CN111810472A

CN111810472A - 基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路

Info

Publication number: CN111810472A
Application number: CN202010807902.1A
Authority: CN
Inventors: 张强; 常锋; 田政平; 郑言; 赵金宝; 代英男; 宋博
Original assignee: Liaoning Zhongwang Machinery Equipment Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Liaoning Zhongwang Machinery Equipment Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2020-10-23

Abstract

本发明公开了一种基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，属于挖掘机负载敏感控制技术领域，包括与油箱连接的电动油泵以及与该电动油泵连接的一个以上液压油缸和液压马达，还包括负载敏感变量控制器，用于控制电动油泵，由变量活塞、液控换向阀、溢流阀、二位电磁换向阀组成；还包括两个调速阀，并列设于电动油泵出口并分别作用于液压油缸和液压马达，单个调速阀由自上而下设置的比例先导阀、定差减压阀、节流阀、插件组成。本发明附嘴敏感控制回路能够解决现有技术中存在的功率损失较大，且压差减小时出现控制性差的问题。

Description

基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路

技术领域

本发明属于挖掘机负载敏感控制技术领域，具体涉及一种基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路。

背景技术

挖掘机的负载有动臂的伸缩及旋转，涉及液压马达和多个液压油缸的动作。然而，传统的挖掘机负载敏感系统一般采用多路阀进行控制，并在多路阀前后加一个定差减压阀，且设定固定压差通常为2Mpa。但该设计结构存在的缺陷是：当系统流量较大时，常会造成较大的功率损失，而要减小这种功率损失，则要减小这个压差值，但是普通多路阀在压差减小时会出现控制特性较差的现象。因此，研究挖掘机在油缸及马达同时动过时而造成系统流量较大情况的负载敏感控制是非常有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的发明目的在于提供一种基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，以解决现有技术中存在的功率损失较大，且压差减小时出现控制性差的问题。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，包括与油箱连接的电动油泵以及与该电动油泵连接的一个以上液压油缸和液压马达，还包括负载敏感变量控制器，用于控制电动油泵，由变量活塞、液控换向阀、溢流阀、二位电磁换向阀组成，变量活塞与电动油泵的斜盘连接，其上连接有液控换向阀，液控换向阀还与溢流阀和二位电磁换向阀连接；还包括两个调速阀，并列设于电动油泵出口并分别作用于液压油缸和液压马达，单个调速阀由自上而下设置的比例先导阀、定差减压阀、节流阀、插件组成。

进一步，调速阀的流量Q为：

式中：C_d为阀口流量系数；A为阀口打开的面积，m²；Δp为阀前阀后压差，Pa；ρ为密度，kg/m³。

进一步，在与液压油缸连接的调速阀分别通过一方向控制阀与液压油缸的有杆腔和无杆腔连接，在与液压马达连接的调速阀分别通过另一方向控制阀与液压马达的左腔室和右腔室连接，单个方向控制阀包括一个三位电磁换向阀和二个二通插装阀。

进一步，方向控制阀中的一个二通插装阀上设有一个梭阀。

进一步，液压油缸的有杆腔和无杆腔、液压马达的左腔室和右腔室均通过一个单向溢流阀分别与油箱连接，单向溢流阀由单向阀和溢流阀组成。

进一步，还包括在与油箱连接的液压油缸和液压马达的回油支路上分别设有一个平衡阀。

进一步，还包括在与油箱连接的回油总路上设有过滤器。

进一步，液压油缸的无杆腔与液压马达的左腔室之间设有一梭阀，液压油缸的有杆腔与液压马达的右腔室之间也设有一梭阀，负载敏感变量控制器通过另一梭阀分别与两梭阀连接。

本发明的有益效果是：

1、本负载敏感控制回路采用Valvistor阀及与定差减压阀搭配组成的调速阀，对流量的线性放大作用和调速性能较好，可使用较小的控制电压控制比例先导阀，以间接对整个主阀芯进行控制，取消了先导油路，简化了结构。

2、本负载敏感控制回路使用负载传感泵组，使电动油泵出口压力能很好跟踪最高负载变化，总是能保持设定压差ΔP＝10Mpa，比传统负载敏感系统在控制阀上的压力损失小，各支路流量按调速阀的阀口开度变化且互不影响，具有很好的节能效果和可操作性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为现有技术中的Valvistor阀的原理结构图。其中附图标记为：阀进口1′；阀出口2′；主阀芯上腔3′；控制盖板4′；节流窄槽5′；阀座6′。

