CN113227587B - 液压变量泵组及挖掘机 - Google Patents

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Abstract

液压变量泵组，包括泵体组件(1)、补油组件(2)，所述泵体组件(1)包括泵本体(11)、第一滑阀(12)和第一控制阀(13)，第一滑阀(12)包括弹簧端(122)和先导腔(121)，第一控制阀(13)设有进油口A、进油口B及出油口T；所述泵本体(11)包括变量泵(111)和变量缸(112)，所述变量泵(111)包括斜盘(1111)，所述变量泵(112)包括有杆腔(1122)和无杆腔(1123)，所述变量112与所述弹簧端(122)和所述斜盘(1111)机械连接，所述补油组件(2)与所述先导腔(121)连通；上述设置能够将控制变量泵输出排量的结构与变量泵集成一体，同时集成多种控制组件，实现不同的控制功能，具有结构简单，体积小的优点。

Description

液压变量泵组及挖掘机
技术领域
本公开涉及液压泵技术领域，例如涉及一种液压变量泵组及挖掘机。
背景技术
专利CN105113570A中公开了一种挖掘机液压元件配置，主泵提供的液压油经主控阀后进入负流量反馈阀，通过负流量反馈阀的节流孔产生压力信号，此压力信号控制主泵的排量调节机构，从而调节主泵的流量。
专利CN104480991A中公开了一种挖掘机液压泵控制回路，第一变量泵通过第一变量泵调节机构控制出口压力与排量对应关系的变化，第二变量泵通过第二变量泵调节机构控制出口压力与排量对应关系的变化。其中，第一变量泵调节机构、第二变量泵调节机构均包括四路控制信号，其中，通过第一变量泵出口压力、第二变量泵出口压力和功率控制信号三路信号控制变量泵的功率曲线，第四路控制信号控制变量泵的排量。通过动臂油缸位移传感器、斗杆油缸位移传感器、铲斗油缸位移传感器和第一变量泵、第二变量泵的出口压力判断动臂油缸、斗杆油缸及铲斗油缸所处的位置，并基于此对第一变量泵和第二变量泵进行控制。
以上技术方案中，均通过外部控制系统反馈信号对变量泵的排量进行控制，这使得控制系统结构复杂，系统成本高，且后续维修复杂，系统体积大，占用空间大。
发明内容
本公开提供了一种液压变量泵组及挖掘机，能够将控制变量泵输出排量的结构与变量泵集成一体，同时集成多种控制组件，实现不同的控制功能，具有结构简单，体积小的优点。
一实施例提供了一种液压变量泵组，包括泵体组件和补油组件，所述泵体组件包括泵本体、第一滑阀和第一控制阀；第一滑阀包括弹簧端和先导腔，第一控制阀设有进油口A、进油口B及出油口T；所述泵本体包括变量泵和变量缸，所述变量泵包括斜盘，变量缸包括有杆腔和无杆腔，所述变量缸与所述弹簧端和所述斜盘机械连接，所述补油组件与所述先导腔连通；其中，所述变量泵与所述进油口A连通，补油组件与所述进油口B连通，所述出油口T与所述有杆腔连通，所述无杆腔经所述第一滑阀与所述出油口T连通。
一实施例还提供了一种挖掘机，包括所述的液压变量泵组。
附图说明
图1是一实施例的液压变量泵组的工作原理结构示意图；
图2是一实施例的液压变量泵组的结构示意图。
图中：
1、泵体组件；11、泵本体；111、变量泵；1111、斜盘；112、变量缸；1121、活塞杆；1122、有杆腔；1123、无杆腔；12、第一滑阀；121、先导腔；122、弹簧端；13、第一控制阀；14、反馈杆；
2、补油组件；21、补油泵；211、补油泵出油口；22、溢流阀；23、过滤器；
3、油箱；
4、电控减压组件；41、电磁阀；42、进油口；43、出油口；
5、失效安全组件；51、第二控制阀；
