CN217055739U - 作业机械的液压驱动系统和作业机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种作业机械的液压驱动系统和作业机械，其中所述系统包括：油泵，所述油泵用于提供所述液压驱动系统的驱动压力；系统压力传感器，所述系统压力传感器用于采集所述液压驱动系统的系统压力；电比例马达，所述电比例马达的两端分别连接所述作业机械的执行机构的工作管路；控制器，所述控制器与所述系统压力传感器以及所述电比例马达电连接，所述控制器设置为基于所述系统压力传感器采集的所述系统压力以及所述油泵的最大排量使用压力控制所述电比例马达。本实用新型的系统，通过基于系统压力和主泵全流量特性曲线控制电比例马达的工作排量，以保证卷扬速度最大化及流量输出最大化，提高了作业机械的工作效率以及功率利用效率。

Description

作业机械的液压驱动系统和作业机械

技术领域

本实用新型涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种作业机械的液压驱动系统和作业机械。

背景技术

现有作业机械在进行卷扬作业时，往往通过两点变量马达的控制方法以控制马达的排量，即仅以最小排量或最大排量作为马达的排量，该控制方法下的卷扬速度慢且会造成发动机的功率浪费。

实用新型内容

本实用新型提供一种作业机械的液压驱动系统和作业机械，用以解决现有技术中卷扬速度慢的缺陷，实现卷扬速度最大化。

本实用新型提供一种作业机械的液压驱动系统，包括：

油泵，所述油泵用于提供所述液压驱动系统的驱动压力；

系统压力传感器，所述系统压力传感器用于采集所述液压驱动系统的系统压力；

电比例马达，所述电比例马达的两端分别连接所述作业机械的执行机构的工作管路；

控制器，所述控制器与所述系统压力传感器以及所述电比例马达电连接，所述控制器设置为基于所述系统压力传感器采集的所述系统压力以及所述油泵的最大排量使用压力控制所述电比例马达。

根据本实用新型提供的一种作业机械的液压驱动系统，还包括：马达平衡阀，所述马达平衡阀包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第三端口可选择性地与所述第一端口和所述第二端口中的一个连通，所述第一端口和所述第二端口分别连接到所述电比例马达的两端，所述第三端口连接到所述液压驱动系统的油箱。

根据本实用新型提供的一种作业机械的液压驱动系统，所述电比例马达包括：

马达本体，所述马达本体的两端分别连接所述作业机械的执行机构的工作管路，且所述第一端口和所述第二端口分别连接到所述马达本体的两端；

复位缸，所述复位缸与所述马达本体相连；

比例电磁阀，所述比例电磁阀的控制端与所述复位缸相连，且所述比例电磁阀的两个端口分别与所述复位缸的两个油口相连。

根据本实用新型提供的一种作业机械的液压驱动系统，所述电比例马达的卸油口连接有马达卸油管路。

根据本实用新型提供的一种作业机械的液压驱动系统，所述第一端口和所述第二端口中的一个连接有马达补油管路。

根据本实用新型提供的一种作业机械的液压驱动系统，所述执行机构的工作管路包括：卷扬提升管路和卷扬下放管路，所述卷扬提升管路与所述卷扬下放管路分别连接至所述电比例马达的两端。

根据本实用新型提供的一种作业机械的液压驱动系统，所述电比例马达的两端分别设置有压力传感器。

根据本实用新型提供的一种作业机械的液压驱动系统，还包括：马达制动管路和卷扬减速机，所述卷扬减速机与所述电比例马达相连。

本实用新型还提供一种作业机械，包括：如上所述的作业机械的液压驱动系统。

根据本实用新型提供的作业机械，所述作业机械为旋挖钻机，所述作业机械的执行机构为主卷扬。

本实用新型提供的作业机械的液压驱动系统和作业机械，通过基于系统压力和主泵全流量特性曲线控制电比例马达的工作排量，以保证卷扬速度最大化及流量输出最大化，提高了作业机械的工作效率以及功率利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的作业机械的液压驱动系统的结构示意图之一；

图2是本实用新型提供的作业机械的液压驱动系统的结构示意图之二；

附图标记：

110：压力传感器； 121：卷扬提升管路； 122：卷扬下放管路；

130：马达补油管路； 140：马达平衡阀； 150：电比例马达；

151：马达本体； 152：复位缸； 153：比例电磁阀；

160：马达卸油管路； 170：马达制动管路； 180：卷扬减速机；

190：油箱。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图2描述本实用新型的作业机械的液压驱动系统。

