CN117489652A - 具有压力补偿功能的开闭组合式液压系统 - Google Patents

Abstract

一种具有压力补偿功能的开闭组合式液压系统适用于具有卷扬系统的工程机械。所述液压系统具有：卷扬上升模式，其中，第一主卷阀和第二主卷阀处在各自的第一阀位，第一泵和第二泵都以泵工况运转，卷扬马达以马达工况运转，第一泵与马达之间形成开式回路，第二泵与马达之间也形成开式回路；卷扬下放模式，其中，第一主卷阀和第二主卷阀处在各自的第二阀位，第一泵以泵工况运转，第二泵以马达工况运转，卷扬马达以泵工况运转，第一泵、第二泵与马达之间形成闭式回路。

Description

具有压力补偿功能的开闭组合式液压系统

技术领域

本申请涉及一种用于具有卷扬系统的工程机械的组合式液压系统，能够在开环液压线路与闭环线路之间切换，且具有压力补偿功能。

背景技术

在诸如旋挖钻机等具有卷扬系统的工程机械中，通常采用闭式液压系统驱动主卷升降负载。在卷扬下放负载时，可以利用闭式液压系统回收卷扬下放产生的能量。然而，回收下放能量需要增加闭式液压系统相关的硬件，导致成本增加。根据现有技术，提出过利用两个泵来驱动卷扬马达的方案。当卷扬下降时，其中一个泵给卷扬马达供油，马达流出的高压油流入同轴的另一个泵使其以马达工况运转而回收负载势能。这类方案通常液压管路复杂。

发明内容

本申请的目的是提供一种用于工程机械的具有压力补偿功能组合式液压系统，能够以简单的结构实现开环液压线路与闭环线路之间灵活地切换。

为此，本申请在其一个方面提供了一种具有压力补偿功能的开闭组合式液压系统，适用于具有卷扬系统的工程机械，尤其是旋挖钻机等，所述液压系统包括：

卷扬马达，其高压端口连接着高压油路、低压端口连接着低压油路；

第一泵和第二泵，第一泵的输入端口连接到油箱，第二泵为能够以泵工况和马达工况运转的二象限泵，第二泵的第一端口连接到第一泵的输入端口；

配备有第一主卷压力补偿阀的第一主卷阀，其布置在第一泵的输出端口与所述高压油路和低压油路之间，并且在第一阀位借助于第一主卷压力补偿阀将第一泵的输出端口与高压油路连通、以及将低压油路与油箱连通，在第二阀位借助第一主卷压力补偿阀将第一泵的输出端口与低压油路连通；

配备有第二主卷压力补偿阀的第二主卷阀，其布置在第二泵的第二端口与所述高压油路和低压油路之间，并且在第一阀位借助第二主卷压力补偿阀将第二泵的第二端口与高压油路连通、以及将低压油路与油箱连通，在第二阀位将第二泵的第二端口与高压油路连通；

其中，所述液压系统具有：

卷扬上升模式，其中，第一主卷阀和第二主卷阀处在各自的第一阀位，第一泵和第二泵都以泵工况运转，卷扬马达以马达工况运转，第一泵与马达之间形成开式回路，第二泵与马达之间也形成开式回路；

卷扬下放模式，其中，第一主卷阀和第二主卷阀处在各自的第二阀位，第一泵以泵工况运转，第二泵以马达工况运转，卷扬马达以泵工况运转，第一泵、第二泵与马达之间形成闭式回路。

在一种实施方式中，所述开闭组合式液压系统还包括：

设置在高压油路中的单向阀，其定向为允许高压油路中的液压油朝向卷扬马达流动、禁止反向流动；

与单向阀并行设置的平衡阀，其两个油口分别在单向阀的上游和下游连接到高压油路；在平衡阀的原位，两个油口之间被截断；在平衡阀的工作阀位，两个油口之间连通；

其中，在所述卷扬上升模式中，平衡阀处在其原位，在所述卷扬下放模式中，平衡阀处在其工作阀位。

在一种实施方式中，所述平衡阀处在其工作阀位时，两个油口之间无节流地连通。

在一种实施方式中，所述平衡阀的阀位由控制端油压控制，所述控制端油压取自低压油路。

在一种实施方式中，所述开闭组合式液压系统还包括：

第一液压执行器；

配备有第一主阀压力补偿阀的第一主阀，其配置成借助第一主阀压力补偿阀控制第一泵的输出端口与所述第一液压执行器之间的通断。

在一种实施方式中，第一主卷压力补偿阀和第一主阀压力补偿阀二者的第一控制端压力取自第一泵的输出压力，第二控制端压力取自公共的第一负载感测油路。

在一种实施方式中，所述开闭组合式液压系统还包括：

第二液压执行器；

配备有第二主阀压力补偿阀的第二主阀，其配置成借助第二主阀压力补偿阀控制第二泵的第二端口与所述第二液压执行器之间的通断。

在一种实施方式中，第二主卷压力补偿阀和第二主阀压力补偿阀二者的第一控制端压力取自第二泵的输出压力，第二控制端压力取自公共的第二负载感测油路。

在一种实施方式中，所述液压系统具有第一卷扬下放复合模式，其中，第一主卷阀和第二主卷阀处在各自的第二阀位，第一泵以泵工况运转，第二泵以马达工况运转，卷扬马达以泵工况运转，第二泵的第二端口通过所述第二主阀与第二液压执行器连通，由此也将高压油路与第二液压执行器连通，由卷扬马达回流的液压油的一部分驱动第二泵、另一部分驱动第二液压执行器。