6、压力切断组件；61、第三控制阀；611、先导端。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例中提供了一种液压变量泵组，该液压变量泵组包括泵体组件1、补油组件2、电控减压组件4、失效安全组件5和压力切断组件6。
泵体组件1包括泵本体11，第一滑阀12和第一控制阀13，其中泵本体11包括变量泵111和变量缸112，本实施例中变量泵111为单向变量泵，变量泵111的进油口连通于油箱3，变量泵111的出油口连接于第一控制阀13的进油口A，补油组件2连通于第一控制阀13的进油口B，第一控制阀13的出油口T经一管路连通于变量缸112的有杆腔1122，变量缸112的无杆腔1123经第一滑阀12连通于所述出油口T和油箱3。
上述补油组件2向第一控制阀13提供的液压油作为第一控制阀13的控制先导油，变量泵111同时也向第一控制阀13供油，第一控制阀13作为选择阀使用，选取补油组件2提供的液压油和变量泵111提供的液压油之中压力较高的作为第一控制阀13的控制油源。
上述第一控制阀13为梭阀，还可以为二位二通电磁阀。
变量缸112机械连接于第一滑阀12的先导腔122和变量泵111的斜盘111。在一实施例中，变量缸112的活塞杆1121机械连接于变量泵111的斜盘111，变量泵111的斜盘111连接于反馈杆14，反馈杆14连接于第一滑阀12的先导腔122。变量缸112的动作通过反馈杆14作用在先导腔122，第一滑阀12的先导腔121连通于补油组件2，补油组件2为第一滑阀12提供先导油，补油组件2提供的先导油推动第一滑阀12的阀芯动作。
变量泵111的出油口经图1中的P1口连通于外部液压控制系统，控制挖掘机的多种动作。
上述泵体组件1工作时，当变量泵111的输出排量为稳定值时，第一滑阀12的阀芯处于预设位置，即第一滑阀12的阀芯两侧受到先导油的压力和弹簧的压力相同，此时变量缸112的有杆腔1122和无杆腔1123的压力保持平衡。
第一滑阀12在初始状态时，第一滑阀12的弹簧压缩，第一滑阀12的阀芯处于最左位状态。此时，反馈杆14向左移动始终改变的是弹簧的压缩量，弹簧不会处于拉伸状态。
当需要调整变量泵111的排量时，例如需要增大变量泵111的排量时，控制补油组件2向第一滑阀12的右端的先导腔121提供先导油，先导腔121内的压强增大，此时，第一滑阀12的阀芯向左移动。若变量泵111的出油口输出的液压油的压力大于补油组件2提供的液压油的压力时，第一控制阀13的阀芯向上移动，变量泵111提供的液压油经第一控制阀13的路径是自进油口A至出油口T。
第一控制阀13的出油口T经管路分流至变量缸112的有杆腔1122和无杆腔1123，即第一控制阀13的出油口T经第一支路直接连通于变量缸112的有杆腔1122，第一控制阀13的出油口T经第二支路上的第一滑阀12的内部通道连通至变量缸112的无杆腔1123。
由于第一滑阀12为伺服阀，第一滑阀12的阀芯的动作会影响阀口开度，第一滑阀12的阀芯向左移动时，第一滑阀12上沿液压油进入无杆腔1123的方向的油口开度变小，无杆腔1123上沿液压油由第一滑阀12流至油箱3方向的油口开度变大，无杆腔1123内的压力变低。此时，变量缸112的有杆腔1122的液压油对活塞的作用力比无杆腔1123的液压油对活塞的作用力大，推动活塞A向右运动，同时，通过活塞杆1121推动斜盘111，使斜盘111摆角变大，变量泵111的排量增大，斜盘111带动反馈杆14，反馈杆14作用在先导腔122，使第一滑阀12的阀芯向右运动。变量缸112的有杆腔1122和无杆腔1123内的压力在不断调整的过程中，无杆腔1123和有杆腔1122达到平衡状态，第一滑阀12的阀芯再次稳定在预设位置，此时变量泵111的排量输出稳定。
