[发明专利]一种装载机电液复合控制液压系统及其控制方法

权利要求书

1.一种装载机电液复合控制液压系统，其特征在于，包括液压油箱(1)、发动机(2)、变量泵(3)、电控换向阀块(4)、第三梭阀(5)、第一梭阀(6)、第二梭阀(7)、分配阀(8)、先导阀(11)、先导油源块(12)、电控手柄(26)和控制器(27)；变量泵(3)的进油口与液压油箱(1)相连；变量泵(3)的出油口P与分配阀(8)的进油口P1相连；分配阀(8)回油口T1与液压油箱(1)相连；先导油源块(12)的进油口P2与变量泵(3)的出油口P相连；先导油源块(12)的出油口U与先导阀(11)的进油口P3相连；分配阀(8)的下降油口ps与先导阀(11)下降联油口A相连；分配阀(8)的收斗联油口pss与先导阀(11)收斗联油口B相连；分配阀(8)的提升油口pl与先导阀(11)提升联油口C相连；分配阀(8)的下降油口psl与先导阀(11)翻斗联油口D相连；分配阀(8)的翻斗缸大腔油口A7与翻斗缸(9)的无杆腔A9相连；分配阀(8)的翻斗缸小腔油口B7与翻斗缸(9)的有杆腔B9相连；分配阀(8)的动臂缸大腔油口A8与动臂缸(10)的无杆腔A10相连；分配阀(8)的动臂缸小腔油口B8与动臂缸(10)的无杆腔B10相连；分配阀(8)的负荷传感油口LS1与电控换向阀块(4)的第三油口H3相连；第三梭阀(5)的m3油口与电控换向阀块(4)H1油口相连；第三梭阀(5)的s3油口与第一梭阀(6)m1油口相连；第一梭阀(6)的s1油口与分配阀(8)的下降油口ps相连；第一梭阀(6)的n1油口与分配阀(8)的收斗联油口pss相连；第二梭阀(7)的s2油口与分配阀(8)的提升油口pl相连；第二梭阀(7)的n2油口与分配阀(8)的下降油口psl相连；第二梭阀(7)的m2油口与第三梭阀(5)的n3油口相连；电控换向阀块(4)的H2油口与变量泵(3)的K4油口相连；电控换向阀块(4)的H4油口与液压油箱(1)相连；电控换向阀块(4)的H5油口与变量泵(3)的K2油口相连；电控换向阀块(4)的H6油口与变量泵(3)的K3油口相连；电控换向阀块(4)的H8油口与变量泵(3)的LS油口相连；电控手柄(26)的输出口X1与控制器(27)的第一输入口X2相连；转速传感器(28)与发动机(2)相连；转速传感器(28)与控制器(27)的第二输入口X3相连；控制器(27)的第一输出口X4与电控电控换向阀块块(4)输入口X7相连；控制器(27)的第二输出口X5与先导阀(11)的输入口X6相连。

2.根据权利要求1所述的一种装载机电液复合控制液压系统，其特征在于，所述的变量泵(3)包括泵(13)、溢流阀(14)、流量控制阀(15)、压力切断阀(16)和变排油缸(17)；流量控制阀(15)的油口P4与泵(13)的出油口P相连；变量泵(3)K1油口与流量控制阀(15)的控制腔A1相连；变量泵(3)K2油口与流量控制阀(15)的控制腔A2相连；变量 泵(3)K3油口与流量控制阀(15)的控制腔A3相连；变量泵(3)LS油口与流量控制阀(15)的弹簧腔相连；电控换向阀块(4)的H3油口与溢流阀(14)的进油腔相连；溢流阀(14)的回油口T8与变排油缸(17)的无杆腔油口K8相连；溢流阀(14)的调压弹簧A6与变排油缸(17)的活塞杆A5相连；变排油缸(17)的活塞杆A5与泵(13)的变排机构相连；变排油缸(17)的无杆腔K8与压力切断阀(16)的K7油口相连；压力切断阀(16)的A4油口、压力切断阀(16)的P6油口与泵(13)的出油口P相连；压力切断阀(16)的K6油口与流量控制阀(15)的K5油口相连；泵(13)的泄露油口T7、变排油缸(17)的泄露油口T6、压力切断阀(16)的泄露油口T5、流量控制阀(15)的泄露油口T4与变量泵(3)的泄露油口L3相连。

3.根据权利要求2所述的一种装载机电液复合控制液压系统，其特征在于，所述的流量控制阀(15)包括阀座(18)、闭母(19)、第二阀芯(22)、第一阀芯(23)、阀体(24)和调压弹簧(25)，第一阀芯(23)通过调压弹簧(25)装配到阀体(24)，第二阀芯(22)与第二阀芯(23)相连并装配在阀体(24)内；阀座(18)通过螺纹与阀体(24)连接；闭母(19)通过螺纹与阀座(18)相连。

4.根据权利要求3所述的一种装载机电液复合控制液压系统，其特征在于，所述阀座(18)与阀体(24)之间设有第一O型圈(20)；阀座(18)与第二阀芯(22)之间设有第二O型圈(21)。

5.一种利用权利要求1至4任一项所述的装载机电液复合控制液压系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.电控手柄(26)输出电压信号给控制器(27)，通过控制器(27)转化及放大后输出信号给电液比例先导阀(11)，电液比例先导阀(11)输出的先导压力控制分配阀(8)阀芯位移，同时控制电控换向阀块(4)的工作位置；