在一种实施方式中，所述液压系统具有第二卷扬下放复合模式，其中，第一主卷阀和第二主卷阀处在各自的第二阀位，第一泵以泵工况运转，第二泵以泵工况运转，卷扬马达以泵工况运转，第二泵的第二端口通过所述第二主阀与第二液压执行器连通，由此也将高压油路与第二液压执行器连通，由卷扬马达回流的液压油以及第二泵输出的液压油联合驱动第二液压执行器。

根据本申请，在开闭组合式液压系统中，两个工作泵之一采用二象限泵，液压系统能够在开环液压线路与闭环线路之间灵活地切换，从而既能够实现以开式液压线路双泵驱动卷扬上升，又能实现在闭式卷扬下放中充分回收负载的重力势能。同时，该液压系统具有压力补偿功能，在复合动作中实现与负载大小无关的各路独立流量分配，有助于简化控制逻辑。

附图说明

本申请的前述和其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解和了解，其中：

图1是根据本申请的开闭组合式液压系统的总体结构图；

图2是图1中的液压系统中使用的控制主阀的油口设置的示意图；

图3是图1中的液压系统中使用的压力补偿阀的油口设置的示意图；

图4是图1中的液压系统的一种示例性实施方式的液压原理图；

图5是图4中的液压系统的卷扬上升模式的示意图；

图6是图4中的液压系统的卷扬上升复合模式的示意图；

图7是图4中的液压系统的卷扬下放模式的示意图；

图8是图4中的液压系统的卷扬下放复合模式之一的示意图；

图9是图4中的液压系统的卷扬下放复合模式之二的示意图。

具体实施方式

本申请总体上涉及一种用于具有卷扬系统的工程机械(诸如旋挖钻机)的液压系统。

适于采用本申请方案的液压系统的总体布局如图1示意性表示。该液压系统由作为工程机械的动力源的发动机E提供动力，由此来驱动工程机械的各工作装置。

液压系统包括由发动机E驱动的第一泵(主泵)P1、第二泵(辅助泵)P2、第三泵P3。这三个泵可以同轴设置且相互连接，并且与发动机E的输出端运动学连接，例如通过未示出的分动箱。或者，这三个泵可以各自通过减速机构与发动机E的输出端运动学连接。

第一泵P1、第二泵P2主要用于参与卷扬马达(主卷马达)M的驱动。第三泵P3用于卷扬系统的其它功能。

第一泵P1为单向变量泵，例如电比例可调型变量泵。

第二泵P2为二象限泵(过中心泵)。如本领域中所指，液压泵基于运转时承受的压力和流动方向可以具有四象限特性。本申请采用的第二泵P2具有下面两个象限特性：第一象限，正排量(正摆角)，第二泵P2正常工作用作液压泵；第二象限，负排量(负摆角)，第二泵P2用作马达而将液压能转换为机械能。第二泵P2也是变量泵，例如电比例可调型变量泵。

卷扬马达M为变量马达，具有高压端口和低压端口。

第一泵P1的输入端口连接到油箱，第二泵P2的输入端口与第一泵P1的输入端口相连。

第一泵P1的输出端口一方面连接到配备压力补偿阀(第一主卷压力补偿阀)Vh1的第一主卷阀Vm1，另一方面连接到配备压力补偿阀(第一主阀压力补偿阀)Vf1的第一主阀Vc1。第二泵P2的输出端口一方面连接到配备压力补偿阀(第二主卷压力补偿阀)Vh2的第二主卷阀Vm2，另一方面连接到配备压力补偿阀(第二主阀压力补偿阀)Vf2的第二主阀Vc2。

第一主阀Vc1的工作油口连接到工程机械的未示出的第一液压执行器，用于向第一液压执行器供应液压油。第二主阀Vc2的工作油口连接到工程机械的未示出的第二液压执行器，用于向第二液压执行器供应液压油。

第一主卷阀Vm1的第一工作油口连接到卷扬马达M的高压端口、第二工作油口连接到卷扬马达M的低压端口，第二主卷阀Vm2的第一工作油口也连接到卷扬马达M的高压端口、第二工作油口也连接到卷扬马达M的低压端口。

液压系统至少能够实现下面多种操作模式：

卷扬上升模式，其中，第一泵P1、第二泵P2参与卷扬马达M的驱动，实现卷扬上升；

卷扬上升复合模式，其中，第一泵P1、第二泵P2参与卷扬马达M的驱动，并且第一泵P1、第二泵P2还分别参与第一和第二液压执行器的驱动，实现卷扬上升加其它动作的复合动作；

卷扬下放模式，其中，第一泵P1处在泵工况，第二泵P2处在马达工况，负载拖动卷扬马达M使其处在泵工况，实现卷扬下放；

卷扬下放复合模式，其中，第一泵P1处在泵工况，第二泵P2基于需求流量处在马达工况或泵工况，负载拖动卷扬马达M使其处在泵工况，实现卷扬下放加其它动作的复合动作。

在各复合模式中，压力补偿阀Vf1和Vh1的阀位取决于来自第一液压执行器和卷扬马达M的最大负载压力，由此构成一个LUDV(负载独立流量分配)系统，使得供应给第一液压执行器和卷扬马达M的流量分别只与第一主阀Vc1和第一主卷阀Vm1的阀口面积相关、而与各自负载大小无关，实现两路独立流量分配。另一方面，压力补偿阀Vf2和Vh2的阀位取决于来自第二液压执行器和卷扬马达M的最大负载压力，由此也构成一个LUDV系统，使得供应给第二液压执行器和卷扬马达M的流量分别只与第二主阀Vc2和第二主卷阀Vm2的阀口面积相关、而与各自负载大小无关，实现两路独立流量分配。

