無溢流損失裝載機液壓系統及其控制方法技術方案

本發明專利技術公開了一種無溢流損失的裝載機液壓系統及其控制方法，在裝載機原始液壓系統的基礎上加裝蓄能器、換向閥、傳感器、控制器等部件，并且進行部分簡化，通過相應的控制策略，可以實現定量泵輸出流量與負載(外負載與蓄能器)需求流量相匹配，完全避免溢流損失，減小節流損失和沿程損失；回收勢能用于向轉向器供能，將裝載機的多泵液壓系統改為單泵液壓系統，通過蓄能器存儲能量，減小液壓系統建壓時間和發動機裝機功率，實現裝載機整機效率的提高。利用蓄能器吸收壓力沖擊，提高了液壓系統的穩定性、可靠性和元件的疲勞壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及工程機械
，特別涉及一種裝載機無溢流損失的節能液壓系統及其控制方法
技術介紹
裝載機是一種應用廣泛的工程機械，液壓系統是其重要的組成部分，一般由工作液壓系統和轉向液壓系統組成。在中小型裝載機中，工作液壓系統一般采用定量泵，容易造成泵與負載需求流量不匹配，出現溢流損失，導致燃油經濟性下降和油溫升高。大型裝載機工作液壓系統普遍采用變量泵,造價高昂且液壓件對污染敏感。轉向液壓系統為保證在發動機怠速的情況下仍能快速進行全轉向，提高生產效率，一般選用大排量定量泵，但是在發動機高速時會產生大量的功率損失。目前產品主要采用的節能技術有雙泵合流技術和雙泵合流等值卸荷技術，但是均沒有徹底解決溢流問題，所以節能效果非常有限。小松公司在其裝載機轉向系統流量放大閥中應用了合流技術，但是技術難度大，成本高，無法大規模推廣。變量泵技術雖然可以降低功率損失，但是由于其造價昂貴，目前難以普及。本專利技術提出了一種節能液壓系統，通過對定量泵系統進行改進，就可完全避免溢流損失，減少節流損失和沿程損失，實現與變量泵系統相同的節能效果，同時避免了高昂的造價。
技術實現思路
【1】本專利技術的目的是提供一種無溢流損失的裝載機液壓系統及其控制方法【2】本專利技術所述系統由發動機、傳動軸、過濾器、油箱、定量泵、三位四通換向閥、兩位三通換向閥，蓄能器、轉向器、轉向限位閥、流量放大閥、轉向油缸、安全閥、傳感器、單向閥、雙作用安全閥、多路閥、轉斗油缸、動臂油缸、控制器。所述蓄能器包括高壓蓄能器8、低壓蓄能器10和轉向蓄能器20；所述轉向限位閥包括左轉向限位閥15和右轉向限位閥16；所述流量放大閥包括或門型梭閥14，第一三位四通換向閥19第二安全閥28；所述傳感器包括第一壓力傳感器9、第二壓力傳感器11、第三壓力傳感器21和轉速傳感器17；所述多路閥包括三位六通換向閥1和四位四通換向閥2；所述雙作用安全閥包括有桿腔雙作用安全閥6和無桿腔雙作用安全閥7；所述安全閥包括第一安全閥23、第二安全閥28、第三安全閥29和第四安全閥36；所述過濾器包括第一過濾器32、第二過濾器34、第三過濾器35和第四過濾器37。所述發動機26通過傳動軸25與定量泵24聯接；所述定量泵24進油口經第二過濾器34與油箱33連接，出油口分兩路，一路與第二三位四通換向閥27的P口相連，另一路與第一安全閥23相連；第一安全閥23出油口經第三過濾器35與油箱33相連；第二三位四通換向閥27出油口A分為三路，一路與三位六通換向閥1的P、P1口相連，一路與高壓蓄能器8相連，另一路通過第三安全閥29經過第一過濾器32與油箱33相連，出油口B分兩路，一路與第一三位四通換向閥19的P口相連，一路與轉向蓄能器20相連，T口與第一兩位三通換向閥22的P口相連。第一兩位三通換向閥22的A口分兩路，一路與轉向器18進油口相連，一路與低壓蓄能器10相連；B口經第三過濾器35與油箱33相連。轉向器18出油口L經過左轉向限位閥15與第一三位四通換向閥19控制端相連，出油口R經過右轉向限位閥16與第一三位四通換向閥19控制端相連。第一三位四通換向閥19的A口與左轉向油缸12的無桿腔和右轉向油缸13的有桿腔相連；B口與左轉向油缸12的有桿腔和右轉向油缸13的無桿腔相連。或門型梭閥14的兩個輸入口與第一三位四通換向閥19的A、B口相連，輸出口通過第二安全閥28經過第三過濾器35與油箱33相連。三位六通換向閥1的A口與四位四通換向閥2的P口相連，A1口分兩路，一路與轉斗油缸3有桿腔相連，一路通過有桿腔雙作用安全閥6經第二兩位三通換向閥31與油箱33相連，B口分兩路，一路與轉斗油缸3無桿腔相連，另一路通過無桿腔雙作用安全閥7經由第二兩位三通換向閥31與油箱33相連。