CN113431127A - 主控阀、定变量液压系统和装载机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装载机液压系统，为解决现有装载机定变量液压系统只有在单独转向时变量泵才发挥调节节能效果的问题；提供一种主控阀、变量液压系统和装载机，其中主控阀，包括三机能位且闭中位的先导液控的第一主阀和第二主阀，第一主阀和第二主阀两端均设置有与主阀联动且中位导通而左右位截止的开关阀，左侧开关阀的换位压力小于右侧开关阀的换位压力；P1口经合流单向阀向第一主阀供油，P2口向第二主阀供油，P2口与合流单向阀出油端之间设合流锥阀；合流锥阀的液控端通过经合流控制油路T口连接；本发明变量泵全程参与调节流量，变量机构利用率提升，系统更节能。

Description

主控阀、定变量液压系统和装载机

技术领域

本发明涉及一种装载机液压系统，更具体地说，涉及一种主控阀、定变量液压系统和装载机。

背景技术

现装载机应用的定变量液压系统主要有变量转向泵、定量工作泵、控制阀、优先阀、流量放大阀、分配阀、先导阀及梭阀组成。这套液压系统只有在整机单独转向时，转向变量泵才工作在变量状态，定量工作泵中位低压卸荷；但当工作装置工作时，梭阀检测出先导压力输出，并传递给控制阀，控制阀换向造成转变变量泵LS油路短接，此时转向变量泵工作在全排量状态，转化为定量工作模式。因此现用定变量液压系统只有在整机单独转向时，才能发挥转向变量泵的调节节能效果，工作工况切换为定量工作状态，此时整个工作系统等效与定量液压系统，变量泵的调节优化无法充分利用。

此外现有装载机上没有针对定变量液压系统专门开发的成熟主控阀，现有定变量液压系统中工作液压系统所选用的主控阀多为开中心旁路节流式结构，受限于主控阀自身原理，整机存在以下缺陷：①无法实现复合动作功能、②存在旁路节流损失，整机能耗较高、③变量机构的有效利用率偏低，节能优势不明显、④工作联负载无法独立控制，液压元件的工作能力受限于最低承压元件，导致高性能的变量泵能力利用率偏低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有装载机定变量液压系统只有在单独转向时变量泵才发挥调节节能效果的问题，而提供一种主控阀、定变量液压系统和装载机，使变量机构全程参与调速，提高变量机构有效利用率，降低整机能耗。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种主控阀，包括三机能位且闭中位的先导液控的第一主阀和第二主阀、Pi口、P1口、P2口、LS口、T口、与T口连接的回油油路，其特征在于：

所述第一主阀和第二主阀的阀杆左右两端均设置有与对应主阀联动且中位导通而左右位截止的开关阀，左侧开关阀的换位压力小于右侧开关阀的换位压力；

P1口经合流单向阀与第一主阀进油油路连接，P2口与第二主阀进油油路连接；

P2口与合流单向阀出油端之间连接有合流锥阀；合流锥阀的控制端通过经所述第一主阀左侧开关阀的第一合流控制油路和通过经第二主阀左侧开关阀的第二合流控制油路分别与T口连接；

所述第一主阀和第二主阀的右侧开关阀串联形成的第一外控油路的一端与Pi口连接，另一端通过第一阻尼孔连接于回油油路中背压阀的前端；

常态为截止的液控第二开关阀连接在P1口与T口之间，其液控端与第一阻尼孔的进油端连通，弹簧腔与合流锥阀的液控端连通；

所述第一主阀的负载反馈油口经第一反馈油路与LS口连接，所述第二主阀的负载反馈油口经第二反馈油路与LS口连接。

上述主控阀中，常态为截止的液控第三开关阀的一端与Pi口连接，另一端连接于第一阻尼孔的进油端，液控端与LS口连接。

上述主控阀中，在第一主阀进油油路与T口之间连接有压力补偿阀，所述压力补偿阀的弹簧腔连接于第一反馈油路。

上述主控阀中，LS口与T口之间连接有LS恒流量阀。

上述主控阀中，所述第一反馈油路由常态为导通的第一开关阀和第一单向阀串联构成，第二反馈油路由第二单向阀构成；第一开关阀的液控端与合流锥阀的液控端连通，弹簧腔与T口连通。