在示例性实施方式中，液压系统中使用的各个控制主阀(第一主卷阀Vm1、第一主阀Vc1、第二主卷阀Vm2、第二主阀Vc2)是先导油压控制的，采用三位七通阀的形式。图2中以第一主卷阀Vm1为例示出了其各个油口：P口(进油口)、A口(第一工作油口)、B口(第二工作油口)、C口(阀位油口)、D口(第一中间油口)、E口(第二中间油口)、T口(泄油口)。其它控制主阀也同样设置这七个油口。在后面的图4-图9中，限于图面空间有限，不再标出这些油口字母。此外，各控制主阀分别具有三个阀位：中立阀位，第一阀位，第二阀位。

回到图2，在中立阀位，第一主卷阀Vm1的各油口之间都被截断。在第一阀位，其P口与C口连通(带节流作用)，D口与A口连通(无节流作用)，B口与T口连通(无节流作用)，E口被截断。在第二阀位，P口与C口连通(带节流作用)，E口与B口连通(无节流作用)，D口、A口、T口都被截断。

虽然未单独展示，但结合图4-图9可以看到其它控制主阀的各阀位连通情况。在中立阀位和第一阀位，第一主阀Vc1、第二主卷阀Vm2、第二主阀Vc2的各油口之间的连通关系与前面描述的第一主卷阀Vm1相同。

在第二阀位，第二主卷阀Vm2的E口与P口连通(带节流作用)，A口与D口连通(无节流作用)，C口、B口、T口都被截断。

在第二阀位，第一主阀Vc1、第二主阀Vc2都是P口与C口连通(带节流作用)，A口与T口连通(无节流作用)，E口与B口连通(无节流作用)，D口被截断。

此外，在示例性实施方式中，液压系统中使用的各个压力补偿阀是液控制的，采用三位三通阀的形式。图3中以压力补偿阀Vh1为例示出了其各个油口：S口(进油口)、U口(出油口)、V口(分流口)。压力补偿阀Vh1具有三个阀位：关闭阀位，第一阀位(常态工作阀位)，第二阀位(过渡阀位)。

在关闭阀位，压力补偿阀Vh1的S口、U口、V口之间都被截断。在第一阀位，S口与U口连通(无节流作用)、且与V口连通(带节流作用)。在第二阀位，其S口与U口连通(带节流作用)，V口被截断。

其余压力补偿阀Vh2、Vf1、Vf2具有与压力补偿阀Vh1相同的油口和阀位、及各阀位下的油口连通关系。

图1所示的液压系统的一种示例性实施方式的液压原理图见于图4。

参看图4，为第一泵P1设置第一阀块Vb1，相应的第一主卷阀Vm1及其压力补偿阀Vh1、第一主阀Vc1及其压力补偿阀Vf1设置在第一阀块Vb1中，这些阀的阀芯组装在第一阀块Vb1的阀体中，并且第一阀块Vb1的阀体中为这些阀的阀芯设有可调的双向行程限位结构。第一阀块Vb1中形成第一压力油路Lp1、第一负载感测油路Lc1、第一回流油路Lr1。

为第二泵P2设置第二阀块Vb2，相应的第二主卷阀Vm2及其压力补偿阀Vh2、第二主阀Vc2及其压力补偿阀Vf2设置在第二阀块Vb2中，这些阀的阀芯组装在第二阀块Vb2的阀体中，并且第二阀块Vb2的阀体中为这些阀的阀芯设有可调的双向行程限位结构。第二阀块Vb2中形成第二压力油路Lp2、第二负载感测油路Lc2、第二回流油路Lr2。

第一泵P1的输出端口连接到第一压力油路Lp1。第二泵P2的输入端口(即第二泵P2的液压泵工况时的输入端口，也可称作第二泵P2的第一端口)通过双向油路Lp3与第一泵P1的输入端口相连(也就因此与油箱连接)，第二泵P2的输出端口(即第二泵P2的液压泵工况时的输出端口，也可称作第二泵P2的第二端口)连接到第二压力油路Lp2。

第一回流油路Lr1、第二回流油路Lr2都通向油箱。

卷扬马达M的高压端口连接到高压油路La、低压端口连接到低压油路Lb。

在高压油路La中，设有单向阀(高压侧单向阀)V1，单向阀V1定向为允许高压油路La中的液压油朝向马达M的高压端口流动，不允许反向流动。

与单向阀V1并行设置平衡阀V2。该平衡阀V2具有至少两个阀位和至少两个油口。两个油口分别在单向阀V1的上游和下游连接到高压油路La。在平衡阀V2常态下的原位，两个油口之间被截断；在受控作动后达到的工作阀位，两个油口之间连通。在工作阀位，平衡阀V2优选畅通无节流地连通。在原位与工作阀位之间，平衡阀V2的阀口面积取决于其阀芯的具体位置。平衡阀V2的阀位可以由控制端油压控制。平衡阀V2的控制端油压可以如图中所示由控制油路Lv引自低压油路Lb，即控制油路Lv一端连接到低压油路Lb、另一端连接到平衡阀V2的控制端。或者，平衡阀V2的控制端油压可以取自额外设置的先导油压。或者，平衡阀V2的阀位可以是电控的。

控制油路Lv中设置并联的双路阀组件V3，双路阀组件V3的每个支路中设置单向阀和节流器，两个支路中的单向阀定向相反。

此外，靠近马达M，高压油路La和低压油路Lb分别连接有防液压冲击的溢流阀(未示出)以及防吸空的单向阀(未示出)。

在第一阀块Vb1中第一主卷阀Vm1的各油口的连接如下：P口连接到第一压力油路Lp1；A口和B口分别连接到第一阀块Vb1的阀体表面端口A1、B1，端口A1、B1分别通过分支油路L1a、L1b连接到高压油路La和低压油路Lb；C口连接到压力补偿阀Vh1的S口和第一控制端；D口经单向阀连接到压力补偿阀Vh1的U口，单向阀定向为允许液压油由该U口向D口流动、禁止反向流动；E口经单向阀连接到压力补偿阀Vh1的U口，单向阀定向为允许液压油由该U口向E口流动、禁止反向流动；T口连接到第一回流油路Lr1。

