专利名称：复合动作液压控制系统及应用该系统的轮式工程机械的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轮式工程机械，具体涉及一种复合动作液压控制系统及应用该系统的轮式工程机械。
背景技术：
现有技术中，各种类型的轮式工程机械均具有较好的自行行走性能，并因此在不同工作环境下得以广泛应用。每种类型的轮式工程机械通过不同执行部件的动作完成相应的功能，例如轮式起重机、轮式挖掘机以及轮式高空作业平台等等。众所周知，随着社会发展节奏的加快，对于各种施工机械的要求不仅局限于安全、可靠等基本的工作性能，如何提高作业效率已成为优化设计的要点；特别是，合理进行复合动作的设计并提高其可操作性。以高空作业平台为例，其具有上车作业和下车转向作业两大类型；其中，上车作业包括变幅、伸缩、调平、回转及吊篮摆动等基本动作。为适应实际工况的需要，前述基本动作的复合可以有效地提高高空作业平台的作业效率，从而大大缩短了工作时间，满足不同用户的要求。目前，高空作业平台大多通过液压控制来实现不同的复合动作。请参见图1，该图示出了该高空作业平台液压控制系统的简化原理示意图。如图1所示，该控制系统中各上车作业的执行元件与转向油缸均由多路阀控制， 各执行元件的控制回路并联设置；也就是说，压力油路同时向上车作业的各执行元件及下车转向油缸同时提供压力油液。但是，由于泵流量限制和多路阀的并联连接形式，致使复合动作时各动作执行元件因压力、流量的相互影响而相互牵制。当同时操纵车辆工作装置进行复合动作时，如果各执行机构的总流量需求大于泵的最大流量时，压力油液首先流向具有最低负载压力的执行元件，从而使得具有高负载压力的执行元件速度降低，甚至停止运动。显然，对于转向动作与上车作业复合动作的工况而言，现有液控系统的转向动作受到上车动作的限制，无法保证车辆行走转向动作优先执行，因此直接影响整机的操纵性能及行驶安全性能。有鉴于此，亟待另辟蹊径提出一种复合动作液压控制系统，以确保转向操作优先执行，从而在提高整机操纵性能的基础上，有效提高行驶安全性能。
实用新型内容针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于，提供一种用于轮式工程机械的复合动作液压控制系统，应用该控制系统能够在底盘转向与上车作业复合动作控制当中， 确保转向操作优先执行，可有效提高行驶安全性能。在此基础上，本实用新型还提供一种应用该复合动作液压控制系统的轮式工程机械。本实用新型提供的复合动作液压控制系统，包括底盘转向作业回路和多个上车作业回路，各作业回路的进液管路与系统压力油路并联连接，且各作业回路的出液管路并联连接；在系统压力油路至多个上车作业回路之间设置有液控方向控制阀，所述液控方向控制阀的阀体上开设有四个油口 第一油口与第二油口连通，且其第一油口(P)与系统压力油路连通、其第二油口(CF)与转向作业回路的进液管路连通、其第三油口(EF)与多个上车作业回路的进液管路连通、其第四油口(LS)与转向作业回路的执行元件的工作油口连通； 在所述第四油口压力油液的作用下，所述液控方向控制阀的阀芯具有自第一工作位置向第二工作位置位移的趋势在第一工作位置，其第一油口与第三油口连通，在第二工作位置， 其第一油口与第三油口非连通。优选地，所述液控方向控制阀的阀体内具有由其第二油口至其阀芯的内部流道， 在所述内部流道压力油液的作用下，其阀芯具有自第二工作位置向第一工作位置位移的趋势。优选地，所述内部流道具有节流阻尼。优选地，系统压力油路由定量泵提供压力油源。优选地，还包括第一梭阀，所述第一梭阀的两个进液口分别与所述转向作业回路的执行元件的工作油口和系统回油油路连通，所述第一梭阀的出液口与所述液控方向控制阀的第四油口连通。优选地，还包括第二梭阀，所述第二梭阀的两个进液口分别与所述转向作业回路的执行元件的左右转向工作油口分别连通，所述第二梭阀的出液口与所述液控方向控制阀的第四油口连通。