基于负载敏感的液压控制系统、控制方法和作业机械

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，具体涉及一种基于负载敏感的液压控制系统、控制方法和作业机械。

背景技术

目前，工程机械中广泛应用着负载敏感系统和正流量系统。负载敏感系统采用负载敏感主阀和负载敏感主泵，通过闭环的变量调节，没有流量浪费，具有较高的节能性。

在相关现有技术中，负载敏感系统使主阀芯两侧压差保持在相对恒定值，实现了流量由开口面积进行分配，不受负载影响，保证了复合动作协调性。但是，由于压力反馈所需要的时间相对较长，因此整个系统的响应较慢，在多动作联通工况中无法实现流量不受负载影响的独立或按阀口比例分配的功能。

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整个系统响应较慢，在多动作联通工况中无法实现流量不受负载影响的独立或按阀口比例分配的功能的缺陷，从而提供一种可提高响应速度，在多动作联通工况中能够实现流量不受负载影响的独立或按阀口比例分配的功能的基于负载敏感的液压控制系统。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于负载敏感的液压控制系统，包括：主泵，具有泵进油口、泵出油口和控制端，所述泵进油口与油箱连接；多个执行机构；负载敏感主阀，包括与多个所述执行机构一一对应的多个主节流口和多个第一先导油口，所述第一先导油口适于获取多个所述执行机构的最高压力，所述主节流口的进油口与所述泵出油口连接，所述主节流口的出油口与对应的所述执行机构连接；溢流阀组，具有第二先导油口、溢流进油口和溢流出油口，所述第二先导油口适于获取对应的所述执行机构的最高压力，所述溢流进油口与所述主节流口的进油口和所述泵出油口连接，流经所述溢流进油口和所述出油口的液压油形成流量压差，所述流量压差作用于所述控制端，所述溢流出油口与所述油箱连接；控制器，与所述控制端和所述主节流口分别连接，在节流调速控制模式下，所述控制器适于根据所述主节流口的开度和所述溢流阀组的流量压差控制所述主泵的排量，直至所述溢流阀组和所述负载敏感主阀分别维持恒定压差。

作为优选，所述溢流阀组包括：流量补偿阀，具有所述第二先导油口、所述溢流进油口和所述溢流出油口；阻尼结构，与所述溢流出油口连接，以使得从所述溢流出油口出来的液压油形成所述流量压差，所述阻尼结构的出油口与所述油箱连接；其中，所述控制端通过溢流油路与所述阻尼结构的进油口和所述溢流出油口连接，以使得所述流量压差作用于所述控制端。

作为优选，所述溢流阀组还包括安全阀，所述安全阀与所述阻尼结构并联。

作为优选，所述溢流阀组还包括节流阀，所述阻尼结构设于所述节流阀内。

作为优选，所述的基于负载敏感的液压控制系统，其特征在于，还包括单向阀，所述单向阀通过所述溢流油路与所述阻尼结构的进油口和所述溢流出油口连接，所述流量压差通过所述溢流油路作用于所述控制端。

作为优选，所述负载敏感主阀还包括分别与所述多个执行机构一一对应的多个压力补偿阀，所述主节流口的出油口通过对应的所述压力补偿阀与对应的所述执行机构连接，所述压力补偿阀的阀芯的一侧设有第一弹簧，所述溢流阀组设有溢流阀芯，所述溢流阀芯的一侧设有第二弹簧，所述基于负载敏感的液压控制系统还包括适于获取最高负载压力的压力选择阀，所述压力选择阀与所述执行机构的进油口、所述压力补偿阀的阀芯设置所述第一弹簧的一侧和所述溢流阀芯设置所述第二弹簧的一侧分别连接，其中，所述溢流阀芯的另一侧适于连接所述泵出油口的压力，使得所述溢流阀芯平衡后的泵出口压力与最高负载压力之间形成一个定值，所述压力补偿阀的阀芯的另一侧连接所述负载敏感主阀的主阀后压力，使得所述压力补偿阀的阀芯后的所述负载敏感主阀的前后压力恒定。

作为优选，所述的基于负载敏感的液压控制系统还包括控制阀，所述控制阀与所述压力补偿阀和所述控制器连接，其中，在容积调速控制模式下，所述控制器适于控制所述主节流口的开度最大并通过所述控制阀控制所述压力补偿阀的开度最大，且所述控制器控制切断进入所述溢流阀组的液压油的油路。

