工程机械的液压控制系统及具有其的工程机械

技术领域

本发明涉及挖掘机设备技术领域，具体涉及一种工程机械的液压控制系统及具有其的工程机械。

背景技术

目前工程机械传动大多是由液压进行驱动。其中，液压挖掘机是通过动臂、斗杆、铲斗和回转单一或复合动作来实现挖掘和卸载操作，操作人员在驾驶室内操作先导手柄从而使主阀阀芯切换，油泵泵出来的高压油供给到各个工作装置，同时从工作装置回油排出至油箱。在当今电动化、智能化的趋势下，对挖掘机的节能和降油耗要求越来越高，能源的有效利用率成为评价挖掘机的重要指标之一。由于挖掘机动臂工作装置重量很大，提升到最高点后下降时存在着重力势能回收的问题，如果没有回收，就会造成巨大的浪费。

为了解决上述技术问题，现有技术中的一些挖掘机通过外置阀块和蓄能器的方式来储存动臂下降的时的重力势能。同时，在动臂上升或者其他工作装置工作时将储存的能量释放出来，进而起到了对挖掘机动臂下降时产生的势能进行回收利用的技术效果。但是，上述技术方案需要在液压系统中另外设置阀块和蓄能器，使得整体液压系统的占用空间大。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的挖掘机的液压系统占用空间大的缺陷，从而提供一种工程机械的液压控制系统及具有其的工程机械。

为了解决上述问题，本发明提供了一种工程机械的液压控制系统，包括：第一控制阀，第一控制阀包括第一进油口、第一排油口、第一工作油口和第二工作油口；第二控制阀，第二控制阀包括第二进油口、第二排油口、第三工作油口和第四工作油口；其中，第一工作油口和第三工作油口适于与工作装置的控制油缸的无杆腔连通，第二工作油口和第四工作油口适于与控制油缸的有杆腔连通，第一控制阀包括第一档位和第二档位，第一控制阀处于第一档位时，第一进油口与第一工作油口连通，第一排油口与第二工作油口连通，第一控制阀处于第二档位时，第一进油口与第二工作油口连通，第一排油口与第一工作油口连通，并且第一工作油口与第二工作油口连通，第二控制阀包括第三档位和第四档位，第二控制阀处于第三档位时，第二进油口与第三工作油口连通，第二排油口与第四工作油口连通，第二控制阀处于第四档位时，第三工作油口与第二进油口连通，第四工作油口与第二排油口隔断。

可选地，第二控制阀还包括第五档位，第二控制阀处于第五档位时，第二进油口、第二排油口，第三工作油口和第四工作油口之间互相隔断。

可选地，第一控制阀包括第一阀体以及设置在第一阀体内的第一阀芯，第一进油口、第一排油口、第一工作油口和第二工作油口均设置在第一阀体上，第一阀芯内设置有第一连通通道，第一阀芯的外侧壁上设置有与第一连通通道连通的第一连通孔和第二连通孔，第一阀芯配置为，第一控制阀处于第二档位置时，第一连通孔与第一工作油口对应，第二连通孔与第二工作油口对应。

可选地，第一连通通道内设置有第一单向流通结构，第一单向流通结构适于使液压油沿着第一连通孔至第二连通孔的方向单向流通。

可选地，第二控制阀包括第二阀体以及设置在第二阀体内的第二阀芯，第二进油口、第二排油口、第三工作油口和第四工作油口均设置在第二阀体上，第二阀芯内设置有第二连通通道，第二阀芯的外侧壁上设置有与第二连通通道连通的第三连通孔和第四连通孔，第二阀芯配置为，第二控制阀处于第四档位置时，第三连通孔与第三工作油口对应，第四连通孔与第二进油口对应。

可选地，第二连通通道内设置有第二单向流通结构，第二单向流通结构适于使液压油沿着第三连通孔至第四连通孔的方向单向流通。

可选地，工程机械为挖掘机，工作装置为挖掘机的动臂。

可选地，液压控制系统还包括第一供油装置和第二供油装置，挖掘机还包括斗杆、铲斗以及回转台，第一供油装置包括第一供油油路，第一供油油路与第一进油口、斗杆的控制阀以及铲斗的控制阀连通，第二供油装置包括第二供油油路，第二供油油路与第二进油口以及回转台的控制阀连通。