优选地，还包括具有至少两个工作位置的反馈方向控制阀，其第一油口与所述液控方向控制阀的第四油口连通，其第二油口、第三油口分别与所述转向作业回路的执行元件的左右转向工作油口分别连通；在第一工作位置，所述反馈方向控制阀的第一油口与第二油口连通，在第二工作位置，所述反馈方向控制阀的第一油口与第三油口连通。优选地，所述反馈方向控制阀为双向液控方向控制阀；其第一控制油口与第二油口连通，且第一控制油口压力油液作用于阀芯产生自第二工作位置位移至第一工作位置的趋势；其第二控制油口与第三油口连通，且第二控制油口压力油液作用于阀芯产生自第一工作位置位移至第二工作位置的趋势。优选地，所述转向作业回路的执行元件具体为两个转向油缸，在两个转向油缸的进液口与系统压力油路和回油油路之间设置有转向方向控制阀，以控制两个转向油缸的伸出或者收回操作。优选地，所述液控方向控制阀的阀体内集成有与第二油口连通的压力补偿器。本实用新型提供轮式工程机械，包括轮式底盘和多个上车作业机构，以及控制底盘转向作业和多个上车作业的液压控制系统，所述液压控制系统具体为如前所述的复合动作液压控制系统。本实用新型所述复合动作液压控制系统基于现有技术进行了优化设计，在系统压力油路至多个上车作业回路之间增设有一个液控方向控制阀。该液控方向控制阀的第一油口与第二油口连通，且其第一油口(P)与系统压力油路连通、其第二油口(CF)与转向作业回路的执行元件进液管路连通、其第三油口(EF)与多个上车作业回路的进液管路连通、其第四油口(LS)与转向作业回路执行元件的工作油口连通；由于该阀的阀芯在第四油口压力油液的作用下能够产生自第一工作位置向第二工作位置位移的趋势，即第一油口与第三油口之间可以自连通状态过渡至非连通状态。也就是说，在转向作业回路执行元件的工作负载压力反馈至液控方向控阀，以根据需要切断系统压力油路至多个上车作业回路之间的通路。在实际工作过程中，当上车作业系统的执行负载与底盘转向作业一起复合动作时，来自转向作业回路执行元件的负载压力信号传递至液控方向控制阀，并据此负载压力信号的大小调节第一油口与第三油口之间的连通状态，通过流量调节控制以满足转向作业的流量需求，即优先满足转向执行元件的流量，其余剩余流量供给其他上车作业执行元件。 与现有技术相比，本实用新型提供的复合动作液压控制系统能够使得转向作业流量实时根据转向负载所需的流量进行变化，确保转向动作更加灵活、舒适。进一步地，由于本方案所述控制系统实现了转向优先功能，转向回路不受其他负载执行机构的影响，因此，在复合动作时，不会出现转向速度降低甚至停止转向动作的故障，从而在保证转向机构的运动速度的基础上，保证了车辆行驶时的安全可靠性。本实用新型提供的复合动作液压控制系统可适用于底盘转向作业与其他上车作业复合动作的轮式工程机械，特别适用于高空作业平台。
图1是现有技术中一种典型的高空作业平台液压控制系统的简化原理示意图；图2是具体实施方式
中所述高空作业平台的整体结构示意图；图3是本实用新型第一实施例所述复合动作液压控制系统的工作原理图；图4是图3中所示液控方向控制阀的工作原理图；图5是本实用新型第二实施例所述复合动作液压控制系统的工作原理局部示意图；图6是本实用新型第三实施例所述复合动作液压控制系统的工作原理局部示意图；图7是本实用新型第四实施例所述复合动作液压控制系统的液控方向控制阀的工作原理图。图 1-图 7 中工作平台21、伸展结构22、底盘23 ；主臂变幅油缸1、主臂伸缩油缸2、吊篮调平油缸3、转台回转马达4、吊篮摆动油缸5、转向油缸6、液控方向控制阀7、定量泵8、转向方向控制阀9、第一梭阀10a、第二梭阀 10b、阀组11、溢流阀12、反馈方向控制阀13、压力补偿器14。
具体实施方式