作为优选，所述的基于负载敏感的液压控制系统还包括切断阀，所述切断阀与所述控制器通讯连接，以使得所述控制器控制所述切断阀的打开或关闭。

作为优选，所述的基于负载敏感的液压控制系统还包括流量控制阀，所述流量控制阀的进油口与所述泵出油口和所述主节流口的进油口连接，所述流量控制阀的出油口与所述压力补偿阀的出油口连接，所述流量控制阀与所述控制器连接，所述控制器适于控制所述流量控制阀打开以切断进入所述溢流阀组的液压油的油路。

本发明还提供了一种基于负载敏感的液压控制方法，包括：获取主节流口的开度，并控制主泵的排量高于负载的需求量；获取流经溢流阀组的溢流进油口和溢流出油口后的液压油的流量压差；在节流调速控制模式下，根据获取的所述主节流口的开度以控制主泵的排量，且通过所述流量压差形成所述溢流阀组的负反馈功能以控制所述主泵的排量，直至所述溢流阀组的压差和所述主节流口的前后压差分别维持恒定，以实现负载敏感系统的流量分配功能。

作为优选，所述的基于负载敏感的液压控制方法还包括：控制压力补偿阀获取多个执行机构的最高负载压力，并在所述压力补偿阀的阀芯平衡后，所述负载敏感主阀的前后压力恒定；控制流量补偿阀获取所述最高负载压力，并在所述流量补偿阀的阀芯平衡后，所述泵出油口的压力与所述最高负载压力之间形成一个定值。

作为优选，所述的基于负载敏感的液压控制方法还包括在容积调速模式下，控制压力补偿阀的开度和所述主节流口的开度分别最大，并切断进入所述溢流阀组的液压油的油路。

本发明还提供了一种作业机械，包括：任一项所述的基于负载敏感的液压控制系统。

本发明具有以下优点：

1、利用本发明的技术方案，通过在联动工况下，将从主回路中旁路溢流的流量信号转换成压力信号，通过负流量控制的方式回调主泵的流量，继承了负载敏感系统的流量分配功能，同时拥有正流量的响应迅速的特性。

2、通过节流阀并联安全阀，能够保证节流阀的使用功能。

3、通过在单动作模式下，将压力补偿阀和主节流口开到最大，同时让流量补偿阀的补偿作用失效，打通了主泵至执行机构之间的阻碍，以此在启动正流量系统功能的时候可以降低压力损失，提高系统效率。

4、通过负载敏感主阀并联旁开通路，并通过流量控制阀来控制进入执行机构的流量，使得流量无法进入溢流阀组，从而起到了切断溢流阀组的油路的作用，简化了控制流程。

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为本发明的一种实施方式中的基于负载敏感的液压控制系统的原理的示意图；

图2为本发明的一种实施方式中的基于负载敏感的液压控制方法的流程图。

附图标记说明：

110、主泵；120、执行机构；130、负载敏感主阀；131、主节流口；133、压力补偿阀；1331、第一弹簧；135、第一先导油口；140、溢流阀组；141、流量补偿阀；1411、第二弹簧；143、节流阀；145、安全阀；147、第二先导油口；151、控制器；153、单向阀；160、切断阀；170、压力选择阀；180、控制阀；190、油箱。

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。

申请概述

在相关现有技术中，因为在主阀芯两侧形成固定压差，虽然实现了正流量系统的功能，但是，由于负载敏感系统的固定压损，会造成部分能力损失。

实施例1

如图1所示，一种基于负载敏感的液压控制系统，包括：主泵110、多个执行机构120、负载敏感主阀130、溢流阀组140和控制器151，主泵110具有泵进油口、泵出油口和控制端，泵进油口与油箱190连接，以通过泵进油口从油箱190进油，继而为整个控制油路供油。负载敏感主阀130包括与多个执行机构120一一对应的多个主节流口131和多个第一先导油口135，第一先导油口135适于获取多个执行机构120的最高压力，主节流口131的进油口与泵出油口连接，使得液压油从泵出油口流出后可进入主节流口131的进油口，主节流口131的出油口与对应的执行机构120连接，使得液压油从主节流口131的出油口流出后可进入执行机构120。溢流阀组140具有第二先导油口147、溢流进油口和溢流出油口，第二先导油口147适于获取对应的执行机构120的最高压力，溢流进油口与主节流口131的进油口和泵出油口连接，流经溢流进油口和出油口的液压油形成流量压差，流量压差作用于控制端，溢流出油口与油箱190连接，控制器151与控制端、主节流口131和溢流阀组140分别连接；其中，在节流调速控制模式下，控制器151适于根据主节流口131的开度和溢流阀组140的流量压差控制主泵110的排量，直至溢流阀组140和负载敏感主阀130分别维持恒定压差。

