工程机械泵控液压系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械液压控制领域，特别涉及一种工程机械泵控液压系统及其控制方法。

背景技术

在工程机械产品上，如起重机、随车吊、泵车、消防车等，都会用到带有液压油缸或马达等液压执行件的泵控液压系统，在液压技术领域内，通常将液压系统的速度控制方式分为节流调速控制和容积调速控制，节流调速控制具有系统稳定可靠、操控性能良好的优点，但存在节流压损大能耗高的缺点；容积调速控制系统大多是采用比例变量泵总成，通过改变泵排量大小来输出不同的流量，勿需阀口节流环节，直接调节执行元件的速度，具有工作高效、能耗低的优点，但在重载低速工况容易出现抖动等平稳性问题，不如节流调速控制系统稳健。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能够实现容积调速控制又能够实现节流调速控制的工程机械泵控液压系统。

本发明公开一种工程机械泵控液压系统，包括：

油箱；

变量泵总成；

溢流阀连接在所述变量泵总成和所述油箱之间；

至少两套液压执行装置，所述液压执行装置包括：

液压执行件，包括用于控制不同执行动作的第一工作油口和第二工作油口；

比例换向阀，包括与所述变量泵总成和所述油箱分别连接的第一油口和第二油口，所述比例换向阀还包括所述液压执行件的第一工作油口和第二工作油口分别连接的第三油口和第四油口，所述比例换向阀具有第一阀位、第二阀位和第三阀位；在第一阀位，所述第一油口和所述第三油口连通，所述第二油口和所述第四油口连通；在第二阀位，所述第一油口和所述第四油口连通，所述第二油口和所述第三油口连通；在第三阀位，所述第二油口、所述第三油口和所述第四油口均连通，所述第一油口与所述第二油口不连通；

单向阀，在所述比例换向阀的第一阀位和第三阀位，所述单向阀的进油口与所述比例换向阀的第三油口连接，在所述比例换向阀的第二阀位，所述单向阀的进油口与所述比例换向阀的第二油口连接；

第一压力传感器，用于检测所述单向阀的进油口的压力；

第一阀，其进油口和出油口分别与所述变量泵总成和所述油箱连接，所述第一阀包括提供使其阀体趋向于往关闭其进油口和出油口之间的连通通路方向移动的弹性力的第一弹性控制端和液压油压力的第一液控口，所述第一液控口与所述单向阀的出油口连接，所述第一阀还包括提供使其阀体趋向于往打开其进油口和出油口之间的连通通路方向移动的液压油压力的第二液控口，所述第一阀的第二液控口和所述第一阀的进油口连通；

控制装置，与所述比例换向阀、所述第一压力传感器和所述变量泵总成信号连接，用于控制所述比例换向阀、所述第一压力传感器和所述变量泵总成的动作。

在一些实施例中，还包括设于所述单向阀的出油口和所述第一液控口之间的第一节流阀和还包括连接所述第一节流阀与所述第一液控口之间的管路和所述油箱的第二节流阀。

在一些实施例中，还包括与所述控制装置信号连接的用于检测所述比例换向阀的第一油口的压力的第二压力传感器。

在一些实施例中，所述至少两套液压执行装置包括重负载液压执行装置，所述重负载液压执行装置的液压执行件包括用于升降重物的重负载升降执行件，所述重负载升降执行件的第一工作油口用于通入液压油以提升重物，所述重负载升降执行件的第二工作油口用于通入液压油以下降重物，所述重负载液压执行装置还包括连接在所述重负载升降执行件和所述重负载液压执行装置的比例换向阀之间的第二阀，所述第二阀的第一阀口与所述重负载液压执行装置的比例换向阀的第三油口连接，所述第二阀的第二阀口与所述重负载升降执行件的第一工作油口连接，所述第二阀具有两个阀位，在所述第二阀的第一阀位，所述第二阀的第二阀口和第一阀口之间通过内部单向阀连接，所述第二阀的第二阀口与所述内部单向阀的出油口连接，所述第二阀的第一阀口与所述内部单向阀的进油口连接，所述第二阀的第二阀位，所述第二阀的第二阀口和第一阀口之间通过内部节流阀连接，所述第二阀还包括提供使其阀体趋向于往使所述第二阀切换到第一阀位移动的第二弹性控制端和使其阀体趋向于往使所述第二阀切换到第二阀位移动的油液控制口，所述油液控制口与所述第二工作油口连接，所述第二阀切换到第二阀位的过程中，所述内部节流阀的通流面积逐渐增大。

