[发明专利]负载敏感液压驱动回路的控制系统

说明书

本发明涉及液压机械（如液压挖掘机、液压起重机）的负载敏感液压驱动回路，这些机械都装有多个液压致动器，更具体地说，涉及负载敏感液压驱动回路的控制系统，其设计是用补偿压力的流量控制阀控制提供给液压致动器的流体的流量，同时保持液压泵的输出压力比液压驱动器中的最大负载力高一个预定值。

近来，在液压挖掘机和起重机这类有多个液压致动器的液压机械中使用了负载敏感液压驱动回路。

液压驱动回路包括：连在液压泵和每个液压致动器之间的压力补偿流量控制阀，用来根据从控制连杆来的操作信号控制提供给液压致动器的流体的流量;负载敏感调节器，用来保持液压泵的输出压力比液压驱动器中的最大负载压力高一个预定值。压力补偿流量控制阀具有压力补偿功能，使流量恒定，不受负载压力的变化或压力泵输出压力的变化的影响，这样，正比于每一控制连杆操作量的流量被提供给相关的液压致动器。因此，当多个液压致动器以组合状态工作时，保证了各自的独立运行。负载敏感调节器的功能是恒定地维持液压泵的输出压力处于相应于液压致动器中最大负载压力的下限，以节约能源。

但是上述负载敏感液压驱动回路，特别是负载敏感控制，有下述问题。

更具体地说，液压泵的可变位移排量是由其位移，即在斜盘型的情况下是斜盘的倾角，和泵的转速的乘积决定的。斜盘的倾角越大，泵的排量就越大。斜盘的倾角有一个由泵结构决定的上限，在此上限的排量也达极大。但是泵是由一个原动机驱动的，如果泵的输入力矩超过原动机的输出力矩，原动机的转速将减少，在最坏的情况下甚至无法转动。因此，为避免此情况，通常在泵上装一个输入力矩调节器，以限止斜盘的最大倾角，这样泵的输入力矩将不超过原动机的输出力矩，从而随着输入力矩极限控制也控制了泵的排量。

如上所述，液压泵有一个由泵结构决定的最大排量和一个被输入力矩极限控制所限制的最大排量，总之，泵的排量有个上限，即可达到的最大排量。

因此，当联合操作时由各自的控制连杆操纵的多个致动器要求的总流量超过了泵可达到的最大排量时，即使泵受到负载敏感控制，也无法更多地增加排量（倾角）。换句话说，泵的排量已饱和了。因而泵的输出压力减少，不再能维持在比最大负载压力高一个预定量。这样使泵的排量大多流向较低压力的致动器，而液压流体不能提供给较高压力的致动器，产生了多个致动器不能顺利进行联合操作的问题。

为解决上述问题，DE-AI-3422165（相应于日本公开专利6011706）建议了这样一种回路装置：将一对相对的操纵室加到每一压力补偿流量控制阀的压力平衡阀上，泵的输出压力引向处在“阀开”方向的操纵室，而多个致动器中间最大的负载压力引向另一个处在“阀闭”方向的操纵室。回路这样布置后，当由各自的控制连杆操纵的多个致动器要求的总流量超过了液压泵的最大排量时，各压力平衡阀的节流阀开口以相同的比例按泵的输出压力的减少而减小，从而通过各自的流量控制阀的流量相应于其节流开口（需要的流量）的比受到限止。所以，液压流体也能可靠地提供给高压力的致动器，以确定地实现联合操作。

压力补偿流量控制阀决定了通过该阀到所连液压致动器的可消耗流量，它是根据从控制连杆来的操作信号给出的流量控制阀的节流开口控制值和作用于压力平衡阀的跨越流量控制阀的压差控制值决定的，并且控制流量控制阀的节流开口和压力平衡阀两者，使得通过压力补偿流量控制阀的流量（即由液压致动器消耗的流量）等于可消耗流量。在上述现有技术中，跨越流量控制阀的压差控制值以液压的方式直接作用在压力平衡阀上，使得液压泵输出的压力和液压致动器中间的最大负载压力从相反的方向引到压力平衡阀上，使两者之间的压差作用在压力平衡阀上。这样做了之后，作用于所有压力平衡阀上的压差控制值都限于补偿（减少）所有液压致动器总的可消耗流量。这减少了致动器实际消耗的流量。因此，在本说明书中称这种控制为总可消耗流量补偿控制。应注意，在上述现有技术的总可消耗流量补偿控制中，泵输出压力和最大负载压力之间的压力差是按液压泵的实际输出压力小于由控制连杆操纵的所需流量的量来减少的，因此总可消耗流量总是和液压致动器消耗的实际总流量一致的。

但是，在前面的现有技术中，因为压力补偿流量控制阀是直接根据泵输出压力和最大负载压力之差来进行总可消耗流量补偿控制的，所以当泵的输出压力减小时，就同时出现液压泵的负载敏感控制和压力补偿流量控制阀的总可消耗流量补偿控制。这就带来了下述问题。