上述主控阀中，所述第一反馈油路与T口之间连接有第一LS溢流阀，第一LS溢流阀的进油端连接于第一开关阀的阀前油路；所述第二反馈油路与T口之间连接有第二LS溢流阀。

上述主控阀中，所述合流锥阀的进油端和出油端分别通过设置所述合流锥阀内的单向阻尼阀与液控端连通。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种定变量液压系统，包括变量压力油源和定量压力油源，其特征在于还包括前述的主控阀，所述主控阀的P1口与定量压力油源连接，P2口与变量压力油源连接，LS口与变量压力油源的负载反馈口连接，T口与液压油箱连接，Pi口与系统稳压源连接。

上述定变量液压系统中，所述定量压力油源由定量泵构成，所述变量压力油源包括变量泵、与变量泵泵口连接的优先阀，所述优先阀的EF口与所述主控阀的P2口连接，主控阀的LS口与变量泵的反馈口连接，优先阀的CF口与转向机构连接。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机，其特征在于具有前述的定变量液压系统。

本发明与现有技术相比，本发明变量泵全程参与调节流量，变量机构利用率提升，系统更节能。

附图说明

图1是本发明主控阀的原理图。

图2是本发明装载机的定变量液压系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

如图1所示，本实施例中的主控阀100包括三机能位且闭中位的先导液控的第一主阀10和第二主阀20、Pi口、P1口、P2口、LS口、T口、与T口连接的回油油路70。

第一主阀10和第二主阀20的三个机能位分别是左位、中位、右位，在中位时进油油路截止，不能通过主阀输出用于驱动液压执行件的压力油。回油油路70上设置有背压阀71。

第一主阀10和第二主阀20用于控制两个液压执行件，分别用于控制装载机上的动臂油缸和转斗油缸。

P1口用于连接定量压力油源，例如与定量泵连接。

P2口用于连接变量压力油源，例如与变量泵或变量供油机构连接。

LS口用于与变量压力油源的负载反馈口连接，以向变量压力油源反馈负载压力，使变量压力油源按照反馈压力信号提供压力油。

T口与液压油箱连接，用于液压体统回油。

Pi口与系统稳压源连接，第三开关阀44换向时，Pi口压力将直接作用到切第二开关阀45控制端，推动第二开关阀45换向，Pi口压力稳定可以保证第二开关阀45的正常换向。

在第一主阀10和第二主阀20的阀杆左右两端均设置有与对应主阀联动且中位导通而左右位截止的开关阀，第一主阀左侧开关阀11的换位压力小于第一主阀右侧开关阀12的换位压力，第二主阀左侧开关阀21的换位压力小于第二主阀右侧开关阀22的换位压力。第一主阀10和第二主阀20由其两端的液控端的先导油压力控制其工位，第一主阀10和第二主阀20的阀杆在端部先导油压力的作用下移动换向，实现机能位的改变，例如由中位换至左位或右位，主阀的阀杆两端左侧开关阀和右侧开关阀的阀杆也随主阀阀杆移动。当先导油压力较小比如进行微动动作操作时，第一主阀的阀杆由中位移动使第一主阀机能位改变，第一主阀左侧开关阀11的阀杆也移动，第一主阀左侧开关阀11由中位导通状态而变化至左位或右位截止状态，但第一主阀右侧开关阀12的阀杆移动的距离不足以使第一主阀右侧开关阀12机能位改变，即第一主阀右侧开关阀12仍处于中位机能位，处于导通状态。当先导油压力较大，例如第一主阀处于阀口全开的情况下，第一主阀右侧开关阀12的阀杆移动距离足以使其机能位的改变，也即右侧开关阀也处于左位或右位(处于截止状态)。第二主阀左侧开关阀21和第二主阀右侧开关阀22的液压动作原理与第一主阀左侧开关阀11和第一主阀右侧开关阀12相同。