可选地，第一供油油路与第二供油油路连通，并且第一供油油路和/或第二供油油路上设置有第三单向流通结构，第三单向流通结构适于使液压油从第一供油装置向第二供油装置单向流通，或者，第三单向流通结构适于使液压油从第二供油装置向第一供油装置单向流通。

本发明还提供了一种工程机械，包括上述的液压控制系统。

本发明具有以下优点：

利用本发明的技术方案，在工作装置需要上升时，第一控制阀处于第一档位，第二控制阀处于第三档位，此时液压油分别从第一进油口和第二进油口进入，沿着第一工作油口和第三工作油口进入至驱动油缸的无杆腔内，并使活塞杆伸出并推动工作装置上升。当工作装置从较高位置下降时，使第一控制阀处于第二档位，第二控制阀处于第四档位，此时无杆腔的液压油中一部分进入至第一控制阀内，在第一控制阀内，液压油中一部分沿着第一工作油口和第一排油口流回至油箱，另一部分沿着第一工作油口和第二工作油口流动至驱动油缸的有杆腔内进行补油，防止工作装置出现卡顿的情况；无杆腔的液压油中另一部分进入至第二控制阀内，在第二控制阀内，液压油沿着第三工作油口和第二进油口流回至主油路，进而能够对其他的工作装置提供液压动力，起到了对工作装置下降时产生的重力势能进行回收的效果。在上述结构中，不必设置任何的阀块或者蓄能器，仅通过第一控制阀和第二控制阀的档位变换即可实现在工作装置下降时，对控制油缸的有杆腔补油，以及收集下降产生的重力势能并供给至其他工作装置的技术效果，有效减小了液压系统占用的空间。因此本发明的技术方案可以回收利用工作装置下降时产生的重力势能，同时解决了现有技术中的挖掘机的液压系统占用空间大的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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发明的一些实施方式，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示出了本发明的工程机械的液压控制系统的原理图；

图2示出了图1中液压控制系统的第一控制阀的原理图；

图3示出了图1中液压控制系统的第二控制阀的原理图；

图4示出了图1中液压控制系统的第一控制阀的内部结构示意图；以及

图5示出了图1中液压控制系统的第二控制阀的内部结构示意图。

附图标记说明：

10、第一控制阀；11、第一进油口；12、第一排油口；13、第一工作油口；14、第二工作油口；15、第一阀体；16、第一阀芯；161、第一连通通道；162、第一连通孔；163、第二连通孔；164、第一单向流通结构；20、第二控制阀；21、第二进油口；22、第二排油口；23、第三工作油口；24、第四工作油口；25、第二阀体；26、第二阀芯；261、第二连通通道；262、第三连通孔；263、第四连通孔；264、第二单向流通结构；30、第一供油装置；31、第一供油油路；40、第二供油装置；41、第二供油油路；50、斗杆；60、铲斗；70、回转台的控制阀；80、第三单向流通结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图3所示，本实施例的工程机械的液压控制系统，包括：第一控制阀10和第二控制阀20，第一控制阀10和第二控制阀20的具体结构和设置方式如下：

第一控制阀10包括第一进油口11、第一排油口12、第一工作油口13和第二工作油口14。并且第一控制阀10包括第一档位和第二档位，第一控制阀10处于第一档位时，第一进油口11与第一工作油口13连通，第一排油口12与第二工作油口14连通。第一控制阀10处于第二档位时，第一进油口11与第二工作油口14连通，第一排油口12与第一工作油口13连通，并且第一工作油口13与第二工作油口14连通。

第二控制阀20，第二控制阀20包括第二进油口21、第二排油口22、第三工作油口23和第四工作油口24。并且第二控制阀20包括第三档位和第四档位，第二控制阀20处于第三档位时，第二进油口21与第三工作油口23连通，第二排油口22与第四工作油口24连通。第二控制阀20处于第四档位时，第三工作油口23与第二进油口21连通，第四工作油口24与第二排油口22隔断。

