液压系统及其控制方法和工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种液压系统及其控制方法和工程机械。

背景技术

目前有较多的工程机械都设置有支腿装置，用以在作业过程中通过支腿获得对整车稳定的支撑，防止车体发生倾覆，保证作业安全。其中，支腿装置通常由液压系统进行控制。

以混凝土泵车为例，目前混凝土泵车通常配置有多个支腿，其支腿液压系统给每个支腿分别配置一个电磁比例阀，即通过多个电磁比例阀分别对应控制多个支腿以实现对各个支腿的单独控制，成本较高，阀组的布置空间较大。并且，现有的支腿控制系统只能以单一速度控制支腿的展开或收缩，其操作不灵活。

发明内容

本发明提供一种液压系统及其控制方法和工程机械，用以解决现有技术中工程机械的支腿液压系统的阀组布置空间较大以及不能调节支腿伸缩速度问题。

本发明提供一种液压系统，包括比例阀、支腿液压系统、电控开关和控制器，所述支腿液压系统包括多路换向阀和多组支腿油缸，所述多路换向阀的进油口与所述比例阀的出油口相连，所述多路换向阀的多组控制油口与多组所述支腿油缸的工作油口一一对应相连；所述电控开关和所述比例阀分别与所述控制器连接，所述电控开关用于向所述控制器发送多级流量控制信号，以供所述控制器根据多级所述流量控制信号调节所述比例阀输出的液压油流量。

根据本发明提供的一种液压系统，所述比例阀为比例多路阀，所述比例多路阀包括支腿控制联，所述多路换向阀的进油口与所述支腿控制联的出油口相连。

根据本发明提供的一种液压系统，还包括至少一个执行器，所述比例多路阀还包括至少一个执行器控制联，所述执行器与所述执行器控制联的出油口一一对应相连。

根据本发明提供的一种液压系统，所述支腿液压系统包括相互并联的左支腿液压子系统和右支腿液压子系统，所述左支腿液压子系统和所述右支腿液压子系统均包括所述多路换向阀和多组所述支腿油缸，所述左支腿液压子系统的所述多路换向阀的进油口和所述右支腿液压子系统的所述多路换向阀的进油口分别与所述比例阀的出油口相连。

根据本发明提供的一种液压系统，所述左支腿液压子系统包括第一多路换向阀以及分别与所述第一多路换向阀相连的左前竖直支腿油缸、左前水平支腿油缸、左后竖直支腿油缸和左后水平支腿油缸；所述右支腿液压子系统包括第二多路换向阀以及分别与所述第二多路换向阀相连的右前竖直支腿油缸、右前水平支腿油缸、右后竖直支腿油缸和右后水平支腿油缸。

根据本发明提供的一种液压系统，所述多路换向阀为手动多路换向阀，所述手动多路换向阀包括多个换向阀，其上设有多个操作手柄，多个所述操作手柄与多个所述换向阀一一对应设置，用于切换所述换向阀的工作位。

本发明还提供一种上述任一种液压系统的控制方法，包括步骤：

调节所述电控开关的档位，使所述电控开关输出第一流量控制信号，基于所述第一流量控制信号调节所述比例阀输出的液压油流量，控制至少一组所述支腿油缸伸出到设定位置；

在所述控制至少一组所述支腿油缸伸出到设定位置后，调节所述电控开关的档位，使所述电控开关输出第二流量控制信号，基于所述第二流量控制信号调节所述比例阀输出的液压油流量，控制所述至少一组所述支腿油缸从所述设定位置伸出到目标位置。

根据本发明提供的液压系统的控制方法，所述第一流量控制信号对应的所述比例阀输出的液压油流量大于所述第二流量控制信号对应的所述比例阀输出的液压油流量。

本发明还提供一种工程机械，包括上述任一种液压系统。

根据本发明提供的工程机械，还包括操作室，所述电控开关包括左电控开关和右电控开关，所述左电控开关和所述右电控开关分别与所述控制器连接，且均用于向所述控制器发送多级流量控制信号，左电控开关靠近所述操作室的左侧设置，右电控开关靠近所述操作室的右侧设置。

本发明提供的液压系统及其控制方法和工程机械，通过设置比例阀和多路换向阀，利用多路换向阀对多组支腿油缸进行分别控制。并且在比例阀与多路换向阀之间设置电控开关，以根据电控开关的多级流量控制信号控制比例阀向支腿液压系统输送的液压油流量，从而实现对每组支腿油缸伸出速度的多级控制。相比于现有技术中每组支腿均配置一个比例阀且支腿只能以单一速度伸出，本发明的液压系统不仅节省了阀组的布置空间，还可根据实际工况需要对各个支腿的伸缩速度进行调节控制。操作方式灵活，控制逻辑和电气控制结构较为简单，降低了液压系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明提供的液压系统的结构示意图；

