一种挖掘机液压驱动系统及挖掘机

技术领域

本发明属于挖掘机技术领域，具体涉及一种挖掘机液压驱动系统及挖掘机。

背景技术

挖掘机液压驱动系统主要由一个或两个液压泵、液压多路阀和多个液压执行器构成，执行器包括动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、回转马达、左、右行走马达等。根据挖掘机的整机尺寸，一个或两个液压泵的输出流量通过液压多路阀分配至多个液压执行器。整机作业过程中，各执行器流量需求不同、负载相互耦合，导致流量分配过程中通过液压阀产生节流及溢流损失，造成能量浪费。同时，现有技术方案中还存在以下缺点：回转惯性负载造成的溢流损失大，制动能量无法回收；直线行走工况，上、下车耦合，操控性差、效率低；液压多路阀油路复杂，能量损失大，成本高；多执行器流量分配复杂，调试周期长。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种挖掘机液压驱动系统及挖掘机，实现了上车执行器之间的完全解耦，消除了负载耦合造成的能量浪费，提高了作业效率；同时，上、下车独立控制，提高了整机操控性和作业效率，简化了液压系统结构，降低了能量损失和制造成本；各执行器独立调节，便于系统调试，提高了整机灵活性和作业性能。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种挖掘机液压驱动系统，包括：第一泵，所述第一泵的出油口通过第一切断阀连接动臂控制阀的进油口；所述动臂控制阀用于驱动动臂油缸；所述第一泵的出油口连接左行走控制阀的进油口，所述左行走控制阀用于驱动左行走马达；第二泵，所述第二泵的出油口通过第三切断阀连接斗杆控制阀的进油口；所述斗杆控制阀用于驱动斗杆油缸；所述第二泵的出油口连接右行走控制阀的进油口，所述右行走控制阀用于驱动右行走马达；第三泵，所述第三泵的出油口连接铲斗控制阀的进油口，所述铲斗控制阀用于驱动铲斗油缸；第四电机，所述第四电机用于驱动回转减速机，实现回转动作。

进一步地，所述动臂控制阀的进油口通过第二切断阀连接第三泵的出油口；所述斗杆控制阀的进油口通过第四切断阀连接第三泵的出油口。

进一步地，还包括第四泵，所述动臂控制阀的进油口通过第二切断阀连接第四泵的出油口；所述斗杆控制阀的进油口通过第四切断阀连接第三泵的出油口。

进一步地，当动臂上升单动作时，第一切断阀、第二切断阀均工作于连通位，第一泵和第三泵输出的液压油合流后进入动臂控制阀，并经动臂控制阀进入动臂油缸的无杆腔；动臂油缸的有杆腔内的液压油经动臂控制阀的回油口进入油箱。

进一步地，当动臂上升单动作时，第一切断阀、第二切断阀均工作于连通位，第一泵和第四泵输出的液压油合流后进入动臂控制阀，并经动臂控制阀进入动臂油缸的无杆腔；动臂油缸的有杆腔内的液压油经动臂控制阀的回油口进入油箱。

进一步地，当斗杆内收、外摆单动作时，第三切断阀、第四切断阀均工作于连通位，第二泵和第三泵输出的液压油合流后进入斗杆控制阀，并经斗杆控制阀进入斗杆油缸的无杆腔；斗杆油缸的有杆腔内的液压油经斗杆控制阀的回油口进入油箱。

进一步地，当铲斗单动作时，第三泵输出的液压油进入铲斗控制阀，并通过铲斗控制阀进入铲斗油缸的有杆腔或无杆腔，进而控制铲斗油缸实现单动作。

进一步地，当左行走单动作时，第一泵输出的液压油进入左行走控制阀，并通过左行走控制阀驱动左行走马达。

进一步地，当右行走单动作时，第二泵输出的液压油进入右行走控制阀，并通过右行走控制阀驱动右行走马达。

进一步地，当动臂、斗杆复合动作时，第一切断阀、第三切断阀、第四切断阀均工作于连通位，第二切断阀工作于截止位；第一泵输出的液压油进入动臂控制阀，并通过动臂控制阀控制动臂油缸伸出或缩回；第二泵和第三泵输出的液压油合流后进入斗杆控制阀，并通过斗杆控制阀控制斗杆油缸伸出或缩回。

