀阀芯位于第二位置，先导油源块6出油口C通过电磁阀66连通至先导油源块6回油口T2；

进一步的，如图4所示，所述先导油源块6还包括节流阀61、过滤器62、减压阀63、单向阀64、蓄能器65，先导油源块6的进油口P3的油液依次经过节流阀61、过滤器62、减压阀63、单向阀64储存在蓄能器65中，再通过电磁阀66连通到先导油源块6出油口C，先导油源块6出油口C通过电磁阀66连至回油口T2；减压阀63连接至回油口T2。

所述主泵2、辅助泵3均包括电控变量泵、变排机构、排量传感器与压力传感器，电控变量泵出口安装排量传感器与压力传感器，变排机构一端与压力传感器相连，用于接收电控变量泵的压力信号，另一端与电控变量泵的斜盘相连，用以改变泵排量。

如图2所示，为主泵2内部原理图，连接方式如下：第一泵21出口安装第一排量传感器22与第一压力传感器23，第一变排机构24一端与第一压力传感器23相连，用于接收第一泵21的压力信号，另一端与第一泵21的斜盘相连以推动斜盘动作，以达到改变泵排量的目的，信号越强，泵的排量越大。

同理，如图3所示，为辅助泵3内部原理图，连接方式如下：第二泵31出口安装第二排量传感器32与第二压力传感器33，第二变排机构34一端与第二压力传感器33相连，用于接收第二泵31的压力信号，另一端与第二泵31的斜盘相连以推动斜盘动作，以达到改变泵排量的目的，信号越强，泵的排量越大。

在一些实施例中，所述多路阀7为闭中心多路阀或开中心多路阀，多路阀控制采用电液比例控制。

在一些实施例中，所述多路阀7具有第一进油口P1、第二进油口P2、第一工作口A1、B1和第二工作口A2、B2、先导油口PP、回流口T、泄油口D；所述执行元件包括第一执行元件8和第二执行元件9；所述多路阀7的第一工作口A1、B1分别与所述第一执行元件8的无杆腔和有杆腔相连，所述多路阀7的第二工作口A2、B2分别与所述第二执行元件9的无杆腔和有杆腔相连；所述回流口T、泄油口D分别与液压油箱1相连。

在一些实施例中，所述执行元件包括但不限于液压油缸。

在一些实施例中，所述液压系统，还包括主单向阀4，所述主泵2出油口通过主单向阀4与多路阀7的第一进油口P1相连。还包括辅助单向阀5，所述辅助泵3出油口通过辅助单向阀5与多路阀7的第二进油口P2相连。

实施例2

上述实施例中液压系统的控制方法，包括：

响应于操纵时，根据操纵信号和动力源转速，计算出排量总和，将排量总和按一定规则分配给主泵2和辅助泵3，控制主泵2、辅助泵3的输出排量，使主泵2、辅助泵3位于高效区工作。

进一步的，还包括：

获取主泵2、辅助泵3的实际压力、实际流量；根据主泵2、辅助泵3的实际压力，计算得到液压系统压力；根据主泵2、辅助泵3的实际压力、实际流量计算得到液压系统总功率；根据动力源转速得到对应的动力源功率；

响应于液压系统压力达到设定值时，将液压系统总功率与动力源功率进行比对；

响应于液压系统总功率与动力源功率的比值超出预设范围，相应的控制减小主泵2和辅助泵3的排量。

启动设备，当无操纵时，油液从液压油箱1中进入主泵2和辅助泵3，分别通过主单向阀4和辅助单向阀5进入多路阀7，由于没有操纵，多路阀7阀芯处于中位，来自主泵2和辅助泵3的油液被封闭在阀芯进口，压力逐渐上升，由于没有操纵，控制器根据泵口压力进行泵排量控制，使泵口保持在待机压力，泵口压力低于待机压力则减小泵排量，泵口压力高于待机压力则增大泵排量，输出流量仅满足系统内泄漏量。同时主泵2出油口一部分油液进入先导油源块6，经过其内部的节流阀61、过滤器62、减压阀63、单向阀64储存在蓄能器65中，再通过先导油源块6内置电磁阀66连通到多路阀7的先导油口PP，为多路阀7提供驱动阀芯运动的先导油，此时无操纵先导油源块6内油液无流动。

先导油源块6内电磁阀66受单独开关控制，当先导油源块6内电磁阀66得电，阀芯处于上位工作，先导油源块6中先导油可以进入到多路阀7，当操纵信号给到多路阀7时，先导油进入相对应的控制腔，驱动阀芯运动。当先导油源块6内电磁阀66失电，阀芯处于下位工作，多路阀7的先导油口PP通过先导油源块6内电磁阀连通液压油箱1，此时即使操纵信号给到多路阀7，没有先导油，多路阀7阀芯不能换向，执行元件一或者执行元件二无动作，从而避免了误操纵带来的危险。