P1口经合流单向阀31与第一主阀进油油路13连接，第一主阀进油油路13上具有单向阀。当第一主阀10处于中位时，第一主阀进油油路13处于截止状态，当第一主阀10换向后，第一主阀进油油路13通过第一主阀10的左位或右位油路从其工作油口A1口或B1口输出，向液压执行件供油，液压执行件的回油则通过另一个工作油口经第一主阀10、回油油路70回油。

P2口与第二主阀进油油路23连接；第二主阀进油油路23上具有单向阀。

P2口与合流单向阀13出油端之间连接有合流锥阀32；合流锥阀32的液控端经过两路合流控制油路与T口连接，其中第一路合流控制油路51经第一主阀左侧开关阀11与T口连接，第二路合流控制油路52经第二主阀左侧开关阀21与T口连接。合流锥阀32的进油端和出油端分别通过设置合流锥阀内的单向阻尼阀与液控端连通。

第一主阀右侧开关阀12和第二主阀右侧开关阀22串联形成的第一外控油路41，第一外控油路41的一端与Pi口连接，另一端与第一阻尼孔42的进油端连接，第一阻尼孔42的出油端连接于回油油路70中背压阀71的前端。

常态为截止的液控第二开关阀45连接在P1口与T口之间，第二开关阀45的液控端连接于第一阻尼孔42前端(即进油端)，弹簧腔与第一合流控制油路51和第一合流控制油路52的起始端(也即合流锥阀的液控端)连通。

第一主阀10的负载反馈油口经第一反馈油路14与LS口连接，第一反馈油路14由常态为导通的第一开关阀62和第一单向阀63串联构成，第二反馈油路24由第二单向阀66构成；第一开关阀62的液控端与连接于第一合流控制油路51和第一合流控制油路52的起始端，弹簧腔与T口连接。

常态为截止的液控第三开关阀44的一端与Pi口连接，另一端连接于第一阻尼孔42的前端，液控端与LS口连接。

在第一主阀进油油路13与T口之间连接有压力补偿阀34，压力补偿阀34的弹簧腔连接于第一反馈油路24，具体连接在第一开关阀62和第一单向阀63之间。

第一反馈油路14与T口之间连接有第一LS溢流阀64，第一LS溢流阀64的进油端连接于第一单向阀63的进油端；第二反馈油路24与T口之间连接有第二LS溢流阀67，第二LS溢流阀67的进油端连接有第二单向阀66的出油端。LS口与T口之间连接有LS恒流量阀60。LS恒流量阀60连接LS口与回油通道，主阀中位状态，LS口通过LS恒流阀与回油通道相连卸荷，主阀中位工作装置不工作时保证LS口内的压力为低压状态，即此时变量泵口压力也为低压状态系统节能。

在P1口与T口之间设置有主安全阀33，避免P1口的压力过高，超过安全压力。

图2是一种装载机的液压系统原理图。在装载机液压系统中，包括转向液压系统和工作液压系统。

如图2所示，转向液压系统包括从液压油箱81中吸取液压油的变量泵83、与变量泵83泵口连接的优先阀85，优先阀85的CF口与转向机构连接。转向机构包括转向器86、由转向器86控制的流量放大阀87，流量放大阀87与转向油缸88连接。优先阀的控制端与转向器的LS口连接，在转向机构具有转向动作时通过CF口优先向转向机构供油。

主控阀100用于装载机的工作液压系统中。第一主阀10的两个工作油口A1口和B1口分别与转斗油缸89的大腔和小腔连接，第二主阀20的两个工作油口A2口和B2口分别与动臂油缸90的大腔和小腔连接，第一主阀10和第二主阀20的先导控制油口a1口、b1口、a2口、b2口分别与先导阀92连接，P1口与定量泵82的泵口连接，P2口与转向系统中优先阀85的EF口连接，主控阀的LS口与转向器的LS口分别与梭阀84的两进油端连接，梭阀84的出油端与变量泵83的负载反馈口连接，T口和定量泵82的吸油口与液压油箱连接。Pi口和先导阀的进油口与先导供油阀91的出油端连接，先导供油阀91的进油端与变量泵83的泵口连接。