第一主卷阀Vm1的第一控制端经单向节流阀Vg1(由单向阀和节流阀并联而成)连接到第一阀块Vb1的阀体表面的先导端口Xf1，第二控制端经单向节流阀Vk1连接到第一阀块Vb1的阀体表面的先导端口Xc1。先导端口Xf1、Xc1上分别连接相应的先导阀(未示出)，用于向第一主卷阀Vm1的两侧控制端提供先导压。

压力补偿阀Vh1的V口和第二控制端都连接着第一负载感测油路Lc1。

在第一主卷阀Vm1的A口与端口A1之间的油路与第一回流油路Lr1之间设置溢流阀Vi1，B口与端口B1之间的油路与第一回流油路Lr1之间设置溢流阀Vj1。

在第一阀块Vb1中第一主阀Vc1的各油口的连接如下：P口连接到第一压力油路Lp1；A口和B口分别连接到第一阀块Vb1的阀体表面端口Xa1、Xb1，端口Xa1、Xb1分别通向第一液压执行器；C口连接到压力补偿阀Vf1的S口和第一控制端；D口经单向阀连接到压力补偿阀Vf1的U口，单向阀定向为允许液压油由该U口向D口流动、禁止反向流动；E口经单向阀连接到压力补偿阀Vf1的U口，单向阀定向为允许液压油由该U口向E口流动、禁止反向流动；T口连接到第一回流油路Lr1。

第一主阀Vc1的第一控制端经单向节流阀Ve1连接到第一阀块Vb1的阀体表面的先导端口Xe1，第二控制端经单向节流阀Vn1连接到第一阀块Vb1的阀体表面的先导端口Xd1。先导端口Xe1、Xn1上分别连接相应的先导阀(未示出)，用于向第一主阀Vc1的两侧控制端提供先导压。

压力补偿阀Vf1的V口一方面连接着第一负载感测油路Lc1，另一方面连接着压力补偿阀Vf1的第二控制端。

在第一主阀Vc1的A口与端口Xa1之间的油路与第一回流油路Lr1之间设置溢流阀Vl1，在B口与端口Xb1之间的油路与第一回流油路Lr1之间设置溢流阀Vm1。

如果第一泵P1除了向马达M和第一液压执行器之外的其它液压执行器供应液压油，则第一阀块Vb1中可以添加其它控制主阀和相应的压力补偿阀等。

在第一泵P1参与复合动作的驱动时，第一负载感测油路Lc1中的压力为第一泵P1承受的各负载中的最大负载压力。压力补偿阀Vh1、Vf1的第一控制端的控制油压取自第一主卷阀Vm1的C口，第二控制端的控制油压取自第一负载感测油路Lc1。

在第二阀块Vb2中第二主卷阀Vm2的各油口的连接如下：P口连接到第二压力油路Lp2；A口和B口分别连接到第二阀块Vb2的阀体表面端口A2、B2，端口A2、B2分别通过分支油路L2a、L2b连接到高压油路La和低压油路Lb；C口连接到压力补偿阀Vh2的S口和第一控制端；D口直通连接到压力补偿阀Vh2的U口；E口经单向阀连接到压力补偿阀Vh2的U口，单向阀定向为允许液压油由该U口向E口流动、禁止反向流动；T口连接到第二回流油路Lr2。可以看到，第二主卷阀Vm2的D口与E口之间实际上存在直接连通的油路，该油路中设置允许液压油从D口向E口流动、禁止反向流动的单向阀。这个油路的作用将在后面参照图7-图9描述的操作中体现出来。

第二主卷阀Vm2的第一控制端经单向节流阀Vg2连接到第二阀块Vb2的阀体表面的先导端口Xf2，第二控制端经单向节流阀Vk2连接到第二阀块Vb2的阀体表面的先导端口Xc2。先导端口Xf2、Xc2上分别连接相应的先导阀(未示出)，用于向第二主卷阀Vm2的两侧控制端提供先导压。

压力补偿阀Vh2的V口一方面连接着第二负载感测油路Lc2，另一方面连接着压力补偿阀Vh2的第二控制端。

在第二主卷阀Vm2的A口与端口A2之间的油路与第二回流油路Lr2之间设置溢流阀Vi2，B口与端口B2之间的油路与第二回流油路Lr2之间设置溢流阀Vj2。

在第二阀块Vb2中第二主阀Vc2的各油口的连接如下：P口连接到第二压力油路Lp2；A口和B口分别连接到第二阀块Vb2的阀体表面端口Xa2、Xb2，端口Xa2、Xb2分别通向第二液压执行器；C口连接到压力补偿阀Vf2的S口和第一控制端；D口经单向阀连接到压力补偿阀Vf2的U口，单向阀定向为允许液压油由该U口向D口流动、禁止反向流动；E口经单向阀连接到压力补偿阀Vf2的U口，单向阀定向为允许液压油由该U口向E口流动、禁止反向流动；T口连接到第二回流油路Lr2。

第二主阀Vc2的第一控制端经单向节流阀Ve2连接到第二阀块Vb2的阀体表面的先导端口Xe2，第二控制端经单向节流阀Vn2连接到第二阀块Vb2的阀体表面的先导端口Xd2。先导端口Xe2、Xn2上分别连接相应的先导阀(未示出)，用于向第二主阀Vc2的两侧控制端提供先导压。