如图1所示，在一些实施例中，该作业机械的液压驱动系统包括：油泵、系统压力传感器110、电比例马达150和控制器。

其中，油泵用于提供液压驱动系统的驱动压力；

可以理解的是，在实际执行过程中，负载的增加将会反馈至液压驱动系统的系统压力的增加，而基于油泵的全流量特性，液压驱动系统存在一个变量点压力，该变量点压力为主泵的最大排量使用压力，在系统压力达到主泵的最大排量使用压力的情况下，系统流量将开始降低。

在该实施例中，系统压力传感器为至少一个，设置于液压驱动系统上，用于采集液压驱动系统的系统压力；

所采集到的系统压力可以通过控制器发送至本地数据库进行存储，或者也可以通过控制器发送至云数据库进行存储，在需要时调用即可。

电比例马达150的两端分别连接作业机械的执行机构的工作管路；

在实际执行过程中，高压油通过该工作管路进入电比例马达150。

控制器与系统压力传感器以及电比例马达150电连接，控制器设置为基于系统压力传感器采集的系统压力以及油泵的最大排量使用压力控制电比例马达150。

需要说明的是，电连接的方式有多种，包括通过线缆的有线电连接和通过无线收发器的无线电连接。

在一些实施例中，控制器与系统压力传感器以及电比例马达150通过线缆有线电连接，如通过同轴电缆、双绞线或者光纤等电连接，具有较强的抗干扰能力。

在另一些实施例中，控制器与系统压力传感器以及电比例马达150还可以通过无线收发器无线电连接。如通过Zig-Bee传输、蓝牙传输、无线宽带传输、5G传输、微波传输或者无线网桥传输等方式电连接，成本低、易维护、操作方便，具有较好的适应性和扩展性。

在实际执行过程中，该控制器的实现方式如下所述。

在系统压力传感器采集的系统压力高于油泵的最大排量使用压力且电比例马达150的工作排量低于最大排量的情况下，控制提高电比例马达150的工作排量，用于降低系统压力，保证其低于油泵的最大排量使用压力；

在系统压力传感器采集的系统压力低于油泵的最大排量使用压力且电比例马达150的工作排量低于最大排量的情况下，控制电比例马达150保持以当前的工作排量进行上提或下放；

在系统压力传感器采集的系统压力高于油泵的最大排量使用压力且电比例马达150的工作排量达到最大排量的情况下，控制电比例马达150保持以最大排量进行上提或下放。

其中，电比例马达150的工作排量为作业机械在当前工作状态下的电比例马达150的实际排量，该工作排量可以通过传感器间接采集，或者也可以通过作业机械的服务器直接获取。

可以理解的是，在作业初期，电比例马达150的初始排量可以为最小排量，随着作业时间的增加，控制器基于系统压力以及油泵的最大排量使用压力控制控制电比例马达150的工作排量，直至工作排量增加至最大排量。

根据本实用新型实施例提供的作业机械的液压驱动系统，通过基于系统压力和主泵全流量特性曲线控制电比例马达的工作排量，以保证卷扬速度最大化及流量输出最大化，提高了作业机械的工作效率以及功率利用效率。

在一些实施例中，该作业机械的液压驱动系统还可以包括：马达平衡阀140，马达平衡阀140包括第一端口、第二端口和第三端口，第三端口可选择性地与第一端口和第二端口中的一个连通，第一端口和第二端口分别连接到电比例马达150的两端，第三端口连接到液压驱动系统的油箱190。

在该实施例中，第一端口和第二端口分别与电比例马达150的两端相连，如第一端口与电比例马达150的B端连通，第二端口与电比例马达150的A端连通；第三端口与液压驱动系统的油箱190连通，用于共同控制高压油的流经路线；

在执行上提动作的情况下，第二端口与第三端口连通，高压油可通过第二端口进入马达平衡阀140中；

在执行下放动作的情况下，第一端口与第三端口连通，高压油可通过第一端口进入马达平衡阀140中。

在一些实施例中，该执行机构的工作管路可以包括：卷扬提升管路121和卷扬下放管路122，卷扬提升管路121与卷扬下放管路122分别连接至电比例马达150的两端。

其中，卷扬提升管路121与电比例马达150的A端连通，用于执行上提动作；

卷扬下放管路122与电比例马达150的B端连通，用于执行下放动作。

在执行上提动作时，高压油通过卷扬提升管路121进入电比例马达150，经过马达平衡阀140的第二端口和第三端口进入马达平衡阀140，并通过马达平衡阀140回到油箱190；