在一些实施例中，还包括与所述控制装置信号连接的用于检测所述变量泵总成的转速的转速传感器和用于检测所述变量泵总成的排量的摆角传感器。

本发明第二方面公开一种应用所述的工程机械泵控液压系统的控制方法，包括：

当只有一套液压执行装置的液压执行件动作，其余液压执行装置的比例换向阀均位于第三阀位时，根据所述其余液压执行装置的第一压力传感器的检测结果计算所述动作的液压执行件的动作速度；

当只有一套液压执行装置的液压执行件动作，在所述动作的液压执行件所在的液压执行装置的比例换向阀切换到第三阀位且其进油口和出油口的压力差大于所述第一阀的开启压力差时，利用所述第一阀的开启对所述变量泵总成卸荷；

当多套所述液压执行装置的液压执行件动作，且所述第一阀开启时，利用所述第一阀对所述多套所述液压执行装置的比例换向阀的进油口和出油口的压力差维持恒定。

在一些实施例中，所述工程机械泵控液压系统还包括与所述控制装置信号连接的用于检测所述比例换向阀的第一油口的压力的第二压力传感器，所述控制方法还包括根据所述第二压力传感器和各所述液压执行装置的第一压力传感器的检测结果计算各液压执行装置的液压执行件的动作速度。

在一些实施例中，还包括：在所述液压执行装置的液压执行件对轻负载进行动作时，利用工程机械泵控液压系统对所述液压执行件的动作进行容积调速，并检测所述变量泵总成的转速和排量，根据检测的所述变量泵总成的转速和排量的检测结果计算所述液压执行件的动作速度。

基于本发明提供的工程机械泵控液压系统，通过设置第一阀，在单套液压执行装置的液压执行件带动轻负载动作时，可以通过变量泵总成输出流量变化实现对负载的容积调速，当多套液压执行装置的液压执行件同时带动负载动作时，可以通过调节变量泵总成的输出流量，使第一阀的进油口和出油口连通，从而维持各液压执行装置的比例换向阀的进油口和出油口之间压力差恒定，则各液压执行件的动作速度正比于比例换向阀的进油口和出油口之间的开口面积，则可以通过比例换向阀实现比例调速。同时，由于设置了第一压力传感器，当单套液压执行装置的液压执行件带动负载动作时，通过其他液压执行装置的第一压力传感器的检测结果结合回油管道的尺寸数据可以计算得到动作的液压执行件的动作速度，从而控制装置可以根据该计算结果实现对液压执行价的动作速度的准确控制。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的工程机械泵控液压系统的液压结构原理示意图；

图2为图1所示的工程机械泵控液压系统的液压结构的局部放大图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

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。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1和图2所示，本实施例的工程机械泵控液压系统包括油箱、变量泵总成4、溢流阀7.1、至少两套液压执行装置、第一阀7.2和控制装置6。

在如图所示的实施例中，液压油泵送装置包括驱动电机1、变量泵总成4和与变量泵总成4同轴旋转的定量泵5，变量泵总成4包括变量泵体4.1、用于调节变量泵排量的泵变量小柱塞缸4.5、泵变量大柱塞缸4.6、用于控制向泵变量小柱塞缸4.5和泵变量大柱塞缸4.6通入液压油的控泵电比例控制阀4.4、进油口分别连接定量泵5和变量泵体4.1且出油口连接控泵电比例控制阀4.4的梭阀4.2以及连接在梭阀4.2和控泵电比例控制阀4.4之间的油液过滤装置4.3。梭阀4.2的作用是引一路先导压力油给变量泵体的变排量机构，这样在变量泵体4.1的出口压力≤14bar时，可以将定量泵5输出的液压油输送给变量泵体的变排量机构，从而让变量泵体4.1可以正常进行变排量。

溢流阀7.1连接在变量泵总成4和油箱之间。

液压执行装置用于执行移动负载、升降负载等动作。液压执行装置包括液压执行件、比例换向阀、单向阀和第一压力传感器8.1。

液压执行件包括用于控制不同执行动作的第一工作油口b1和第二工作油口b2。液压执行件包括液压油缸、液压马达等液压执行装置。比例换向阀包括与变量泵总成4和油箱分别连接的第一油口和第二油口，比例换向阀还包括液压执行件的第一工作油口b1和第二工作油口b2分别连接的第三油口和第四油口。比例换向阀具有第一阀位、第二阀位和第三阀位；在比例阀的第一阀位，第一油口和第三油口连通，第二油口和第四油口连通；在比例阀的第二阀位，第一油口和第四油口连通，第二油口和第三油口连通；在比例阀的第三阀位，第二油口、第三油口和第四油口均连通，第一油口与第二油口不连通。单向阀，在比例换向阀的第一阀位和第三阀位，单向阀的进油口与比例换向阀的第三油口连接，在比例换向阀的第二阀位，单向阀的进油口与比例换向阀的第二油口连接；第一压力传感器8.1用于检测单向阀的进油口的压力。在如图所示的实施例中包括两套液压执行装置，两套液压执行装置的液压执行件分别为伸缩油缸11和双向马达9，两套液压执行装置的比例换向阀分别为第一电磁比例换向阀7.5和第二电磁比例换向阀7.7，两套液压执行装置的单向阀分别为第一单向阀7.4和第二单向阀7.6。