压力补偿阀Vf2的V口和第二控制端都连接着第二负载感测油路Lc2。

在第二主阀Vc2的A口与端口Xa2之间的油路与第二回流油路Lr2之间设置溢流阀Vl2，在B口与端口Xb2之间的油路与第二回流油路Lr2之间设置溢流阀Vm2。

如果第二泵P2除了向马达M和第二液压执行器之外的其它液压执行器供应液压油，则第二阀块Vb2中可以添加其它控制主阀和相应的压力补偿阀等。

在第二泵P2参与复合动作的驱动时，第二负载感测油路Lc2中的压力为第二泵P2承受的各负载中的最大负载压力。压力补偿阀Vh2、Vf2的第一控制端的控制油压分别取自第二主卷阀Vm2和第二主阀Vc2的C口，第二控制端的控制油压取自第二负载感测油路Lc2。

本领域技术人员可以理解，第一主卷阀Vm1、第二主卷阀Vm2、第一主阀Vc1、第二主阀Vc2的阀位和油口数量、各阀位下油口通断关系不一定局限于上述形式，只要能够实现后面描述的用于控制相应油路之间连通和断开的功能即可。

下面描述图1、图4所示液压系统的各种操作模式。

首先参照图5描述该液压系统的卷扬上升模式，其中，第一泵P1、第二泵P2运转而参与卷扬马达M的驱动，实现卷扬上升。

具体地讲，第一主阀Vc1、第二主阀Vc2处在中位，因此不分流第一泵P1、第二泵P2的输出流量。

平衡阀V2处在原位，其两个油口之间断开。

第一泵P1、第二泵P2都处在泵工况，由油箱抽取液压油，二者输出的液压油分别进入第一压力油路Lp1和第二压力油路Lp2中。

第一主卷阀Vm1处在第一阀位(开式系统阀位)，使得其P口与C口连通，D口与A口连通，B口与T口连通。第一泵P1输出到第一压力油路Lp1的液压油经第一主卷阀Vm1的P口和C口传递到压力补偿阀Vh1的S口和第一控制端，该第一控制端受到的油压将压力补偿阀Vh1推入其第一阀位，使得压力补偿阀Vh1的S口与U口无节流地连通、且与V口节流连通。液压油经压力补偿阀Vh1的S口、U口流到第一主卷阀Vm1的D口，然后经第一主卷阀Vm1的A口流到端口A1，由端口A1经分支油路L1a传输到高压油路La中。

第二主卷阀Vm2处在第一阀位(开式系统阀位)，使得其P口与C口连通，D口与A口连通，B口与T口连通。第二泵P2输出到第二压力油路Lp2的液压油经第二主卷阀Vm2的P口和C口传递到压力补偿阀Vh2的S口和第一控制端，该第一控制端受到的油压将压力补偿阀Vh2推入其第一阀位，使得压力补偿阀Vh2的S口与U口无节流地连通、且与V口节流连通。液压油经压力补偿阀Vh2的S口、U口流到第二主卷阀Vm2的D口，然后经第二主卷阀Vm2的A口流到端口A2，由端口A2经分支油路L2a传输到高压油路La，与第一泵P1输出的液压油汇合，一起流经单向阀V1进入马达M的高压端口，推动马达M旋转。

然后，做功后的低压液压油由马达M的低压端口经低压油路Lb输出，然后分支到分支油路L1b、L2b中。进入分支油路L1b的液压油经端口B1流到第一主卷阀Vm1的B口，然后经第一主卷阀Vm1的T口流入第一回流油路Lr1，返回油箱。进入分支油路L2b的液压油经端口B2流到第二主卷阀Vm2的B口，然后经第二主卷阀Vm2的T口流入第二回流油路Lr2，返回油箱。

这样，在卷扬上升模式中，液压系统处在开式系统状态，第一泵P1、第二泵P2同时参与卷扬马达M的驱动。液压系统中液压油的流动方向如各箭头所示。第一主卷阀Vm1、第二主卷阀Vm2各自的阀口全开，通过控制第一泵P1、第二泵P2的输出流量来控制去往马达M的流量。

在上面描述的卷扬上升模式中，如果仅第一泵P1就能满足卷扬上升中需要的动力和速度，同时高压油路La代表的液压系统高压侧的压力不高(低于设定的高压侧压力限制)，则可以仅启用第一泵P1，其中第一主卷阀Vm1处在第一阀位；而第二泵P2保持停止，第二主卷阀Vm2处在中位。此时的液压系统也处在开式系统状态，仅第一泵P1参与马达M的驱动。

接下来参照图6描述该液压系统的卷扬上升复合模式，其中，第一泵P1、第二泵P2联合参与卷扬马达M的驱动，实现卷扬上升，并且同时第一泵P1、第二泵P2还分别参与第一和第二液压执行器的驱动。

具体地讲，平衡阀V2处在原位，其两个油口之间断开。第一泵P1、第二泵P2都处在泵工况。第一主卷阀Vm1、第二主卷阀Vm2处在各自的第一阀位(开式系统阀位)，使得第一泵P1、第二泵P2输出的液压油的一部分进入马达M，由马达M排出的液压油返回油箱。由此，实现卷扬上升操作。这部分内容与前面参照图5所描述的相同，不再重复描述。

