工程机械液压控制系统及工程机械

技术领域

本发明涉及液压技术领域，具体涉及工程机械液压控制系统及工程机械。

背景技术

工程机械在施工过程中会遇到比较恶劣的工况，以挖掘机为例，挖到冻土、硬土、硬石等会出现挖不动的情况。通常是通过调高主溢流阀调定压力增大整机的设定压力进而来增大挖掘力，然而提高整机压力会影响主泵、主阀、油缸胶管等所有相关元件的使用寿命，如果全部元件都进行加强，则成本会大幅度上升。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种工程机械液压控制系统及工程机械，以解决现有提高整机压力会影响主泵、主阀、油缸胶管等所有相关元件的使用寿命，如果全部元件都进行加强，则成本会大幅度上升的问题。

第一方面，本发明提供了一种工程机械液压控制系统，包括：

油缸；

主泵系统，通过第一进油路与所述油缸的无杆腔连接，所述第一进油路上设有第一换向阀；

齿轮副，包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮的齿数大于所述第一齿轮的齿数；

马达和驱动泵，所述马达与所述第一齿轮同轴连接，所述驱动泵与所述第二齿轮同轴连接，所述马达通过第二进油路连接至所述主泵系统，所述第二进油路上设有第二换向阀，所述驱动泵的出油口通过升压油路连接至所述油缸的无杆腔，所述升压油路上设有单向阀；

升压开关，与控制器信号连接，用于向所述控制器发送升压信号或关闭信号，所述控制器根据接受到的升压信号或关闭信号，控制所述第一换向阀和所述第二换向阀换向，从而控制所述第一进油路和所述第二进油路择一导通。

有益效果：正常挖掘时，第一换向阀打开，主泵系统将液压油通过第一进油路供给油缸的无杆腔，工程机械进行正常作业；当工程机械以现有的油压无法应对新工况时例如挖掘机遇到挖不动时，打开升压开关，此时控制器接收到升压信号并切换至第二换向阀打开、第一换向阀关闭，从而第二进油路导通，主泵系统将液压油通过第二进油路供至马达，驱动马达转动，由于齿轮副的存在，马达转动时，第一齿轮跟随马达同步转动，从而带动与第一齿轮啮合的第二齿轮转动，进而带动驱动泵转动，驱动泵转动时抽取油液并排向升压油路，由于第二齿轮的齿数大于第一齿轮的齿数，因此在马达和驱动泵的排量相同的情况下，驱动泵的输出压力大于马达的输出压力，从而实现增压，升压油路的油液进入油缸的无杆腔，实现挖掘力、钻挖力，铲装力等的增大功能。此外，由于只对驱动泵进行增压，不影响整机的其他元件，可保证相关元件的使用寿命，而且无需对其他元件进行加强，因此成本能够有效降低。

进一步地，假设第一齿轮的齿数为Z1，第二齿轮的齿数为Z2，则增压后最高压力是原最高压力的Z2/Z1倍，即压力可提升Z2/Z1倍，因此可以根据实际需要，选择第一齿轮和第二齿轮的齿数比，能够方便地改变增压倍数。

在一种具体的实施例中，所述马达为定量马达，所述驱动泵为定量泵，所述升压油路上设有单向阀。

有益效果：通过采用上述齿轮啮合形式的增压机构，能够降低对马达和驱动泵的要求，无需变量马达和变量泵，能够有效节省成本，而且定量马达和定量泵耐久性好，使用寿命长，能够有效保证整个液压系统的有效运行时间。

而且，在升压油路上设置单向阀，可以保证油液只能流入油缸的无杆腔，而不会回流到驱动泵中，从而有效保护驱动泵。

在一种具体的实施例中，所述马达的驱动轴与所述第一齿轮的中心孔通过花键可拆卸连接，所述驱动泵的驱动轴与所述第二齿轮的中心孔通过花键可拆卸连接。

有益效果：通过花键连接，便于第一齿轮和/或第二齿轮拆卸和更换，从而可以更换为所需齿数比的齿轮，进而可以根据需要调节增压倍数。

在一种具体的实施例中，还包括油箱，所述驱动泵的进油口以及所述主泵系统的进油口均连接至所述油箱；所述油缸的有杆腔通过第一回油路连接至所述油箱，所述马达通过第二回油路连接至所述油箱。

有益效果：通过油箱为驱动泵、马达以及主泵系统供油，通过设置多个回油路，便于油液循环，形成回路。

在一种具体的实施例中，所述主泵系统包括主泵、主换向阀、主溢流阀和旁通阀，所述第一进油路和所述第一回油路均与所述主换向阀连接，所述主泵的进油端与所述油箱连接，所述第一回油路经过所述旁通阀连接至所述油箱，所述旁通阀与所述主溢流阀连接。