进一步地，第一工作油口13和第三工作油口23适于与工作装置的控制油缸的无杆腔连通，第二工作油口14和第四工作油口24适于与控制油缸的有杆腔连通。

利用本实施例的技术方案，在工作装置需要上升时，第一控制阀10处于第一档位，第二控制阀20处于第三档位，此时液压油分别从第一进油口11和第二进油口21进入，沿着第一工作油口13和第三工作油口23进入至驱动油缸的无杆腔内，并使活塞杆伸出并推动工作装置上升。当工作装置从较高位置下降时，使第一控制阀10处于第二档位，第二控制阀20处于第四档位，此时无杆腔的液压油中一部分进入至第一控制阀10内，在第一控制阀10内，液压油中一部分沿着第一工作油口13和第一排油口流回至油箱，另一部分沿着第一工作油口13和第二工作油口14流动至驱动油缸的有杆腔内进行补油，防止工作装置出现卡顿的情况。无杆腔的液压油中另一部分进入至第二控制阀20内，在第二控制阀20内，液压油沿着第三工作油口23和第二进油口21流回至主油路，进而能够对其他的工作装置提供液压动力，起到了对工作装置下降时产生的重力势能进行回收的效果。在上述结构中，不必设置任何的阀块或者蓄能器，仅通过第一控制阀10和第二控制阀20的档位变换即可实现在工作装置下降时，对控制油缸的有杆腔补油，以及收集下降产生的重力势能并供给至其他工作装置的技术效果，有效减小了液压系统占用的空间。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的挖掘机的液压系统占用空间大的缺陷。

需要说明的是，上述的第一控制阀10和第二控制阀20控制同一个驱动油缸，也即，第一工作油口13和第三工作油口23连通同一个驱动油缸的无杆腔，第二工作油口14和第四工作油口24连通同一个驱动油缸的有杆腔。因此本领域技术人员可以理解，当工作装置上升时，第一控制阀10和第二控制阀20同时对无杆腔供油，进而能够驱动重量较大的工作装置向上运动。当工作装置下降时，控制油缸中的液压油一部分流动至第一控制阀10，另一部分流动至第二控制阀20。结合上述描述，第一控制阀10可以使液压油的一部分从驱动油缸的无杆腔流动至有杆腔，进而实现补油效果。第二控制阀20可以收集无杆腔内的高压液压油，并供给至其他工作装置，进而实现对工作装置的重力势能进行收集的效果。

需要说明的是，上述的工作装置指的是工程机械中采用液压进行驱动的部件。具体到本实施例中，工作装置为挖掘机中的动臂。当然，其他工程机械中采用液压进行驱动，并进行竖直方向运动的部件，均在上述“工作装置”的范围内。

如图2所示，在本实施例中，第一控制阀10为三位四通换向阀。从图2可以看到，上述的第一档位也即图2中的上位，第二档位也即图2中的下位。此外，第一控制阀10还包括中位，中位为截止档位，当第一控制阀10处于中位时，第一进油口11、第一排油口12、第一工作油口13和第二工作油口14之间互相隔断。当第一控制阀10处于中位时可以对驱动装置进行位置锁定，此时驱动油缸既无法从第一控制阀10进油，也无法从第一控制阀10进行回油。

如图3所示，在本实例的技术方案中，第二控制阀20还包括第五档位，第二控制阀20处于第五档位时，第二进油口21、第二排油口22，第三工作油口23和第四工作油口24之间互相隔断。具体而言，从图3可以看到，第二控制阀20也为一个三位四通换向阀。上述的第三档位也即图3中的下位，上述的第四档位也即图3中的上位。进一步地，第五档位为图3中的中位，第五档位为截止档位。其中，第五档位的作用有两个：1、第五档位配合上述第一控制阀10的中位，可以实现对工作装置的位置的锁定；2、当工作装置下降时，若不需要对重力势能进行回收时(也即没有其他工作装置需要供油)，使得第一控制阀10处于第二档位，第二控制阀20处于第五档位，此时仅第一控制阀10对控制油缸起到控制作用，第二控制阀20不进行工作(也即不进行重力势能回收)。上述通过对第二控制阀20设置第五档位，使得对控制油缸的控制方式更加多样，更加的灵活。