同时，第一主阀Vc1处在其第一或第二阀位(取决于第一液压执行器的动作要求)，因此第一泵P1输出的液压油的一部分被传输到第一主阀Vc1的P口，然后经C口传递到压力补偿阀Vf1的S口和第一控制端，该第一控制端受到的油压将压力补偿阀Vf1推入其第一阀位，使得压力补偿阀Vf1的S口与U口无节流地连通、且与V口节流连通。液压油经压力补偿阀Vh1的S口、U口流到第一主阀Vc1的D口或E口，然后经第一主阀Vc1的A口或B口流到端口Xa1或Xb1，以便向第一液压执行器供应。在第一液压执行器中做功后的液压油回到端口Xb1或Xa1，由端口Xb1或Xa1经第一回流油路Lr1返回油箱。

压力补偿阀Vf1可以通过阀位切换来调节第一主阀Vc1的C口压力，使其等于第一负载感测油路Lc1中的压力(负载压力)加上压力补偿阀Vf1的弹簧等效压力，压力补偿阀Vh1可以通过阀位切换来调节第一主卷阀Vm1的C口压力，使其等于第一负载感测油路Lc1中的压力(负载压力)加上压力补偿阀Vh1的弹簧等效压力，从而来保证第一阀块Vb1中的各控制主阀之间的流量根据主阀芯的开口面积来进行分配。

第二主阀Vc2处在其第一或第二阀位(取决于第一液压执行器的动作要求)，以将第一泵P1输出的液压油的一部分供应给第二液压执行器，类似于上面针对第一泵P1经第一主阀Vc1向第一液压执行器供应液压油，这里不再重复描述。压力补偿阀Vf2、Vh2可以通过阀位切换来调节第二主阀Vc2和第二主卷阀Vm2各自的C口压力，从而来保证第二阀块Vb2中的各控制主阀之间的流量根据主阀芯的开口面积来进行分配。

此时液压系统处在开式系统状态，第一泵P1、第二泵P2同时参与卷扬马达M的驱动。同时，第一泵参与第一液压执行器的驱动，第二泵参与第二液压执行器的驱动。液压系统中液压油的流动方向如各箭头所示。第一主卷阀Vm1、第二主卷阀Vm2、第一主阀Vc1、第二主阀Vc2各自的阀口面积通过电比例控制，以实现第一泵P1的输出流量在马达M与第一液压执行器之间的分配、第二泵P2的输出流量在马达M与第二液压执行器之间的分配。

在上面描述的卷扬上升复合模式中，如果仅第一泵P1就能满足卷扬上升中需要的动力和速度，同时高压油路La代表的液压系统高压侧的压力不高(低于设定的高压侧压力限制)，则可以将第一主卷阀Vm1置于第一阀位，第二主卷阀Vm2置于中位，从而仅利用第一泵P1参与马达M的驱动。

在卷扬上升复合模式中，第一负载感测油路Lc1中的压力为第一泵P1承受的来自马达M和第一液压执行器的最大负载压力，因此压力补偿阀Vh1、Vf1的第二控制端压力为最大负载压力，使得流经第一主卷阀Vm1和第一主阀Vc1的流量只取决于二者各自的阀口面积，与马达M和第一液压执行器的实际负载压力无关，实现了这两路的负载独立流量分配。

同样，第二负载感测油路Lc2中的压力为第二泵P2承受的来自马达M和第二液压执行器的最大负载压力，因此压力补偿阀Vh2、Vf2的第二控制端压力为最大负载压力，使得流经第二主卷阀Vm2和第二主阀Vc2的流量只取决于二者各自的阀口面积，与马达M和第二液压执行器的实际负载压力无关，实现了这两路的负载独立流量分配。

进一步地，通过对每个控制主阀的流量Q(阀口面积A)进行控制，基于流量公式(Q～A*ΔP^1/2)，容易实现控制主阀的阀芯上的压差ΔP的控制。

此外，在上面描述的卷扬上升复合模式中，如果在卷扬上升操作中，第一液压执行器和第二液压执行器中仅有一个需要同时动作，另一个不需要动作，则可以将不需要动作的那个液压执行器对应的主阀置于中位，以切断液压油向这个液压执行器的供应。由此，在卷扬上升的同时，实现第一和第二液压执行器之一的动作。

接下来参照图7描述该液压系统的卷扬下放模式，其中，第一泵P1工作在正排量位置，第二泵P2工作在负排量位置(马达工况)，负载拖动卷扬马达M使其处在泵工况。

第一主卷阀Vm1处在其第二阀位(闭式系统阀位)，使得其P口与C口连通，E口与B口连通，D口、A口、T口都被截断。第一泵P1输出到第一压力油路Lp1的液压油经第一主卷阀Vm1的P口和C口传递到压力补偿阀Vh1的S口和第一控制端，该第一控制端受到的油压将压力补偿阀Vh1推入其第一阀位，使得压力补偿阀Vh1的S口与U口无节流地连通、且与V口节流连通。液压油经压力补偿阀Vh1的S口、U口流到第一主卷阀Vm1的E口，然后经第一主卷阀Vm1的B口流到端口B1，由端口B1经分支油路L1b传输到低压油路Lb中，由低压端口进入马达M(泵工况)中。同时，低压油路Lb中的液压油压力通过控制油路Lv(经双路阀组件V3)传递到平衡阀V2的控制端，使平衡阀V2切换到工作阀位，使其两个油口之间连通(优选无节流地连通)。