上述第一控制阀13的控制油源根据补油组件2提供的先导油源和变量泵111提供的液压油之中压力较高的作为控制油源。一般情况下，变量泵111的P1出口处连接外负载，因此当变量泵111工作时，变量泵111与第一控制阀13之间的管路中产生的压强会大于补油组件2提供的先导油压强，以变量泵111提供的液压油作为第一控制阀13的控制油。
然而，当变量泵111工作，若变量泵111与第一控制阀13之间的管路内不能产生推动第一控制阀13的阀芯动作的油压，以使进油口A进油时(比如，设备一直处于打滑状态时，因液压变量泵组内的压力由负载决定，此时，若变量泵111与第一控制阀13之间无法建立压力)，若想要调整变量泵111的输出排量时，而变量泵111与第一控制阀13之间的管路无法建立压力，自变量泵111输出的液压油无法经第一控制阀13流至变量缸112，变量缸112内无杆腔1123和有杆腔1122内的液压油基本不会产生变化，变量泵111无法实现变排量。此时，补油组件2作为第一控制阀13的控制油源，补油组件2内的液压油通过第一控制阀13的进油口B和出油口T之后，分为第一支路和第二支路，通过第一支路向变量缸112的无杆腔1123供油，第二支路向有杆腔1122供油，变量缸112供油后，活塞杆1121开始动作，最终使变量缸112的活塞杆1121再次达到平衡状态。变量缸112的活塞在调整平衡过程中，变量泵111的斜盘111随活塞杆1121动作，通过斜盘111带动反馈杆14动作，当第一滑阀12的阀芯处于稳定状态，变量泵111的排量也再次保持稳定。
电控减压组件4的进油口42连通于补油组件2，电控减压组件4的出油口43连通于泵体组件1，电控减压组件4能控制补油组件2向泵体组件1提供的先导油源的压力。
在一实施例中，电控减压组件4包括电磁阀41，通过电磁阀41控制向泵体组件1输出液压油的压力，本实施例中的电磁阀41为电控比例减压阀。电磁阀41的输出端连接于第一滑阀12的先导腔121，当控制系统发出电流信号时，电磁阀41开始工作，电磁阀41的入口压力来源于补油组件2。电磁阀41的一侧设置有控制端，进而通过输入的电流信号使得控制端能够推动电磁阀41内部的阀芯运动，以调节电磁阀41内的油路的开口度，进而调节电磁阀41的出口的液压油的压力。在一实施例中，电磁阀41的出口压力与输入电流信号成正比例关系，即电磁阀41的出口的液压油的压力随着电流增大而增大，呈线性比例关系。
此外，本实施例中失效安全组件5设置于电控减压组件4和泵体组件1之间的管路上，失效安全组件5为先导控制阀，通过电控减压组件4控制失效安全组件5的工作状态。电控减压组件4工作时，补油组件2经电控减压组件4、失效安全组件5向第一滑阀12的先导腔121供油，当电控减压组件4未工作时，补油组件2通过失效安全组件5向第一滑阀12的先导腔121供油。
失效安全组件5包括第二控制阀51。在一实施例中，电磁阀41的输出端连通于第二控制阀51的油口A，同时连通于第二控制阀51的先导腔，补油组件2连通于第二控制阀51的油口B。当电控减压组件4不工作时，补油组件2通过失效安全组件5向第一滑阀12的先导腔121供油，此时，第二控制阀51的先导腔无先导油，第二控制阀51处于右位工作状态，第二控制阀51的油口B常通于第一滑阀12的先导腔121。油液从油口B进入第二控制阀51后，被分成两路，一路与第一滑阀12的先导腔121连通，另一路连通于油箱，且连接油箱的这一油路上设置有节流孔。当电控减压组件4工作时，经电控减压组件4出口的液压油一部分作为先导油作用在第二控制阀51的一端，使得第二控制阀51处于左位工作状态，此时油口B关闭，补油组件2的油只能通过电控减压组件4连通第二控制阀51，再连通第一滑阀12的先导腔121。上述结构使得第一滑阀12的先导腔121与补油组件2连通，且第一滑阀12的先导腔121的控制压力由电控减压组件4和失效安全组件5的不同工作位置调节。本实施例中的第二控制阀51为二位四通伺服滑阀，第二控制阀51双向通油。
