专利名称：用于挖掘机的液压控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于挖掘机的具有独立回转式(swing-ind印endent)液压回路 的液压控制系统。更特别地，本发明涉及一种用于挖掘机的设置有改进的独立回转式液压 回路的液压控制系统，该液压控制系统能独立地控制回转马达，并在诸如动臂、斗杆等工作 装置被复合地驱动时，能通过使从回转液压泵供应的液压流体与工作装置内的液压流体合 流，而有效地利用回转驱动系统的液压能力。
背景技术：
在诸如挖掘机、装载机等重型施工设备中，已经为有效控制发动机的马力或流体 压力而进行了各种尝试，在复合地操作回转结构和诸如动臂、斗杆或铲斗的工作装置的情 况下，要求既要有效地控制发动机，也要有效地控制液压系统。已公开用于挖掘机的具有用于连接液压泵、行进装置以及工作装置的汇流回路的 典型液压控制系统。为了提高各工作装置的操作速度以及操纵性，汇流回路使连接到行进 装置的液压泵内的液压流体与工作装置内的液压流体合流，因此液压回路变得复杂。图1是示意性图示作为重型施工设备的传统挖掘机的视图，图2是示意性图示图 1所示挖掘机的液压系统的构造的视图。根据图1所示的挖掘机，上回转结构1安装在下驱动结构2的上部上，并且在上回 转结构1上安装有位于发动机室4前方的驾驶室3以及包括动臂5、斗杆6和铲斗7的工作
直ο典型地，在发动机室4内安装有发动机、散热器、散热器风扇、油冷却器以及油冷 却器风扇，且用于操作油冷却器风扇和散热器风扇的主泵和小泵通过发动机的旋转从液压 箱τ抽吸液压流体。并且，包括动臂油缸9、斗杆油缸11、铲斗油缸13、回转马达等的多个致 动器由从液压泵201和206排出的液压流体的流体压力驱动。参见图2，第一液压泵201将液压流体供应到第一行进控制阀202、第一动臂控制 阀203、第一回转控制阀204以及第一斗杆控制阀205。并且，第二液压泵206将液压流体供应到第二行进控制阀207、第二动臂控制阀 208、第二铲斗控制阀209和第二斗杆控制阀210。因此，第一行进控制阀202根据从第一 液压泵201供应的流体压力控制左侧行进马达211，第二行进控制阀207根据从第二液压 泵206供应的流体压力控制右侧行进马达212。铲斗油缸13由第二铲斗控制阀209控制， 动臂油缸9由各动臂控制阀203和208控制，且斗杆油缸11由各斗杆控制阀205和210控 制。在利用上述两个液压泵的并联液压回路中，液压流体流到由流体压力引起的阻力较高的一侧，并因此在具有较高阻力的回路内出现相对较低的流体压力。因此，在复合地操 作回转马达和斗杆、或回转马达和动臂的情况下，致动器不会平稳地操作从而降低致动器 的驱动速度。特别地，如果在需要流体压力以进行回转操作的同时，用于另一工作装置的致动 器被驱动，则施加到回转马达的流体压力减小从而降低初始回转速度。因此，为了执行有效 的复合操作，需要一种通过独立液压泵提供流体压力的回转独立式液压控制系统，使得回 转马达不受其它致动器的影响。然而，如图3所示，传统回转独立式液压控制系统具有如下缺点，即虽然通过独立 控制回转马达204改进了回转复合操作的性能，但对于控制流量或发动机马力则效率较 低。也就是说，由于回转马达204在执行挖掘操作的情况下不使用，因此第三液压泵213处 于空转状态，且这导致流量控制性能劣化。另外，虽然在动臂、斗杆等由第一和第二液压泵分别进行复合操作的情况下可维 持性能，但在回转马达或动臂、或者回转马达和斗杆被复合地操作的情况下，不可能使用第 三液压泵的流体压力来用于致动器。
发明内容
