CN113494111B - 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，包括闭中位第一主阀和第二主阀，有主阀先导油口压力控制的第二、第四切换阀以及由第二、第四切换阀控制的第五切换阀和第一开关阀，第一开关阀连接在P1口与T口之间，第五开关阀控制合流油路、第一反馈油路和控制第三切换阀的第一控制油路。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，工作联负载可以分开独立控制，也可以实现复合动作，且速度控制相互独立。

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，包括先导液控闭中位的第一主阀和第二主阀、Pi口、P1口、P2口、LS口、T口，其特征在于：

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；

所述第一主阀的两先导液控端与第一梭阀的两进油端连接；所述第二主阀的两先导液控端与第二梭阀的两进油端连接；第一梭阀和第二梭阀的出油端分别与第三梭阀的两进油端连接，第三梭阀的出油端与第二切换阀的液控端连接；

常态为导通的液控第一开关阀连接在P1口与T口之间；

P2口至第一主阀进油油路的合流油路、第一主阀负载反馈油口至LS口的第一反馈油路、LS口至第三切换阀液控端的第一控制油路均流经两位七通的第五切换阀；

所述第五切换阀为常态时合流油路、第一反馈油路和第一控制油路均导通；液控端控制换向时合流油路、第一反馈油路和第一控制油路均截止且第三切换阀液控端经第五切换阀的液控端控制位油路与T口导通；

第四切换阀为两位三通阀，其液控端连接于第一梭阀的出油端，其处于常态时第五切换阀的液控端经第四切换阀常态位油路与T口连通；当第四切换阀的液控端有先导压力油输入时，第五切换阀的液控端经第四切换阀的液控端控制位油路与第二梭阀出油端连通；

第二切换阀为两位三通阀，处于常态时第一开关阀的液控端经第二切换阀的常态位油路与第五切换阀的液控端连通，第二切换阀处于液控端控制位时第一开关阀的液控端经第二切换阀的液控端控制位油路与第三切换阀的第一油口连通；

第三切换阀为两位三通阀，常态时Pi口经第三切换阀的常态位油路与第一油口导通，第三切换阀处于液控端控制位时第一油口经第三切换阀液控端控制位油路与T口导通。

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，所述第一反馈油路上设置有第一单向阀，第二反馈油路设置有第二单向阀，第一单向阀设置在第五切换阀与第一主阀负载反馈油口之间。

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单向阀的进油端；所述第二反馈油路与T口之间连接有第二LS溢流阀，第二LS溢流阀的进油端连接于第二单向阀的出油端。第一单向阀起到截至第二反馈油路的压力作用到第一LS溢流阀的控制端。为第一主阀的压力由第一溢流阀控制，第二主阀的压力由第二LS溢流阀控制，两个主阀的压力可以单独进行分开控制。

上述主控阀中，第一反馈油路和第二反馈油路与T口之间均设置有节流阀。节流阀连接LS口与回油通道，主阀中位状态，LS口通过节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。

上述主控阀中，P1口与T口之间连接有主安全阀。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种变量液压系统，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口与变量泵的负载反馈口连接，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包括先导液控闭中位的第一主阀10和第二主阀20、Pi口、P1口、P2口、LS口、T口。

第一主阀10和第二主阀20由其端部的先导油口控制其机能位，处于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。

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，第二切换阀42换向时，Pi压力将直接作用到第一开关阀43控制端，推动第一开关阀43换向，Pi口压力稳定可以保证第一开关阀43的正常换向。

P1口经合流单向阀52与第一主阀进油油路11连接，第一主阀进油油路11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11处于截止状态，当第一主阀10换向后，第一主阀进油油路11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、T口回油。

P2口与第二主阀进油油路21连接；第二主阀进油油路21上具有单向阀。

第一主阀10的两先导液控端与第一梭阀13的两进油端连接；第二主阀20的两先导液控端与第二梭阀23的两进油端连接；第一梭阀13和第二梭阀23的出油端分别与第三梭阀41的两进油端连接，第三梭阀41的出油端与第二切换阀42的液控端连接。

常态为导通的液控第一开关阀43连接在P1口与T口之间。

P2口至第一主阀进油油路11的合流油路31、第一主阀10的负载反馈油口至LS口的第一反馈油路12、LS口至第三切换阀44的液控端的第一控制油路32均流经两位七通的第五切换阀30，第五切换阀30为常态(其液控端无压力，其阀杆在弹簧腔弹力的作用下所处的状态)时合流油路31、第一反馈油路12和第一控制油路32均导通；液控端充液控制其阀杆换向时合流油路31、第一反馈油路12和第一控制油路32均截止且第三切换阀44液控端经第五切换阀的液控端控制位油路与T口导通。