进一步地，当动臂、斗杆复合动作时，第一切断阀、第二切断阀、第三切断阀、第四切断阀均工作于连通位；第一泵和第四泵输出的液压油进入动臂控制阀，并通过动臂控制阀控制动臂油缸伸出或缩回；第二泵和第三泵输出的液压油合流后进入斗杆控制阀，并通过斗杆控制阀控制斗杆油缸伸出或缩回。

进一步地，，当动臂、斗杆、铲斗复合动作时，第一切断阀、第三切断阀均工作于连通位，第二切断阀、第四切断阀均工作于截止位；第一泵输出的液压油进入动臂控制阀，并通过动臂控制阀控制动臂油缸伸出或缩回；第二泵输出的液压油进入斗杆控制阀，并通过斗杆控制阀控制斗杆油缸伸出或缩回；第三泵输出的液压油进入铲斗控制阀，并通过铲斗控制阀控制铲斗油缸伸出或缩回。

进一步地，当动臂、斗杆、铲斗复合动作时，第一切断阀、第二切断阀、第三切断阀、第四切断阀均工作于连通位；第一泵和第四泵输出的液压油进入动臂控制阀，并通过动臂控制阀控制动臂油缸伸出或缩回；第二泵输出的液压油进入斗杆控制阀，并通过斗杆控制阀控制斗杆油缸伸出或缩回；第三泵输出的液压油进入铲斗控制阀，并通过铲斗控制阀控制铲斗油缸伸出或缩回。

进一步地，当上、下车复合动作时，第一切断阀、第三切断阀均工作于截止位，第二切断阀、第四切断阀均工作于连通位；第一泵输出的液压油进入左行走控制阀，并通过左行走控制阀控制左行走马达前进或后退；第二泵输出的液压油进入右行走控制阀，并通过右行走控制阀控制右行走马达前进或后退；第三泵输出的液压油进入铲斗控制阀、动臂控制阀和斗杆控制阀，分别控制铲斗油缸、动臂油缸和斗杆油缸伸出或缩回。

进一步地，当上、下车复合动作时，第一切断阀、第三切断阀均工作于截止位，第二切断阀、第四切断阀均工作于连通位；第一泵输出的液压油进入左行走控制阀，并通过左行走控制阀控制左行走马达前进或后退；第二泵输出的液压油进入右行走控制阀，并通过右行走控制阀控制右行走马达前进或后退；第三泵输出的液压油进入铲斗控制阀和斗杆控制阀，并通过铲斗控制阀和斗杆控制阀分别控制铲斗油缸和斗杆油缸伸出或缩回；第四泵输出的液压油进入动臂控制阀，并通过动臂控制阀控制动臂油缸伸出或缩回。

第二方面，提供一种挖掘机，所述挖掘机配置有第一方面所述的挖掘机液压驱动系统。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明第一泵的出油口通过第一切断阀连接动臂控制阀的进油口；动臂控制阀驱动动臂油缸；第一泵的出油口连接左行走控制阀的进油口，左行走控制阀驱动左行走马达；第二泵的出油口通过第三切断阀连接斗杆控制阀的进油口；斗杆控制阀驱动斗杆油缸；第二泵的出油口连接右行走控制阀的进油口，右行走控制阀驱动右行走马达；第三泵的出油口连接铲斗控制阀的进油口，铲斗控制阀驱动铲斗油缸；第四电机驱动回转减速机；上车复合动作时，动臂、斗杆、铲斗三执行器分别由不同的液压泵独立供油，回转独立电驱控制，实现上车执行器之间完全解耦，消除了负载耦合造成的能量浪费，同时提高作业效率；上、下车复合动作(直线行走工况)时，上下车分别由不同的液压泵供油，无需设置直线行走阀，上下车独立控制，提高整机操控性和作业效率；取消回转控制阀与直线行走阀回路，简化液压多路阀结构与流道设计，降低能量损失，节约制造成本；各执行器独立调节，便于系统调试，提高整机灵活性和作业性能。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种挖掘机液压驱动系统的控制原理示意图；