因此，本发明致力于解决现有技术中存在的上述问题，同时完全保留现有技术所 获得的优点。本发明待实现的一个目的是提供一种用于挖掘机的具有独立回转式液压回路的 液压控制系统，该液压控制系统能独立地控制回转马达，并通过利用用于回转操作的液压 泵的流体压力还改进了工作装置的复合操纵性能。为了实现该目的，根据本发明实施方式，提供一种用于挖掘机的液压控制系统，挖 掘机包括上回转结构；下驱动结构；第一和第二液压泵，第一和第二液压泵为多个工作装 置致动器提供流体压力，工作装置致动器包括安装在上回转结构上的动臂油缸、斗杆油缸、 铲斗油缸以及回转马达，液压控制系统包括至少一个第一工作装置控制阀，其具有从第一 液压泵的下游侧沿第一中央旁通管路相继安装的第一行进控制阀和第一动臂控制阀；至少 一个第二工作装置控制阀，其具有从第二液压泵的下游侧沿第二中央旁通管路相继安装的 第二行进控制阀和第二动臂控制阀；第三液压泵，其为安装在第三中央旁通管路上的回转 马达提供流体压力；回转控制阀，其安装在第三液压泵的下游侧上，并根据从外部输入的阀 切换信号转换，以将从第三液压泵排出的液压流体供应到回转马达；以及动臂汇流管路，其 连接并安装在回转控制阀的输出端口和动臂控制阀的输入端口之间，以在动臂控制阀的方 向改变时，使从第三液压泵排出的液压流体通过第三中央旁通管路与动臂控制阀的输入端 口侧的液压流体合流。在根据本发明实施方式的用于挖掘机的液压控制系统中，动臂汇流管路连接到并 安装在位于第二动臂控制阀的输入端口以及第二液压泵之间的流体路径上。在本发明的另一方面，根据本发明实施方式，提供一种用于挖掘机的液压控制系 统，挖掘机包括上回转结构；下驱动结构；第一和第二液压泵，第一和第二液压泵为多个工 作装置致动器提供流体压力，工作装置致动器包括安装在上回转结构上的动臂油缸、斗杆 油缸、铲斗油缸以及回转马达，液压控制系统包括至少一个第一工作装置控制阀，其具有
5从第一液压泵的下游侧沿第一中央旁通管路相继安装的第一行进控制阀和第一动臂控制 阀；至少一个第二工作装置控制阀，其具有从第二液压泵的下游侧沿第二中央旁通管路相 继安装的第二行进控制阀和第二动臂控制阀；第三液压泵，其为安装在第三中央旁通管路 上的回转马达提供流体压力；回转控制阀，其安装在第三液压泵的下游侧上，并根据从外部 输入的阀切换信号转换，以将从第三液压泵排出的液压流体供应到回转马达；汇流控制阀， 其连接到并安装在回转控制阀以及工作装置控制阀中的至少一个之间的流体路径上，其中 回转控制阀安装在第三液压泵下游处的第三中央旁通管路上，工作装置控制阀连接到第一 和第二中央旁通管路，并且汇流控制阀根据当回转控制阀处于中间位置时从外部输入的阀 切换信号转换，以将从第三液压泵排出的液压流体供应到选择性地连接的工作装置控制阀 中的至少一个；以及可变汇流管路，其连接并安装在汇流控制阀的输出端口侧和选择性地 连接的工作装置控制阀中的至少一个之间，以根据汇流控制阀的阀芯转换，使从第三液压 泵供应的液压流体与第一或第二液压泵内的液压流体合流。在根据本发明另一实施方式的用于挖掘机的液压控制系统中，可变汇流管路连接 到并安装在位于第二斗杆控制阀的输出端口以及斗杆油缸之间的流体路径上。根据本发明另一实施方式的用于挖掘机的液压控制系统还可包括铲斗控制阀，铲 斗控制阀连接到并安装在从第二液压泵的下游侧的第二中央旁通管路分支出的流体路径 内，并且根据从外部输入的阀切换信号，控制第二液压泵的被供应到铲斗油缸的液压流体。利用上述构造，根据本发明实施方式的用于挖掘机的液压控制系统能借助于通过 第三液压泵供应的流体压力而独立地控制回转马达，并在回转复合操作过程中，通过使来 自用于回转操作的液压泵的液压流体与来自诸如动臂、斗杆等工作装置的液压流体合流， 保持致动器的速度，而不会出现流量不足。
从结合附图的以下详述中将更清楚本发明的上述以及其它目的、特征和优点，附 图中图1是示意性地图示现有技术的挖掘机的视图；图2是现有技术中挖掘机通常采用的双泵型液压回路的回路图；图3是现有技术中用于挖掘机的独立回转式液压系统的回路图；图4是根据本发明实施方式的用于挖掘机的与动臂控制阀汇流的液压控制系统 的回路图；以及图5是根据本发明另一实施方式的用于挖掘机的与斗杆控制阀汇流的液压控制 系统的回路图。
