液压系统、控制方法和轮式挖掘机

技术领域

本发明涉及一种液压系统，更具体地说，涉及一种液压系统、控制方法和轮式挖掘机。

背景技术

在工程机械领域，使用液压执行件如油缸、马达驱动相关部件，实现工程机械相关部件的动作。驱动控制液压执行件的液压系统包括液压执行件、用于控制液压执行件的控制阀、为液压执行件动作提供压力油的压力油源。控制阀连接在液压执行件和压力油源之间。控制阀采用电控或液控，其阀芯通常作轴向移动，以开启或关闭阀口，实现液压执行件的控制。

在压力油源提供的压力油充足的情况下，液压执行件动作的快慢与阀口开度有关，阀口开度大，流经控制阀的流量大，液压执行件动作迅速，反之液压执行件的动作缓慢。对于需要大流量的液压执行件的控制，往往采用大通径阀芯的控制阀，而大通径阀芯的控制阀在控制流量时，阀口开度变化快，不宜进行精细化操作。在工程机械上，有些液压执行件在不同的工况下具有不同的要求，例如轮式挖掘机的行走马达，其在公路上行驶时，需要行走马达需要高速转动，以期获得较快的行驶速度；但在进行挖掘作业时，需要行走马达在低速下运转以期进行精细化操作控制。因此在工程机械液压系统上时常出现大流量快速动作控制和小流量精细化操作控制的矛盾。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有液压系统中难以兼容大流量控制与小流量精细化控制的问题，而提供一种液压系统、控制方法和轮式挖掘机，兼顾液压系统中大流量快速动作的控制和小流量精细化控制的需求。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种液压系统，

包括液压执行件、压力油源、电比例阀、用于控制电比例阀的控制器、与控制器连接用于操控液压执行件的操纵装置；所述电比例阀的进油口和第一工作油口对应与压力油源和液压执行件的第一油口连接；

控制器依据操纵装置的操纵信号输出用于控制电比例阀进油口至第一工作油口之间阀口开度的电比例阀控制电流；其特征在于还包括开闭电磁阀，所述开闭电磁的进油口和出油口对应与电比例阀的进油口和第一工作油口连通，开闭电磁阀上控制其开闭的控制端与控制器连接；当操纵信号小于等于阀口全开最小信号值时所述控制器控制开闭电磁阀处于截止状态，当操纵信号大于阀口全开最小信号值时所述控制器控制开闭电磁阀处于导通状态。

在本发明中，当操纵装置的操作幅度较小时，开闭电磁阀处于关闭状态，流向液压执行件的油液由电比例阀控制，比较适合进行精细化操作控制；当操纵装置的操作幅度较大，其输出的操作信号(电流或电压)值大于阀口全开最小信号值时，开闭电磁阀处于导通状态，油液可以通过开闭电磁阀和电比例阀流向液压执行件，流向液压执行件的最大流量大大增加，使得液压执行件适合大流量快速动作。因此本发明能很好地兼容小流量的精细化操作控制和大流量高速动作操作控制。

操纵装置被操纵时，操纵幅度有效增大，操纵信号由零值逐渐增大，控制器依据操纵装置的操纵信号输出的电比例阀控制电流逐渐增大，电比例阀进油口与第一工作油口之间的阀口也逐渐增大；当操纵信号增大到一定值时，电比例阀进油口与第一工作油口之间的阀口开度增大至最大，即达到全开，此时操纵信号的值即为阀口全开最小信号值。

上述液压系统中，当操纵信号大于阀口全开最小信号值时所述控制器始终输出使电比例阀阀口全开的电比例阀控制电流。此时电比例阀和开闭电磁阀的阀口开度达到最大值，流向液压执行件的压力油随压力油源提供的压力油流量变化而变化，可通过控制压力油源的流量实现对液压执行件动作快慢的控制。进一步地，所述压力油源包括液压泵、驱动液压泵从液压油箱吸油的动力驱动装置，所述液压泵的泵口与电比例阀的进油口连接，所述控制器与动力驱动装置的控制单元连接，当操纵信号大于阀口全开最小信号值时控制器依据操纵信号大小向所述动力驱动装置的控制单元发送转速信号使动力驱动装置的转速跟随操纵信号的大小正相关变化。依据操纵信号控制动力驱动装置的转速，也即控制液压泵的转速，从而实现液压泵流量的控制。