附图标记：

1、液压泵； 2、比例阀；

21、支腿控制联；22、第一臂架控制联；

23、第二臂架控制联；24、第三臂架控制联；

25、第四臂架控制联 3、左支腿液压子系统；

31、第一多路换向阀；311、第一换向阀；

312、第二换向阀； 313、第三换向阀；

314、第四换向阀； 321、左前竖直支腿油缸；

322、左前水平支腿油缸； 323、左后竖直支腿油缸；

324、左后水平支腿油缸； 4、右支腿液压子系统；

41、第二多路换向阀；411、第五换向阀；

412、第六换向阀； 413、第七换向阀；

414、第八换向阀； 421、右前竖直支腿油缸；

422、右前水平支腿油缸； 423、右后竖直支腿油缸；

424、右后水平支腿油缸。 5、臂架液压系统；

51、第一臂架油缸；52、第二臂架油缸；

53、第三臂架油缸；54、第四臂架油缸；

61、左电控开关；62、右电控开关。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”……“第八”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。此外，“多个”的含义是两个或两个以上。说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

本发明提供一种液压系统，该液压系统可应用于具有支腿的工程机械，如混凝土泵车、起重机和消防车等。具有支腿的工程机械通常包括多个支腿，该液压系统用于控制工程机械的支腿的运动，包括支腿的展开和收缩。本发明实施例以混凝土泵车为例说明本发明提供的液压系统的结构和原理。

如图1所示为本发明提供的液压系统的结构示意图。本发明实施例提供的液压系统包括比例阀2、支腿液压系统、电控开关和控制器。支腿液压系统包括多路换向阀和多组支腿油缸，多路换向阀的进油口与比例阀2的一个出油口相连。多路换向阀的多组控制油口与多组支腿油缸的工作油口一一对应相连。电控开关和比例阀2分别与控制器信号连接或者电性连接。电控开关用于向控制器发送多级流量控制信号，以供控制器根据多级流量控制信号调节比例阀2输出的液压油流量。其中，本发明实施例提供的液压系统还包括液压泵1，比例阀2 的进油口与液压泵1的出油口连通。

本发明实施例提供的液压系统应用于带支腿的工程机械，该工程机械的每一支腿配置有多个支腿机构以实现该支腿在多个方向上的伸缩运动。每个支腿机构包括一组支腿油缸，其动作由支腿油缸来驱动实现。例如，每一支腿配置有水平伸缩支腿机构和竖直伸缩支腿机构。水平伸缩支腿机构用于驱动支腿水平伸缩以将支腿向车体外侧展开或向车体内侧收缩，竖直伸缩支腿机构用于驱动支腿竖直伸缩以将支腿向下支撑于地面或向上收缩。

其中，多路换向阀包括多个换向阀，多个换向阀和多组支腿油缸一一对应设置。换向阀设有进油口、回油口、第一控制油口和第二控制油口。多路换向阀的每组控制油口即为每一换向阀的第一控制油口和第二控制油口。换向阀的进油口与比例阀2的出油口相连，回油口与油箱相连。第一控制油口与支腿油缸的第一工作油口相连，第二控制油口与支腿油缸的第二工作油口相连。通过控制换向阀的工作位以切换其第一控制油口和第二控制油口处的液压油流向，使支腿油缸驱动对应的支腿机构进行伸缩运动。

具体地，换向阀的阀芯具有第一工作位、中位和第二工作位。当将换向阀的阀芯切换到第一工作位时，其第一控制油口与支腿油缸的无杆腔连通，其第二控制油口与支腿油缸的有杆腔连通，用于驱动支腿伸出。当将换向阀的阀芯切换到第二工作位时，其第一控制油口与支腿油缸的有杆腔连通，其第二控制油口与支腿油缸的无杆腔连通，用于驱动支腿收缩。当将换向阀的阀芯切换到中位时，其第一控制油口和第二控制油口均关闭，对应的支腿油缸停止运动。

其中，多路换向阀为手动多路换向阀，其上设有多个操作手柄，多个操作手柄与多个换向阀一一对应设置，操作手柄用于调节对应的换向阀的阀芯位置，以切换换向阀的工作位。

进一步地，换向阀可以为三位四通阀或三位六通阀。当换向阀为三位六通阀时，换向阀还设有第一油口和第二油口，第一油口与油箱相连，第二油口与比例阀的出油口相连。在三位六通阀处于中位时，第一油口和第二油口相连通，在三维六通阀处于第一工作位和第二工作位时，第一油口和第二油口均封闭。

