多变量回转液压系统及其控制方法与流程

1.本发明属于挖掘机液压控制领域，具体涉及一种多变量回转液压系统及其控制方法。


背景技术：

2.挖掘机在实际工作过程中，驾驶员操纵动臂和回转复合动作较多，提升挖掘机装车效率；常规挖掘机液压系统中动臂和回转动作共用一个主泵，导致回转压力需要与动臂提升压力一致，动臂提升和回转复合动作过程中不能单独调整回转压力来提升回转力矩，无法适应在挖掘机不同工作状态下，对挖掘机回转力矩和挖掘机回转速度的要求。
3.针对上述情况，挖掘机回转液压系统通常采用变量柱塞泵和定量柱塞马达，通过变量柱塞泵调整排量来实现回转速度可调。当系统最大流量、回转马达溢流压力、回转马达排量和传动速比确定后，整机回转扭矩和回转速度是确定的，当通过增大传动速比或回转马达排量来提升回转力矩时，回转速度会下降；当通过减小传动速比或回转马达排量来降低回转力矩时，回转速度会提升；所以当回转系统流量一定时，回转速度和回转力矩是负相关。当需要缩短挖掘机动臂提升和回转复合动作循环时间，由于回转系统压力和流量确定，当提升挖掘机回转力矩时，需要降低回转速度；当降低挖掘机回转力矩，需要提升回转速度。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种多变量回转液压系统及其控制方法，在挖掘机回转的不同工作状态时，在回转变量泵排量不变的情况下，通过改变回转变量马达的排量，实现对回转速度和回转力矩的调节。
5.本发明是通过如下技术方案实现的：一种多变量回转液压系统，包括回转变量泵和回转变量马达，回转变量泵的上油口与回转变量马达的上油口连通，回转变量泵的下油口与回转变量马达的下油口连通；回转变量马达的上油口和回转变量马达的下油口之间设有液控换向阀，液控换向阀为三位三通液控换向阀，液控换向阀的工作油口与液压油箱连接；回转变量泵的变量控制机构与第一变量缸的活塞杆连接，第一变量缸的左右两液压腔分别连接三位四通换向阀的两工作油口，三位四通换向阀的进油口通过补油泵与液压油箱相连，补油泵的出油口处并联设有溢流阀，补油泵还与回转变量泵连接；回转变量泵的上油口通过第一单向阀分别与比例电磁阀的进油口和第二变量缸的有杆腔连通，回转变量泵的下油口通过第二单向阀分别与比例电磁阀的进油口和第二变量缸的有杆腔连通；比例电磁阀为二位三通电磁阀，比例电磁阀的工作油口与第二变量缸的无杆腔连通，第二变量缸的活塞杆同时与回转变量马达的变量控制机构以及比例电磁阀的反馈弹簧连接。
6.进一步地，还包括电控手柄和控制器，电控手柄输出信号到控制器，控制器根据获取的信号，输出相应电流来控制三位四通换向阀和比例电磁阀；所述回转变量泵的上油口处设有压力传感器ps1，回转变量泵的下油口处设有压力传感器ps2。
7.进一步地，所述液控换向阀的上控制端和液控换向阀的第一进油口均与回转变量马达的上油口连通；所述液控换向阀的下控制端和液控换向阀的第二进油口均与回转变量马达的下油口连通；液控换向阀处于上工位时，液控换向阀的第二进油口与液控换向阀的工作油口为导通状态；液控换向阀处于中位时，液控换向阀的第一进油口和液控换向阀的第二进油口均与液控换向阀的工作油口为截止状态；液控换向阀处于下工位时，液控换向阀的第一进油口与液控换向阀的工作油口为导通状态。
8.进一步地，所述比例电磁阀处于上工位时，比例电磁阀的进油口与比例电磁阀的工作油口为导通状态；所述比例电磁阀处于下工位时，比例电磁阀的工作油口与比例电磁阀的回油口为导通状态。
9.进一步地，所述液控换向阀的工作油口通过背压阀与液压油箱连接。
10.进一步地，所述第一单向阀的出油口处还设有第一过滤器，所述第二单向阀的出油口处还设有第二过滤器。
11.进一步地，所述第一单向阀的出油口与所述第二单向阀的出油口连通。
12.本发明还提供了一种采用上述多变量回转液压系统的控制方法，在回转变量泵推动回转变量马达工作时，当位于回转变量泵出油口处的压力传感器检测到压力是持续增加，判断为回转加速阶段，控制器不给比例电磁阀的y3信号，回转变量马达的排量处于最大状态，提升回转制动力矩；当位于回转变量泵出油口处的压力传感器检测到压力处于稳定状态，判断为回转匀速阶段，控制器控制比例电磁阀的y3得电，液压油进入第二变量缸的无杆腔，使得回转变量马达排量减小，使得回转速度提升；当位于回转变量泵出油口处的压力传感器检测到压力为逐渐减小，判断为回转减速阶段，控制器不给比例电磁阀的y3信号，回转变量马达的排量处于最大状态，提升回转制动力矩。