当然，本领域技术人员可以理解，对于驱动油缸的控制而言，上述第一控制阀10的三个档位以及第二控制阀20的三个档位可以灵活组合，例如，当仅需要一个控制阀对驱动油缸的活塞杆伸出进行控制时，可以使第一控制阀10处于第一档位，使第二控制阀20处于第五档位，或者使第一控制阀10处于中位，使第二控制阀20处于第三档位。本领域技术人员可以根据实际工作需要对第一控制阀10和第二控制阀20的档位进行灵活调整，不限于上述提到的档位配合方式。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，第一控制阀10包括第一阀体15以及设置在第一阀体15内的第一阀芯16。其中，第一进油口11、第一排油口12、第一工作油口13和第二工作油口14均设置在第一阀体15上。第一阀芯16内设置有第一连通通道161，第一阀芯16的外侧壁上设置有与第一连通通道161连通的第一连通孔162和第二连通孔163。进一步地，第一阀芯16配置为，第一控制阀10处于第二档位置时，第一连通孔162与第一工作油口13对应，第二连通孔163与第二工作油口14对应。具体而言，上述的第一控制阀10的不同档位，也即第一阀芯16在第一阀体15内移动后处于不同的位置。结合图4，本领域技术人员可以理解，当第一控制阀10处于第二档位时，第一工作油口13和第一排油口12通过第一阀芯16外表面的开槽进行连通。同时，从第一工作油口13进入的液压油沿着第一连通孔162、第一连通通道161以及第二连通孔163流动至第二工作油口14处，进而使得液压油回流至控制油缸的有杆腔进行及时补油，防止吸空卡顿的现象。

需要说明的是，结合图1和图4，本领域技术人员可以理解，当第一控制阀10处于第一档位或者中位时，上述的第一连通通道161不起到连通第一阀体15上两个油口的作用。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，第一连通通道161内设置有第一单向流通结构164，第一单向流通结构164适于使液压油沿着第一连通孔162至第二连通孔163的方向单向流通。具体而言，第一单向流通结构164对流经第一连通通道161内的液压油起到节流的效果。优选地，第一单向流通结构164为单向阀。

如图5所示，在本实施例的技术方案中，第二控制阀20包括第二阀体25以及设置在第二阀体25内的第二阀芯26。第二进油口21、第二排油口22、第三工作油口23和第四工作油口24均设置在第二阀体25上。第二阀芯26内设置有第二连通通道261，第二阀芯26的外侧壁上设置有与第二连通通道261连通的第三连通孔262和第四连通孔263。进一步地，第二阀芯26配置为，第二控制阀20处于第四档位置时，第三连通孔262与第三工作油口23对应，第四连通孔263与第二进油口21对应。具体而言，上述的第二控制阀20的不同档位，也即第二阀芯26在第二阀体25内移动后处于不同的位置。结合图5，本领域技术人员可以理解，当第一控制阀10处于第二档位时，控制油缸的无杆腔的液压油从第三工作油口23进入，然后沿着第三连通孔262、第二连通通道261以及第四连通孔263后，流入至第二进油口21处，进而使得高压液压油流回至主油路，进而对其他工作装置提供驱动力。从图4还可以看到，第二阀体25的底部的流道内设置有闭锁单向阀，闭锁单向阀设置有先导油口。当第二控制阀20处于第四档位时，先导油将闭锁单向阀提升，进而使得高压液压流至主油路。

需要说明的是，结合图1和图5，本领域技术人员可以理解，当第二控制阀20处于第三档位或者第五档位时，上述的第二连通通道261不起到连通第二阀体25上两个油口的作用。

如图5所示，在本实施例的技术方案中，第二连通通道261内设置有第二单向流通结构264，第二单向流通结构264适于使液压油沿着第三连通孔262至第四连通孔263的方向单向流通。具体而言，第二单向流通结构264对流经第二连通通道261内的液压油起到节流的效果。优选地，第二单向流通结构264为单向阀。