上述的基于负载敏感的液压控制系统形成了主回路，在主回路上设置溢流旁路，溢流阀组140串联于溢流旁路上，当泵出油口的液压油的流量大于溢流阀组140的压差需要的流量，则液压油就会进入到溢流旁路内。其中，当整机进行多个执行机构120共同工作的复合动作操作时，采用节流调速控制模式。可通过设置在负载敏感主阀130内的位移传感器来获取主节流口131的开度，通过位移传感器来检测主节流口131的开口大小。还可以根据已知的主节流口131的开口大小与阀芯偏移距离的对应关系来计算出主节流口131的开度。主泵110可以为电比例排量泵或正流量泵，可以为液压控制系统提供液压油。主泵110的控制端可用于实现对主泵110的排量控制。当控制器151根据主节流口131的开度的大小控制主泵110的排量，并使得主泵110的排量高于溢流阀组140所形成压差所需的流量值，那么，液压油就会进入到溢流阀组140，根据溢流阀组140形成的流量压差形成溢流阀组140的负反馈功能，并作用于控制端，以控制主泵110的排量。当流量越大，流经溢流进油口和出油口的液压油形成的流量压差越大，控制端控制主泵110使得排量减小，则溢流阀组140溢流出的流量减小，直至溢流阀组140维持多个执行机构120的压力中的最大压力和泵出油口的压力之间的恒定压差。另外，负载敏感主阀130可维持在多个执行机构120的压力中的最大压力和泵出油口的压力之间的恒定压差，因启动了主泵110的正流量控制功能，不存在负载压力反馈的时间，因此，基于负载敏感的液压控制系统的响应时间仅取决于主泵110本身的响应时间，从而提升了响应速度。同时，因主阀与溢流阀组140组成了负载敏感系统，流量得以根据主节流口131的开度或比例分配给各执行机构120，满足了在节流调速控制模式下的联动需求。

进一步地，溢流阀组140包括：流量补偿阀141和阻尼结构，流量补偿阀141具有第二先导油口147、溢流进油口和溢流出油口；阻尼结构与溢流出油口连接，以使得从溢流出油口出来的液压油形成流量压差，阻尼结构的出油口与油箱190连接；其中，主泵110的控制端通过溢流油路与阻尼结构的进油口和溢流出油口连接，以使得流量压差作用于控制端。

上述的流量补偿阀141可以为三通流量阀，具有进油口、出油口和先导油口，流量补偿阀141的进油口与泵出油口和主节流口131的进油口连接，流量补偿阀141的出油口与阻尼结构的进油口连接，第二先导油口147与压力选择阀170连接，以将执行机构120的最大压力作用于先导油口，且泵出油口的压力通过流量补偿阀141的进油口作用在流量补偿阀141上，使得流量补偿阀141可以维持在恒定的压力作用下。

泵出油口的液压油通过溢流进油口进入到溢流出油口，在阻尼结构的作用下会将进入溢流阀组140的液压油的流量信号转化为压力信号，形成流量压差，从流量补偿阀141溢流出的油液在阻尼结构的阻尼作用下，压力会升高，当流量越大，则压力越大，从而控制主泵110的压力也随之升高，会使得主泵110输出的流量变小，进一步使得从流量补偿阀141溢流的油液减少，使得阻尼结构前的压力降低，因此，通过从流量补偿阀141溢流出的油液形成的背压控制油泵的流量，使负载端的压力与泵出油口的压力之间形成可一个平衡的定值，定值可以为流量补偿阀141的弹簧设定值。溢流阀组140还包括安全阀145，安全阀145与阻尼结构并联。

上述的溢流阀组140还包括节流阀143，阻尼结构设于节流阀143内。从流量补偿阀141的溢流出油口溢流出的油液经过节流阀143可形成背压，从而可将流量信号转换成压力信号。其中，进入溢流进油口的流量越大，压力越高。