图中：1、第一电机；2、第二电机；3、第三电机；4、第一泵；5、第二泵；6、第三泵；7、动臂控制阀；8、左行走控制阀；9、斗杆控制阀；10、右行走控制阀；11、铲斗控制阀；12、第一切断阀；13、第二切断阀；14、第三切断阀；15、第四切断阀；16.1～16.2、第一～第二负载保持阀；17.1～17.6、第一～第六过载补油阀；18、动臂油缸；19、左行走马达；21、斗杆油缸；22、右行走马达；23、铲斗油缸；24、油箱；25、第四电机；26、回转减速机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，一种挖掘机液压驱动系统，第一电机1驱动第一泵4，第一泵4的出油口通过第一切断阀12连接动臂控制阀7的进油口；动臂控制阀7用于驱动动臂油缸18；动臂控制阀7的第一出油口通过第一负载保持阀16.1连接动臂油缸18的无杆腔，动臂油缸18的无杆腔通过第一过载补油阀17.1连接油箱24；动臂控制阀7的第二出油口连接动臂油缸18的有杆腔，动臂油缸18的有杆腔通过第二过载补油阀17.2连接油箱24；动臂控制阀7的排油口连接油箱24。

第一泵4的出油口连接左行走控制阀8的进油口，左行走控制阀8用于驱动左行走马达19前进或后退。

第二电机2驱动第二泵5，第二泵5的出油口通过第三切断阀14连接斗杆控制阀9的进油口；斗杆控制阀9用于驱动斗杆油缸21；斗杆控制阀9的第一出油口连接斗杆油缸21的无杆腔，斗杆油缸21的无杆腔通过第三过载补油阀17.3连接油箱24；斗杆控制阀9的第二出油口通过第二负载保持阀16.2连接斗杆油缸21的有杆腔，斗杆油缸21的有杆腔通过第四过载补油阀17.4连接油箱24；斗杆控制阀9的排油口连接油箱24。

第二泵5的出油口连接右行走控制阀10的进油口，右行走控制阀10用于驱动右行走马达前进或后退。

第三电机3驱动第三泵6，第三泵6的出油口连接铲斗控制阀11的进油口，铲斗控制阀11用于驱动铲斗油缸23；铲斗控制阀11的第一出油口连接铲斗油缸23的无杆腔，铲斗油缸23的无杆腔通过第五过载补油阀17.5连接油箱24；铲斗控制阀11的第二出油口连接铲斗油缸23的有杆腔，铲斗油缸23的有杆腔通过第六过载补油阀17.6连接油箱24；铲斗控制阀11的排油口连接油箱24。

第四电机25驱动回转减速机26，实现回转动作。

动臂控制阀7的进油口通过第二切断阀13连接第三泵6的出油口；斗杆控制阀9的进油口通过第四切断阀15连接第三泵6的出油口。

(1)单动作工况说明。

当动臂上升单动作时，第一电机1驱动第一泵4工作，第一切断阀12工作于连通位，第一泵4输出的动力油进入动臂控制阀7的进油口，同时第三电机3驱动第三泵6工作，第二切断阀13工作于连通位，第三泵6输出的动力油也进入动臂控制阀7的进油口，实现第一泵4和第三泵6的动力油合流，动臂控制阀7左位工作，合流后的动力油通过动臂控制阀7进入动臂油缸18的无杆腔，动臂油缸18有杆腔的油液通过动臂控制阀7回到油箱24。该工作过程可实现动臂上升单动作下的双泵合流供油，保证动臂上升单动作的快速性要求。

斗杆内收、外摆单动作的工作过程与动臂上升单动作类似，第二泵5和第三泵6的动力油经过第三切断阀14和第四切断阀15实现合流，通过斗杆控制阀9的左、右工作位分别实现斗杆内收、外摆的单动作，保证斗杆内收、外摆单动作的快速性要求，具体工作过程不再赘述。

铲斗，左、右行走单动作由单泵供油即可满足工作要求，无需合流回路。第一泵4通过左行走控制阀8向左行走马达19供油，第二泵5通过右行走控制阀10向右行走马达22供油，第三泵6通过铲斗控制阀11向铲斗油缸23供油，分别实现各自单动作。

回转采用独立电驱，第四电机25驱动回转减速机26工作，实现回转单动作，无需传统的回转液压回路，简化了液压回路设计，消除了传统液压回路存在的溢流损失、节流损失，同时回转制动能量可进行回收。