假设操作者匀速操纵电控手柄(26)到最大开度，则电控手柄输出的电信号Xa＝Cd*t+Ce；式中：Cd为电控手柄(26)输出曲线的斜率，Ce为常数，即电控手柄(26)输出曲线与Y轴的交点对应的函数值；

经放大器(27)处理后的输出信号Xb＝Cf*t+Cg；式中：Cf为放大器(27)输出曲线的斜率，Ce为常数，即放大器(27)输出曲线与Y轴的交点对应的函数值；

电液比例先导阀(11)输出的先导压力Px随时间t变化关系为Px＝Ka*t+Kb，式中：Ka 为先导压力Px曲线的斜率，Kb为常数，即先导压力Px曲线与Y轴的交点对应的函数值；

则分配阀阀芯位移Sx与先导压力Px的关系为Sx＝Kc*Px+Kd，式中：Kc为分配阀阀芯位移Sx曲线的斜率，Kd为常数，即分配阀阀芯位移Sx曲线与Y轴的交点对应的函数值；

分配阀(8)阀芯移动后，其阀口节流口面积Sf变化与先导压力Px的关系为

其中，Ke为节流口面积Sf曲线中第一段曲线的斜率，Kf为常数，即Sf曲线中第一段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ku为节流口面积Sf曲线中第二段曲线的斜率，Kv为常数，即Sf曲线中第二段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Kw为节流口面积Sf曲线中第三段曲线的斜率，Kx为常数，即Sf曲线中第三段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ky为常数，即Sf曲线中第四段曲线的函数值。

B.随着电控手柄(26)输出电压信号的变化，变量泵(3)的控制方式及排量Vp随先导压力Px、泵口压力Pp变化的函数关系如下表：

其中，Kg为变量泵(3)的排量Vp曲线中第一段曲线的斜率，Kh为常数，即排量Vp曲线中第一段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ki为变量泵(3)的排量Vp曲线中第二段曲线的斜率，Kj为常数，即排量Vp曲线中第二段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Km为变量泵(3)的排量Vp曲线中第三段曲线的斜率，Kn为常数，即排量Vp曲线中第三段曲线与Y轴的交点对应的函数值；Ko为常数，即排量Vp曲线中第四段曲线的函数值。

当先导压力Px≤12时，此时电控换向阀块(4)不动作，处于最左位，变量泵(3)采用负荷传感控制，此时阀口节流口面积Sf＝Ke*Px+Kf，泵的排量Vp＝Kg*Px+Kh；

C.当12＜Px≤18时，电控换向阀块(4)从最左位向左移动一位，变量泵(3)仍处于负荷传感控制区域，此时随着泵口压力升高，泵的排量Vp与泵口压力Pp的乘积达到设定的恒定值Kp，Kp是为保证发动机不熄火的与发动机最大扭矩相关的常数；此时Vp*Pp＝Kp，变量泵(3)处于负荷传感及恒扭矩控制阶段；

D.当先导压力Px从F点升高到G点的过程中，分配阀节流口面积Sf＝Ku*Px+Kv迅速增加；同时电控换向阀块(4)从最左位向左移动一位后，先导阀(11)输出的压力油将进入到流量控制阀(15)的A2控制腔，减小流量控制阀(15)的补偿压力，泵口压力Pp与负载压力Lp的差值△P随先导压力Px变化，其变化关系为：

其中，Kq为常数，即Px≤12时△P曲线的函数值；Kr为12＜Px≤18时△P曲线的斜率，Ks为△P曲线第二段曲线与Y轴的交点的函数值；Kt为常数，即△P曲线第三段Px＞18时的函数值；

二者共同作用，使得泵的排量Vp按照Vp＝Ki*Px+Kj变化；假定发动机转速Nf恒定的情况下，系统的输出流量Qa随先导压力Px变化关系为：Qa＝Nf*(Ki*Px+Kj)；

E.随着电控手柄(26)输出电压逐渐升高，先导压力Px也进一步升高，分配阀节流口面积Sf＝Kw*Px+Kx，此时电控换向阀块(4)移动到最右位，流量控制阀控制腔A1、A2与液压油箱相通，控制腔A3与梭阀m3油口相连，泵口压力油进入到控制腔A3，泵的控制方式切换为恒压恒扭矩控制；泵口的压力低于设定值Ppmax且Vp*Pp<Kp时，泵以最大排量输出；

F.当电控手柄(26)输出电压高于某设定值时，且泵口的负载压力高于设定值时，泵的排量Vpmax会迅速下降，泵的最大排量控制与泵口压力Pp的关系为：

其中，Kp是为保证发动机不熄火的与发动机最大扭矩相关的常数；Ca为常数，即Vpmax曲线的第一段曲线的函数值；Cc为常数，Vpmax曲线的第三段曲线的斜率的绝对值，Cb为常数，即Vpmax曲线的第三段曲线与Y轴交点对应的函数值。

G.当发动机(2)的转速通过转速传感器(28)输入到控制器(27)中，当发动机(2)的负载过大时，其转速降低，当其转速下降速度超出设定值时或者转速低于设定值时，控制器(27)通过其第一输出口X3输出控制信号给电控换向阀块(4)、通过其第二输出口X4输出控制信号给电液比例先导阀(11)，共同减小液压系统功率输出。