具体实施例方式下文，将参照附图描述本发明的优选实施方式。在该描述中所限定的对象，例如详 细构造和元件，只是提供用来辅助本领域技术人员全面理解本发明的具体细节，因此本发 明并不局限于此。各图中相同的附图参考标号用于标示相同的元件。图1是示意性地图示现有技术的挖掘机的视图；图2是现有技术中挖掘机通常采 用的双泵型液压回路的回路图；以及图3是现有技术中用于挖掘机的独立回转式液压系统
6的回路图。图4是根据本发明实施方式的用于挖掘机的与动臂控制阀汇流的液压控制系统 的回路图；以及图5是根据本发明另一实施方式的用于挖掘机的与斗杆控制阀汇流的液压 控制系统的回路图。在附图中，参考标号“36”标示动臂汇流流体路径，“401”标示第三液压泵，“402” 标示回转控制阀，“403”标示回转马达，以及“501”标示汇流控制阀。工作装置控制阀是限 定液压元件的术语，所述液压元件控制从液压泵排出的液压流体以控制用于典型重型施工 设备的工作装置的致动器，工作装置包括动臂、斗杆、铲斗、破碎锤等。如图4所示，根据本发明实施方式，提供一种用于挖掘机的液压控制系统，挖掘机 包括上回转结构1、下驱动结构2以及第一和第二液压泵301和306，第一和第二液压泵301 和306为多个工作装置致动器提供流体压力，工作装置致动器包括安装在上回转结构1上 的动臂油缸9、斗杆油缸11、铲斗油缸13以及回转马达403，上述液压控制系统包括至少 一个第一工作装置控制阀303、304和305，其具有从第一液压泵301的下游侧沿第一中央旁 通管路20相继安装的第一行进控制阀302和第一动臂控制阀303 ；至少一个第二工作装置 控制阀309和310，其具有从第二液压泵306的下游侧沿第二中央旁通管路30相继安装的 第二行进控制阀307和第二动臂控制阀308 ；第三液压泵401，其为安装在第三中央旁通管 路40上的回转马达403提供流体压力；回转控制阀402，其安装在第三液压泵401的下游 侧，并根据从外部输入的阀切换信号转换，以将从第三液压泵401排出的液压流体供应到 回转马达403 ；以及动臂汇流管路36，其连接并安装在回转控制阀402的输出端口和动臂控 制阀308的输入端口之间，以在动臂控制阀的方向改变时，使从第三液压泵401排出的液压 流体通过第三中央旁通管路40与动臂控制阀308的输入端口侧的液压流体合流。并且，如图5所示，根据本发明实施方式，提供一种用于挖掘机的液压控制系统， 挖掘机包括上回转结构1、下驱动结构2以及第一和第二液压泵301和306，第一和第二液 压泵301和306为多个工作装置致动器提供流体压力，工作装置致动器包括安装在上回转 结构1上的动臂油缸9、斗杆油缸11、铲斗油缸13以及回转马达403，上述液压控制系统包 括至少一个第一工作装置控制阀303、304和305，其具有从第一液压泵301的下游侧沿第 一中央旁通管路20相继安装的第一行进控制阀302和第一动臂控制阀303 ；至少一个第 二工作装置控制阀309和310，其具有从第二液压泵306的下游侧沿第二中央旁通管路30 相继安装的第二行进控制阀307和第二动臂控制阀308 ；第三液压泵401，其为安装在第三 中央旁通管路40上的回转马达403提供流体压力；回转控制阀402，其安装在第三液压泵 401的下游侧，并根据从外部输入的阀切换信号转换，以将从第三液压泵401排出的液压流 体供应到回转马达403 ；汇流控制阀501，其连接到并安装在回转控制阀402以及工作装置 控制阀303、304、305、309和310中的至少一个之间的流体路径上，其中回转控制阀402安 装在第三液压泵401下游处的第三中央旁通管路40上，工作装置控制阀303、304、305、309 和310连接到第一和第二中央旁通管路20和30，并且汇流控制阀501根据当回转控制阀 402处于中间位置(neutral position)时从外部输入的阀切换信号转换，以将从第三液压 泵401排出的液压流体供应到选择性地连接的工作装置控制阀303、304、305、309和310中 的至少一个；以及可变汇流管路501a和501b，其连接并安装在汇流控制阀501的输出端口 侧以及选择性地连接的工作装置控制阀303、304、305、309和310中的至少一个之间，以根 据汇流控制阀501的阀芯转换，使从第三液压泵401供应的液压流体与第一或第二液压泵301或306内的液压流体合流。