本实施例中变量液压系统的工作原理如下：

1、没有操作动作：第一主阀10和第二主阀20均处于中位，第一主阀左侧开关阀11和第二主阀左侧开关阀21中也处于中位，处于导通状态，第一合流控制油路51和第二合流控制油路52至T口的油路导通，合流锥阀32处于导通状态。第一主阀和第二主阀处于中位时，其反馈口均经过主阀的中位油路与T口导通，没有负载反馈压力，因此变量泵以最小排量运行。来自Pi口的压力油通过第一外控油路41流经第二主阀右侧开关阀22和第一主阀右侧开关阀12的进入第一阻尼孔42的进油端，在第一阻尼孔42的进油端(也即第二开关阀的液控端)建立压力，第二开关阀45的弹簧腔经第一合流控制油路51与T口连通，因此第二开关阀45换向处于右位导通(常态是液控端没有压力而处于左位截止)，定量泵输出的压力油经P1口流经第二开关阀45、T口流回液压油箱，实现定量泵的低压卸荷。

2、装载机进行小开口单动作。单动作是指装载机的工作液压系统中，仅有动臂油缸动作或转斗油缸动作。小开口是指进行动作的相应主阀的阀杆移动距离较短，阀口的较小。进行小开口动作时，主阀的左侧开关阀的阀杆随主阀阀杆移动换向而处于截止状态，但主阀的右侧开关阀的阀杆虽然也随主阀的阀杆移动一小段距离，但该距离不足以使右侧开关阀换向，改变其机能位，因此小开口动作下，右侧开关阀仍处于导通状态。

进行小开口单动作时，先导阀输出的一路先导油液压力传递至a1口、b1口、a2口、b2口中的其中一油口，使第一主阀10或第二主阀20换向。以下以a1口有先导油压力传入为例说液压动作原理。

a1口有先导压力输入，第一主阀10的阀杆换向工作于左位，第一主阀左侧开关阀11换向截止，第一合流控制油51路截止。第二主阀20的阀杆保持不动，第二主阀左侧开关阀21保持中位导通，第二合流控制油路52导通，合流锥阀32的液控端经第二合流控制油路52与T口导通，合流锥阀32在P2口压力油的作用下导通，变量泵经P2口输入的压力油经合流锥阀32传递至第一主阀进油油路13。

第一主阀10在较小的先导油压力下阀杆移动较小，第一主阀右侧开关阀12仍保持中位导通，第二主阀20不换向，第二主阀右侧开关阀22保持中位导通，自Pi口流经第二主阀右侧开关阀22、第一主阀右侧开关阀12至第一阻尼孔42进油端的第一外控油路41导通，来自Pi口的压力油在第一阻尼孔42的进油端(也即第二开关阀45的液控端)建立压力，而第二开关阀45的弹簧腔经第二合流控制油路52与T口导通，因此第二开关阀45换向工作于右位，定量泵输出的压力油经P1口流经第二开关阀45流入T口，进入液压油箱，实现定量泵的低压卸荷。

第一开关阀62的液控端经第二合流控制油路52与T口导通，第一开关阀62弹簧腔中弹簧弹力的作用下处于导通的常态(处于左位)，第一主阀10的负载反馈口输出的负载压力信号经第一反馈油路14、LS口传递至变量泵，使变量泵负载需求输出液压油。变量泵输出的压力油经优先阀的EF口、P2口、合流锥阀、第一主阀的左位油路、A1口输出。

当其余先导油口比如b1口、a2口、b2口输出同等较小的先导压力时，液压作用原理与a1口有先导压力的液压作用原理相同。

设定第二LS溢流阀67的调控压力大于第一LS溢流阀64，由于第一单向阀的作用，当第二主阀20换向工作时负载压力无法作用到第一LS溢流阀64的进油端，因此第二主阀20的负载压力由第二LS溢流阀67进行控制，第一主阀10的溢流压力由第一LS溢流阀64进行控制，即可以实现单动作时双工作联负载单独控制。