第四切换阀45为两位三通阀，其液控端连接于第一梭阀13的出油端。第四切换阀45的三个油口分别与第五切换阀30的液控端、第二梭阀23的出油端、T口连通。当第四切换阀45处于常态时第五切换阀30的液控端经第四切换阀45的常态位油路与T口连通；当第四切换阀45的液控端有先导压力油输入时，第五切换阀30的液控端经第四切换阀45的液控端控制位油路与第二梭阀23出油端连通。

第二切换阀42为两位三通阀，其液控端连接于第三梭阀41的出油端。第二切换阀42的三个油口分别与第一开关阀43的液控端、第五切换阀30的液控端、第三切换阀44的第一油口连通。在第二切换阀42处于常态时，第一开关阀43的液控端经第二切换阀42的常态位油路与第五切换阀30的液控端连通；当第二切换阀42的液控端具有先导压力油输入时，第二切换阀42换向而处于液控端控制位油路(图中的上位)，第一开关阀43的液控端经第二切换阀42的液控端控制位油路与第三切换阀44的第一油口连通。

第三切换阀44为两位三通阀，其液控端与第一控制油路32连接。第三切换阀44的三个油口分别与T口、Pi口和第二切换阀42连通，通过第一油口与第二切换阀42连接。

第三切换阀44处于常态时Pi口经第三切换阀44与常态位油路与第一油口导通。当第三切换阀44的液控端具有先导压力油输入时，第一油口经液控端控制位油路与T口导通。

第一反馈油路12上设置有第一单向阀14，第二反馈油路22设置有第二单向阀24，第一单向阀14设置在第五切换阀30与第一主阀负载反馈油口之间。

在第一主阀进油油路11与T口之间连接有压力补偿阀17，压力补偿阀17的弹簧腔连接于第一反馈油路12，具体连接在第一单向阀14的出油端。

第一反馈油路12与T口之间连接有第一LS溢流阀15，第一LS溢流阀15的进油端连接于第一单向阀14的进油端；第二反馈油路22与T口之间连接有第二LS溢流阀25，第二LS溢流阀25的进油端连接于第二单向阀24的出油端。

第一反馈油路12与T口之间设置有第一节流阀16，第一节流阀16的进油端连接于第一单向阀14的出油端。第二反馈油路22与T口之间设置有第二节流阀26，第二节流阀26的进油端连接于第二单向阀24的出油端。P1口与T口之间连接有主安全阀51。

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，转向油缸88与流量放大阀87连接，优先阀85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100LS口和转向器的LS口与梭阀84的两进油端84连接，梭阀出油端与变量泵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81连接。Pi口和先导阀92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，P1口向第一主阀10输送的压力油不能通过第一主阀10输出；P2口向第二主阀20输送的压力油不能通过第二主阀20输出。由于第一主阀10和第二主阀20的先导油口没有先导压力油输入，第二切换阀42和第四切换阀45处于常态位，第一开关阀43的液控端通过第二切换阀42、第四切换阀45的常态位油路与T口导通，第一开关阀43在其弹簧腔弹簧弹力作用下处于常态位而导通，来自P1口的定量泵压力油经第一开关阀43、T口低压卸荷。由于第一主阀10和第二主阀20处于中位，其负载反馈油口没有负载压力输出，因此变量泵以最小流量工作状态工作。

2、装载机进行小开口单动作。在小开口动作下，先导手柄作轻微的摆动，先导阀输出压力较小的先导压力，该先导压力经第一梭阀13或第二梭阀23、再经第三梭阀41而作用于第二切换阀42的液控端，在小开口动作下作用在第二切换阀42的液控端的先导压力不能克服其弹簧腔内弹簧的弹力，因此第二切换阀42仍处于常态位。

进行小开口单动作时，先导阀输出的一路先导压力传递至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口有先导油压力输入为例说液压动作原理。