以上即为液压控制系统中第一控制阀10和第二控制阀20的具体结构以及工作原理，以下将对液压控制系统中的其他部件进行说明。

如图1所示，液压控制系统还包括第一供油装置30和第二供油装置40。挖掘机还包括斗杆50、铲斗60以及回转台。第一供油装置30包括第一供油油路31，第一供油油路31与第一进油口11、斗杆50的控制阀以及铲斗60的控制阀连通，第二供油装置40包括第二供油油路41，第二供油油路41与第二进油口21以及回转台的控制阀70连通。具体而言，第一供油装置30和第二供油装置40为两个独立的油泵，其中，第一供油装置30对动臂的控制油缸(通过第一控制阀10)、斗杆50的控制油缸以及铲斗60的控制油缸进行供油。第二供油装置40可以对动臂的控制油缸(通过第二控制阀20)以及回转台的控制油缸进行供油。此外，本领域技术人员可以理解，第二控制阀20对动臂下降后回收的液压油将流动至第二供油油路41内。

如图1所示，第一供油油路31与第二供油油路41连通，并且第一供油油路31和/或第二供油油路41上设置有第三单向流通结构80，第三单向流通结构80适于使液压油从第一供油装置30向第二供油装置40单向流通，或者，第三单向流通结构80适于使液压油从第二供油装置40向第一供油装置30单向流通。具体而言，上述结构中第一供油油路31和第二供油油路41之间存在合流，并且第三单向流通结构80能够使液压油合流后单向流通，进而提高挖掘机内不同工作装置的控制多样性，进而选择不同的控制策略。

具体到本实施例中，第三单向流通结构80为单向阀，单向阀能够使第二供油油路41中的液压油流动至第一供油油路31中并进行合流，因此可以选择多种控制策略。例如，第二供油装置40不仅可以通过第二控制阀20对动臂的驱动油缸，以及对回转台的控制油缸供油，还可以流动至第一供油油路31后，通过第一控制阀10对控制动臂的驱动油缸、控制斗杆50的驱动油缸以及铲斗60的驱动油缸供油。此外，通过第二控制阀20回收的高压液压油，经过第二供油油路41以及第一供油油路31后，也可以对上述的工作装置进行供油。

结合上述液压控制系统中的各个部件，以下对液压系统的具体控制方式进行举例：

1、动臂单独下降：第一控制阀10处于第二档位，第二控制阀20处于第五档位；

2、动臂单独下降，且其他工作装置工作：第一控制阀10处于第二档位，第二控制阀处于第四档位；

3、动臂上升，回转台动作：第一供油装置30通过第一控制阀10控制动臂的驱动油缸，第二供油装置40控制回转台的驱动油缸；或者，第一供油装置30通过第一控制阀10控制动臂的驱动油缸，第二供油装置40控制回转台的驱动油缸，同时，第二供油装置40通过第二控制阀20控制动臂的驱动油缸，第二控制阀20和回转台的控制阀70之间通过优先阀进行流量分配；

4、动臂上升、回转台动作，斗杆动作：第一供油装置30通过第一控制阀10控制动臂的驱动油缸，以及控制斗杆50的驱动油缸，第二供油装置40控制回转台的驱动油缸，同时，第二供油装置40通过第二控制阀20控制动臂的驱动油缸，第二控制阀20和回转台的控制阀70之间通过优先阀进行流量分配。

此外，图1中液压系统原理图中的各个节点含义为：Ba(Head)为动臂控制油缸的无杆腔连接节点；Bb(Rod)为动臂控制油缸的有杆腔连接节点；WsA和WsB为回转台的驱动油缸的连接节点；T1为外部油箱连接节点；Dr1-3卸油连接节点；Bm rege信号节点。因此，本领域技术人员结合图1中液压元件符号、各液压元件的连接方式以及上述各个节点的含义，能够理解图1中液压控制系统的完整运行原理。

结合上述描述，本实施例中的液压控制系统具有以下优点：

1、动臂进行下降时，通过第一控制阀10能够使液压油从无杆腔由第一阀芯16内部再生至有杆腔，通过第二控制阀20能够收集液压油，并供其他工作装置工作，提高挖掘机的节能减耗性能；

2、通过识别挖掘机不同的负载，可选择不同的工作装置控制策略，进而大大地减少了挖掘机的油耗，提升效率。

本实施例还提供了一种工程机械，工程机械包括上述的液压控制系统。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。