3、装载机进行大开口单动作。大开口是指进行动作的相应主阀的阀杆移动距离较大，阀口开度的较大。进行大开口动作时，主阀的左侧开关阀的阀杆随主阀阀杆移动换向而处于截止状态，主阀的右侧开关阀的阀杆也随主阀的阀杆移动一大段距离，使右侧开关阀换向，改变其功能位。因此大开口动作下，右侧开关阀也处于换向截止状态。以下以a2口有先导油压力传入为例说液压动作原理。

a2口有较大先导压力输入，第二主阀20的阀杆换向工作于左位，第二主阀左侧开关阀21和第二主阀右侧开关阀22均换向截止，第二合流控制油路52截止。第一主阀10的阀杆保持不动，第一主阀左侧开关阀11保持中位导通，第一合流控制油路51导通，合流锥阀32的液控端经第一合流控制油路51与T口导通，合流锥阀32在P2口压力油的作用下导通，变量泵经P2口输入的压力油经合流锥阀32传递至第一主阀进油油路13，但由于第一主阀10处于中位而截止。

由于第二主阀20的阀杆移动距离较大，第二主阀右侧开关阀22换向而处于截止状态，第一外控油路41因第二主阀右侧开关阀22截止而截止，第一阻尼孔42的进油端不能建立第二开关阀45换向的压力，第二开关阀45在其弹簧腔弹簧弹力的作用下而处于截止的常态，来自P1口的定量泵压力油不能经第二开关阀45进行低压卸荷，而是经过合流锥阀32流向第二主阀20，由第二主阀20的工作油口A2口流向动臂油缸。

P2口的变量泵压力油也进入到第二主阀进油油路23，第二主阀20的负载反馈口输出的负载压力信号经第二反馈油路24传递至LS口，再传递至变量泵，变量泵根据需求提供定量泵流量不足之外的额外所需流量。

如果外负载压力(LS口的压力)高于第三开关阀44设定的控制压力，第三开关阀44在负载压力作用下换向至左位导通(常态是右位截止)，流经第三开关阀44的第二外控油路43导通。Pi口流入的压力油直接经第二外控油路43流至第一阻尼孔42的进油端并建立压力，使第二开关阀45克服左端弹簧力换向至右位导通。来自P1口定量泵压力油通过第二开关阀45、T口直接流回液压油箱，定量泵供油低压卸荷，此时第二主阀20工作口流量输出全部由与P2口连接的变量泵提供。

调定压力补偿阀34的控制压差大于与P2口连接的变量泵控制压差，可以保证在上述方案实施过程中，压力补偿阀34无流量通过其旁路溢流。

4、复合动作。复合动作是指同时使动臂油缸和转斗油缸动作，复合动作时，a1口和b1口中有一个油口有先导油输入，a2口和b2口中有一个油口有先导油输入，第一主阀10和第二主阀20同时换向，第一主阀左侧开关阀11和第二主阀左侧开关阀21均换向至截止位，第一合流控制油路51和第二合流控制油路52均截止，合流锥阀32的进油端和出油端通过内部的单向阻尼孔向合流锥的液控端充油，使合流锥阀32处于关闭状态(其进油端和出油端不相通)。因此，来自P1口的定量泵压力油只经过合流单向阀33向第一主阀10供油，用于驱动转斗油缸。来自P2的变量泵压力油向第二主阀供油，用于驱动动臂。

由于来自P2口的压力油始终都高于Pi口的压力油，P2口的压力油通过合流锥阀32内的单向阻尼孔和液控端作用于第二开关阀45的弹簧腔，使第二开关阀45始终工作于常态截止，因此来自P1口的定量泵压力油不会通过第二开关阀45卸荷。若动臂油缸上的负载超过预定值，来自P1口的定量泵压力油则从主安全阀溢流。