启动设备，当操纵执行元件一8时，油液从液压油箱1中进入主泵2和辅助泵3，分别通过主单向阀4和辅助单向阀5进入多路阀7，由于操纵，多路阀7控制执行元件一的阀芯处于工作位，来自主泵2和辅助泵3的油液通过此阀芯进入执行元件一，执行元件一产生相应的动作，油液流量取决于操纵信号，操纵信号越大，流量越大，具体是结合动力源转速，计算出相应的排量总和，再将此排量按一定规则分配给主泵2和辅助泵3，充分利用泵的高效工作区，节能降耗。随着负载变化，系统压力达到某一值时，控制器通过主泵2的第一压力传感器23、第一排量传感器22，辅助泵3的第二压力传感器33、第二排量传感器32，计算出系统当前功率，当系统功率占动力源功率超出一定值或者使动力源存在失效风险时，相应的减小主泵2和辅助泵3的排量，直到满足程序设置为止。最大程度利用动力源功率，提升系统工作效率，避免动力源失效。当操纵执行元件二9时，系统动作和上述一致，仅需将执行元件一8替换为执行元件二9。

实施例3

另一方面，还提供一种工程机械，包括上述的液压系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液压系统，其特征在于，包括液压油箱、主泵、辅助泵、先导油源块、多路阀、执行元件；

所述主泵、辅助泵的吸油口分别连接液压油箱；所述主泵出油口与多路阀的第一进油口P1相连，辅助泵出油口与多路阀的第二进油口P2相连，多路阀的第一进油口P1和第二进油口P2在多路阀内部连通，多路阀的各工作口分别与对应的执行元件连接；

所述先导油源块设置有进油口P3、出油口C、回油口T2，主泵出油口与先导油源块进油口P3相连，先导油源块出油口C与多路阀的先导油口PP相连，先导油源块回油口T2连通液压油箱；

所述先导油源块内置电磁阀，电磁阀具有第一位置和第二位置，电磁阀得电，电磁阀阀芯位于第一位置，先导油源块出油口C通过电磁阀与先导油源块的进油口P3相导通；电磁阀失电，电磁阀阀芯位于第二位置，先导油源块出油口C通过电磁阀连通至先导油源块回油口T2；

所述主泵、辅助泵均包括电控变量泵、变排机构、排量传感器与压力传感器，电控变量泵出口安装排量传感器与压力传感器，变排机构一端与压力传感器相连，用于接收电控变量泵的压力信号，另一端与电控变量泵的斜盘相连，用以改变泵排量。

2.根据权利要求1所述液压系统，其特征在于，所述多路阀为闭中心多路阀或开中心多路阀，多路阀控制采用电液比例控制。

3.根据权利要求1所述液压系统，其特征在于，所述多路阀具有第一进油口P1、第二进油口P2、第一工作口A1、B1和第二工作口A2、B2、先导油口PP、回流口T、泄油口D；所述执行元件包括第一执行元件和第二执行元件；

所述多路阀的第一工作口A1、B1与所述第一执行元件连通，所述多路阀的第二工作口A2、B2与所述第二执行元件连通；所述回流口T、泄油口D分别与液压油箱相连。

4.根据权利要求1所述液压系统，其特征在于，所述执行元件为液压油缸。

5.根据权利要求1所述液压系统，其特征在于，还包括主单向阀，所述主泵出油口通过主单向阀与多路阀的第一进油口P1相连。

6.根据权利要求1所述液压系统，其特征在于，还包括辅助单向阀，所述辅助泵出油口通过辅助单向阀与多路阀的第二进油口P2相连。

7.根据权利要求1所述液压系统，其特征在于，所述先导油源块还包括节流阀、过滤器、减压阀、单向阀、蓄能器，先导油源块的进油口P3的油液依次经过节流阀、过滤器、减压阀、单向阀储存在蓄能器中，再通过电磁阀连通到先导油源块出油口C，先导油源块出油口C通过电磁阀连至回油口T2；减压阀连接至回油口T2。

8.如权利要求1-7任一项所述液压系统的控制方法，其特征在于，包括：

响应于操纵时，根据操纵信号和动力源转速，计算出排量总和，将排量总和按一定规则分配给主泵和辅助泵，控制主泵、辅助泵的输出排量，使主泵、辅助泵位于高效区工作。

9.根据权利要求8所述液压系统的控制方法，其特征在于，还包括：

获取主泵、辅助泵的实际压力、实际流量；

根据主泵、辅助泵的实际压力、实际流量计算得到液压系统总功率；根据动力源转速得到对应的动力源功率；

将液压系统总功率与动力源功率进行比对；

响应于液压系统总功率与动力源功率的比值超出预设范围，相应的控制减小主泵和辅助泵的排量。

10.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述液压系统。

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