根据本发明实施方式的用于挖掘机的液压控制系统还包括铲斗控制阀309，其 连接到并安装在从第二液压泵306下游侧的第二中央旁通管路30分支出的流体路径33d 内，并且根据从外部输入的阀切换信号转换，以控制第二液压泵306的被供应到铲斗油缸 13的液压流体。优选地，动臂汇流管路36连接到并安装在位于第二动臂控制阀308的输入端口和 第二液压泵306之间的流体路径33b上。并且，优选地，可变汇流管路501a和501b连接到并安装在位于第二斗杆控制阀 310的输出端口和斗杆油缸11之间的流体路径27上。然而，不同的修改也是可能的，以使 从第三液压泵401排出的液压流体与铲斗油缸13或另一工作装置致动器一侧上的液压流 体合流。在根据本发明实施方式的构造中，从第一中央旁通管路20分支出的分支流体路 径23安装在第一液压泵301和第一斗杆控制阀305之间，且分支流体路径23连接到并安 装在多个流体路径23a、23b以及23c上，多个流体路径23a、23b以及23c分别连接到包括 第一斗杆控制阀305的第一工作装置控制阀303、304以及305中的至少一个的输入侧。流体路径23a、23b以及23c分别连接到并安装在第一行进控制阀302、第一动臂控 制阀303以及第一斗杆控制阀305的输入端口侧上。并且，从第二中央旁通管路30分支出的分支流体路径33安装在第二液压泵306 和第二斗杆控制阀310之间，且分支流体路径33连接到并安装在多个流体路径33a、33b、 33c以及33d上，多个流体路径33a、33b、33c以及33d分别连接到包括第二斗杆控制阀310 的第二工作装置控制阀307、308、309以及310中的至少一个的输入端口侧。流体路径33a、33b以及33c安装在第二行进控制阀307、第二动臂控制阀308以及 第二斗杆控制阀310的输入端口侧上，且流体路径33d连接到并安装在铲斗控制阀309的 输入端口侧上。下文，将参照附图描述根据本发明实施方式的用于挖掘机的液压控制系统的操作 和效果。首先，在根据本发明的用于挖掘机的液压控制系统中，当输入从外部提供的阀切 换信号以进行回转操作时，例如，如果通过踏板或操纵杆(未示出)输入先导信号，则回转 控制阀402的阀芯转换到左侧或右侧，并因此执行独立回转式液压控制，以将来自第三液 压泵401的液压流体通过流体路径37和38提供到回转马达403。在如图4所示的根据本发明的用于挖掘机的液压控制系统中，回转马达403单独 地接收来自第三液压泵401的液压流体，并因此使独立回转式液压控制变得可行。此时，通 过行进控制阀302和307的阀芯转换而控制左侧和右侧的行进装置311和312，使得它们接 收第一液压泵301和第二液压泵306的液压流体，而不会受到第三液压泵401的影响。特别地，在提高用于动臂的抬升/降落或停止操作的动臂致动器的速度的情况 下，根据从外部输入的阀切换信号，第一和第二动臂控制阀303和308的阀芯首先转换到左 侧或右侧，如图所示，根据阀芯的转换，来自第一液压泵301和第二液压泵306的液压流体 通过流体路径34和35供应到大腔室或小腔室。此时，由于来自第三液压泵401的液压流体通过连接到第三中央旁通管路40和流