(2)上车复合动作说明。

第一类：无铲斗的复合动作，由于回转独立电驱，只考虑动臂动作和斗杆动作之间的解耦即可。以平地工况进行说明：

平地工况下(动臂+斗杆两复合)，动臂油缸需求流量小于单泵流量，斗杆油缸需求流量大于单泵流量，且二者负载差异大，因此，在传统的双泵液压回路中，负载相互耦合，为保证合理的流量分配，需通过节流设计平衡负载，从而造成极大的节流能量的浪费。本发明可实现动臂和斗杆执行器的完全解耦，工作过程如下：

第一电机1驱动第一泵4工作，第一切断阀12工作于连通位，第一泵4的动力油进入动臂控制阀7，动臂控制阀7的左、右位工作，分别控制动臂油缸18伸出和缩回，此时第二切断阀13工作于截止位，实现动臂侧单泵、独立供油，与斗杆侧无耦合；第二电机2驱动第二泵5工作，第三电机3驱动第三泵6工作，第三切断阀14和第四切断阀15均工作于连通位，第二泵5和第三泵6在斗杆控制阀9的进油口实现合流，斗杆控制阀9的左、右位工作，分别控制斗杆油缸21的伸出和缩回，此时斗杆独立供油，与动臂侧无耦合。与传统液压回路相比，消除了负载耦合造成的节流损失，提高了系统能效，同时，动臂侧和斗杆侧均可获得更多的动力油，提升了作业效率。

第二类：有铲斗的复合动作，由于回转独立电驱，只考虑动臂、斗杆和铲斗之间的解耦即可。以动臂+斗杆+铲斗复合动作为例进行说明：

动臂+斗杆+铲斗复合动作下，第一电机1驱动第一泵4工作，第二电机2驱动第二泵5工作，第一切断阀12和第三切断阀14工作于连通位，第一泵4和第二泵5分别向动臂侧和斗杆侧供油；第三电机3驱动第三泵6工作，第二切断阀13和第四切断阀15工作于截止位，第三泵6不向动臂、斗杆侧供油，只向铲斗侧供油。该过程实现动臂、斗杆、铲斗的分别独立控制，负载完全解耦，消除了负载耦合造成的节流损失。

同理，其他铲斗相关的复合动作，第三泵6仅向铲斗侧供油，实现铲斗侧的独立控制，与其他回路无耦合。

由上述内容可知，上车复合动作时，动臂、斗杆、铲斗、回转均可实现独立控制，上车四执行器之间完全解耦，消除了负载耦合造成的能量浪费，提高了作业效率。

(3)上、下车复合动作说明。

上、下车复合动作指直线行走工况，传统的双泵液压系统回路中，专门设置直线行走阀，优先保证下车供油量，上车所有执行器供油量不足单泵流量，易出现吸空、速度慢的情况，导致操控性差，效率低。本发明提出的液压驱动系统，可实现上、下车之间的解耦。直线行走工况工作原理如下：

第一电机1驱动第一泵4工作，第一切断阀12工作于截止位，保证第一泵4的动力油只进入左行走控制阀8，通过左行走控制阀8的左、右位工作，分别控制左行走马达的前进、后退；第二电机2驱动第二泵5工作，第三切断阀14工作于截止位，保证第二泵5的动力油只进入右行走控制阀10，通过右行走控制阀10的左、右位工作，分别控制右行走马达的前进、后退；第三电机3驱动第三泵6，第二切断阀13、第四切断阀15工作于连通位，第三泵6的动力油可分别进入动臂控制阀7、斗杆控制阀9和铲斗控制阀11，从而分别控制动臂油缸18、斗杆油缸21和铲斗油缸23动作。因此，直线行走工况下，上车动作由第三泵6独立控制，下车左、右行走分别由第一泵4和第二泵5独立控制，上下车之间解耦，无相互干扰，同时增大上下车供油量，提高操控性和作业效率。