图2为本控制回路原理图。其中附图标记为：油箱1；电动油泵2；变量活塞3；液控换向阀4；溢流阀5；二位电磁换向阀6；过滤器7；梭阀8、21、22；调速阀9、11；平衡阀10、12；单向溢流阀13、16、17、20；方向控制阀14、15、18、19；液压油缸23；液压马达24。

图3为图2中的a部的调速阀放大图。其中附图标记为：比例先导阀25、定差减压阀26、节流阀27、插件28。

图4为图2中的b部的方向控制阀放大图。其中附图标记为：三位电磁换向阀29；二通插装阀30、31；梭阀32。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本案中提及的Valvistor阀，即Vaivistor型液压插装阀，是在阀内部阀芯处设置一个节流口，进行液压流量及位移反馈，让主阀的位移、流量随着先导阀的位移、流量变化，所以这种阀又可称作流量放大器。它结构简单，无需单独设置出控制油通道即可实现普通插装阀不具备的主阀位移连续比例控制的功能，并且可以很方便的结合不同功能的先导阀构成节流、调速、压力等控制阀。而Valvistor阀的原理如图1所示，根据进出油口不同分有两种不同的结构。其阀芯上设置节流窄槽5′，当主阀芯位置发生变化时，节流口的开度也跟着发生变化，形成内部的位置反馈。当主阀芯关闭时节流窄槽只预留一个很小的节流口使控制腔通油。随着主阀芯开启，节流窄槽阀口面积增大。控制盖板4′(先导阀)关闭时，没有控制流量经过节流窄槽。此时阀进口1′的压力等于主阀芯上腔3′的压力，但由于主阀芯上腔面积较大，主阀芯受到阀进口1′和阀出口2′压差力的作用被紧紧压在阀座6′上。而当打开控制盖板4′(先导阀)时，主阀芯上腔中的压力降低，主阀芯失去力平衡而离开其阀座运动。此时节流窄槽打开并使流量经过控制回路，经过控制盖板4′的流量等于经过节流窄槽的流量加上由于主阀芯开启运动而排出的流量。当通过节流窄槽和控制盖板的流量相等时，节流窄槽和控制盖板4′上的压力降使主阀芯保持平衡。当控制盖板4′(先导阀)的阀口开度减小时，则通过控制盖板4′的流量减小，由于压力降发生变化主阀芯失去平衡，开始向下运动，直到节流窄槽的面积减小到合适的大小，重新恢复力平衡。

如图2所示的负载敏感控制回路原理图，本实施例提供的基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，包括油箱1、电动油泵2、负载敏感变量控制器、调速阀、液压油缸23、液压马达24，电动油泵2与油箱1连接，负载敏感变量控制器用于控制电动油泵2，由变量活塞3、液控换向阀4、溢流阀5、二位电磁换向阀6组成，变量活塞3与电动油泵2的斜盘连接，其上连接有液控换向阀4，液控换向阀4还与溢流阀5和二位电磁换向阀6连接；两个调速阀9、11，呈并列设于电动油泵2出口并分别作用于液压油缸23和液压马达24。液压油缸为用于挖掘机动臂、铲斗及/或斗杆，图中设置为两个液压油缸，液压马达为用于挖掘机动臂旋转，图中设置为1个液压马达，本负载敏感控制回路是针对该两个负载，液压油缸和液压马达同时工作时状态的敏感控制，具体的两负载敏感的阐述如下。

1、泵出口压力随负载压力变化：

1)、当负载增大时，负载敏感变量控制器工作在右位，变量活塞3的有杆腔接油箱1，因此在弹簧的作用下使电动油泵2的斜盘摆角增大，泵排量增大，因为基于Valvistor阀的调速阀9或11的开口度没变，泵流量增大会使得通过调速阀的压差ΔP增大，因为P＝Pl+ΔP，ΔP增大使得泵出口压力P增大，直至泵的出口压力P增大至比负载压力大10bar。10bar为负载敏感控制器右端偏执弹簧的压力，这时负载敏感控制器平衡。

2)、当负载压力降低时，负载敏感控制器工作在左位，变量活塞3控制腔接通压力油，在压力油的作用下推动变量活塞3使斜盘的摆角减小，泵输出的流量减小。同样因为调速阀的开口度没变，泵流量减小使得通过调速阀的压差ΔP减小，因为P＝Pl+ΔP，ΔP减小使得泵出口压力P减小直至P＝PL+10bar。