8体路径33b的汇流管路36从回转控制阀402的中间位置供应到第二动臂控制阀308的输 入端口，因此来自第二液压泵306的液压流体和来自第三液压泵401的液压流体合流到一 起，从而被供应到动臂油缸9，且致动器的速度能被保持在最大，即使产生大负载也是如此。然而，虽然图中未示出，但在汇流管路36连接到并安装在第一动臂控制阀303的 输入端口侧上的情况下，来自第三液压泵401的液压流体和来自第一液压泵301的液压流 体合流在一起，并根据第一动臂控制阀303的阀芯转换被供应到动臂油缸9的大腔室和小 腔室，从而可提高致动器速度。根据本发明的用于挖掘机的液压控制系统，当从外部输入阀切换信号以进行回转 操作时，回转控制阀402的阀芯转换到右侧或左侧，且连接到第三中央旁通管路40的汇流 管路36被截断。此时，从第三液压泵401排出的液压流体通过流体路径37和38被供应到 回转马达403，且因此能独立地控制回转马达403的操作，而不会受到第一液压泵301或第 二液压泵306的影响。参见图5，现将描述根据本发明另一实施方式的用于挖掘机的液压控制系统。当第二斗杆控制阀310的阀芯根据从外部输入的阀切换信号而转换到左侧或右 侧时，控制斗杆油缸11的操作。在这种情况下，来自第二液压泵306的液压流体被供应通 过连接在第二斗杆控制阀310的输出端口和斗杆油缸11之间的流体路径27和28。在此， 根据汇流控制阀501的阀芯转换，能提高斗杆油缸11的驱动速度。也就是说，如果回转控制阀402处于中间位置，且汇流控制阀501的阀芯根据从外 部输入的阀切换信号而转换到左侧或右侧，则来自第三液压泵401的液压流体通过汇流管 路501a和501b与连接在第二斗杆控制阀310的输出端口和斗杆油缸11之间的流体路径 27和28内的液压流体合流，并被供应到斗杆油缸11的大腔室和小腔室。 因此，来自第二液压泵306的液压流体与从第三液压泵401排出的液压流体合流， 因此足够的液压流体被供应到斗杆油缸11。致动器的驱动速度可被保持在最大，而不会出 现流量不足或振荡现象，即使产生大负载也是如此。另一方面，如果行进控制阀302和307根据从外部输入的阀切换信号而转换，则除 了根据本发明的汇流回路，来自第一液压泵301的液压流体和来自第二液压泵306的液压 流体分别通过流体路径21、22、31以及32被供应和回流到行进装置311和312，且因此能控 制设备的直线或向左/向右的行进。并且，在控制设备的回转操作的情况下，来自第三液压 泵401的液压流体通过流体路径37和38被供应到回转马达403，并且如果回转控制阀402 和汇流控制阀501两者都转换到中间位置，则来自第三液压泵401的液压流体回流到液压 箱T。在本发明的实施方式中，由于操作原理与用于重型施工设备的典型液压系统的操 作原理大体相同，即从第二液压泵306排出的液压流体根据铲斗控制阀309的阀芯转换，经 由流体路径29a和29b被供应到铲斗油缸12的大腔室或小腔室，并在铲斗控制阀的阀芯处 于中间位置时回流到液压箱T，因此将略去其详细描述。虽然为示例性目的已经描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员可以理 解，在不脱离权利要求范围所公开的本发明的范围和主旨的情况下，可以进行各种修改、添 加和替代。
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权利要求
一种用于挖掘机的液压控制系统，所述挖掘机包括上回转结构；下驱动结构；第一和第二液压泵，所述第一和第二液压泵为多个工作装置致动器提供流体压力，所述工作装置致动器包括安装在所述上回转结构上的动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸以及回转马达，所述液压控制系统包括至少一个第一工作装置控制阀，所述至少一个第一工作装置控制阀具有从所述第一液压泵的下游侧沿第一中央旁通管路相继安装的第一行进控制阀和第一动臂控制阀；至少一个第二工作装置控制阀，所述至少一个第二工作装置控制阀具有从所述第二液压泵的下游侧沿第二中央旁通管路相继安装的第二行进控制阀和第二动臂控制阀；第三液压泵，所述第三液压泵为安装在第三中央旁通管路上的所述回转马达提供流体压力；回转控制阀，所述回转控制阀安装在所述第三液压泵的下游侧上，并根据从外部输入的阀切换信号转换，以将从所述第三液压泵排出的液压流体供应到所述回转马达；以及动臂汇流管路，所述动臂汇流管路连接并安装在所述回转控制阀的输出端口和所述动臂控制阀的输入端口之间，以在所述动臂控制阀的方向改变时，使从所述第三液压泵排出的液压流体通过所述第三中央旁通管路与所述动臂控制阀的输入端口侧的液压流体合流。