电控开关通过控制器与比例阀2信号连接，也可以为电性连接等其他方式连接。其中，电控开关设有多级档位，通过调节电控开关的档位，使电控开关输出与所述档位相对应的流量控制信号。控制器接收该流量控制信号后控制比例阀2的阀芯移动，以调节比例阀2的阀芯开度，从而调节比例阀2输出的液压油流量。比例阀2输出的流量越大，支腿油缸的驱动速度越快；反之则越慢。

本发明实施例提供的液压系统，通过设置比例阀2和多路换向阀，利用多路换向阀对多组支腿油缸进行分别控制。并且在比例阀2与多路换向阀之间设置电控开关，以根据电控开关的多级流量控制信号控制比例阀2向支腿液压系统输送的液压油流量，从而实现对每组支腿油缸伸出速度的多级控制。相比于现有技术中每组支腿均配置一个比例阀2且支腿只能以单一速度伸出，本发明的液压系统不仅节省了阀组的布置空间，还可根据实际工况需要对各个支腿的伸缩速度进行调节控制。操作方式灵活，控制逻辑和电气控制结构较为简单，降低了液压系统的成本。

本发明实施例中，每组支腿油缸包括至少一个油缸。例如，如图 1所示，用于控制左前支腿竖直伸缩的左前竖直支腿油缸321包括一个油缸，该油缸的有杆腔和无杆腔分别与第一换向阀311的第一控制油口和第二控制油口相连，通过该油缸驱动左前支腿进行竖直伸缩。又例如，用于控制左前支腿水平伸缩的左前水平支腿油缸322包括两个油缸，则两个油缸的无杆腔串联连接于第二换向阀312的第一控制油口，两个油缸的有杆腔串联连接于第二换向阀312的第二控制油口，通过两个油缸同时驱动左前支腿进行水平伸缩，可增大左前支腿的水平伸缩的距离。

本发明一些实施例中，比例阀2为比例多路阀，比例多路阀设有多个控制联，其中包括支腿控制联21，多路换向阀的进油口与支腿控制联21的出油口相连。其他控制联则可用于控制其他动作要求更高的执行元件的动作，每一控制联设有一组控制油口。

支腿控制联21的一个控制油口B1作为出油口与多路换向阀的进油口相连，用于向支腿液压系统提供液压油。支腿控制联21的另一控制油口A1可进行封堵或者作为出油口与其他液压控制系统相连。进一步地，本发明实施例提供过的液压系统还包括至少一个执行器，所述比例多路阀还包括至少一个执行器控制联，所述执行器与所述执行器控制联的出油口一一对应相连。

作为一具体示例，如图1所示，本发明实施例提出的液压系统还包括臂架液压系统5。臂架液压系统5包括四个执行器，分别为第一臂架油缸51、第二臂架油缸52、第三臂架油缸53和第四臂架油缸54，每一臂架油缸对应驱动一节臂架运动。比例多路阀还包括与上述四个执行器一一对应相连的四个执行器控制联，分别为第一臂架控制联22、第二臂架控制联23、第三臂架控制联24和第四臂架控制联 25。

第一臂架控制联22的两个出油口分别与第一臂架油缸51的两个工作油口相连。第二臂架控制联23的两个出油口分别与第二臂架油缸52的两个工作油口相连。第三臂架控制联24的两个出油口分别与第三臂架油缸53的两个工作油口相连。第四臂架控制联25的两个出油口分别与第四臂架油缸54的两个工作油口相连。四个臂架控制联分别用于控制四节臂架的展开和收缩。

作为另一具体示例，本发明实施例提供的液压系统还包括回转液压系统，回转液压系统包括一个执行器，即回转马达。比例多路阀还包括与回转马达对应的回转控制联，回转液压系统的进油口与回转控制联的出油口相连，通过回转控制联控制回转装置的展开和收缩。

工程机械的多个支腿通常分布于车体的两侧，包括左支腿和右支腿。左支腿又通常包括左前支腿和左后支腿，右支腿又通常包括右前支腿和右后支腿。本发明实施例中，支腿液压系统包括相互并联的左支腿液压子系统3和右支腿液压子系统4。左支腿液压子系统3和右支腿液压子系统4均包括多路换向阀和多组支腿油缸。左支腿液压子系统3的多路换向阀的进油口和右支腿液压子系统4的多路换向阀的进油口分别与支腿控制联21的同一出油口相连。