因此，无论负载压力变大变小，而泵输出的压力都可以随负载压力变化，并且始终比负载压力大10bar，达到节能的目的。

梭阀8、21、22的作用是使得液压油缸23和液压马达24同时动作时选择负载最大值反馈给电动油泵，使得泵输出压力比负载最大值大10bar。

2、泵输出流量随系统变化：

1)、当系统需要液压油缸或者液压马达快速时，控制调速阀9或11的电信号增大，阀芯的开口度增大，开口度增大使得通过阀的压降ΔP减小，ΔP减小使得泵出口压力P减小，P＜PL+10bar时，负载敏感控制器工作在右位，同样使得电动油泵的排量增加。

2)、当系统需要液压油缸或者液压马达慢速时，控制调速阀的电信号减小，阀芯开口度减小，开口度减小使得通过阀的压降ΔP增大，ΔP增大使得泵出口压力增大，P＞Pl+10bar，负载敏感控制器工作在左位，使得泵的排量减小。

因此，无论当系统需要的流量增大还是减小，该回路都可以控制泵的排量增大或者减小，使得泵排出的流量与系统相适应，没有多余的流量损失。

调速阀9、11的作用使得通过它的流量不受负载变化的影响，只跟阀的开口度有关。使得在多个执行件同时工作时通过的流量更加的稳定。其调速阀中用的定差减压阀能够控制阀前阀后的压差恒定，即阀的流量就只跟开口度A有关。调速阀的流量Q为：

采用上述方案，本负载敏感控制回路采用负载传感变量控制器，使电动油泵出口压力始终比负载压力高ΔP＝10bar；并采用基于Valvistor阀构成的调速阀，其内的定差减压阀接在比例先导阀的两端，并通过比例先导阀控制插件主阀芯的开度，比例先导阀上的流量和压力都比较小，可以达到节能的目的；还采用方向控制阀的换向功能可以通过电磁换向阀作为先导阀来控制插装阀的开闭来实现，当插装阀阀口开启时，主阀口开口量较大，先导阀处的压力降很小。

如图3所示，基于Valvistor阀构成调速阀9或11，可完成本控制回路液压系统对流量的控制，其阀组件包括从上至下依次设有的比例先导阀25、定差减压阀26、节流阀27和插件28；其中的比例先导阀设有比例电磁铁，可控制先导流量的大小从而调整插件主阀芯的开度，成比例的调节通过主阀芯的流量。定差减压阀与比例先导阀串联构成一个调速结构，起到使比例先导阀两端压差恒定的作用，其压差大小选择5bar。节流阀为控制液压油流向，可选用单向流通和双向流通，这里选用带单向阀的为单向节流阀。插件的作用是起到Valvistor阀的流量放大功能，其流向为B到A。

如图4所述，本控制回路液压系统换向则通过方向控制阀实现。即在与液压油缸23连接的调速阀9分别通过一方向控制阀14、15与液压油缸23的有杆腔和无杆腔连接，在与液压马达24连接的调速阀11分别通过另一方向控制阀18、19与液压马达24的左腔室和右腔室连接，单个的方向控制阀由一个三位电磁换向阀29及两个二通插装阀30和31组成，其中的一个二通插装阀上设有一个梭阀32选择控制。由于挖掘机液压系统的流量、压力较大，不能用普通电磁换向阀进行换向，而可用电磁换向阀作为先导阀控制二通插装阀的开口，即先导阀主要用于控制油液的通断和流向，实现对大功率阀的先导控制。由于三位电磁换向阀中的电磁铁在中位时，需要二通插装阀的控制腔都保持高压，故中位时的二通插装阀控制腔都连通高压油路，即需要的三位电磁换向阀为P型电磁换向阀。

本实施例中的负载传感控制器的控制原理为其内部阀芯控制腔的先导控制压力取自于本控制回路液压系统的负载压力点，故能控制电动油泵2的输出流量符合液压系统要求的条件下保持系统压力随负载变动，该控制回路有两个负载，因此通过梭阀将负载的最大值引入先导控制腔，电动油泵2的出口压力等于主阀芯先导控制腔压力加上ΔP，电动油泵出口压力始终比负载高ΔP，ΔP出厂设定为10bar。

本实施例中的控制回路上平衡阀10或12是为防止负载引起液压油缸23或者液压马达24失控。且在各支路上都设有单向溢流阀13、16、17、20，当挖掘时，在挖掘反力的作用下，液压油缸的一侧将产生高压，另一侧产生负压，高压会引起管路的损坏，故在动臂，斗杆，铲斗的液压油缸进、回油路两侧均设有由溢流阀和单向阀组成的单向溢流阀，这样，高压油由溢流阀回油箱，负压油由单向阀补油。