上述液压系统中，当操纵信号大于阀口全开最小信号值时所述控制器输出的电比例阀控制电流在Iint与Imax之间的范围内随操纵信号的大小正相关变化，其中Imax是使电比例阀阀口全开的电比例阀控制电流，Iint是使电比例阀阀口开至预定开度的电比例阀控制电流；所述电比例阀的预定开度的阀口流通面积与开闭电磁阀导通时的阀口流通面积之和等于电比例阀阀口全开时的阀口流通面积。当操纵信号增大达到阀口全开最小信号值时，电比例阀全开，电比例阀控制电流为Imax，为最大值；若操纵信号继续稍微增大，控制器控制开闭电磁阀开启，同时将电比例阀控制电流下降至Iint，电比例阀控制电流为Iint时，电比例阀的阀口开度仅能达到某预定值，此时电比例阀的阀口流通面积和开闭电磁阀的阀口流量面积之和等于电比例阀阀口全开时的流通面积，也即液压系统中，操纵信号由等于阀口全开最小信号值变化至略大于阀口全开最小信号值时，电比例阀和开闭电磁的流通总面积相等或接近，不会产生突变，从而避免流通面积突变而产生激烈的液压冲击。同理，当操纵信号由大于阀口全开最小信号值变化至等于阀口全开最小信号值时，电比例阀控制电流也由Iint变化至Imax，也即电比例阀由预定值开度增大到全开，同时开闭电磁阀也由开启变化至关闭，避免流通面积突变而产生激烈的液压冲击。

上述液压系统中，当操纵信号小于等于阀口全开最小信号值时所述控制器输出电比例阀控制电流在零值与Imax之间的范围内随操纵信号的大小正相关变化。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种液压系统的控制方法，其特征在于液压系统包括进油口和第一工作油口对应与压力油源和液压执行件的第一油口连接的电比例阀、进油口和出油口对应与电比例阀的进油口和第一工作油口连通的开闭电磁阀、用于控制电比例阀和开闭电磁阀的控制器、与控制器连接用于操控液压执行件的操纵装置；控制方法如下：

控制器依据操纵装置的操纵信号输出用于控制电比例阀阀口开度的电比例阀控制电流；

当操纵信号小于等于阀口全开最小信号值时所述控制器控制开闭电磁阀处于截止状态，否则控制开闭电磁阀处于导通状态，即当操纵信号大于阀口全开最小信号值时所述控制器控制开闭电磁阀处于导通状态。

上述液压系统的控制方法中，所述压力油源包括液压泵、驱动液压泵从液压油箱吸油的动力驱动装置，所述液压泵的泵口与电比例阀的进油口连接，所述控制器与动力驱动装置的控制单元连接；

当操纵信号大于阀口全开最小信号值时控制器始终输出使电比例阀阀口全开的电比例阀控制电流且依据操纵信号大小向所述动力驱动装置的控制单元发送转速信号使动力驱动装置的转速随操纵信号的大小正相关变化。

上述液压系统的控制方法中，当操纵信号大于阀口全开最小信号值时所述控制器输出电比例阀控制电流在Iint与Imax之间的范围内随操纵信号的大小正相关变化。

上述液压系统的控制方法中，当操纵信号小于等于阀口全开最小信号值时所述控制器输出电比例阀控制电流在零值与使电比例阀阀口全开的电比例阀控制电流值之间的范围内与随操纵信号的大小正相关变化。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种轮式挖掘机，其特征在于具有前述所述的液压系统，其中液压执行件的第一油口为行走马达的前进进油口。

本发明与现有技术相比，本发明能很好地兼容小流量的精细化操作控制和大流量高速动作操作控制。

附图说明

图1是本发明液压系统的液压原理图。

图2是本发明液压系统的控制电路框图。

图3是本发明轮式挖掘机液压系统的部分液压原理图。

图中零部件名称及序号：

液压油箱10、双泵供油总成20、液压泵21、第二液压泵22、动力驱动装置23、主控阀总成30、液控主阀31、回转联主阀32、斗杆联主阀33、推土铲联主阀34、铲斗联主阀35、动臂联主阀36、液压执行件40、电比例先导阀50、电比例减压阀51、第一电磁阀52、第二电磁阀53、开闭电磁阀60、插装阀61、两位三通电磁阀62、控制器7、操纵装置8。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