有益效果：主泵作为系统的动力源输出液压油，主溢流阀控制系统的压力，旁通阀实现主泵的卸荷并与主换向阀配合控制流量分配。

在一种具体的实施例中，还包括升压溢流阀，所述升压溢流阀的一端通过第一支油路连接至所述升压油路上且位于所述单向阀与所述驱动泵之间，所述升压溢流阀的另一端通过第二支油路连接至所述油箱，所述主溢流阀连接至所述第二支油路。

有益效果：驱动泵出油口处并联有升压溢流阀，用作安全阀。

在一种具体的实施例中，所述升压溢流阀的设定压力高于所述主溢流阀的设定压力。

有益效果：升压溢流阀的设定压力高于主溢流阀，用作升压油路的安全阀，使得升压过程更加安全可靠。

在一种具体的实施例中，还包括显示屏，所述显示屏与所述控制器信号连接，所述升压开关为内置于所述显示屏上的触控按键。

有益效果：将升压开关内置在显示屏上，通过显示屏上的触控按键即可进行模式选择，可调为升压模式或关闭升压模式，操作非常方便。

在一种具体的实施例中，所述升压开关为设于驾驶室内的操作按钮或操作手柄。

有益效果：升压开关还可以是设于驾驶室内的操作按钮或操作手柄，例如操作按钮、操作手柄均具有开闭两个档位，对应升压和关闭两种模式，也同样便于选取升压模式或关闭升压模式，便于驾驶员操作。

第二方面，本发明还提供了一种工程机械，设有所述的工程机械液压控制系统。

有益效果：设有上述工程机械液压控制系统的工程机械，通过不同齿数的齿轮副连接马达和驱动泵作为增压机构，实现液压系统是否增压以及增压大小的选择，实现不同工程机械例如挖掘力、钻挖力、铲装力等的增大功能。而且由于只对驱动泵进行增压，不影响整机的其他元件，可保证相关元件的使用寿命，而且无需对其他元件进行加强，因此成本能够有效降低。

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为本发明实施例的一种工程机械液压控制系统的原理示意图。

附图标记说明：

1、油缸；101、活塞；2、第一进油路；3、第一换向阀；4、第一齿轮；5、第二齿轮；6、马达；7、驱动泵；8、第二进油路；9、第二换向阀；10、第三进油路；11、升压油路；12、单向阀；13、控制器；14、显示屏；141、升压开关；15、油箱；16、主泵；17、主换向阀；18、主溢流阀；19、旁通阀；20、升压溢流阀；21、第一回油路；22、第二回油路；23、第一支油路；24、第二支油路。

具体实施方式

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

鉴于目前工程机械需要增压时，需要调高整机的压力，导致所有相关元件的使用寿命受到压力的影响而下降以及更换元件造成的成本上升问题。本实施例提出了一种能够局部增压的液压控制系统，该液压控制系统结构简单，无需对现有系统进行较大改进。

下面结合图1，描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，一方面，提供了一种工程机械液压控制系统(简称液压系统)，主要包括油缸1、主泵系统、齿轮副、马达6、驱动泵7、控制器13和升压开关141。

具体地，油缸1由活塞101分隔为无杆腔和有杆腔，活塞101位于有杆腔中，油缸1的无杆腔设有进油口，有杆腔设有回油口。

主泵系统用于为整个液压系统泵送液压油，通过第一进油路2与油缸1的无杆腔连接，具体地，第一进油路2与油缸1设于无杆腔的进油口连接，第一进油路2上设有第一换向阀3，第一换向阀3具有开闭两个位置，用于第一进油路2的导通和切断。

齿轮副包括相啮合的第一齿轮4和第二齿轮5，其中，第二齿轮5的齿数大于第一齿轮4的齿数，且第一齿轮4的分度圆直径小于第二齿轮5的分度圆直径。

马达6与第一齿轮4同轴连接，即马达6的输出轴与第一齿轮4的中心孔同轴连接，驱动泵7与第二齿轮5同轴连接，即驱动泵7的输出轴与第二齿轮5的中心孔同轴连接，马达6、驱动泵7以及第一齿轮4和第二齿轮5共同组成增压机构，马达6通过第二进油路8连接至主泵系统，第二进油路8上设有第二换向阀9，第二换向阀9具有开闭两个位置，用于第二进油路8的导通和切断，在第二进油路8导通时，液压油驱动马达6转动，马达6转动带动第一齿轮4转动，第一齿轮4转动带动与其啮合的第二齿轮5转动，第二齿轮5转动又带动驱动泵7转动，形成驱动的传动链，由于第一齿轮4和第二齿轮5的功率相同，第一齿轮4的转速大于第二齿轮5的转速，故第二齿轮5的扭矩(即驱动泵7的扭矩)大于第一齿轮4的扭矩(即马达6的扭矩)，根据公式扭矩等于功率乘以排量，在马达6和驱动泵7的排量相同的情况下，驱动泵7的功率大于马达6的功率，从而驱动泵7的输出压力便大于马达6的输出压力，实现增压。马达6通过齿轮副带动驱动泵7运转，只要马达6持续的运转驱动泵7也就持续的运转，驱动泵7的输出不会中断。传统增压缸的增压，需要在增压行程结束后复位，才进入下一个行程的增压，而复位过程就是一个增压中断的过程，此液压系统可以实现连续增压。