进一步地，还包括单向阀153，单向阀153通过溢流油路与阻尼结构的进油口和溢流出油口连接，流量压差通过溢流油路作用于控制端。其中，单向阀153的作用还有保证主泵110内部的先导油不外流到溢流阀组140内。

上述的负载敏感主阀130可以是向多个执行机构120分配流量的多路方向阀，可以根据具体工况的需要通过控制踏板或手柄的行程来向压力选择阀170输出先导压力，控制器151优选地为通过控制输入电流的大小对主泵110的排量进行比例调节的电控比例排量控制器151，也可以是通过控制输入液体压力的大小对主泵110的排量进行比例调节的液控比例排量控制器151。通过溢流出油口流出的液压油可通过单向阀153作用于主泵110的斜盘柱塞，从而可调节主泵110的排量。

进一步地，负载敏感主阀130还包括分别与多个执行机构120一一对应的多个压力补偿阀133，主节流口131的出油口通过对应的压力补偿阀133与对应的执行机构120连接，压力补偿阀133的阀芯的一侧设有第一弹簧1331，溢流阀组140设有溢流阀芯，溢流阀芯的一侧设有第二弹簧1411，基于负载敏感的液压控制系统还包括适于获取最高负载压力的压力选择阀170，压力选择阀170与执行机构120的进油口、压力补偿阀133的阀芯设置第一弹簧1331的一侧和溢流阀芯设置第二弹簧1411的一侧分别连接，其中，溢流阀芯的另一侧适于连接泵出油口的压力，使得溢流阀芯平衡后的泵出口压力与最高负载压力之间形成一个定值，压力补偿阀133的阀芯的另一侧连接负载敏感主阀130的主阀后压力，使得压力补偿阀133的阀芯平衡后的负载敏感主阀130的前后压力恒定。

上述的压力补偿阀133和流量补偿阀141构成了阀后补偿的负载敏感系统，压力选择阀170包括梭阀组，负载敏感系统的实现原理如下：通过梭阀组筛选到各执行机构120的最高压力，也就是最高负载压力，最高负载压力作用到压力补偿阀133一端，同时作用到流量补偿阀141的一端，而流量补偿阀141的另一端连接泵出油口压力，流量补偿阀141的阀芯平衡后，泵出油口的压力与最高负载压力间形成一个定值；压力补偿阀133的一端连接最高负载压力，另一端连接主阀后压力，压力补偿阀133的阀芯达到平衡后，各执行机构120的回路上的主阀后压力相同，也就是各压力补偿阀133的第一弹簧1331的设定值相同，综合流量补偿阀141的作用，使得主阀前后压力恒定，其中，恒定的压差值为流量补偿阀141的第二弹簧1411的设定值，从而可实现各执行流量按主阀的开口大小或按各开口大小成比例分配，实现负载敏感系统的流量分配功能。

进一步地，基于负载敏感的液压控制系统还包括控制阀180，控制阀180与控制器151和压力补偿阀133连接，其中，在容积调速控制模式下，控制器151适于控制主节流口131的开度最大并通过控制阀180控制压力补偿阀133的开度最大，且控制器151控制切断进入溢流阀组140的液压油的油路。

进一步地，基于负载敏感的液压控制系统还包括切断阀160，切断阀160与控制器151通讯连接，以使得控制器151控制切断阀160的打开或关闭。其中，切断阀160设置在溢流旁路上，切断阀160可以为开关阀，在容积调速控制模式下，控制器151可控制切断阀160关闭，则从泵出油口出来的液压油无法进入溢流阀组140，从而中断了主回路的溢流旁路。

进一步地，作为在溢流旁路上设置切断阀160的可替代方案，基于负载敏感的液压控制系统还包括流量控制阀，流量控制阀的进油口与泵出油和主节流口131的进油口连接，流量控制阀的出油口与压力补偿阀133的出油口连接，流量控制阀与控制器151通讯连接，控制器151适于控制流量控制阀的流量以切断进入溢流阀组140的液压油的油路。

上述的流量控制阀与负载敏感主阀130并联，当控制器151打开流量控制阀，则泵出油口的液压油就会进入流量控制阀，液压油从流量控制阀进入执行机构120，使溢流阀组140失效，从而锁闭主回路。其中，泵出油口的液压油的流量的压力与执行机构120的需求流量的压力之间的压差越大，则流量控制阀的流量越大，当控制器151控制流量控制阀开启，使得液压油从流量控制阀进入执行机构120，则液压油不会进入溢流旁路，从而相当于切断了溢流旁路，使得溢流旁路上的溢流阀组140不会对液压油造成压力损失。当启用主泵110，在最小的压力损失下即可实现正流量系统的功能，从而消除了负载敏感系统的固定压损，提高了效率。