在执行下放动作时，高压油通过卷扬下放管路122进入电比例马达150，经过马达平衡阀140的第一端口和第三端口进入马达平衡阀140，并通过马达平衡阀140回到油箱190。

在一些实施例中，电比例马达150包括：马达本体151、复位缸152和比例电磁阀153。

其中，马达本体151的两端分别连接作业机械的执行机构的工作管路，即马达本体151的A端连接卷扬提升管路121，马达本体151的B端连接卷扬下放管路122；

且马达本体151的两端分别与第一端口和第二端口连接，即马达本体151的A端连接第二端口，马达本体151的B端连接第一端口。

复位缸152与马达本体151相连；

比例电磁阀153的控制端与复位缸152相连；且比例电磁阀153的两个端口分别与复位缸152的两个油口相连。

在一些实施例中，电比例马达150的两端分别设置有压力传感器110。

可以理解的是，该压力传感器110至少为两个，分别设置于电比例马达150的高压油口A和高压油口B上，用于采集电比例马达150的高压油口A处的第一压力值和高压油口B处的第二压力值；

基于第一压力值和第二压力值可以测量电比例马达150的有效压力，基于电比例马达150的现有工作排量计算输出扭矩，从而测试机械的传动效率。

在一些实施例中，电比例马达150的卸油口连接有马达卸油管路160。该卸油管路同时与比例电磁阀153连通，通过该卸油管路以控制电比例马达150内的油量。

在一些实施例中，第一端口和第二端口中的一个连接有马达补油管路130，通过该补油管路以控制油箱190中的油量。

在一些实施例中，该作业机械的液压驱动系统还包括：马达制动管路170和卷扬减速机180，卷扬减速机180与电比例马达150相连。

其中，卷扬减速机180与马达制动管路170共同实现作业机械的执行机构的制动控制。

根据本实用新型实施例提供的作业机械的液压驱动系统，通过基于系统压力和主泵全流量特性曲线控制电比例马达的工作排量，以保证卷扬速度最大化及流量输出最大化，提高了作业机械的工作效率以及功率利用效率；且取消了马达排量控制管路，精简了液压驱动系统的元件。

下面对本实用新型提供的作业机械进行描述，下文描述的作业机械与上文描述的作业机械的液压驱动系统可相互对应参照。

在一些实施例中，该作业机械包括如上所述的作业机械的液压驱动系统。

其中，该作业机械的液压驱动系统包括：油泵、系统压力传感器、电比例马达150和控制器。

在实际执行过程中，在系统压力传感器采集的系统压力高于油泵的最大排量使用压力且电比例马达150的工作排量低于最大排量的情况下，控制器控制提高电比例马达150的工作排量，用于降低系统压力，保证其低于油泵的最大排量使用压力；

在系统压力传感器采集的系统压力低于油泵的最大排量使用压力且电比例马达150的工作排量低于最大排量的情况下，控制器控制电比例马达150保持以当前的工作排量进行上提或下放；

在系统压力传感器采集的系统压力高于油泵的最大排量使用压力且电比例马达150的工作排量达到最大排量的情况下，控制器控制电比例马达150保持以最大排量进行上提或下放。

在执行上提动作时，高压油通过卷扬提升管路121进入电比例马达150，经过马达平衡阀140的第二端口和第三端口进入马达平衡阀140，并通过马达平衡阀140回到油箱190；

在执行下放动作时，高压油通过卷扬下放管路122进入电比例马达150，经过马达平衡阀140的第一端口和第三端口进入马达平衡阀140，并通过马达平衡阀140回到油箱190。

在一些实施例中，该作业机械可以为旋挖钻机，作业机械的执行机构可以为主卷扬。

如图2所示了一种主卷扬上提结构，包括1-6节杆。在旋挖钻机执行上提动作的情况下，主卷扬上的节杆自1节杆开始上提，依次增加至6节杆，直至所有节杆一起上提。

研发人员在研发过程中发现，现有技术中，往往通过两点变量马达的控制方法以控制马达的排量，即仅以最小排量或最大排量作为马达的排量，造成发动机功率浪费，上提效率低下。

根据本实施例，基于实际负载及主泵全流量特性匹配马达排量，在系统压力传感器采集的系统压力高于油泵的最大排量使用压力且电比例马达150的工作排量低于最大排量的情况下，控制器基于主卷扬的实际负载情况控制提高电比例马达150的工作排量，以降低系统压力，保证其低于油泵的最大排量使用压力，从而实现速度最大化及功率利用最大化。