在a1口较小的先导压力作用下，该先导压力经第一梭阀13作用于第四切换阀45的液控端，使第四切换阀45换向至液控端控制位，第二主阀20的先导油口没有先导压力输入，第二梭阀23的出油端经第二主阀20的先导油口a2或b2、先导控制油路的回路与液压油箱连通，因此第一开关阀42的液控端经第二切换阀42的常态位油路、第四切换阀45常态位油路、第二梭阀23、a2口或b2口与液压油箱连通，第一开关阀43处于常态位，来自P1口的定量泵压力油经第一开关阀43、T口泄压。第五切换阀30也处于常态位，合流油路31和第一反馈油路12由第五切换阀30导通，来自P2口的变量泵压力油经合流油路31第一主阀进油油路11、第一主阀10的左位油路从工作油口A1口输出，驱动转斗油缸动作。从第一主阀10的负载反馈油口输出的负载压力经第一反馈油路12传递至LS口，使变量泵按照第一主阀的反馈压力按需提供所需流量。

通过设置第一单向阀14，并调定第一LS溢流阀15的压力低于第二LS溢流阀25压力。既可以实现第一主阀10工作时其负载压力由调定压力较低的第一LS溢流阀15进行控制，第二主阀20工作时其负载压力由于第一单向阀14的阻断，无法直接作用在第一LS溢流阀15的控制端，因此其负载压力由调定压力较高的第二LS溢流阀25控制，即实现两工作联负载分开独立控制。

通过以上方案可实现：小开口即工作口输出小流量，整机工作装置微动工况，与P1口连接的定量泵低压卸荷，工作口输出流量全部由与P2口连接的变量泵按需提供，且第一主阀10及第二主阀20的负载压力可以独立分开控制。其余先导油口b1、a2、b2输出同等先导压力时实施方案相同。

调定压力补偿阀17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17无流量通过溢流。

3、装载机进行大开口单动作。在大开口动作下，先导手柄作幅度较大的摆动，先导阀输出压力较大的先导压力，该先导压力经第一梭阀13或第二梭阀23、再经第三梭阀41而作用于第二切换阀42的液控端，在大开口动作下作用在第二切换阀42液控端的先导压力克服其弹簧腔内弹簧的弹力使其换向，因此第二切换阀42处于液控端控制位，第一开关阀43的液控端经第二切换阀42与第三切换阀44的第一油口连通。以下以a2口有先导油压力传入为例说液压动作原理。

a2口的先导压力使第二主阀20换向，来自P2口的变量泵压力油经第二主阀进油油路21、第二主阀20的左位油路从工作油口A2口输出，同时第二主阀20的负载反馈油口经第二反馈油路22将负载压力传递至LS口。

a2口的先导压力经第二梭阀23、第三梭阀41选择传递作用于第二切换阀42的液控端，第一开关阀43的液控端经第二切换阀42的液控端控制位油路与第三切换阀44的第一油口连通。

第一主阀10的先导油口没有先导压力输入，第四切换阀45处于常态，第五切换阀30的液控端经第四切换阀45的常态位油路与T口导通，第五切换阀30而处于常态位，其合流油路31和第一控制油路32导通。来自Pi口的外控压力经第三切换阀44的常态位油路(第一油口)、第二切换阀42的液控端控制位油路作用于第一开关阀43的液控端，使第一开关阀43处于截止位。来自P1口的定量泵油液经合流单向阀52、合流油路31流向第二主阀进油油路21，P1口和P2口合流向第二主阀20供油，变量泵则根据第二主阀20输出的LS信号调节流量，使合流后的流量满足动臂油缸动作所需。

LS口的负载压力经第一控制油路32传递至第三切换阀44的液控端，如果LS口压力高于第三切换阀44的控制压力，第三切换阀44在LS口压力的作用下换向至液控端控制位，第一开关阀43的液控端经第二切换阀42的液控端控制位油路、第三切换阀44液控端控制位油路与T口导通，第一开关阀43在其弹簧腔弹簧弹力的作用下换向至常态位，来自P1口的定量泵压力油经第一开关阀43向T口卸荷。第二主阀20的用油全部由来自P2口的变量泵压力油。

调定压力补偿阀17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17无流量通过其旁路溢流。负载独立控制原理与单动作小开口工况中所述一致。

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10的先导油口的先导压力经第一梭阀13作用于第四切换阀23的液控端，第四切换阀23换向处于液控端控制位。来自第二主阀20先导油口的压力油经第四切换阀23的液控端控制位油路作用于第五切换阀30的液控端，使流经第五切换阀30的合流油路31、第一反馈油路12和第一控制油路32均截止。来自P2口的变量泵压力油仅向第二主阀20供油，来自P1口的定量泵压力油经合流单向阀52向第一主阀10供油。第三切换阀44的液控端经第五切换阀30的液控端控制位油路与T口导通，第三切换阀44处于常态。若第二切换阀42液控端的先导压力不能克服弹簧腔弹簧的弹力，第二梭阀23出油端的先导压力经第四切换阀45的液控端控制位油路、第二切换阀42的常态位油路作用于第一开关阀的液控端，使第一开关阀43处于截止状态；若第二切换阀42液控端的先导压力克服弹簧腔弹簧的弹力而使第二切换阀42换向工作于液控端控制位，来自Pi口的外控压力经第三切换阀44的常态位油路、第二切换阀42的液控端控制位油路作用于第一开关阀43的液控端，使第一开关阀43处于截止状态。