负载下降拖动卷扬马达M，由马达M(泵工况)的高压端口输出的高压液压油进入高压油路La中。然后，经平衡阀V2(越过单向阀V1)进入分支油路L2a。

第二主卷阀Vm2处在其第二阀位(闭式系统阀位)，使得其E口与P口节流连通，A口与D口无节流地连通，C口、B口、T口都被截断。分支油路L2a中的液压油经端口A2传输到第二主卷阀Vm2的A口，再离开第二主卷阀Vm2的D口，经D口与E口之间带单向阀的油路由E口进入第二主卷阀Vm2，然后由第二主卷阀Vm2的P口进入第二压力油路Lp2。第二压力油路Lp2中的高压液压油进入第二泵P2，驱动处在马达工况的第二泵P2做功(吸收负载势能)。第二泵P2向发动机E连接的轴输出扭矩，驱动第一泵P1以及其它附件，实现负载势能的回收。液压油离开第二泵P2后，经双向油路Lp3流到第一泵P1的输入端口中并且进入第一泵P1。

第一主卷阀Vm1的A口和第二主卷阀Vm2的B口都处在截断状态，因此分支油路L1a、L2b中没有液压油流动。

由此，实现了液压油在第一泵P1、马达M、第二泵P2之间的闭式循环。此时第一泵P1、马达M、第二泵P2之间的液压回路处在闭式状态，实现负载下放操作。通过调节卷扬马达M、第一泵P1以及第二泵P2的排量，使得卷扬马达M达到第一泵P1和第二泵P2联合参与驱动卷扬马达M时的速度。

接下来参照图8描述该液压系统的卷扬下放复合模式(一)，其中，第一泵P1工作在正排量位置，第二泵P2工作在负排量位置(马达工况)，负载拖动卷扬马达M使其处在泵工况。

此卷扬下放复合模式(一)的前提是：第二液压执行器执行动作所需的液压油流量小于由马达M返回的高压液压油的流量。

具体地讲，第一主卷阀Vm1、第二主卷阀Vm2处在各自的第二阀位(闭式系统阀位)。平衡阀V2切换到工作阀位。这样，参照前面针对图7所示所做描述，此时第一泵P1、马达M、第二泵P2之间的液压回路处在闭式状态，实现负载下放操作。

第一主阀Vc1、第二主阀Vc2各自处在其第一或第二阀位(取决于相应液压执行器的动作要求)。这样，将第一泵P1的输出流量的一部分通过第一主阀Vc1供应给第一液压执行器，从而在负载下放的同时，实现第一液压执行器的动作。第一泵P1的输出流量的另一部分流动通过第一主卷阀Vm1进入低压油路Lb，再经低压油路Lb进入马达M的低压端口。

另一方面，负载下降拖动卷扬马达M，由其高压端口输出高压液压油到高压油路La中，然后进入第二主卷阀Vm2，经第二主卷阀Vm2的P口排进第二压力油路Lp2中。第二压力油路Lp2中的高压液压油的一部分进入第二泵P2，驱动处在马达工况的第二泵P2做功(吸收负载势能)；另一部分高压液压油到达第二主阀Vc2而供应给第二液压执行器，从而在负载下放的同时，实现第二液压执行器的动作。

接下来参照图9描述该液压系统的卷扬下放复合模式(二)，其中，第一泵P1工作在正排量位置，第二泵P2工作在正排量位置，负载拖动卷扬马达M使其处在泵工况。

此卷扬下放复合模式(二)的前提是：第二液压执行器执行动作所需的液压油流量大于由马达M返回的高压液压油的流量。

具体地讲，第一主卷阀Vm1、第二主卷阀Vm2处在各自的第二阀位(闭式系统阀位)。平衡阀V2切换到工作阀位。这样，参照前面针对图7所示所做描述，此时第一泵P1、马达M、第二泵P2之间的液压回路处在闭式状态，实现负载下放操作。

第一主阀Vc1处在其第一或第二阀位(取决于相应液压执行器的动作要求)。这样，将第一泵P1的输出流量的一部分通过第一主阀Vc1供应给第一液压执行器，从而在负载下放的同时，实现第一液压执行器的动作。第一泵P1的输出流量的另一部分流动通过第一主卷阀进入低压油路Lb，再经低压油路Lb进入马达M的低压端口。

另一方面，负载下降拖动卷扬马达M，由其高压端口输出高压液压油到高压油路La中，在高压油路La中流经平衡阀V2到达第二主卷阀Vm2，经第二主卷阀Vm2的P口排进第二压力油路Lp2中。同时，第二泵P2以泵工况(正排量)运转，经双向油路Lp3从油箱抽取液压油，并且也排进第二压力油路Lp2中。在第二压力油路Lp2中，来自卷扬马达M的液压油与来自第二泵P2的液压油会合，然后经第二主阀Vc2供应给第二液压执行器，从而在负载下放的同时，实现第二液压执行器的动作。

可以理解，在图8、图9所示的两种卷扬下放复合模式中，如果在卷扬下放操作中，第一液压执行器不需要动作，则可以将第一主阀Vc1置于中位，以切断液压油向第一液压执行器的供应。

在图8、图9所示的两种卷扬下放复合模式中，都可以直接利用负载下降时的重力势能来驱动第二液压执行器做功，不需要任何中间环节。

可以理解，在卷扬下放操作中，如果第二液压执行器执行动作所需的液压油流量刚好等于由马达M返回的高压液压油的流量，则第二泵P2可以处在零排量状态。

根据本申请的用于工程机械的组合式液压系统，仅通过主卷阀的阀位切换，就能实现开环液压线路与闭环线路之间灵活地切换，不需要增加液压系统的复杂度和费用。本申请的液压系统，既保留了开式液压系统的优点，又能利用卷扬下放时负载的重力势能。同时，该液压系统具有压力补偿功能，在复合动作中实现与负载大小无关的各路独立流量分配，有助于简化控制逻辑。此外，每个控制主阀配备相应的压力补偿阀，形成了负载独立流量分配系统，使得经各控制主阀流量仅与控制主阀的阀口面积相关、而与各自负载大小无关，实现各路独立流量分配，并且容易实现控制主阀阀芯上压差的控制，这对于实现工程机械的某些功能来说非常重要。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (10)