四位四通換向閥2的P口與三位六通換向閥1的A口相連，T口與第二兩位三通換向閥31的P口相連，A口與動臂油缸4的有桿腔相連，B口與動臂油缸4的無桿腔相連。第二兩位三通換向閥31的P口分別與三位六通換向閥1、四位四通換向閥2的T口，有桿腔雙作用安全閥6、無桿腔雙作用安全閥7的出口相連，A口經由第一過濾器32與油箱33相連，B口通過單向閥30與低壓蓄能器10相連。控制器5的信號輸入端分別與三位六通換向閥1、四位四通換向閥2的操縱手柄，第一壓力傳感器9、第二壓力傳感器11、第三壓力傳感器21和轉速傳感器17的信號輸出端相連。控制器5的輸出端分別與第一兩位三通換向閥22、第二三位四通換向閥27和第二兩位三通換向閥31的信號輸入端相連。壓力傳感器9、11和21分別通過液壓管路與蓄能器8、10和20相連。與現有技術相比本專利技術的有益效果是：1、本專利技術實現了在對原有裝載機液壓系統改造較小的情況下使泵的輸出流量與負載(包括工作負載與蓄能器)需求流量相匹配，避免了溢流損失造成的能源消耗，提高了整機效率。2、本專利技術實現了采用單泵驅動整個液壓系統，與原有多泵系統相比減小了節流損失和沿程損失，提高了燃油經濟性。3、本專利技術實現了使定量泵系統與變量泵系統具有相同的節能效果。本系統采用了抗污染能力較強、成本較低的定量泵，降低了制造成本和維修成本。同時通過蓄能器吸收壓力沖擊，提高了液壓系統的穩定性、可靠性和元件疲勞壽命。與采用變量泵的負載敏感性系統相比，本系統通過控制可以實現相同的節能效果。4、本專利技術采用能量密度較高的低壓蓄能器回收動臂下降勢能，用于驅動轉向機構，進一步提高了能量利用率。5、本專利技術通過蓄能器存儲能量，減小了發動機裝機功率，提高了整機經濟性。6、本專利技術中液壓系統由于蓄能器的存在，減小了液壓系統建壓的時間，提高了整機的工作效率。附圖說明圖1為本專利技術的結構組成和工作原理示意圖圖2為總模式邏輯圖圖3為轉向模式邏輯圖圖4為轉向蓄能器判別模式邏輯圖圖5為工作模式邏輯圖圖6為怠速模式邏輯圖具體實施方式請參閱圖1，為本專利技術的實施例,所述系統由發動機、傳動軸、過濾器、油箱、定量泵、三位四通換向閥、兩位三通換向閥，蓄能器、轉向器、轉向限位閥、流量放大閥、轉向油缸、安全閥、傳感器、單向閥、雙作用安全閥、多路閥、轉斗油缸、動臂油缸、控制器組成。所述蓄能器包括高壓蓄能器8、低壓蓄能器10和轉向蓄能器20；所述轉向限位閥包括左轉向限位閥15和右轉向限位閥16；所述流量放大閥包括第一三位四通換向閥19，或門型梭閥14和第二安全閥28；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無溢流損失裝載機液壓系統，其特征在于：在多路閥與定量泵(24)之間加裝第二三位四通換向閥(27)、高壓蓄能器(8)；在第一三位四通換向閥(19)與第二三位四通換向閥(27)之間加裝轉向蓄能器(20)；在液壓工作系統回油油路中加裝第二兩位三通換向閥(31)和低壓蓄能器(10)，并且將低壓蓄能器(10)與轉向器(18)進油口相連；在第二三位四通換向閥(27)回油口與油箱(33)之間加裝第一兩位三通換向閥(22)；第一兩位三通換向閥(22)的A口與轉向器(18)的進油口相連，B口通過第三過濾器(35)與油箱(33)相連；控制器(5)檢測三位六通換向閥(1)和四位四通換向閥(2)的操作手柄角度，并且通過第一壓力傳感器(9)、第二壓力傳感器(11)、第三壓力傳感器(21)和轉速傳感器(17)分別檢測高壓蓄能器(8)的壓力、低壓蓄能器(10)的壓力、轉向蓄能器(20)的壓力和轉向器(18)的轉速，然后通過相應的控制策略驅動第一兩位三通換向閥(22)、第二三位四通換向閥(27)和第二兩位三通換向閥(31)工作；實現定量泵(24)驅動轉斗油缸(3)、動臂油缸(4)、左轉向油缸(12)和右轉向油缸(13)正常工作且無溢流損失，并且減少節流損失；本專利將蓄能器和換向閥加裝在裝載機液壓系統中，以實現單泵驅動整個裝載機液壓系統，并避免溢流損失，減小節流和沿程損失；凡將蓄能器加裝在液壓系統中并由換向閥和相關控制邏輯控制蓄能器工作以實現無溢流損失，減小節流和沿程損失的方案，均在本專利保護之列。...