本发明挖掘机液压驱动系统，解决了挖掘机多个执行器复合动作时，负载耦合造成的能量浪费；上车复合作业时，所有执行器独立控制，完全解耦，消除了负载耦合造成的节流能量损失，减少能量浪费；同时各执行器获得更多的动力油，提升系统作业效率；上下车复合动作时，上车和下车分别独立供油，实现上下车之间的解耦，同时增加了上下车执行器获得的动力油，提升操控性和作业效率；设计具备切断功能的合流回路，同时满足单动作速度需求和复合动作工况下的流量分配需求；取消直线行走阀和回转相关液压回路，简化液压多路阀结构，可实现模块化设计，降低制造成本；各执行器独立调节后，便于系统调试，提高整机灵活性和作业性能。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，还包括第四泵，动臂控制阀7的进油口通过第二切断阀13连接第四泵的出油口。第三泵6与第二切断阀13之间的合流有道取消。下面对于该实施例与第一实施例的不同点进行简要说明。

(1)单动作工况说明。

与第一实施例相比，单动作工况的主要区别在于动臂单动作，第一泵4直接向动臂控制阀7供油，第四泵27通过第二切断阀13向动臂控制阀7供油，第一泵和第四泵合流，第三泵6无需向动臂侧合流，合流油道取消。其余单动作与第一实施例相同。

当动臂上升单动作时，第一切断阀12、第二切断阀13均工作于连通位，第一泵4和第四泵输出的液压油合流后进入动臂控制阀7，并经动臂控制阀7进入动臂油缸18的无杆腔；动臂油缸18的有杆腔内的液压油经动臂控制阀7的回油口进入油箱24。

(2)上车复合动作说明。

与第一实施例相比，上车复合动作基本相同，主要区别在于第二切断阀13工作于连通位，动臂侧为双泵供油，可有利于进一步提高作业效率。

当动臂、斗杆复合动作时，第一切断阀12、第二切断阀13、第三切断阀14、第四切断阀15均工作于连通位；第一泵4和第四泵输出的液压油进入动臂控制阀7，并通过动臂控制阀7控制动臂油缸18伸出或缩回；第二泵5和第三泵输出的液压油合流后进入斗杆控制阀9，并通过斗杆控制阀9控制斗杆油缸21伸出或缩回。

当动臂、斗杆、铲斗复合动作时，第一切断阀12、第二切断阀13、第三切断阀14、第四切断阀15均工作于连通位；第一泵4和第四泵输出的液压油进入动臂控制阀7，并通过动臂控制阀7控制动臂油缸18伸出或缩回；第二泵5输出的液压油进入斗杆控制阀9，并通过斗杆控制阀9控制斗杆油缸21伸出或缩回；第三泵6输出的液压油进入铲斗控制阀11，并通过铲斗控制阀11控制铲斗油缸23伸出或缩回。

(3)上下车复合动作说明。

与第一实施例相比，(a)左行走：第二切断阀13工作于连通位，保证第一泵4的动力油只供向左行走侧；(b)右行走：右行走侧工作原理与实施例一相同；(c)上车：增加的第四泵27向动臂侧供油，第三泵6向斗杆侧和铲斗侧供油，此时第四切断阀15工作于连通位。与第一实施例相比，上、下车解耦的同时，上车由单泵流量增加至双泵流量，作业效率更高，操控性更好。

第一切断阀12、第三切断阀14均工作于截止位，第二切断阀13、第四切断阀15均工作于连通位；第一泵4输出的液压油进入左行走控制阀8，并通过左行走控制阀8控制左行走马达19前进或后退；第二泵5输出的液压油进入右行走控制阀10，并通过右行走控制阀10控制右行走马达22前进或后退；第三泵6输出的液压油进入铲斗控制阀11和斗杆控制阀9，并通过铲斗控制阀11和斗杆控制阀9分别控制铲斗油缸23和斗杆油缸21伸出或缩回；第四泵输出的液压油进入动臂控制阀7，并通过动臂控制阀7控制动臂油缸18伸出或缩回。

本发明提出的液压驱动回路实现执行器解耦后，不仅可有效提升系统能效，同时便于系统调试，提高整机灵活性和作业性能；减少了直线行走和回转相关控制回路，简化了液压多路阀结构，可采用模块化设计，降低节流能量损失与制造成本。

实施例三：

基于实施例一、实施例二所述的挖掘机液压驱动系统，本实施例提供一种挖掘机，所述挖掘机配置有实施例一或实施例二所述的挖掘机液压驱动系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。