2.如权利要求1所述的液压控制系统，其中，所述动臂汇流管路连接到并安装在所述 第二动臂控制阀的输入端口以及所述第二液压泵之间的流体路径上。
3.一种用于挖掘机的液压控制系统，所述挖掘机包括上回转结构；下驱动结构；第一 和第二液压泵，所述第一和第二液压泵为多个工作装置致动器提供流体压力，所述工作装 置致动器包括安装在所述上回转结构上的动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸以及回转马达，所 述液压控制系统包括至少一个第一工作装置控制阀，所述至少一个第一工作装置控制阀具有从所述第一液 压泵的下游侧沿第一中央旁通管路相继安装的第一行进控制阀和第一动臂控制阀；至少一个第二工作装置控制阀，所述至少一个第二工作装置控制阀具有从所述第二液 压泵的下游侧沿第二中央旁通管路相继安装的第二行进控制阀和第二动臂控制阀；第三液压泵，所述第三液压泵为安装在第三中央旁通管路上的所述回转马达提供流体 压力；回转控制阀，所述回转控制阀安装在所述第三液压泵的下游侧上，并根据从外部输入 的阀切换信号转换，以将从所述第三液压泵排出的液压流体供应到所述回转马达；汇流控制阀，所述汇流控制阀连接到并安装在所述回转控制阀以及所述工作装置控制 阀中的至少一个之间的流体路径上，其中所述回转控制阀安装在所述第三液压泵下游处的 所述第三中央旁通管路上，所述工作装置控制阀连接到所述第一和第二中央旁通管路，并 且所述汇流控制阀根据当所述回转控制阀处于中间位置时从外部输入的阀切换信号转换， 以将从所述第三液压泵排出的液压流体供应到选择性地连接的所述工作装置控制阀中的 至少一个；以及可变汇流管路，所述可变汇流管路连接并安装在所述汇流控制阀的输出端口侧和选择 性地连接的所述工作装置控制阀中的至少一个之间，以根据所述汇流控制阀的阀芯转换， 使从所述第三液压泵供应的液压流体与所述第一或第二液压泵内的液压流体合流。
4.如权利要求3所述的液压控制系统，其中，所述可变汇流管路连接到并安装在第二斗杆控制阀的输出端口以及所述斗杆油缸之间的流体路径上。
5.如权利要求1或3所述的液压控制系统，还包括铲斗控制阀，所述铲斗控制阀连接到 并安装在从所述第二液压泵的下游侧的所述第二中央旁通管路分支出的流体路径内，并且 所述铲斗控制阀根据从外部输入的所述阀切换信号转换，控制所述第二液压泵的被供应到 所述铲斗油缸的液压流体。
全文摘要
一种挖掘机液压回路，包括至少一个第一工作装置控制阀，具有从第一液压泵的下游侧沿第一中央旁通管路相继安装的第一行进控制阀和第一动臂控制阀；至少一个第二工作装置控制阀，具有从第二液压泵的下游侧沿第二中央旁通管路相继安装的第二行进控制阀和第二动臂控制阀；第三液压泵，为安装在第三中央旁通管路上的回转马达提供流体压力；回转控制阀，安装在第三液压泵的下游侧，根据外部输入的阀切换信号转换以将第三液压泵的液压流体供应到回转马达；和动臂汇流管路，连接并安装在回转控制阀输出端口和动臂控制阀输入端口之间，以在动臂控制阀的方向改变时，使第三液压泵的液压流体通过第三中央旁通管路与动臂控制阀输入端口侧的液压流体合流。
文档编号E02F9/22GK101929177SQ201010204298
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月21日 优先权日2008年7月2日
发明者李亮玖, 池田利道 申请人:沃尔沃建造设备控股(瑞典)有限公司