[發明專利]一種裝載機電液復合控制液壓系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201410786980.2
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104652523A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 謝朝陽;楊東升;任大明;馬鵬鵬;趙梅;范小童;胡重賀;陳冉;馬錦錦
• 申請（專利權）人: 徐工集團工程機械股份有限公司科技分公司
• 主分類號: E02F9/22
• 分類號: E02F9/22
• 代理公司: 徐州支點知識產權代理事務所(普通合伙) 32244
• 代理人: 劉新合

1.一種裝載機電液復合控制液壓系統，其特征在于，包括液壓油箱(1)、發動機(2)、變量泵(3)、電控換向閥塊(4)、第三梭閥(5)、第一梭閥(6)、第二梭閥(7)、分配閥(8)、先導閥(11)、先導油源塊(12)、電控手柄(26)和控制器(27)；變量泵(3)的進油口與液壓油箱(1)相連；變量泵(3)的出油口P與分配閥(8)的進油口P1相連；分配閥(8)回油口T1與液壓油箱(1)相連；先導油源塊(12)的進油口P2與變量泵(3)的出油口P相連；先導油源塊(12)的出油口U與先導閥(11)的進油口P3相連；分配閥(8)的下降油口ps與先導閥(11)下降聯油口A相連；分配閥(8)的收斗聯油口pss與先導閥(11)收斗聯油口B相連；分配閥(8)的提升油口pl與先導閥(11)提升聯油口C相連；分配閥(8)的下降油口psl與先導閥(11)翻斗聯油口D相連；分配閥(8)的翻斗缸大腔油口A7與翻斗缸(9)的無桿腔A9相連；分配閥(8)的翻斗缸小腔油口B7與翻斗缸(9)的有桿腔B9相連；分配閥(8)的動臂缸大腔油口A8與動臂缸(10)的無桿腔A10相連；分配閥(8)的動臂缸小腔油口B8與動臂缸(10)的無桿腔B10相連；分配閥(8)的負荷傳感油口LS1與電控換向閥塊(4)的第三油口H3相連；第三梭閥(5)的m3油口與電控換向閥塊(4)H1油口相連；第三梭閥(5)的s3油口與第一梭閥(6)m1油口相連；第一梭閥(6)的s1油口與分配閥(8)的下降油口ps相連；第一梭閥(6)的n1油口與分配閥(8)的收斗聯油口pss相連；第二梭閥(7)的s2油口與分配閥(8)的提升油口pl相連；第二梭閥(7)的n2油口與分配閥(8)的下降油口psl相連；第二梭閥(7)的m2油口與第三梭閥(5)的n3油口相連；電控換向閥塊(4)的H2油口與變量泵(3)的K4油口相連；電控換向閥塊(4)的H4油口與液壓油箱(1)相連；電控換向閥塊(4)的H5油口與變量泵(3)的K2油口相連；電控換向閥塊(4)的H6油口與變量泵(3)的K3油口相連；電控換向閥塊(4)的H8油口與變量泵(3)的LS油口相連；電控手柄(26)的輸出口X1與控制器(27)的第一輸入口X2相連；轉速傳感器(28)與發動機(2)相連；轉速傳感器(28)與控制器(27)的第二輸入口X3相連；控制器(27)的第一輸出口X4與電控電控換向閥塊塊(4)輸入口X7相連；控制器(27)的第二輸出口X5與先導閥(11)的輸入口X6相連。