13.本发明的有益效果是：当挖掘机回转处于加速和减速阶段，在回转变量泵排量不变的情况下，使得回转变量马达处于大排量，则可以增大挖掘机回转力矩，缩小回转制动角度；当挖掘机回转处于匀速阶段，在回转变量泵排量不变的情况下，减小回转变量马达的排量，整个回转液压系统在保证回转力矩前提下，提升回转速度。回转变量马达出油侧的一部分液压油经过液控换向阀，流过背压阀后回到液压油箱，通过液控换向阀的回油和补油泵的补油，来降低闭式液压系统中液压油温度，提升回转系统的可靠性。
附图说明
14.图1为本发明的液压原理图；图中，1、补油泵，2、溢流阀，3、三位四通换向阀，4、第一变量缸，5、回转变量泵，6、背压阀，7、液控换向阀，8、回转变量马达，9、比例电磁阀，10、第二变量缸，11、第一单向阀，12、第二单向阀，13、第一过滤器，14、第二过滤器，15、液压油箱。
具体实施方式
15.下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
16.如图1所示，一种多变量回转液压系统，包括回转变量泵5和回转变量马达8所组成的闭式液压系统。其中，回转变量泵5的上油口与回转变量马达8的上油口连通，回转变量泵5的下油口与回转变量马达8的下油口连通，回转变量泵5用于驱动回转变量马达8。
17.回转变量马达8的上油口和回转变量马达8的下油口之间设有液控换向阀7，液控换向阀7为三位三通液控换向阀，液控换向阀7的工作油口通过背压阀6与液压油箱连接。具体地，所述液控换向阀7的上控制端和液控换向阀7的第一进油口均与回转变量马达8的上油口连通；所述液控换向阀7的下控制端和液控换向阀7的第二进油口均与回转变量马达8的下油口连通。当回转变量泵5的上油口出油时，液压油同时作用在回转变量马达8的上油口和液控换向阀7的上控制端，回转变量马达8的上油口进油，回转变量马达8的下油口出油，作用在液控换向阀7上控制端的液压油使得液控换向阀7切换至上工位，液控换向阀7的第二进油口与液控换向阀7的工作油口为导通状态。回转变量马达8的下油口所出的液压油一部分流向回转变量泵5的下油口，一部分通过液控换向阀7的第二进油口和液控换向阀7的工作油口流向液压油箱15，起到给该闭式液压系统的液压油散热的目的。当回转变量泵5的下油口出油时，液压油同时作用在回转变量马达8的下油口和液控换向阀7的下控制端，回转变量马达8的下油口进油，回转变量马达8的上油口出油，作用在液控换向阀7下控制端的液压油使得液控换向阀7切换至下工位，液控换向阀7的第一进油口与液控换向阀7的工作油口为导通状态。回转变量马达8的上油口所出的液压油一部分流向回转变量泵5的上油口，一部分通过液控换向阀7的第一进油口和液控换向阀7的工作油口流向液压油箱15，起到给该闭式液压系统的液压油散热的目的。液控换向阀7处于中位时，液控换向阀7的第一进油口和液控换向阀7的第二进油口均与液控换向阀7的工作油口为截止状态。
18.多变量回转液压系统还包括用于控制回转变量泵5的补油泵1、三位四通换向阀3和第一变量缸4，补油泵1的进油口与液压油箱15连通，补油泵1的出油口与三位四通换向阀3的进油口以及回转变量泵5连接，补油泵1的液压油不仅通过三位四通换向阀3和第一变量缸4来控制回转变量泵5，同时还给回转变量泵5和回转变量马达8所组成的闭式液压系统补充液压油。三位四通换向阀3的第一工作油口与第一变量缸4的左侧液压腔连接，三位四通换向阀3的第二工作油口与第一变量缸4的右侧液压腔连接。第一变量缸4的右侧活塞杆与回转变量泵5的变量控制机构连接。当三位四通换向阀3处于左工位，液压油通过三位四通换向阀3到达第一变量缸4的右侧液压腔，使得回转变量泵5摆角变大，使得回转变量泵5的上油口出油。当三位四通换向阀3处于右工位，液压油通过三位四通换向阀3到达第一变量缸4的左侧液压腔，使得回转变量泵5摆角变小，使得回转变量泵5的下油口出油。补油泵1的出油口处并联设有溢流阀2，溢流阀2起到保护多变量回转液压系统的作用。