其中，左支腿液压子系统3包括第一多路换向阀31和多组左支腿油缸。右支腿液压子系统4包括第二多路换向阀41和多组右支腿油缸。第一多路换向阀31和第二多路换向阀41均包括多个换向阀。多组左支腿油缸与第一多路换向阀31的多个换向阀一一对应设置，多组右支腿油缸与第二多路换向阀41的多个换向阀一一对应设置。通过设置两个并联的支腿液压子系统，使支腿控制联21的液压油分流到两个支腿液压子系统，可通过两个支腿液压子系统分别控制一对左右支腿同时动作。

其中，第一多路换向阀31和第二多路换向阀41均设有多个操作手柄，每一多路换向阀的多个操作手柄与多个换向阀一一对应设置，操作手柄用于调节对应的换向阀的阀芯位置，以切换换向阀的工作位。

需要说明的是，该液压系统也可以只设置一个多路换向阀，且全部支腿油缸均与该多路换向阀相连，通过该多路换向阀逐个控制各个支腿动作。该液压系统也可以设置三个以上的多路换向阀，以控制更多支腿动作。多路换向阀的数量可根据实际的支腿数量、支腿上的支腿机构的数量以及所使用的多路换向阀的控制油口的数量来确定。

本发明实施例中的支腿液压系统用于控制四个支腿(包括两对支腿，分别为左前支腿和右前支腿、左后支腿和右后支腿)的水平伸缩动作和竖直伸缩动作。其中，左支腿液压子系统3包括第一多路换向阀31以及分别与第一多路换向阀31相连的左前竖直支腿油缸321、左前水平支腿油缸322、左后竖直支腿油缸323和左后水平支腿油缸 324。右支腿液压子系统4包括第二多路换向阀41以及分别与第二多路换向阀41相连的右前竖直支腿油缸421、右前水平支腿油缸422、右后竖直支腿油缸423和右后水平支腿油缸424。

其中，第一多路换向阀31包括四个换向阀，分别为第一换向阀 311、第二换向阀312、第三换向阀313和第四换向阀314，这四个换向阀的控制油口分别与左前竖直支腿油缸321、左前水平支腿油缸 322、左后竖直支腿油缸323和左后水平支腿油缸324相连，用于控制四个左支腿油缸的水平伸缩和竖直伸缩动作。

第二多路换向阀41也包括四个换向阀，分别为第五换向阀411、第六换向阀412、第七换向阀413和第八换向阀414，这四个换向阀的控制油口分别与右前竖直支腿油缸421、右前水平支腿油缸422、右后竖直支腿油缸423和右后水平支腿油缸424相连，用于控制四个右支腿油缸的水平伸缩和竖直伸缩动作。

本发明实施例中，电控开关设有电控手柄，在对支腿进行伸缩操作时，操作手可根据需要通过调节电控手柄来调节电控开关的档位，从而调节比例阀2的阀芯开度，实现对支腿伸缩速度的多级控制。

例如，在对左前支腿进行水平展开操作时，先通过电控手柄将电控开关调节到1档位，控制器根据电控开关发送的流量控制信号控制比例阀2以第一流量输出液压油。然后控制第二换向阀312切换到第一工作位，使左前支腿水平展开。在左前支腿水平展开的过程中，可根据需要调节电控开关的档位，比如通过电控手柄将电控开关调节到 2档位，控制器根据电控开关发送的流量控制信号控制比例阀2以第二流量输出液压油。如此完成对左前支腿水平展开的多级速度控制。依此类推，完成左前支腿的竖直下撑操作以及其他支腿的水平展开和竖直下撑操作。

其中，在对支腿进行展开或收缩操作时，可逐一操作第一到第八换向阀，以逐一控制多个支腿油缸动作，这样需要通过8次操作完成四个支腿的水平展开和竖直下撑。在左右支腿对称设置的情况下，可同时将第一多路换向阀31的一个换向阀和第二多路换向阀41的一个换向阀切换到相同的工作位，且这两个换向阀对应的支腿油缸为左右对称设置的两组支腿油缸。这样可保证左右负载基本相等，使一对左右支腿机构的支腿油缸同时动作，仅通过4次操作即可完成四个支腿的水平展开和竖直下撑。

例如，操作手同时对左前支腿和右前支腿进行水平展开操作。具体操作过程为，先将第二换向阀312的阀芯和第六换向阀412的阀芯均切换到第一工作位。然后调节电控手柄至1档位，使左前支腿和右前支腿以相同速度水平展开。在左前支腿和右前支腿水平展开的过程中，可根据需要调节电控开关的档位，比如通过电控手柄将电控开关调节到2档位，控制器根据电控开关发送的流量控制信号控制比例阀 2以第二流量输出液压油。如此同时完成对左前支腿和右前支腿水平展开的多级速度控制。