第一主阀10工作油口A1口的输出流量由压力补偿阀17的控制压差及第一主阀10的开度面积决定，所需流量仅由与P1口连接的定量泵提供，定量泵输出的额外流量从压力补偿阀卸荷，负载压力由第一LS溢流阀进行控制。

第二主阀20的工作油口A2口的输出流量由变量泵的控制压差及第二主阀的开口面积决定，所需流量仅由与口P2口连接的变量泵提供，负载压力由第二LS溢流阀进行控制，通过以上方案两工作联具备复合动作功能且可实现负载及流量均为独立控制。

Claims (9)

1.一种主控阀，包括先导液控闭中位的第一主阀（10）和第二主阀（20）、Pi口、P1口、P2口、LS口、T口，第二主阀负载反馈油口经第二反馈油路（22）与LS口连接；其特征在于：

P1口经合流单向阀（52）与第一主阀进油油路（11）连接，P2口与第二主阀进油油路（21）连接；

所述第一主阀的两先导液控端与第一梭阀（13）的两进油端连接；所述第二主阀的两先导液控端与第二梭阀（23）的两进油端连接；第一梭阀（13）和第二梭阀（23）的出油端分别与第三梭阀（41）的两进油端连接，第三梭阀（41）的出油端与第二切换阀（42）的液控端连接；

常态为导通的液控第一开关阀（43）连接在P1口与T口之间；

P2口至第一主阀进油油路的合流油路（31）、第一主阀负载反馈油口至LS口的第一反馈油路（12）、LS口至第三切换阀液控端的第一控制油路（32）均流经两位七通的第五切换阀（30）；

所述第五切换阀（30）为常态时合流油路（31）、第一反馈油路（12）和第一控制油路（32）均导通；液控端控制换向时合流油路（31）、第一反馈油路（12）和第一控制油路（32）均截止且第三切换阀（44）液控端经第五切换阀（30）的液控端控制位油路与T口导通；

第四切换阀（45）为两位三通阀，其液控端连接于第一梭阀的出油端，其处于常态时第五切换阀（30）的液控端经第四切换阀常态位油路与T口连通；当第四切换阀（45）的液控端有先导压力油输入时，第五切换阀（30）的液控端经第四切换阀（45）的液控端控制位油路与第二梭阀出油端连通；

第二切换阀（42）为两位三通阀，处于常态时第一开关阀（43）的液控端经第二切换阀（42）的常态位油路与第五切换阀（30）的液控端连通，第二切换阀处于液控端控制位时第一开关阀的液控端经第二切换阀的液控端控制位油路与第三切换阀的第一油口连通；

第三切换阀（44）为两位三通阀，常态时Pi口经第三切换阀的常态位油路与第一油口导通，第三切换阀处于液控端控制位时第一油口经第三切换阀液控端控制位油路与T口导通。

2.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（11）与T口之间连接有压力补偿阀（17），所述压力补偿阀的弹簧腔连接于第一反馈油路（12）。

3.根据权利要求2所述的主控阀，其特征在于所述第一反馈油路（12）上设置有第一单向阀（14），第二反馈油路（22）设置有第二单向阀（24），第一单向阀（14）设置在第五切换阀（30）与第一主阀负载反馈油口之间。

4.根据权利要求3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（15），第一LS溢流阀的进油端连接于第一单向阀（14）的进油端；所述第二反馈油路（22）与T口之间连接有第二LS溢流阀（25），第二LS溢流阀的进油端连接于第二单向阀（24）的出油端。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的主控阀，其特征在于第一反馈油路（12）和第二反馈油路（22）与T口之间均设置有节流阀（16、26）。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的主控阀，其特征在于P1口与T口之间连接有主安全阀（51）。

7.一种定变量液压系统，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6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。

8.根据权利要求7所述的变量液压系统，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。

9.一种装载机，其特征在于具有权利要求7至8中任一项所述的定变量液压系统。

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