进一步地，驱动泵7通过升压油路11连接至油缸1的无杆腔，从而对油缸1进行增压，升压油路11上设有单向阀12，确保油缸1的油液不会回流至驱动泵7，保证使用的安全性。

控制器13与第一换向阀3和第二换向阀9电性连接，用于控制第一换向阀3和第二换向阀9的开闭。升压开关141与控制器13信号连接，用于向控制器13发送升压信号或关闭信号，控制器13根据接受到的升压信号或关闭信号，控制第一换向阀3和第二换向阀9换向，从而控制第一进油路2和第二进油路8择一导通。

具体而言，操作升压开关141发出升压信号，控制器13收到升压信号时，控制第一换向阀3从闭合换向至关闭、同时第二换向阀9从关闭换向至闭合，此时第二进油路8导通、第一进油路2关闭，此时液压系统进入升压模式，反之，操作升压开关141发出关闭信号，控制器13收到关闭信号时，控制第一换向阀3从关闭换向至闭合、同时第二换向阀9从闭合换向至关闭，此时第一进油路2导通、第二进油路8关闭，此时液压系统进入常压模式。因此可以根据具体需要选择升压模式或常压模式。

进一步地，正常挖掘时，第一换向阀3打开，主泵系统将液压油通过第一进油路2供给油缸1的无杆腔，工程机械进行正常作业；当工程机械以现有的油压无法应对新工况时例如挖掘机遇到挖不动时，打开升压开关141，此时控制器13接收到升压信号并切换至第二换向阀9打开第一换向阀3关闭，从而第二进油路8导通，主泵系统将液压油通过第二进油路8供至马达6，带动马达6转动，由于齿轮副的存在，马达6转动时，第一齿轮4跟随马达6同步转动，从而带动与第一齿轮4啮合的第二齿轮5转动，进而带动驱动泵7转动，且由于第二齿轮5的齿数大于第一齿轮4的齿数，因此在马达6和驱动泵7的排量相同的情况下，驱动泵7的输出压力便大于马达6的输出压力，从而实现增压，驱动泵7出口的油液经单向阀12进入油缸1的无杆腔，实现挖掘力、钻挖力，铲装力等的增大功能。此外，由于只对驱动泵7进行增压，不影响整机的其他元件，可保证相关元件的使用寿命，而且无需对其他元件进行加强，因此成本能够有效降低。

进一步地，假设第一齿轮4的齿数为Z1，第二齿轮5的齿数为Z2，则增压后最高压力是原最高压力的Z2/Z1倍，即压力可提升Z2/Z1倍，因此可以根据实际需要，选择第一齿轮4和第二齿轮5的齿数比，能够方便地改变增压倍数。

下面结合具体公式来对上述结论进行推导：

对于第一齿轮4存在：

P1＝T1*W1 (1)

对于第二齿轮5存在：

P2＝T2*W2 (2)

P1＝P2，则有：

T1*W1＝T2*W2(3)

又Z1＜Z2，故W1＞W2，结合式(3)，可以得出T1＜T2

对于马达6：T1＝P3*Q1

对于驱动泵7：T2＝P4*Q2

Q1＝Q2，则有P3＜P4，从而实现增压。

式中，P1为第一齿轮4的功率，P2为第二齿轮5的功率；W1为马达6的驱动轴的转速，W2为驱动泵7的驱动轴的转速；T1为马达6的驱动轴的扭矩，T2为驱动泵7的驱动轴的扭矩；Q1为马达6的排量，Q2为驱动泵7的排量；P3为马达6的功率，P4为驱动泵7的功率。

具体地，第一换向阀3和第一二换向阀可以是二位二通电磁换向阀，通过控制器13的信号控制换向。

需要说明的是，升压油路11可以连接至第一进油路2靠近油缸1的进油口处，也可以在油缸1上设置两个进油口，一个进油口连接第一进油路2，另一个进油口连接升压油路11。

在一种具体的实施例中，马达6为定量马达，驱动泵7为定量泵。

本实施例通过采用上述齿轮啮合形式的增压机构，能够降低对马达6和驱动泵7的要求，无需变量马达和变量泵，能够有效节省成本，而且定量马达和定量泵耐久性好，使用寿命长，能够有效保证整个液压系统的有效运行时间。