1.一种具有压力补偿功能的开闭组合式液压系统，包括：

卷扬马达(M)，其高压端口连接着高压油路(La)、低压端口连接着低压油路(Lb)；

第一泵(P1)和第二泵(P2)，第一泵(P1)的输入端口连接到油箱，第二泵(P2)为能够以泵工况和马达工况运转的二象限泵，第二泵(P2)的第一端口连接到第一泵(P1)的输入端口；

配备有第一主卷压力补偿阀(Vh1)的第一主卷阀(Vm1)，其布置在第一泵(P1)的输出端口与所述高压油路(La)和低压油路(Lb)之间，并且在第一阀位借助于第一主卷压力补偿阀(Vh1)将第一泵(P1)的输出端口与高压油路(La)连通、以及将低压油路(Lb)与油箱连通，在第二阀位借助第一主卷压力补偿阀(Vh1)将第一泵(P1)的输出端口与低压油路(Lb)连通；

配备有第二主卷压力补偿阀(Vh2)的第二主卷阀(Vm2)，其布置在第二泵(P2)的第二端口与所述高压油路(La)和低压油路(Lb)之间，并且在第一阀位借助第二主卷压力补偿阀(Vh2)将第二泵(P2)的第二端口与高压油路(La)连通、以及将低压油路(Lb)与油箱连通，在第二阀位将第二泵(P2)的第二端口与高压油路(La)连通；

其中，所述液压系统具有：

卷扬上升模式，其中，第一主卷阀(Vm1)和第二主卷阀(Vm2)处在各自的第一阀位，第一泵(P1)和第二泵(P2)都以泵工况运转，卷扬马达(M)以马达工况运转，第一泵(P1)与马达(M)之间形成开式回路，第二泵(P2)与马达(M)之间也形成开式回路；

卷扬下放模式，其中，第一主卷阀(Vm1)和第二主卷阀(Vm2)处在各自的第二阀位，第一泵(P1)以泵工况运转，第二泵(P2)以马达工况运转，卷扬马达(M)以泵工况运转，第一泵(P1)、第二泵(P2)与马达(M)之间形成闭式回路。

2.如权利要求1所述的开闭组合式液压系统，还包括：

设置在高压油路(La)中的单向阀(V1)，其定向为允许高压油路(La)中的液压油朝向卷扬马达(M)流动、禁止反向流动；

与单向阀(V1)并行设置的平衡阀(V2)，其两个油口分别在单向阀(V1)的上游和下游连接到高压油路(La)；在平衡阀(V2)的原位，两个油口之间被截断；在平衡阀(V2)的工作阀位，两个油口之间连通；

其中，在所述卷扬上升模式中，平衡阀(V2)处在其原位，在所述卷扬下放模式中，平衡阀(V2)处在其工作阀位。

3.如权利要求2所述的开闭组合式液压系统，其中，所述平衡阀(V2)处在其工作阀位时，两个油口之间无节流地连通。

4.如权利要求2或3所述的开闭组合式液压系统，其中，所述平衡阀(V2)的阀位由控制端油压控制，所述控制端油压取自低压油路(Lb)。

5.如权利要求1-4中任一项所述的开闭组合式液压系统，还包括：

第一液压执行器；

配备有第一主阀压力补偿阀(Vf1)的第一主阀(Vc1)，其配置成借助第一主阀压力补偿阀(Vf1)控制第一泵(P1)的输出端口与所述第一液压执行器之间的通断。

6.如权利要求5所述的开闭组合式液压系统，其中，第一主卷压力补偿阀(Vh1)和第一主阀压力补偿阀(Vf1)二者的第一控制端压力取自第一泵(P1)的输出压力，第二控制端压力取自公共的第一负载感测油路(Lc1)。

7.如权利要求1-6中任一项所述的开闭组合式液压系统，还包括：

第二液压执行器；

配备有第二主阀压力补偿阀(Vf2)的第二主阀(Vc2)，其配置成借助第二主阀压力补偿阀(Vf2)控制第二泵(P2)的第二端口与所述第二液压执行器之间的通断。

8.如权利要求7所述的开闭组合式液压系统，其中，第二主卷压力补偿阀(Vh2)和第二主阀压力补偿阀(Vf2)二者的第一控制端压力取自第二泵(P2)的输出压力，第二控制端压力取自公共的第二负载感测油路(Lc2)。

9.如权利要求7或8所述的开闭组合式液压系统，其中，所述液压系统具有第一卷扬下放复合模式，其中，第一主卷阀(Vm1)和第二主卷阀(Vm2)处在各自的第二阀位，第一泵(P1)以泵工况运转，第二泵(P2)以马达工况运转，卷扬马达(M)以泵工况运转，第二泵(P2)的第二端口通过所述第二主阀(Vc2)与第二液压执行器连通，由此也将高压油路(La)与第二液压执行器连通，由卷扬马达(M)回流的液压油的一部分驱动第二泵(P2)、另一部分驱动第二液压执行器。

10.如权利要求7-9中任一项所述的开闭组合式液压系统，其中，所述液压系统具有第二卷扬下放复合模式，其中，第一主卷阀(Vm1)和第二主卷阀(Vm2)处在各自的第二阀位，第一泵(P1)以泵工况运转，第二泵(P2)以泵工况运转，卷扬马达(M)以泵工况运转，第二泵(P2)的第二端口通过所述第二主阀(Vc2)与第二液压执行器连通，由此也将高压油路(La)与第二液压执行器连通，由卷扬马达(M)回流的液压油以及第二泵(P2)输出的液压油联合驱动第二液压执行器。