19.在多变量回转液压系统中，回转变量泵5的上油口通过第一单向阀11分别与比例电磁阀9的进油口和第二变量缸10的有杆腔连通，回转变量泵5的下油口通过第二单向阀12分别与比例电磁阀9的进油口和第二变量缸10的有杆腔连通。比例电磁阀9为二位三通电磁阀，比例电磁阀9的工作油口与第二变量缸10的无杆腔连通，第二变量缸10的活塞杆同时与回转变量马达8的变量控制机构以及比例电磁阀9的反馈弹簧连接。所述比例电磁阀9处于上工位时，比例电磁阀9的进油口与比例电磁阀9的工作油口为导通状态；所述比例电磁阀9处于下工位时，比例电磁阀9的工作油口与比例电磁阀9的回油口为导通状态，比例电磁阀9的回油口与液压油箱连通。当比例电磁阀9的进油口与比例电磁阀9的工作油口为导通状态时，通过比例电磁阀9的工作油口可以给第二变量缸10的无杆腔提供液压油，通过控制第二变量缸10活塞杆的伸缩运动，可以调节回转变量马达8的排量。所述第一单向阀11的出油口处还设有第一过滤器13，所述第二单向阀12的出油口处还设有第二过滤器14。第一过滤器
13和第二过滤器14用于提升控制油路清洁度，防止比例电磁阀9卡滞。所述第一单向阀11的出油口与所述第二单向阀12的出油口也可以连通起来。
20.多变量回转液压系统还包括电控手柄和控制器，电控手柄输出信号到控制器，控制器根据获取的信号，输出相应电流来控制三位四通换向阀3的y1和y2的得失电以及比例电磁阀9的y3的得失电。电控手柄和控制器通过控制三位四通换向阀3的工位可以调节回转变量马达8的回转方向，电控手柄和控制器通过控制比例电磁阀9可以调节回转变量马达8的排量。所述回转变量泵5的上油口处设有压力传感器ps1，回转变量泵5的下油口处设有压力传感器ps2。压力传感器ps1和压力传感器ps2来判断挖掘机所处的工作状态，当通过压力传感器监测到回转变量泵5出油口压力为持续上升，则判断为回转加速阶段；当通过压力传感器监测到回转变量泵5出油口压力为比较稳定（约为12~15mpa），则判断为回转匀速阶段，当通过压力传感器监测到回转变量泵5出油口压力为持续下降，则判断为回转减速阶段。
21.本发明还提供了一种采用上述多变量回转液压系统的控制方法，如图1所示，当控制三位四通换向阀3的y1得电时，三位四通换向阀3处于左工位，液压油通过三位四通换向阀3到达第一变量缸4的右侧液压腔，使得回转变量泵5摆角变大，回转变量泵5的上油口出油，回转变量泵5的下油口进油，液压油推动回转变量马达8旋转。当压力传感器ps1检测到压力是持续增加，判断为回转加速阶段，控制器不给比例电磁阀9的y3信号，回转变量马达8的排量处于最大状态，提升回转制动力矩，降低回转冲击，缩小回转漂移量。当压力传感器ps1检测到压力处于稳定状态，判断为回转匀速阶段，控制器控制比例电磁阀9的y3得电，液压油进入第二变量缸10的无杆腔，使得回转变量马达8排量减小，同时由于回转变量泵5输出流量不变，使得回转速度提升。当压力传感器ps1检测到压力为逐渐减小，判断为回转减速阶段，控制器不给比例电磁阀9的y3信号，回转变量马达8的排量处于最大状态，提升回转制动力矩，降低回转冲击，缩小回转漂移量。
22.当控制三位四通换向阀3的y2得电时，三位四通换向阀3处于右工位，液压油通过三位四通换向阀3到达第一变量缸4的左侧液压腔，使得回转变量泵5摆角变小，回转变量泵5的下油口出油，回转变量泵5的上油口进油，液压油推动回转变量马达8旋转；当压力传感器ps2检测到压力是持续增加，判断为回转加速阶段，控制器不给比例电磁阀9的y3信号，回转变量马达8的排量处于最大状态，提升回转制动力矩，降低回转冲击，缩小回转漂移量；当压力传感器ps2检测到压力处于稳定状态，判断为回转匀速阶段，控制器控制比例电磁阀9的y3得电，液压油进入第二变量缸10的无杆腔，使得回转变量马达8排量减小，同时由于回转变量泵5输出流量不变，使得回转速度提升；当压力传感器ps2检测到压力为逐渐减小，判断为回转减速阶段，控制器不给比例电磁阀9的y3信号，回转变量马达8的排量处于最大状态，提升回转制动力矩，降低回转冲击，缩小回转漂移量。
23.以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。