当然，在另一些实施例中，作业机械还可以为卷扬机、塔式起重机、汽车起重机、打桩机或吊车等作业机械。

根据本实用新型实施例提供的作业机械，通过基于系统压力和主泵全流量特性曲线控制电比例马达的工作排量，以保证卷扬速度最大化及流量输出最大化，提高了作业机械的工作效率以及功率利用效率。

在一些实施例中，上述作业机械的液压驱动系统的工作原理如下所述。

步骤310、获取液压驱动系统的系统压力；

在该步骤中，系统压力为作业机械在当前工作状态下的液压驱动系统的系统压力，系统压力可以通过系统压力传感器采集；

需要说明的是，该作业机械上设置有执行机构，在实际作业过程中，随着执行机构上负载的增加，液压驱动系统的系统压力也会随之升高。当系统压力升高到一定程度时，系统的流量将会减少，进而影响作业机械的作业效率。

在一些实施例中，可以将获取的系统压力存储于本地数据库或云数据库，在需要时调用即可。

步骤320、基于系统压力以及油泵的最大排量使用压力，控制电比例马达150的工作排量。

其中，该电比例马达150的工作排量为作业机械在当前工作状态下的电比例马达的实时排量，该工作排量可以通过转速传感器间接采集，或者也可以通过作业机械的服务器直接获取；

在该实施例中，该工作排量是基于系统压力以及油泵的最大排量使用压力而动态变化的。

研发人员人在研发过程中发现，现有技术中，往往通过两点变量马达的控制方法以控制马达的排量，即仅以最小排量或最大排量作为马达的排量，造成发动机功率浪费，上提效率低下。

在该步骤中，基于系统压力以及油泵的最大排量使用压力，可以灵活控制不同负载下的电比例马达150的工作排量，使卷扬速度达到最大化；而且，通过控制电比例马达150还可以维持系统压力低于变量点压力，以保证系统以最大流量输出。

在一些实施例中，步骤320、基于系统压力以及油泵的最大排量使用压力，控制电比例马达150的工作排量，包括：

在系统压力大于油泵的最大排量使用压力且电比例马达的工作排量低于最大排量的情况下，增大电比例马达的工作排量到目标排量。

其中，目标排量为在系统压力大于油泵的最大排量使用压力的情况下，为保证系统能输出最大流量，其电比例马达所须达到的工作排量。

可以理解的是，在作业过程中，随着作业时间的增加，作业机械的负载逐渐增加，其液压驱动系统的系统压力也逐渐增加。

在该实施例中，在进行卷扬动作时，可以将最小排量作为电比例马达150的初始工作排量，进行卷扬作业；

比较电比例马达150的当前工作排量以及基于步骤310获取的液压驱动系统的系统压力，在作业初期，系统压力低于油泵的最大排量使用压力的情况下，控制电比例马达150保持以最小排量进行提升，以维持发动机功率的最高利用率；

在系统压力大于油泵的最大排量使用压力且电比例马达的当前工作排量低于最大排量的情况下，增大电比例马达的工作排量到目标排量。

在一些实施例中，在系统压力大于油泵的最大排量使用压力且电比例马达的工作排量低于最大排量的情况下，增大电比例马达的工作排量到目标排量，包括：

应用公式，

增大电比例马达的工作排量到目标排量；

其中，P_y为系统压力，P_x为最大排量使用压力，V_a为电比例马达的当前工作排量，V_a’为调整后的目标排量。

在该实施例中，P_x可以根据动力系统匹配特性计算得到；

在卷扬过程中通过匹配电比例马达的工作排量以控制系统压力小于等于P_x，保证泵输出至电比例马达的流量最大化。

根据该实施例，通过将工作排量增加至该目标排量，可以降低液压驱动系统的系统压力，进而避免因系统压力超过最大排量使用压力而导致系统流量降低，从而影响提升效率。

在另一些实施例中，步骤320、基于系统压力以及油泵的最大排量使用压力，控制电比例马达150的工作排量，包括：在系统压力小于油泵的最大排量使用压力的情况下，控制电比例马达150保持当前的工作排量。