同理，可同时对左前支腿和右前支腿进行竖直伸出操作，或者同时对左后支腿和右后支腿进行水平展开操作，或者同时对左后支腿和右后支腿进行竖直伸出操作。

本发明还提供一种如上述实施例所述的液压系统的控制方法，本发明实施例提供的液压系统的控制方法包括支腿的展开控制方法，该液压系统的控制方法，包括步骤：

S100，调节所述电控开关的档位，使所述电控开关输出第一流量控制信号，基于所述第一流量控制信号调节所述比例阀2输出的液压油流量，控制至少一组所述支腿油缸伸出到设定位置。

S200，在所述控制至少一组所述支腿油缸伸出到设定位置后，调节所述电控开关的档位，使所述电控开关输出第二流量控制信号，基于所述第二流量控制信号调节所述比例阀2输出的液压油流量，控制所述至少一组所述支腿油缸从所述设定位置伸出到目标位置。

其中，目标位置为支腿在任一方向上伸出所要达到的位置。设定位置为支腿油缸从起始位置到目标位置之间的位置。可选地，设定位置相比于起始位置更靠近目标位置。

在一个或多个支腿展开过程中，通过操作电控开关上的电控手柄，使电控开关输出不同的流量控制信号，根据不同的流量控制信号调节比例阀2输出的液压油流量，以对支腿展开速度的多级控制，实现对支腿的变速控制。在支腿的整个展开过程中，可根据实际情况灵活调节电控开关的档位来调节支腿的伸出速度。

步骤S100中所述的，控制至少一组所述支腿油缸伸出到设定位置，还包括：控制所述至少一组所述支腿油缸对应的换向阀切换到第一工作位。其中，可通过操作多路换向阀上的操作手柄对换向阀的工作位进行切换。结合电控手柄和多路换向阀的操作手柄，可单独对每一支腿进行多级速度控制。

上述步骤对支腿的展开控制方法中，可以一次只对一个支腿进行展开或收缩操作，也可以一次对多个支腿进行伸展或收缩操作。重复执行步骤S100-S200直至完成所有支腿的展开操作。

上述实施例中，所述第一流量控制信号对应的所述比例阀2输出的液压油流量大于所述第二流量控制信号对应的所述比例阀2输出的液压油流量。即在支腿油缸到达目标位置之前，通过调节比例阀2 输出的液压油流量，使水平支腿油缸在到达目标位置之前进行减速运动，实现水平展开的精确控制，提高作业的安全性。

在实际操作中，可根据实际情况选择只对支腿的水平展开操作进行上述减速运动；或者只对支腿的竖直展开操作进行上述减速运动；或者即对支腿的水平展开操作进行上述减速运动，又对支腿的竖直展开操作进行上述减速运动。

本发明实施例提供的液压系统的控制方法还包括支腿的收缩控制方法。在一个或多个支腿收缩过程中，也可根据电控开关输出不同的流量控制信号，调节比例阀2输出的液压油流量，以对支腿收缩速度进行多级控制，以及通过减小比例阀2输出的液压油流量，实现对支腿收缩的精确控制。其控制原理可参考上述实施例所述支腿的展开控制方法，在此不在赘述。

本发明还提供一种工程机械，该工程机械可以为消防车、混凝土泵车和起重机等，其包括上述任一实施例所述的液压系统。其中，该工程机械设有多个支腿，每一支腿配置有多组支腿油缸，每组支腿油缸用于驱动一个支腿在一个方向(如水平方向或竖直方向)上的伸展或收缩。

进一步地，本发明实施例提供的工程机械还包括操作室，电控开关包括左电控开关61和右电控开关62。左电控开关61和右电控开关62分别与控制器信号连接或者电性连接。左电控开关61和右电控开关62均用于向控制器发送多级流量控制信号。左电控开关61靠近操作室的左侧设置，右电控开关62靠近操作室的右侧设置。

其中，第一多路换向阀31设置于操作室的左侧，第二多路换向阀41设置于操作室的右侧。操作手在操作室的左侧通过操作左电控开关61和第一多路换向阀31完成左侧多个支腿的展开。在操作室的右侧通过操作右电控开关62和第二多路换向阀41完成右侧多个支腿的展开。操作手在对支腿进行展开操作时，可观察车辆外部支腿的动作，减少误操作，保证操作安全。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。