在一种具体的实施例中，在升压油路11上设置单向阀12，可以保证油液只能流入油缸1的无杆腔，而不会回流到驱动泵7中，从而有效保护驱动泵7。

在一种具体的实施例中，马达6的驱动轴与第一齿轮4的中心孔通过花键可拆卸连接，驱动泵7的驱动轴与第二齿轮5的中心孔通过花键可拆卸连接。

本实施例通过花键连接，便于第一齿轮4和/或第二齿轮5拆卸和更换，从而可以更换为所需齿数比的齿轮，进而可以根据需要调节增压倍数。在一个具体应用场景下，可以在挖掘机的驾驶室中备用多种齿数比的齿轮副，在特殊工况下，例如现有的齿轮副增压倍数不够时，可以通过拆卸花键，更换更大增压倍数的齿轮副，以满足现有工况要求。为了便于拆装，齿轮副的设置位置要便于人员操作，具体可以设置在驾驶室的侧部，平时通过挡板遮挡，在需要拆卸时，打开挡板，抽出花键，从马达6的驱动轴上取下第一齿轮4，从驱动泵7的驱动轴上取下第二齿轮5，更换上新的第一齿轮4和第二齿轮5，然后插上花键，将第一齿轮4和第二齿轮5固定，最后盖上挡板。由此可见，本实施例的齿轮副更换和安装均比较方便，便于在同一个工程机械上实现多种增压力的调节。

在一种具体的实施例中，液压系统还包括油箱15，驱动泵7的进油口以及主泵系统的进油口均连接至油箱15，通过油箱15为驱动泵7、马达6以及主泵系统提供液压油；油缸1的有杆腔通过第一回油路21连接至油箱15，马达6通过第二回油路22连接至油箱15。本实施例通过设置多个回油路，便于油液循环，形成回路。

在一种具体的实施例中，主泵系统包括主泵16、主换向阀17、主溢流阀18和旁通阀19，第一进油路2和第一回油路21均与主换向阀17连接，主泵16的进油端与油箱15连接，第一回油路21经过旁通阀19连接至油箱15，旁通阀19与主溢流阀18连接。

具体地，主换向阀17可以是三位四通电磁换向阀，具有四个油口，两个油口作为进油口，连接第一进油路2或第二进油路8，另外两个油口作为回油口，连接第一回油路21。

本实施例主泵16作为整个液压系统的动力源输出液压油，主溢流阀18控制液压系统的压力，旁通阀19实现主泵16的卸荷并与主换向阀17配合控制流量分配，旁通阀19一端连接至油箱15。

在一种具体的实施例中，还包括升压溢流阀20，升压溢流阀20的一端通过第一支油路23连接至升压油路11上且位于单向阀12与驱动泵7之间，升压溢流阀20的另一端通过第二支油路24连接至油箱15，主溢流阀18连接至第二支油路24。本实施例驱动泵7出油口处并联有升压溢流阀20，用作安全阀。

在一种具体的实施例中，升压溢流阀20的设定压力高于主溢流阀18的设定压力。

本实施例升压溢流阀20的设定压力高于主溢流阀18，用作升压油路11的安全阀，使得升压过程更加安全可靠。

在一种具体的实施例中，还包括显示屏14，显示屏14与控制器13信号连接，升压开关141为内置于显示屏14上的触控按键。

本实施例将升压开关141内置在显示屏14上，通过显示屏14上的触控按键即可进行模式选择，可调为升压模式或关闭升压模式，操作非常方便。显示屏14可直接设置在驾驶室中，方便驾驶员操作。

在另一种具体的实施例中，升压开关141为设于驾驶室内的操作按钮或操作手柄。本实施例升压开关141还可以是设于驾驶室内的操作按钮或操作手柄，通过按压或推拉的机械操作方式也便于选取升压模式或关闭升压模式，操作同样方便。

可以理解的是，控制器13可以是新增的控制器13，也可以是整机原有的控制器13，在此不做过多限定。

另一方面，本发明还提供了一种工程机械，包括但不限于挖掘机、装载机、旋挖钻机，该工程机械设有上述工程机械液压控制系统。

本实施例的工程机械设有上述工程机械液压控制系统，通过不同齿数的齿轮副连接马达6和驱动泵7作为增压机构，实现液压系统是否增压以及增压大小的选择，实现不同工程机械例如挖掘力、钻挖力、铲装力等的增大功能。而且由于只对驱动泵7进行增压，不影响整机的其他元件，可保证相关元件的使用寿命，而且无需对其他元件进行加强，因此成本能够有效降低。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。