第一开关阀62的液控端的压力等于合流锥阀32液控端的压力(也即等于P2口的压力)，因此第一开关阀62在其液控端的压力作用下换向至右位而截止(常态下处于左位而导通)，第一开关阀62将第一反馈油路14与第二反馈油路24隔开，使LS口的压力为第二主阀20通过第二反馈油路24传递的负载压力，变量泵根据第二主阀传递的负载压力工作，提供所需要的压力油。

Claims (10)

1.一种主控阀，包括三机能位且闭中位的先导液控的第一主阀(10)和第二主阀(20)、Pi口、P1口、P2口、LS口、T口、与T口连接的回油油路(70)，其特征在于：

所述第一主阀和第二主阀的阀杆左右两端均设置有与对应主阀联动且中位导通而左右位截止的开关阀，并且左侧开关阀的换位压力小于右侧开关阀的换位压力；

P1口经合流单向阀(31)与第一主阀进油油路(13)连接，P2口与第二主阀进油油路(23)连接；

P2口与合流单向阀出油端之间连接有合流锥阀(32)；合流锥阀的控制端通过经所述第一主阀左侧开关阀(11)的第一合流控制油路(51)和通过经第二主阀左侧开关阀(21)的第二合流控制油路(52)分别与T口连接；

所述第一主阀和第二主阀的右侧开关阀串联形成的第一外控油路(41)的一端与Pi口连接，另一端通过第一阻尼孔(42)连接于回油油路(70)中背压阀(71)的前端；

常态为截止的液控第二开关阀(45)连接在P1口与T口之间，其液控端与第一阻尼孔(42)的进油端连通，弹簧腔与合流锥阀的液控端连通；

所述第一主阀的负载反馈油口经第一反馈油路(14)与LS口连接，所述第二主阀的负载反馈油口经第二反馈油路(24)与LS口连接。

2.根据权利要求1所述的主控阀，其特征在于常态为截止的液控第三开关阀(44)的一端与Pi口连接，另一端连接于第一阻尼孔的进油端，液控端与LS口连接。

3.根据权利要求1所述的主控阀，其特征在于在第一主阀进油油路(13)与T口之间连接有压力补偿阀(34)，所述压力补偿阀的弹簧腔连接于第一反馈油路(14)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的主控阀，其特征在于LS口与T口之间连接有LS恒流量阀(60)。

5.根据权利要求4所述的主控阀，其特征在于所述第一反馈油路(14)由常态为导通的第一开关阀(62)和第一单向阀(63)串联构成，第二反馈油路(24)由第二单向阀(66)构成；第一开关阀的液控端与合流锥阀的液控端连通，弹簧腔与T口连通。

6.根据权利要求5所述的主控阀，其特征在于所述第一反馈油路与T口之间连接有第一LS溢流阀(64)，第一LS溢流阀的进油端连接于第一单向阀的进油端；所述第二反馈油路(24)与T口之间连接有第二LS溢流阀(67)，第二LS溢流阀的进油端连接于第二单向阀的出油端。

7.根据权利要求1所述的主控阀，其特征在于所述合流锥阀的进油端和出油端分别通过设置与所述合流锥阀内的单向阻尼阀与液控端连通。

8.一种定变量液压系统，包括变量压力油源和定量压力油源，其特征在于还包括权利要求1至7中任一项所述的主控阀，所述主控阀的P1口与定量压力油源连接，P2口与变量压力油源连接，LS口与变量压力油源的反馈口连接，T口与液压油箱连接，Pi口与系统稳压源连接。

9.根据权利要求8所述的定变量液压系统，其特征在于所述定量压力油源由定量泵构成，所述变量压力油源包括变量泵、与变量泵泵口连接的优先阀，所述优先阀的EF口与所述主控阀的P2口连接，主控阀的LS口与变量泵的负载反馈口连接，优先阀的CF口与转向机构连接。

10.一种装载机，其特征在于具有权利要求8或9中任一项所述的定变量液压系统。

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