2.根據權利要求1所述的一種裝載機電液復合控制液壓系統，其特征在于，所述的變量泵(3)包括泵(13)、溢流閥(14)、流量控制閥(15)、壓力切斷閥(16)和變排油缸(17)；流量控制閥(15)的油口P4與泵(13)的出油口P相連；變量泵(3)K1油口與流量控制閥(15)的控制腔A1相連；變量泵(3)K2油口與流量控制閥(15)的控制腔A2相連；變量?泵(3)K3油口與流量控制閥(15)的控制腔A3相連；變量泵(3)LS油口與流量控制閥(15)的彈簧腔相連；電控換向閥塊(4)的H3油口與溢流閥(14)的進油腔相連；溢流閥(14)的回油口T8與變排油缸(17)的無桿腔油口K8相連；溢流閥(14)的調壓彈簧A6與變排油缸(17)的活塞桿A5相連；變排油缸(17)的活塞桿A5與泵(13)的變排機構相連；變排油缸(17)的無桿腔K8與壓力切斷閥(16)的K7油口相連；壓力切斷閥(16)的A4油口、壓力切斷閥(16)的P6油口與泵(13)的出油口P相連；壓力切斷閥(16)的K6油口與流量控制閥(15)的K5油口相連；泵(13)的泄露油口T7、變排油缸(17)的泄露油口T6、壓力切斷閥(16)的泄露油口T5、流量控制閥(15)的泄露油口T4與變量泵(3)的泄露油口L3相連。

3.根據權利要求2所述的一種裝載機電液復合控制液壓系統，其特征在于，所述的流量控制閥(15)包括閥座(18)、閉母(19)、第二閥芯(22)、第一閥芯(23)、閥體(24)和調壓彈簧(25)，第一閥芯(23)通過調壓彈簧(25)裝配到閥體(24)，第二閥芯(22)與第二閥芯(23)相連并裝配在閥體(24)內；閥座(18)通過螺紋與閥體(24)連接；閉母(19)通過螺紋與閥座(18)相連。

4.根據權利要求3所述的一種裝載機電液復合控制液壓系統，其特征在于，所述閥座(18)與閥體(24)之間設有第一O型圈(20)；閥座(18)與第二閥芯(22)之間設有第二O型圈(21)。

5.一種利用權利要求1至4任一項所述的裝載機電液復合控制液壓系統的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

A.電控手柄(26)輸出電壓信號給控制器(27)，通過控制器(27)轉化及放大后輸出信號給電液比例先導閥(11)，電液比例先導閥(11)輸出的先導壓力控制分配閥(8)閥芯位移，同時控制電控換向閥塊(4)的工作位置；

假設操作者勻速操縱電控手柄(26)到最大開度，則電控手柄輸出的電信號Xa＝Cd*t+Ce；式中：Cd為電控手柄(26)輸出曲線的斜率，Ce為常數，即電控手柄(26)輸出曲線與Y軸的交點對應的函數值；

經放大器(27)處理后的輸出信號Xb＝Cf*t+Cg；式中：Cf為放大器(27)輸出曲線的斜率，Ce為常數，即放大器(27)輸出曲線與Y軸的交點對應的函數值；

電液比例先導閥(11)輸出的先導壓力Px隨時間t變化關系為Px＝Ka*t+Kb，式中：Ka?為先導壓力Px曲線的斜率，Kb為常數，即先導壓力Px曲線與Y軸的交點對應的函數值；

則分配閥閥芯位移Sx與先導壓力Px的關系為Sx＝Kc*Px+Kd，式中：Kc為分配閥閥芯位移Sx曲線的斜率，Kd為常數，即分配閥閥芯位移Sx曲線與Y軸的交點對應的函數值；

分配閥(8)閥芯移動后，其閥口節流口面積Sf變化與先導壓力Px的關系為

其中，Ke為節流口面積Sf曲線中第一段曲線的斜率，Kf為常數，即Sf曲線中第一段曲線與Y軸的交點對應的函數值；Ku為節流口面積Sf曲線中第二段曲線的斜率，Kv為常數，即Sf曲線中第二段曲線與Y軸的交點對應的函數值；Kw為節流口面積Sf曲線中第三段曲線的斜率，Kx為常數，即Sf曲線中第三段曲線與Y軸的交點對應的函數值；Ky為常數，即Sf曲線中第四段曲線的函數值。

