一种集成中位卸荷与安全功能的主控制阀、液压系统和控制方法与流程

本发明涉及工程机械液压控制，具体是一种集成中位卸荷与安全功能的主控制阀、液压系统和控制方法。

背景技术：

1、在液压传动系统中，能量效率是评价系统性能的重要指标。在开式液压回路中，当执行机构处于非工作状态时，如果系统没有有效的压力油泄放通路，液压泵会持续输出额定流量，油液只能通过安全阀溢流回油箱，液压泵输出功率大量转化为热量，不仅造成能源浪费，还会造成油温快速升高，缩短液压元件使用寿命。

2、中位卸荷功能可以在执行机构不工作、换向阀处于中位时，将液压泵出口直接连通油箱，液压泵接近零压运转，降低待机能耗。现有技术大多依靠换向阀自身m型、h型、k型等中位机能实现卸荷；负载敏感系统则依靠ls负载敏感信号控制专用卸荷阀实现待机和工作切换。

3、当系统退出卸荷进入工作工况，必须配置安全阀进行过载保护，在系统出现过载、冲击、堵塞、卡滞等工况下，安全阀开启泄压，把系统压力限制在允许范围，保护液压元件与人身安全。

4、然而，现有液压系统中，中位卸荷功能与安全阀保护功能通常由两个独立阀件分别实现：卸荷阀负责待机工况的泵口泄荷，安全阀负责工作工况的压力限幅。二者分别占用阀体安装空间，各自具备独立的阀芯、弹簧、阀座与密封结构，导致阀组集成元件数量多、内泄风险点多、阀体加工流道复杂、制造成本高。同时，依靠换向阀自身中位机能实现卸荷时，换向阀内部流道需要同时兼顾中位卸荷通路与各工位工作通路，流道交叉多、加工难度大，且换向阀阀芯在中位与工作位频繁切换时，卸荷通路与工作通路之间容易产生节流冲击和压力波动。

5、因此，亟需开发一种能够将中位卸荷、安全阀限压保护集成于同一阀件，同时实现油缸举升、下降、浮动多工况，减少系统内泄、简化阀件加工制造的液压控制方案。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种集成中位卸荷与安全功能的主控制阀、液压系统和控制方法，将中位卸荷功能与安全阀保护功能集成至同一主控制阀，配合四位四通换向阀实现液压油缸举升、下降、浮动多种工况，减少阀组内泄点，简化阀体加工。

2、本发明是以如下技术方案实现的：

3、一种集成中位卸荷与安全功能的主控制阀，包括换向阀和安全阀，所述换向阀和安全阀集成在承载阀体内，所述承载阀体内设有压力油油道、油箱油道和先导油道；

4、换向阀，包括换向阀阀芯和弹簧腔ⅰ，弹簧腔ⅰ连通先导油道，换向阀阀芯在弹簧的作用下抵在压力油油道和油箱油道之间，根据换向阀阀芯两端的压力，导通或切断承载阀体内的压力油油道和油箱油道；

5、安全阀，设置在换向阀阀芯内，包括安全阀阀芯和弹簧腔ⅱ，所述换向阀阀芯内设有连通压力油油道的压力油端和连接油箱油道的油箱端，所述安全阀阀芯在弹簧的作用下抵在压力油端和油箱端之间，根据安全阀阀芯两端的压力，导通或切断换向阀阀芯内的压力油端和油箱端。

6、所述安全阀为两级锥阀先导式结构，包括主锥阀、弹簧腔ⅲ、先导锥阀和弹簧腔ⅱ，所述主锥阀、弹簧腔ⅲ、先导锥阀和弹簧腔ⅱ依次设置在换向阀阀芯内，系统压力油通过压力油端进入弹簧腔ⅲ，并作用于先导锥阀。

7、一种设有主控制阀的液压系统，包括压力油源液压泵、主控制阀、主换向阀和液压油缸；

8、压力油源液压泵，通过主换向阀为液压油缸提供液压油；

9、主控制阀，包括换向阀和安全阀，所述换向阀和安全阀的进油端连接压力油源液压泵，出油端连接油箱，所述换向阀为液控阀，两个液控端均连接压力油源液压泵，其中一个液控端设有弹簧，弹簧端通过节流阀连接压力油源液压泵，通过切断阀连接油箱；

10、在主换向阀处于中止或浮动位时，压力油源液压泵通过主控制阀泄压。

11、所述主控制阀的弹簧端设有带节流单向阀，压力油源液压泵输出液压油通过节流阀和带节流单向阀到弹簧端。

12、所述切断阀为两位两通液控换向阀，切断阀通过先导液压油控制动作。

13、所述安全阀为溢流阀。

14、所述主换向阀为四位四通电磁液控双作用换向阀，所述主换向阀的进油端和回油端分别设有进油单向阀和回油背压阀。

15、所述液压油缸的有杆腔和无杆腔均通过端口补油溢流阀连接油箱。

16、一种液压系统的控制方法，包括上述的设有主控制阀的液压系统，控制方法包括液压油缸的非动作工况和动作工况，其中所述切断阀通过先导液压油控制动作；

17、非动作工况，切断阀液控端无先导油，切断阀处于打开状态，换向阀的弹簧端连接油箱，压力油源液压泵输出的压力油通过节流阀在换向阀阀芯两端形成压差，换向阀处于打开状态，此时压力油源液压泵输出的压力油经换向阀直接连通油箱，完成系统的中位卸荷；