在该实施例中，工作排量可以为最小排量，或者也可以为基于以上公式对电比例马达150进行调整后的目标排量。

在又一些实施例中，步骤320、基于系统压力以及油泵的最大排量使用压力，控制电比例马达150的工作排量，包括：在系统压力大于油泵的最大排量使用压力且电比例马达150的工作排量不小于最大排量的情况下，控制电比例马达150保持最大排量。

在该实施例中，负载继续增加，而电比例马达150的工作排量已调整至最大排量，则控制电比例马达保持最大排量，进行上提或下放作业。

基于以上实施例，在实际执行过程中，通过步骤320的方法对电比例马达150进行调整，在作业初期，作业机械的负载较低，液压驱动系统的系统压力未超过最大排量使用压力的情况下，可以控制电比例马达150保持最小排量工作，该情况下系统流量达到最大化；

随着作业时间的增加，作业机械的负载逐渐增加，液压驱动系统的系统压力逐渐增加，一旦超过最大排量使用压力，则基于以上公式调整电比例马达150的工作排量至目标排量，以降低液压驱动系统的系统压力，使其维持于不超过最大排量使用压力的状态，该情况下系统流量达到最大化；

随着作业时间的继续增加，作业机械的负载继续增加，在电比例马达150的工作排量增加至最大排量的情况下，控制电比例马达150保持最大排量，进而保证卷扬速度的最大化。

根据本实用新型实施例提供的作业机械的液压驱动系统，通过基于系统压力和主泵全流量特性曲线控制电比例马达的工作排量，以保证卷扬速度最大化及流量输出最大化，提高了作业机械的工作效率以及功率利用效率；且取消了马达排量控制管路，精简了液压驱动系统的元件。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种作业机械的液压驱动系统，其特征在于，包括：

油泵，所述油泵用于提供所述液压驱动系统的驱动压力；

系统压力传感器，所述系统压力传感器用于采集所述液压驱动系统的系统压力；

电比例马达，所述电比例马达的两端分别连接所述作业机械的执行机构的工作管路；

控制器，所述控制器与所述系统压力传感器以及所述电比例马达电连接，所述控制器设置为基于所述系统压力传感器采集的系统压力以及所述油泵的最大排量使用压力控制所述电比例马达。

2.根据权利要求1所述的作业机械的液压驱动系统，其特征在于，还包括：马达平衡阀，所述马达平衡阀包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第三端口可选择性地与所述第一端口和所述第二端口中的一个连通，所述第一端口和所述第二端口分别连接到所述电比例马达的两端，所述第三端口连接到所述液压驱动系统的油箱。

3.根据权利要求2所述的作业机械的液压驱动系统，其特征在于，所述电比例马达包括：

马达本体，所述马达本体的两端分别连接所述作业机械的执行机构的工作管路，且所述第一端口和所述第二端口分别连接到所述马达本体的两端；

复位缸，所述复位缸与所述马达本体相连；

比例电磁阀，所述比例电磁阀的控制端与所述复位缸相连，且所述比例电磁阀的两个端口分别与所述复位缸的两个油口相连。

4.根据权利要求2所述的作业机械的液压驱动系统，其特征在于，所述第一端口和所述第二端口中的一个连接有马达补油管路。

5.根据权利要求1-4任一项所述的作业机械的液压驱动系统，其特征在于，所述电比例马达的卸油口连接有马达卸油管路。

6.根据权利要求1-4任一项所述的作业机械的液压驱动系统，其特征在于，所述执行机构的工作管路包括：卷扬提升管路和卷扬下放管路，所述卷扬提升管路与所述卷扬下放管路分别连接至所述电比例马达的两端。

7.根据权利要求1-4任一项所述的作业机械的液压驱动系统，其特征在于，所述电比例马达的两端分别设置有压力传感器。

8.根据权利要求1-4任一项所述的作业机械的液压驱动系统，其特征在于，还包括：马达制动管路和卷扬减速机，所述卷扬减速机与所述电比例马达相连。

9.一种作业机械，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的作业机械的液压驱动系统。

10.根据权利要求9所述的作业机械，其特征在于，所述作业机械为旋挖钻机，所述作业机械的执行机构为主卷扬。

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