B.隨著電控手柄(26)輸出電壓信號的變化，變量泵(3)的控制方式及排量Vp隨先導壓力Px、泵口壓力Pp變化的函數關系如下表：

其中，Kg為變量泵(3)的排量Vp曲線中第一段曲線的斜率，Kh為常數，即排量Vp曲線中第一段曲線與Y軸的交點對應的函數值；Ki為變量泵(3)的排量Vp曲線中第二段曲線的斜率，Kj為常數，即排量Vp曲線中第二段曲線與Y軸的交點對應的函數值；Km為變量泵(3)的排量Vp曲線中第三段曲線的斜率，Kn為常數，即排量Vp曲線中第三段曲線與Y軸的交點對應的函數值；Ko為常數，即排量Vp曲線中第四段曲線的函數值。

當先導壓力Px≤12時，此時電控換向閥塊(4)不動作，處于最左位，變量泵(3)采用負荷傳感控制，此時閥口節流口面積Sf＝Ke*Px+Kf，泵的排量Vp＝Kg*Px+Kh；

C.當12＜Px≤18時，電控換向閥塊(4)從最左位向左移動一位，變量泵(3)仍處于負荷傳感控制區域，此時隨著泵口壓力升高，泵的排量Vp與泵口壓力Pp的乘積達到設定的恒定值Kp，Kp是為保證發動機不熄火的與發動機最大扭矩相關的常數；此時Vp*Pp＝Kp，變量泵(3)處于負荷傳感及恒扭矩控制階段；

D.當先導壓力Px從F點升高到G點的過程中，分配閥節流口面積Sf＝Ku*Px+Kv迅速增加；同時電控換向閥塊(4)從最左位向左移動一位后，先導閥(11)輸出的壓力油將進入到流量控制閥(15)的A2控制腔，減小流量控制閥(15)的補償壓力，泵口壓力Pp與負載壓力Lp的差值△P隨先導壓力Px變化，其變化關系為：

其中，Kq為常數，即Px≤12時△P曲線的函數值；Kr為12＜Px≤18時△P曲線的斜率，Ks為△P曲線第二段曲線與Y軸的交點的函數值；Kt為常數，即△P曲線第三段Px＞18時的函數值；

二者共同作用，使得泵的排量Vp按照Vp＝Ki*Px+Kj變化；假定發動機轉速Nf恒定的情況下，系統的輸出流量Qa隨先導壓力Px變化關系為：Qa＝Nf*(Ki*Px+Kj)；

E.隨著電控手柄(26)輸出電壓逐漸升高，先導壓力Px也進一步升高，分配閥節流口面積Sf＝Kw*Px+Kx，此時電控換向閥塊(4)移動到最右位，流量控制閥控制腔A1、A2與液壓油箱相通，控制腔A3與梭閥m3油口相連，泵口壓力油進入到控制腔A3，泵的控制方式切換為恒壓恒扭矩控制；泵口的壓力低于設定值Ppmax且Vp*Pp<Kp時，泵以最大排量輸出；

F.當電控手柄(26)輸出電壓高于某設定值時，且泵口的負載壓力高于設定值時，泵的排量Vpmax會迅速下降，泵的最大排量控制與泵口壓力Pp的關系為：

其中，Kp是為保證發動機不熄火的與發動機最大扭矩相關的常數；Ca為常數，即Vpmax曲線的第一段曲線的函數值；Cc為常數，Vpmax曲線的第三段曲線的斜率的絕對值，Cb為常數，即Vpmax曲線的第三段曲線與Y軸交點對應的函數值。

G.當發動機(2)的轉速通過轉速傳感器(28)輸入到控制器(27)中，當發動機(2)的負載過大時，其轉速降低，當其轉速下降速度超出設定值時或者轉速低于設定值時，控制器(27)通過其第一輸出口X3輸出控制信號給電控換向閥塊(4)、通過其第二輸出口X4輸出控制信號給電液比例先導閥(11)，共同減小液壓系統功率輸出。