第一阀7.2的进油口和出油口分别与变量泵总成4和油箱连接，第一阀7.2包括第一弹性控制端和第一液控口a1。第一弹性控制端提供使第一阀7.2的阀体趋向于往关闭第一阀7.2的进油口和出油口之间的连通通路方向移动的弹性力，第一液控口a1提供使第一阀7.2的阀体趋向于往关闭第一阀7.2的进油口和出油口之间的连通通路方向移动的液压油压力。第一液控口a1与液压执行装置的单向阀的出油口连接，第一阀7.2还包括第二液控口a2。第二液控口a2提供使第一阀7.2阀体趋向于往打开第一阀7.2的进油口和出油口之间的连通通路方向移动的液压油压力，第一阀7.2的第二液控口a2和第一阀7.2的进油口连通。

控制装置6与比例换向阀、第一压力传感器8.1和变量泵总成4信号连接，控制装置6用于控制比例换向阀、第一压力传感器8.1和变量泵总成4的动作。

本实施例的工程机械泵控液压系统，在至少两套液压执行装置中只有一套液压执行装置的液压执行件动作时，例如带动轻负载动作，此时第一阀7.2不开启，即第一阀7.2的进油口和出油口不连通，可以通过控制变量泵总成4的输出流量变化来进行对负载的容积调速，可以实现工作高效、能耗低的优点。当多套液压执行装置的液压执行件同时带动负载动作时，可以通过调节变量泵总成4的输出流量，使第一阀7.2的进油口和出油口连通，从而维持各液压执行装置的比例换向阀的进油口和出油口之间压力差恒定，则各液压执行件的动作速度正比于比例换向阀的进油口和出油口之间的开口面积，则可以通过比例换向阀实现比例调速，实现系统稳定可靠、操控性能良好的优点。同时，由于设置了第一压力传感器8.1，当单套液压执行装置的液压执行件带动负载动作时，通过其他液压执行装置的第一压力传感器8.1的检测结果结合回油管道的尺寸数据可以计算得到动作的液压执行件的动作速度，例如，通往油箱的回油管道上设置背压阀，由于不动作的液压执行装置的比例换向阀位于第三阀位，此时不动作的液压执行装置的第一压力传感器的检测结果即为动作的液压执行装置的液压执行件的回油压力，该回油压力也即背压阀的节流口的两侧的压力差，再根据背压阀的节流口通流面积大小，根据背压阀的结构尺寸结合节流口流量公式，即可求得回油流量，从而可以根据动作的液压执行件的结构尺寸数据(例如液压缸的活塞面积)得到动作的液压执行件的动作速度。从而控制装置6可以根据该计算结果实现对液压执行价的动作速度的准确控制。

在一些实施例中，如图1和图2所示，工程机械泵控液压系统还包括设于单向阀的出油口和第一液控口a1之间的第一节流阀7.8和还包括连接第一节流阀与第一液控口a1之间的管路和油箱的第二节流阀7.3。通过该设置，可以在工程机械泵控液压系统不工作时对各单向阀所在油路进行卸荷。

在一些实施例中，工程机械泵控液压系统还包括与控制装置6信号连接的用于检测比例换向阀的第一油口的压力的第二压力传感器8.2。设置第二压力传感器可以检测各液压执行装置的比例换向阀的第一油口的压力，再结合第一压力传感器8.1的检测结果，从而可以得到各比例换向阀的进油口和出油口之间的压力差，再结合各比例换向阀的结构尺寸数据可以根据节流口流量公式计算各比例换向阀通往各液压执行价的液压油的流量，从而可以计算各液压执行装置的液压执行件的动作速度。

在一些实施例中，将各液压执行装置的比例换向阀、第二阀、溢流阀集成为多路阀7，多路阀7上设置与第一压力传感器连接的Ls1口、Ls2口等连接口，多路阀7上设置与第二压力传感器8.2连接的Mp口，多路阀7上设置与变量泵总成连接的P口和与油箱连接的T口。