18、动作工况，切断阀液控端输入先导油，切断阀处于关闭状态，压力油源液压泵输出的压力油抵达换向阀的两个液控端，在节流阀和弹簧腔弹簧的作用下，换向阀处于关闭状态，此时换向阀不再连通压力油源液压泵和油箱，压力油源液压泵输出的压力油一方面抵达安全阀，另一方面抵达主换向阀，此时主控制阀起到安全阀的功能。

19、所述非动作工况包括中位卸荷工况和浮动工况，动作工况包括举升工况和下降工况；

20、中位卸荷工况，无论换向阀处于何种工作位，压力油源液压泵输出的压力油都不会进入液压油缸；

21、浮动工况，主换向阀的液控端输入先导油，同时控制端得电使主换向阀处于浮动位，此时液压油缸的无杆腔和有杆腔同时连通油箱；

22、举升工况，主换向阀的液控端输入先导油，同时控制端得电使主换向阀处于举升位，压力油源液压泵输出的液压油抵达液压油缸的无杆腔，有杆腔通过主换向阀连通油箱，完成液压油缸的举升动作；

23、下降工况，主换向阀的液控端输入先导油，同时控制端得电使主换向阀处于下降位，压力油源液压泵输出的液压油抵达液压油缸的有杆腔，无杆腔通过主换向阀连通油箱，完成液压油缸的下降动作。

24、本发明具有以下优点：

25、1、集成度高，阀体加工简单：本发明将中位卸荷功能和安全阀安全保护功能集成在同一个主控制阀内部，仅占用单个安全阀的安装空间；舍弃主换向阀的中位卸荷机能，简化主换向阀内部流道，降低主换向阀加工难度；

26、2、状态切换简单可靠：依靠节流阀、切断阀即可完成主控制阀在中位卸荷模式与安全阀保护模式之间切换；待机时中位卸荷，液压泵接近零压运行，节能抑温；工作状态下自动切换为安全阀实现过载保护；

27、3.工况完整：系统同时实现油缸举升、下降、浮动四种工况；配置回油背压阀、进油单向阀、端口补油溢流阀，抑制油缸冲击、爬行，防止泵倒灌，同时解决油缸吸空问题，系统稳定性高；

28、4.减少泄漏点：减少了集成阀件数量，降低系统内泄，减少发热与能量损耗。

1.一种集成中位卸荷与安全功能的主控制阀，其特征在于：包括换向阀和安全阀，所述换向阀和安全阀集成在承载阀体内，所述承载阀体内设有压力油油道、油箱油道和先导油道；

2.如权利要求1所述的一种集成中位卸荷与安全功能的主控制阀，其特征在于：所述安全阀为两级锥阀先导式结构，包括主锥阀、弹簧腔ⅲ、先导锥阀和弹簧腔ⅱ，所述主锥阀、弹簧腔ⅲ、先导锥阀和弹簧腔ⅱ依次设置在换向阀阀芯内，系统压力油通过压力油端进入弹簧腔ⅲ，并作用于先导锥阀。

3.一种设有主控制阀的液压系统，其特征在于：包括压力油源液压泵、主控制阀、主换向阀和液压油缸；

4.如权利要求3所述一种设有主控制阀的液压系统，其特征在于：所述主控制阀的弹簧端设有带节流单向阀，压力油源液压泵输出液压油通过节流阀和带节流单向阀到弹簧端。

5.如权利要求3所述一种设有主控制阀的液压系统，其特征在于：所述切断阀为两位两通液控换向阀，切断阀通过先导液压油控制动作。

6.如权利要求3所述一种设有主控制阀的液压系统，其特征在于：所述安全阀为溢流阀。

7.如权利要求3所述一种设有主控制阀的液压系统，其特征在于：所述主换向阀为四位四通电磁液控双作用换向阀，所述主换向阀的进油端和回油端分别设有进油单向阀和回油背压阀。

8.如权利要求3所述一种设有主控制阀的液压系统，其特征在于：所述液压油缸的有杆腔和无杆腔均通过端口补油溢流阀连接油箱。

9.一种液压系统的控制方法，其特征在于：包括权利要求3-8任一项所述的设有主控制阀的液压系统，控制方法包括液压油缸的非动作工况和动作工况，其中所述切断阀通过先导液压油控制动作；

10.如权利要求9所述的一种液压系统的控制方法，其特征在于：所述非动作工况包括中位卸荷工况和浮动工况，动作工况包括举升工况和下降工况；