实施例一。

如图1图2所示，本实施例中的液压系统包括液压执行件40、压力油源、电比例阀、用于控制电比例阀的控制器7、与控制器7连接用于操控液压执行件的操纵装置8、开闭电磁阀60等构成。

压力油源由液压油箱10、吸油口与液压油箱连接的液压泵21、驱动液压泵21转动的动力驱动装置23构成，动力驱动装置23为电动机或者燃油发动机，可通过控制动力驱动装置23的转速而控制液压泵21的转速，从而在一定范围内调节液压泵21的流量。

电比例阀3由液控主阀31和电比例先导阀50构成，电比例先导阀50包括电比例减压阀51、第一电磁阀52、第二电磁阀53构成。电比例减压阀51的进油端与先导油源连接，出油端同时与第一电磁阀52和第二电磁阀53的进油端连接；第一电磁阀52和第二电磁阀53均为两位三通电磁阀。第一电磁阀52和第二电磁阀53的出油端对应与液控主阀31的左液控端和右液控端连接，回油端均与液压油箱10连接，第一电磁阀52和第二电磁阀53将电比例减压阀51的出油端与液控主阀31的相应的液控端连通或者将液控主阀的液控端与液压油箱连通。电比例减压阀51依据施加在其上的电比例阀控制电流输出相应压力的先导压力油经第一电磁阀52作用于液控主阀31的左端或经第二电磁阀53作用于液控主阀31的右端，使液控主阀31在左位或右位开启相应的阀口开度。电比例减压阀51输出的先导压力油的压力、电比例阀控制电流、液控主阀的阀口开度三者正相关变化，即电比例阀控制电流越大，输出的先导压力油的压力就越大，液控主阀对应机能位的阀口开度就越大。

在本实施例中，电比例先导阀50也可以采用两个电比例减压阀构成，液控主阀31的两液控端与先导压力油源之间各连接一个电比例减压阀。

液控主阀31为三位阀，其进油端与液压泵21的泵口连接，回油口与液压油箱10连接，第一工作油口(A1口)和第二工作油口(B1口)对应与液压执行件的第一油口(A口)和第二油口(B口)连接。液压执行件为液压马达，当电比例减压阀51和第一电磁阀52得电，液控主阀31处于左位时，液控主阀31的进油口与第一工作油口(A1口)导通，液压泵21输出的压力油经液控主阀31进入到液压马达的第一油口，液压马达正转；当电比例减压阀51和第二电磁阀53得电，液控主阀31处于右位时，液控主阀31的进油口与第二工作油口(B1口)导通，液压泵21输出的压力油经液控主阀31进入到液压马达的第二油口，液压马达反转。液控主阀31的结构类型根据其连接的液压执行件40功能不同而作相应的变化，例如当液压执行件为单向转动的液压马达时，液控主阀31可以简化为两位阀，其仅有的一个工作油口与液压马达的第一油口连接，液压马达的第二油口则可直接与油箱连接，在这种情况下，电比例先导阀50也随之作出相应的变化。

开闭电磁阀60由插装阀61和两位三通电磁阀62构成，插装阀61为两位两通阀，其状态为关闭截止状态或者为导通全开的状态。插装阀61的进油口与液控主阀31的进油口连通，也即与液压泵21的泵口连通。插装阀61的出油口与液控主阀31的第一工作油口(A1口)连通，也即与液压执行件40的第一油口连通。两位三通电磁阀62的第一油口与插装阀61的控制端连接，第二油口与插装阀61的进油口连接，第三油口与液压油箱10连接。第一油口择一与第二油口或第三油口导通。当两位三通电磁阀62得电时，第一油口与第三油口导通，插装阀开启；当两位三通电磁阀62断电时，第一油口与第二油口导通，插装阀61关闭截止。