【技術特征摘要】
1.一種無溢流損失裝載機液壓系統，其特征在于：在多路閥與定量泵
(24)之間加裝第二三位四通換向閥(27)、高壓蓄能器(8)；在第一三位四通換
向閥(19)與第二三位四通換向閥(27)之間加裝轉向蓄能器(20)；在液壓工
作系統回油油路中加裝第二兩位三通換向閥(31)和低壓蓄能器(10)，并且
將低壓蓄能器(10)與轉向器(18)進油口相連；在第二三位四通換向閥(27)
回油口與油箱(33)之間加裝第一兩位三通換向閥(22)；第一兩位三通換向
閥(22)的A口與轉向器(18)的進油口相連，B口通過第三過濾器(35)
與油箱(33)相連；控制器(5)檢測三位六通換向閥(1)和四位四通換向
閥(2)的操作手柄角度，并且通過第一壓力傳感器(9)、第二壓力傳感器(11)、
第三壓力傳感器(21)和轉速傳感器(17)分別檢測高壓蓄能器(8)的壓力、
低壓蓄能器(10)的壓力、轉向蓄能器(20)的壓力和轉向器(18)的轉速，
然后通過相應的控制策略驅動第一兩位三通換向閥(22)、第二三位四通換向
閥(27)和第二兩位三通換向閥(31)工作；實現定量泵(24)驅動轉斗油
缸(3)、動臂油缸(4)、左轉向油缸(12)和右轉向油缸(13)正常工作且
無溢流損失，并且減少節流損失；本專利將蓄能器和換向閥加裝在裝載機液
壓系統中，以實現單泵驅動整個裝載機液壓系統，并避免溢流損失，減小節
流和沿程損失；凡將蓄能器加裝在液壓系統中并由換向閥和相關控制邏輯控
制蓄能器工作以實現無溢流損失，減小節流和沿程損失的方案，均在本專利
保護之列。
2.根據權利要求1所述的裝載機液壓系統，其特征在于：裝載機液壓
系統中的高壓蓄能器(8)可單獨驅動也可與定量泵(24)合流共同驅動轉斗
油缸(3)和動臂油缸(4)；轉向蓄能器(20)可單獨驅動也可與定量泵(24)

\t合流共同驅動左轉向油缸(12)與右轉向油缸(13)；低壓蓄能器(10)可單
獨向轉向器(18)供油也可與定量泵(24)合流共同向轉向器(18)供油，
低壓蓄能器(10)也可用于回收勢能。
3.根據權利要求1所述的裝載機液壓系統，其特征在于：三位六通換
向閥(1)、四位四通換向閥(2)、轉向器(18)均無中位回油功能。
4.一種無溢流損失裝載機液壓系統的控制方法，其特征在于：控制總
模式由轉向模式、工作模式和怠速模式構成，轉向模式下有子模式轉向蓄能
器判別模式；裝載機工作時首先通過總模式優先選擇轉向模式，工作模式次
之，怠速模式最后，然后選擇相應的模式進行控制，三種模式之間又有聯系，
三種模式遍歷之后通過總模式再次進行模式選擇，循環往復，確保裝載機正
常工作。
5.根據權利要求4所述的控制方法，其特征在于：
一、轉向模式：優先判斷低壓蓄能器(10)是否滿足轉向器(18)的供
油需求，若無法滿足轉向器(18)的供油需求則判斷此時轉向器(18)轉速
是否為0：如果轉向器(18)轉速不為0，則定量泵(24)向轉向器(18)供
油，直至低壓蓄能器(10)滿足轉向器(18)供油或者轉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王繼新，張宇，韓云武，高靖，楊永海，范久臣，韓燊睿，李新華，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22