当变量泵111处于大排量下，系统的压力过大时，此时可以通过降低变量泵111排量的方式降低液压变量泵组的输出功率，避免功率过大造成的发动机故障和能量损失，因此设置了压力切断组件6。压力切断组件6连接于第一控制阀13和第一滑阀12之间的管路上，当变量泵111输出压力达到预设压力阈值时，压力切断组件6动作，使变量缸112的有杆腔1122和无杆腔1123连通。
压力切断组件6包括第三控制阀61，第三控制阀61为两位三通的伺服滑阀，第一控制阀13的出油口T能够同时连通于第三控制阀61的先导端611和第三控制阀61的油口A，第三控制阀61的油口T连通于第一滑阀12。当变量泵111未处于最大排量(即第一滑阀12未处于最左位状态下)，第三控制阀61不动作时，变量缸112的无杆腔1123经第一滑阀12和第三控制阀61常通于油箱3。此种工作状态下，变量缸112的无杆腔1123经第二控制阀12内部通道、第三控制阀61的油口T和油口B连通于油箱3。第三控制阀61动作时，变量缸112的有杆腔1122经第三控制阀61及第一滑阀12能够连通于变量泵111的无杆腔1123，此时，若第三控制阀61的阀芯未完全位于左位工作状态，无杆腔1123仍然连通于油箱3。
在初始位置时，第三控制阀61处于右位工作状态，此时变量缸112的有杆腔1122和无杆腔1123不连通，但此时，若变量泵111处于稳定排量状态时，变量缸112的无杆腔1123经第一滑阀12、第三控制阀61连通于油箱。若此变量泵111应用于挖掘机上，当变量泵111的排量非常大，当挖掘机的动作被阻挡，本实施例中的液压变量泵组的P1口连接外部负载系统，外部负载系统控制本实施例中的液压变量泵组的管路中的压力，此压力由外部负载系统决定。液压变量泵组中的压力增大，当压力增大至第三控制阀61的预设压力阀值时，压力切断组件6起作用，即第三控制阀61的阀芯动作。而第三控制阀61的阀芯动作，则使无杆腔1123和有杆腔1122连通，通过变量缸112的调节，从而控制变量泵111的排量。通过控制变量泵111的排量，则达到控制变量泵111的输出功率的目的。在一实施例中，经第一控制阀13的出油口T的液压油会作为第三控制阀61的先导油，作用在第三控制阀61的先导端611，推动第三控制阀61的阀芯向右运动。此时，无杆腔1123和有杆腔1122连通。
第三控制阀61的阀芯在液压油流向无杆腔1123的方向的开度变大，自无杆腔1123回流至油箱3的开度变小。即经有杆腔1122的高压油经第三控制阀的油口A、油口T、及第一滑阀12流向变量缸112的无杆腔1123，因有杆腔1122和无杆腔1123为高压油，同时回流至油箱的液压油引起的无杆腔1123的压力降低的较少。因此，无杆腔1123的液压油作用在活塞的压力逐渐大于有杆腔1122的液压油对活塞的压力，推动活塞左移，此时，斜盘111的摆角变小，变量泵111的输出排量变为小排量，直到调节至两腔处于平衡状态，变量泵111的输出排量再次稳定。
上述第一滑阀12和第三控制阀61作为变量泵111的变量控制阀，根据先导油的压力控制变量泵111的变量方向和变量程度，第一滑阀12和第三控制阀61的开口的大小和变量泵111的变量程度呈正比例线性关系。
补油组件2包括补油泵21和溢流阀22，补油泵出油口211连接于泵体组件1、失效安全组件5和压力切断组件6，补油泵21为上述多个组件提供先导油。在一实施例中，补油泵21经过滤器23连通于电磁阀41、第一控制阀13和第二控制阀51。