如图2所示，操纵装置8、电比例阀中的电比例先导阀50和开闭电磁阀60中的两位三通电磁阀均与控制器7连接，

操纵装置8用于操纵控制液压执行件40。操纵装置8可以是电控手柄，操作员进行操控摆动，电控手柄摆动时向控制器7传送相应的操纵信号，操纵信号可以是电压信号，或者电流信号，控制器7依据该操纵信号对电比例先导阀50、开闭电磁阀60以及其他器件进行控制，例如电控手柄向前摆动时，控制器根据电控手柄前摆动输出的操纵信号使第一电磁阀52得电导通，同时依据操纵信号的大小向电比例减压阀51输出相应的电比例阀控制电流，液控主阀31在先导压力油的作用下处于左位，且阀口开启到对应的开度，液压泵21输出的压力油经液控主阀31进入到液压马达的第一油口，使液压马达正转。电控手柄向后摆动时，控制器7根据电控手柄后摆动输出的操纵信号使第二电磁阀53得电导通，同时依据操纵信号的大小向电比例减压阀51输出相应的电比例阀控制电流，液控主阀31在先导压力油的作用下处于右位，且阀口开启到对应的开度，液压泵21输出的压力油经液控主阀31进入到液压马达的第二油口，使液压马达反转。

控制器7与动力驱动装置23连接，可向动力驱动装置23发送转速指令，使动力驱动装置23工作于相应的转速下。

在本实施例中，当操纵装置8所进行的操纵是使液控主阀31工作于右位时，控制器7依据操纵信号输出控制电比例减压阀51的电比例阀控制电流，控制器输出的电比例阀控制电流、液控主阀的阀口开度与操纵信号的大小为正相关变化关系，即操纵信号越大，电比例阀控制电流和液控主阀的阀口开度就越大，直到电比例阀控制电流达到最大值、液控主阀阀口全开，在此过程中，开闭电磁阀处于关闭状态。

当操纵装置8所进行的操纵是使液控主阀31工作于左位时，液压系统的控制方法如下：

控制器7依据操纵信号，使电比例先导阀中的第一电磁阀52得电，将电比例减压阀51的出油端与液控主阀31的液控左端连通。

当操纵信号小于等于阀口全开最小信号值时，控制器7输出电比例阀控制电流在零值与Imax范围与随操纵信号的大小正相关变化。Imax是液控主阀阀口全开的电比例阀控制电流值。在操纵信号在小于等于阀口全开最小信号值时，控制器7控制开闭电磁阀60处于关闭状态，液压泵21输出的压力油只能通过液控主阀31流向液压执行件。

操纵信号由零值逐渐增大，控制器7依据操纵装置8的操纵信号大小输出的电比例阀控制电流逐渐增大，液控主阀的阀口开度也逐渐增大；当操纵信号增大到一定值时，液控主阀的阀口开度增大至最大，即达到全开，此时操纵信号的值即为阀口全开最小信号值。

当操纵信号大于阀口全开最小信号值时，控制器7控制开闭电磁阀60处于导通状态，液压泵21输出的压力油可以通过液控主阀31和开闭电磁阀60流向液压执行件。

当操纵信号大于阀口全开最小信号值时，对于电比例阀具有两种控制方式，第一种控制方式是控制器始终输出使液控主阀的阀口全开的电比例阀控制电流，液控主阀和开闭电磁阀的阀口开度达到最大值，流向液压执行件的压力油跟随液压泵提供的压力油流量变化而变化，可通过控制液压泵21的流量实现对液压执行件40动作快慢的控制。此时，控制器7可根据操纵信号的大小，向动力驱动装置23的控制单元发送转速信号使动力驱动装置23的转速与操纵信号的大小正相关变化。操纵装置8输出的操纵信号值越大，动力驱动装置23的转速越高，液压泵21输出的压力油流量就越大，液压执行件40的动作就越快，若液压执行件为液压马达，则其转速就越快。