在一些实施例中，至少两套液压执行装置包括重负载液压执行装置，重负载液压执行装置的液压执行件包括用于升降重物的重负载升降执行件，重负载升降执行件的第一工作油口b1用于通入液压油以提升重物，重负载升降执行件的第二工作油口b2用于通入液压油以下降重物，重负载液压执行装置还包括连接在重负载升降执行件和重负载液压执行装置的比例换向阀之间的第二阀10，第二阀10的第一阀口与重负载液压执行装置的比例换向阀的第三油口连接，第二阀10的第二阀口与重负载升降执行件的第一工作油口b1连接，第二阀10具有两个阀位，在第二阀10的第一阀位，第二阀10的第二阀口和第一阀口之间通过内部单向阀10.1连接，第二阀10的第二阀口与内部单向阀10.1的出油口连接，第二阀10的第一阀口与内部单向阀10.1的进油口连接，第二阀10的第二阀位，第二阀10的第二阀口和第一阀口之间通过内部节流阀10.2连接，第二阀10还包括提供使其阀体趋向于往使第二阀10切换到第一阀位移动的第二弹性控制端和使其阀体趋向于往使第二阀10切换到第二阀位移动的油液控制口，油液控制口与第二工作油口b2连接，第二阀10切换到第二阀位的过程中，内部节流阀10.2的通流面积逐渐增大。内部单向阀10.1和内部节流阀10.2可以为在第二阀10内的单独的阀组件，也可以为能够实现同样功能的集成结构。本实施例在利用重负载升降执行件升降重物时，在提升重物时，重负载液压执行装置的比例换向阀输出的液压油通过第二阀10的第一阀口进入第二阀10，此时第二阀处于第一阀位，液压油进入内部单向阀10.1，然后从内部单向阀10.1流出，从第二阀的第二阀口流出后通过第一工作油口b1进入到重负载升降执行件内，在如图所示的实施例中为液压油缸内，此时通过调节通过第二阀10的第一阀口进入第二阀10的液压油的流量即可平稳控制重负载的提升速度。在下降重物时，重负载液压执行装置的比例换向阀输出的液压油直接通过第二工作油口b2进入重负载升降执行件内，同时该液压油会通过第二阀的油液控制口作用到第二阀的液控端，当该液压油压力小时，此时内部节流阀10.2的通流面积小，第二阀更接近第一阀位状态，从重负载升降执行件的第一工作油口b1流出的液压油从第二阀的第二阀口进入第二阀，该液压油不通过或者少量通过第二阀，即此时重负载的下降速度慢。该液压油压力增大时，此时内部节流阀10.2的通流面积增大，第二阀更接近第二阀位状态，从重负载升降执行件的第一工作油口b1流出的液压油从第二阀的第二阀口进入第二阀，然后更快地经过内部节流阀10.2从第二阀的第一阀口流出，即此时重负载的下降速度更快，即此时重负载液压执行装置的比例换向阀输出的直接通过第二工作油口b2进入重负载升降执行件内的液压油的压力大小可以直接控制重负载的下降速度，实现对重负载下降速度的准确平稳控制。

在一些实施例中，工程机械泵控液压系统还包括与控制装置6信号连接的用于检测变量泵总成4的转速的转速传感器2和用于检测变量泵总成4的排量的摆角传感器3，摆角传感器3通过检测变量泵体4.1的斜盘摆角即可检测变量泵总成4的排量。

在一些实施例中，在上面所描述的控制装置可以为用于执行本发明所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

在一些实施例中还公开一种应用上述的工程机械泵控液压系统的控制方法，包括：

当只有一套液压执行装置的液压执行件动作，其余液压执行装置的比例换向阀均位于第三阀位时，根据其余液压执行装置的第一压力传感器8.1的检测结果计算动作的液压执行件的动作速度；

当只有一套液压执行装置的液压执行件动作，在动作的液压执行件所在的液压执行装置的比例换向阀切换到第三阀位且其进油口和出油口的压力差大于第一阀7.2的开启压力差时，利用第一阀7.2的开启对变量泵总成4卸荷；

当多套液压执行装置的液压执行件动作，且第一阀7.2开启时，利用第一阀7.2对多套液压执行装置的比例换向阀的进油口和出油口的压力差维持恒定。

在一些实施例中，工程机械泵控液压系统还包括与控制装置6信号连接的用于检测比例换向阀的第一油口的压力的第二压力传感器8.2，控制方法还包括根据第二压力传感器8.2和各液压执行装置的第一压力传感器8.1的检测结果计算各液压执行装置的液压执行件的动作速度。

在一些实施例中，还包括：在液压执行装置的液压执行件对轻负载进行动作时，利用工程机械泵控液压系统对液压执行件的动作进行容积调速，并检测变量泵总成4的转速和排量，根据检测的变量泵总成4的转速和排量的检测结果计算液压执行件的动作速度。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。