溢流阀22与补油泵21并联连通，此补油泵21为定量齿轮泵形式，集成溢流阀。由于定量齿轮泵恒定的输出流量，而系统控制油根据需要不断变化，所以在保证提供系统多个组件所需的先导油的基础上，其余的液压油通过溢流阀22溢流至油箱3，部分再生溢流回补油泵21吸油口，实现系统冷却和节能的平衡。
本实施例中的液压变量泵组包括两个泵体组件1，每组泵体组件1均对应一组电控减压组件4、一组失效安全组件5和一组压力切断组件6，在一实施例中，每个泵体组件1均对应连接一个电磁阀41、第二控制阀51和第三控制阀61，两组泵本体11的变量泵111相互连通，但两组泵本体11的变量泵111相互独立控制。其中，一组泵本体11的变量泵111的输出端设置有P1口，另一组的泵本体11的变量泵111的输出端设置有P2口，P2口和P1口均设置为连通于外部液压控制系统，控制挖掘机的多种动作。
其中两个泵体组件1的变量泵111和一个补油组件2的补油泵21依次串联连接，两个变量泵111的驱动轴和补油泵21的驱动轴依次串联连接，共用一个发动机(电机)驱动，组成三联泵结构。其中，两个泵体组件1、电控减压组件4、失效安全组件5和压力切断组件6均共用一个补油组件2，通过补油组件2提供先导油。两个电控减压组件4可单独分别控制不同的油压输出。
本实施例中通过电磁阀41和滑阀的组合，实现了挖掘机液压主泵的多项功能，包括电控比例控制功能、压力切断功能、失效安全功能和补油泵功能，结合电控组件实现功率控制，功能健全，结构合理，控制简单，可靠性高，完全满足挖掘机的使用需求。
本实施例中当挖掘机电控系统出现故障失效时，液压泵可以自动达到最大排量以保证挖掘机可以执行工作和行走功能。
本实施例中采用组件化布置，可以根据实际应用增减功能组件，机构简单，维护方便，布置美观，成本低廉。
本实施例中还提供了一种挖掘机，包括上述的液压变量泵组。本实施例中的挖掘机为履带式挖掘机。
本实施例中的补油组件2向第一滑阀12和第一控制阀13提供先导油，液压泵同时向第一控制阀13提供液压油，第一控制阀13根据受到的先导油和液压油的压力的大小，从而选择先导油或液压油作为输出油。因第一控制阀13的出油口经第一滑阀12连通于变量缸112的无杆腔1123，因此，无杆腔1123内的油为补油组件2供给的先导油或变量泵111供给的液压油。
若需要变量泵111的输出排量变大时，则控制第一滑阀12的阀芯向右移动，此时，无杆腔1123内的油液经第一滑阀12回流至油箱13的开口逐渐变大，自第一滑阀12进入无杆腔1123内的油口变小，因此，无杆腔1123内的油压逐渐降低。此时，有杆腔1122的油液作用于变量缸112活塞的力大于无杆腔1123的油液作用于活塞的力，因变量缸112机械连接于第一滑阀12的先导腔122，此时，活塞向右移动，带动斜盘1111的摆角变大，同时带动第一滑阀12的阀芯向右移动，达到调整变量泵111的输出排量的效果。
此液压变量泵组将变量泵111、变量缸112、第一控制阀13和第一滑阀12集成设置，结构体积小，使用方便，减少外部控制结构，降低成本。

Claims (10)

1.一种液压变量泵组，包括泵体组件(1)和补油组件(2)，所述泵体组件(1)包括泵本体(11)、第一滑阀(12)和第一控制阀(13)，第一滑阀(12)包括弹簧端(122)和先导腔(121)，第一控制阀(13)设有进油口A、进油口B及出油口T；
所述泵本体(11)包括变量泵(111)和变量缸(112)，所述变量泵(111)包括斜盘(1111)，所述变量缸(112)包括有杆腔(1122)和无杆腔(1123)，所述变量缸(112)与所述弹簧端(122)和所述斜盘(1111)机械连接，所述补油组件(2)与所述先导腔(121)连通；