当操纵信号大于阀口全开最小信号值时电比例阀的第二种控制方式是：操纵信号由阀口全开最小信号值增大至略大于阀口全开最小信号值时，控制器7控制开闭电磁阀60开启导通，同时控制电比例减压阀51的电比例阀控制电流从Imax下降至Iint。电比例减压阀51在电比例阀控制电流Iint的作用下输出相应的先导压力油使液控主阀31的阀口开至预定阀口开度；液控主阀31的预定阀口开度的阀口流通面积与开闭电磁阀60导通时的阀口流通面积之和等于液控主阀31的阀口全开时的阀口流通面积。当操纵信号增大达到阀口全开最小信号值时，液控主阀全开，电比例阀控制电流为Imax，为最大值；若操纵信号继续稍微增大，控制器控制开闭电磁阀60开启，同时将电比例阀控制电流下降至Iint，电比例阀控制电流为Iint时，液控主阀的阀口开度仅能达到某预定值，此时液控主阀的阀口流通面积和开闭电磁阀60的阀口流量面积之和等于液控主阀31的阀口全开时的流通面积，也即液压系统中，操纵信号由等于阀口全开最小信号值变化至略大于阀口全开最小信号值时，液控主阀31和开闭电磁60的流通总面积相等或接近，不会产生突变，从而避免流通面积突变而产生激烈的液压冲击。同理，当操纵信号由略大于阀口全开最小信号值变化至等于阀口全开最小信号值时，电比例阀控制电流也由Iint变化至Imax，也即液控主阀由预定值开度增大到全开，同时开闭电磁阀60也由开启变化至关闭，避免流通面积突变而产生激烈的液压冲击。

在第二种控制方式中，当操纵信号大于阀口全开最小信号值时，控制器7输出电比例阀控制电流在Iint与Imax范围内与跟随操纵信号的大小正相关变化，也即液控主阀的阀口开度在预定阀口开度与全开的范围内跟随操纵信号的大小正相关变化，操纵信号越大，液控主阀的阀口开度就越大。

在本实施例中，当操纵信号小于等于阀口全开最小信号值时，液压泵21输出的压力油只能通过液控主阀31流向液压执行件，在此阶段可用于对液压执行件40进行精细化操作控制；当操纵信号大于阀口全开最小信号值时，液压泵输出的压力油可以通过液控主阀和开闭电磁阀流向液压执行件，流量的最大值得到增加，使得液压执行件工作于大流量的高速动作状态，从而实现本发明液压系统很好地地兼容小流量的精细化操作控制和大流量高速动作操作控制，满足相应的需求。

实施例二。

图3示出了一种轮式挖掘机的液压系统中部分油路。在轮式挖掘机的行驶部分的液压系统为实施例一中的液压系统，也即实施例一中的液压执行件40为挖掘机的行走马达，液压泵21和第二液压泵22构成双泵供油总成20，液控主阀31为行走轮主阀，其与回转联主阀32、斗杆联主阀33、动臂联主阀36、铲斗联主阀35、推土铲联主阀34构成主控阀总成30，其中液控主阀31与回转联主阀32、斗杆联主阀33由液压泵21供油；动臂联主阀36、铲斗联主阀35、推土铲联主阀34由第二液压泵供油。

在液压系统中，液压马达的第一油口为前进进油口，即液压马达的第一油口进压力油时，液压马达正转，轮式挖掘机向前行驶；液压马达的第二油口时，液压马达反转，轮式挖掘机向后行驶。

轮式挖掘机中，操控其进行行走时，若操纵装置8的操作幅度较小(其输出的槽中信号值小于阀口全开最小信号值时)，流向行走马达的压力油流量较小，适合作精细化操作控制，但操纵装置的操作幅度较大(其输出的槽中信号值大于阀口全开最小信号值时)，流向行走马达的压力油流量较大，适合作使轮式挖掘机以较快的速度行驶，例如在公路上行驶，满足上路速度要求。

在轮式挖掘机上，操纵装置可采用多种形式，例如采用电控手柄行驶，依据电控手柄的摆动方向控制液控主阀的工作位，依据电控手柄的摆动幅度控制液控主阀的开度和开闭电磁阀的开闭。操纵装置也可以由脚踏油门踏板和挡位手柄构成，依据挡位手柄的挡位控制液控主阀的工作位，依据脚踏油门踏板的幅度控制液控主阀的开度和开闭电磁阀的开闭，控制行走马达的转速。