在本实施例中在与油箱1连接的回油总路上设有过滤器7，达到回油过滤的目的。

下面以挖掘机的两条液压回路为例，即两条回路分别为动臂液压油路和马达回转油路。

表1为：电磁铁动作顺序表

1、液压油缸伸出：电磁铁YA2、YA4、YA5、YA11得电，电动油泵2的泵出油通过调速阀9，方向控制阀14的二通插装阀30的主阀芯进入液压油缸23的无杆腔，回油则是液压油缸23有杆腔的油通过方向控制阀15的二通插装阀31的主阀芯，平衡阀10，过滤器7回油箱1中。

2、液压油缸缩回：电磁铁YA1、YA3、YA5、YA11得电，电动油泵的泵出油通过调速阀9，方向控制阀15的二通插装阀30的主阀芯进入液压油缸的有杆腔，回油是液压油缸的无杆腔的油通过方向控制阀14的二通插装阀31的主阀芯，平衡阀10，过滤器7然后回油箱1中。

这样，液压油缸伸出和缩回的速度可以通过调速阀9中给定比例电磁铁YA5的电信号控制其插件28主阀芯的开口度，进而控制通过主阀芯的流量来控制液压油缸的伸出和缩回速度。

3、液压马达正转：电磁铁YA7、YA9、YA10、YA11得电，电动油泵的泵出油通过调速阀11，方向控制阀18的二通插装阀30的主阀芯进入液压马达24的左腔，回油是液压马达的右腔通过方向控制阀19的二通插装阀31的主阀芯，平衡阀12，过滤器7回油箱1中。

4、液压马达反转：电磁铁YA6、YA8、YA10、YA11得电，电动油泵的泵出油通过调速阀11，方向控制阀19的二通插装阀30的主阀芯进入液压马达的右腔，回油是液压马达左腔通过方向控制阀18的二通插装阀31的主阀芯、平衡阀12，过滤器7然后回到油箱1中。

这样，液压马达的速度可以通过调速阀11中给定比例电磁铁YA10的电信号控制其插件28主阀芯的开口度，进而控制通过主阀芯的流量来控制液压马达的旋转速度。

5、液压马达、液压油缸同时工作，即液压油缸伸出且液压马达正转、液压油缸伸出且液压马达反转、液压油缸缩回且液压马达正转、液压油缸缩回且液压马达反转，工作流程跟上所述，就不在赘述了，只是其中涉及到梭阀来使得液压油缸和液压马达同时动作时选择负载最大值反馈给电动油泵。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，包括与油箱(1)连接的电动油泵(2)以及与该电动油泵连接的一个以上液压油缸(23)和液压马达(24)，其特征在于，还包括负载敏感变量控制器，用于控制电动油泵，由变量活塞(3)、液控换向阀(4)、溢流阀(5)、二位电磁换向阀(6)组成，变量活塞与电动油泵的斜盘连接，其上连接有液控换向阀，液控换向阀还与溢流阀和二位电磁换向阀连接；还包括两个调速阀(9、11)，并列设于电动油泵出口并分别作用于液压油缸和液压马达，单个调速阀由自上而下设置的比例先导阀(25)、定差减压阀(26)、节流阀(27)、插件(28)组成。

2.根据权利要求1所述的基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，其特征在于，所述调速阀的流量Q为：

3.根据权利要求1所述的基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，其特征在于，在与液压油缸连接的调速阀(9)分别通过一方向控制阀(14、15)与液压油缸的有杆腔和无杆腔连接，在与液压马达连接的调速阀(11)分别通过另一方向控制阀(18、19)与液压马达的左腔室和右腔室连接，单个方向控制阀包括一个三位电磁换向阀(29)和二个二通插装阀(30、31)。

4.根据权利要求3所述的基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，其特征在于，所述方向控制阀中的一个二通插装阀上设有一个梭阀(32)。

5.根据权利要求1所述的基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，其特征在于，所述液压油缸的有杆腔和无杆腔、所述液压马达的左腔室和右腔室均通过一个单向溢流阀(13、16、17、20)分别与油箱连接，所述单向溢流阀由单向阀和溢流阀组成。

6.根据权利要求1所述的基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，其特征在于，还包括在与油箱连接的液压油缸和液压马达的回油支路上分别设有一个平衡阀(10、12)。

7.根据权利要求1所述的基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，其特征在于，还包括在与油箱连接的回油总路上设有过滤器(7)。

8.根据权利要求1所述的基于负载传感泵和Vaivistor阀的负载敏感控制回路，其特征在于，所述液压油缸的无杆腔与所述液压马达的左腔室之间设有一梭阀(21)，所述液压油缸的有杆腔与所述液压马达的右腔室之间也设有一梭阀(22)，所述负载敏感变量控制器通过另一梭阀(8)分别与两个梭阀(21、22)连接。