其中，所述变量泵(111)与所述进油口A连通，补油组件(2)与所述进油口B连通，所述出油口T与所述有杆腔(1122)连通，所述无杆腔(1123)经所述第一滑阀(12)与所述出油口T连通；
所述液压变量泵组还包括电控减压组件(4)，所述电控减压组件(4)设有进油口(42)和出油口(43)，所述进油口(42)与所述补油组件(2)连通，所述出油口(43)与所述泵体组件(1)连通，所述电控减压组件(4)设置为控制所述补油组件(2)向所述泵体组件(1)提供的先导油的压力；
所述电控减压组件(4)包括电磁阀(41)，所述电磁阀(41)分别与所述补油组件(2)和所述第一滑阀(12)连通，所述电磁阀(41)的出口压力值与控制所述电磁阀(41)的电流值呈线性正比例关系；
所述液压变量泵组还包括失效安全组件(5)，所述失效安全组件(5)设置于所述电控减压组件(4)和所述泵体组件(1)之间的管路上；
所述补油组件(2)设置为当所述电控减压组件(4)工作时，经所述电控减压组件(4)、所述失效安全组件(5)向所述先导腔(121)供油；
所述补油组件(2)还设置为当所述电控减压组件(4)未工作时，通过所述失效安全组件(5)向所述先导腔(121)供油。
2.根据权利要求1所述的液压变量泵组，其中，所述第一控制阀(13)为梭阀。
3.根据权利要求1所述的液压变量泵组，其中，所述失效安全组件(5)包括第二控制阀(51)，所述补油组件(2)设置为当所述电磁阀(41)未工作时，经所述第二控制阀(51)与所述先导腔(121)常通，所述补油组件(2)还设置为当所述电磁阀(41)工作时，经所述电磁阀(41)控制所述第二控制阀(51)工作，并向所述先导腔(121)供油。
4.根据权利要求3所述的液压变量泵组，还包括压力切断组件(6)，所述压力切断组件(6)分别与所述第一控制阀(13)和所述第一滑阀(12)连接，所述压力切断组件(6)设置为当所述变量泵(111)输出压力达到预设压力时，使所述有杆腔(1122)和所述无杆腔(1123)连通。
5.根据权利要求4所述的液压变量泵组，其中，所述压力切断组件(6)包括第三控制阀(61)，第三控制阀(61)包括先导端(611)、油口A、油口B及油口T，所述有杆腔(1122)分别与所述先导端(611)和所述油口A连通，所述油口T与所述第一滑阀(12)连通；
所有杆腔(1122)设置为当所述第三控制阀(61)动作时，经所述第三控制阀(61)及第一滑阀(12)可连通于所述无杆腔(1123)。
6.根据权利要求5所述的液压变量泵组，其中，所述补油组件(2)包括：
补油泵(21)，补油泵(21)设有补油泵出油口(211)，所述补油泵出油口(211)分别与所述泵体组件(1)、所述失效安全组件(5)和所述压力切断组件(6)连接；及
溢流阀(22)，所述溢流阀(22)与所述补油泵(21)并联连通。
7.根据权利要求6所述的液压变量泵组，其中，所述液压变量泵组包括两组泵体组件(1)，每组所述泵体组件(1)均对应一组所述电控减压组件(4)、一组所述失效安全组件(5)和一组所述压力切断组件(6)；
两组所述泵体组件(1)的所述变量泵(111)的驱动轴和所述补油泵(21)的驱动轴依次串联连接。
8.一种挖掘机，包括权利要求1-7任一项所述的液压变量泵组。
9.根据权利要求8所述的挖掘机，其中，所述挖掘机为履带式挖掘机。
10.根据权利要求8所述的挖掘机，还包括油箱(3)，所述无杆腔(1123)经所述第一滑阀(12)与所述出油口T和所述油箱(3)连通。
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