实施例2

如图2所示，一种基于负载敏感的液压控制方法，包括如下步骤：

步骤S101：获取主节流口131的开度，并控制主泵110的排量高于负载的需求量；

步骤S103：获取流经溢流阀组140的溢流进油口和溢流出油口后的液压油的流量压差；

步骤S105：在节流调速控制模式下，根据获取的主节流口131的开度以控制主泵110的排量，且通过流量压差形成溢流阀组140的负反馈功能以控制主泵110的排量，直至溢流阀组140的压差和主节流口131的前后压差分别维持恒定，以实现负载敏感系统的流量分配功能。

具体地，基于负载敏感的液压控制方法还包括如下步骤：

步骤S201：控制压力补偿阀133获取多个执行机构120的最高负载压力，并在压力补偿阀133的阀芯平衡后，负载敏感主阀130的前后压力恒定；

步骤S203：控制流量补偿阀获取所述最高负载压力，并在流量补偿阀的阀芯平衡后，泵出油口的压力与最高负载压力之间形成一个定值。

上述当采用节流调速控制模式，在获取可通过获取主节流口131的开度的大小控制主泵110的排量，使得主泵110的排量高于负载的需求量，而负载的需求量可以通过压力补偿阀133的阀芯一侧设置的第一弹簧1331和流量补偿阀141的阀芯的一侧设置的第二弹簧1411来确定。其中，第一弹簧1331和第二弹簧1411分别具有设定值，从而可得知负载的需求量。在联动工况下，将从主回路中旁路溢流的流量信号转换成压力信号，通过负流量控制的方式回调流量，继承了负载敏感系统的流量分配功能，同时拥有正流量的响应迅速的特性。

进一步地，基于负载敏感的液压控制方法还包括在容积调速模式下，控制压力补偿阀133的开度和主节流口131的开度分别最大，并切断进入溢流阀组140的液压油的油路，使得在单动作工况下，将负载敏感主阀130的主节流口131和压力补偿阀133开到最大，完全打通油泵至执行机构120之间的阻碍，实现了正流量系统的容积调速功能，具有快速响应和提高效率的特点。

实施例3

一种作业机械，包括任一项的基于负载敏感的液压控制系统。

上述的作业机械无需根据负载的压力即可实现基于负载敏感的液压控制系统控制，提高了作业机械的适应性。上升的作业机械可以包括挖掘机、打桩机等。作业机械通过组合正流量系统和负载敏感系统，使基于负载敏感的压抑控制系统具有快速响应性和流量独立或按比例分配的特性，以及特定工况下的节能性。

根据上述描述，本发明具有以下优点：

1、通过在主回路上设置溢流旁路，溢流阀组140串联于溢流旁路上，当泵出油口的液压油的流量大于溢流阀组140的压差需要的流量，则液压油就会进入到溢流旁路内，根据主节流口131的开度和在溢流旁路内形成的压差控制主泵110的排量，直至溢流阀组140维持多个执行机构120的压力中的最大压力和泵出油口的压力之间的恒定压差，不存在负载压力反馈的时间，因此，基于负载敏感的液压控制系统的响应时间仅取决于主泵110本身的响应时间，从而提升了响应速度。同时，因主阀与溢流阀组140组成了负载敏感系统，流量得以根据主节流口131的开度或比例分配给各执行机构120，满足了在节流调速控制模式下的联动需求。

2、通过节流阀143并联安全阀145，能够保证节流阀143的使用功能。

3、通过根据将先导压力作用于负载敏感主阀130的压力补偿阀133和溢流阀组140的流量补偿阀141上，并在将主节流口131的开度和压力补偿阀133的开度开到最大后关闭溢流旁路，使得在最小的压力损失下实现正流量系统的功能，消除负载敏感系统的固定压损，提高效率。

4、通过负载敏感主阀130并联旁开通路，并通过流量控制阀来控制进入执行机构的流量，使得流量无法进入溢流阀组140，从而起到了切断溢流阀组140的油路的作用，简化了控制流程。

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，可以根据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。

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。