本实用新型的核心在于提供一种应用于轮式工程机械的复合动作液压控制系统， 应用该控制系统能够在底盘转向与上车作业复合动作控制当中，确保转向操作优先执行， 可有效提高行驶安全性能。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。不失一般性，本实施方式以高空作业平台为主体详细说明。请参见图2，该图是本实施方式所述高空作业平台的整体结构示意图。与现有技术相同，该高空作业平台用来运送人员、工具和材料到指定位置进行工作的设备，包括工作平台21、伸展结构22和底盘23，上述功能部件与现有技术完全相同， 比如，工作平台21上设置有控制器，以便于操作人员在平台上进行操纵实现预期作业的执行；由于本领域技术人员基于现有技术完全可以实现上述功能部件，故本文不再赘述。针对应用于该高空作业平台的复合动作液压控制系统，下文将以四个实施例进行详细阐述。请参见图3，该图示出了第一实施例所述复合动作液压控制系统的工作原理图。该复合动作液压控制系统包括底盘转向作业回路和五个上车作业回路。与现有技术相同，五个上车作业回路分别用于控制主臂变幅油缸1、主臂伸缩油缸2、吊篮调平油缸 3、转台回转马达4及吊篮摆动油缸5等执行元件的操作，转向作业回路用于控制转向油缸6 的操作，实现相应的作业功能。并且，各作业回路均并联设置，即各作业回路的进液管路与系统压力油路P并联连接，且各作业回路的出液管路与系统回油油路T并联连接。优选地， 本方案的系统压力油路由定量泵8提供压力油源。需要说明的是，根据不同的设计要求，上车作业回路的具体设置可以进行调整，应当理解，本方案所示五个作业回路并不构成本申请请求范围的限制。同理，转向执行元件可以采用一个或者两个转向油缸执行车轮转向操作，如图所示，在两个转向油缸6的进液口与系统压力油路P和回油油路T之间设置有转向方向控制阀9，以控制两个转向油缸6的伸出或者收回操作。显然，理论上来说也可以采用小排量双向马达实现相应的功能。为避免复合动作时各执行机构的总流量需求大于泵的最大流量时，压力油液首先流向具有最低负载压力的执行元件，从而使得转向执行元件速度降低，本方案在系统压力油路P至多个上车作业回路之间设置有液控方向控制阀7，具体请一并参见图4，该图为本实施例所述液控方向控制阀的工作原理图。如图4所示，液控方向控制阀7的阀体上开设有四个油口 第一油口 P与第二油口 CF连通，在第四油口 LS压力油液的作用下，液控方向控制阀7的阀芯具有自第一工作位置向第二工作位置位移的趋势在第一工作位置，其第一油口 P与第三油口 EF连通，在第二工作位置，其第一油口 P与第三油口 EF非连通。结合图3所示，在复合动作液压控制系统，该液控方向控制阀7的第一油口 P与系统压力油路P连通、其第二油口 CF与转向作业回路的进液管路连通、其第三油口 EF与五个上车作业回路的进液管路连通、其第四油口 LS与转向作业回路的转向油缸6的工作油口连通；这样，液控方向控制阀7可根据转向油缸6的工作压力实时调整其第一油口 P与第三油口 EF之间的连通状态，以实现转向控制回路的优先动作。为进一步优化该液控方向控制阀7的可操纵性，如图4所示，该液控方向控制阀7 的阀体内可以设置由其第二油口 CF至其阀芯的内部流道L，在来自于该内部流道L压力油液的作用下，其阀芯具有自第二工作位置向第一工作位置位移的趋势；优选地，该内部流道 L具有节流阻尼，提高阀芯动作的平稳可靠性。同时，该阀内与第四油口 LS的阀腔可以设置有回位弹簧，即弹簧腔。也就是说，可通过来自内部流道L与第四油口 LS及回位弹簧的作用建立阀芯两端的压力平衡，使得阀芯能够可靠的在第一工作位置和第二工作位置之间调整，具有较好的可操作性。液控方向控制阀7的具体控制原理简述如下当转向系统工作时，转向方向控制阀9换向动作，第二油口 CF 口经该阀与转向油缸6连接，第四油口 LS将转向油缸6工作腔的压力信号&反馈至液控方向控制阀7的弹簧腔，由于其阀芯上下两端压差的变化以及弹簧的作用，使得优先阀芯向下移动，即由第一工作位置向第二工作位置产生位移，其第一油口 P至第三油口 EF之间的开度逐渐减小。此状态下，油泵输出的大部分压力油液的流量优先满足转向作业的需要，剩余部分流量经由第三油口 EF进入上车各作业回路。此时，液控方向控制阀7与内部流道L连通的阀腔c压力为转向方向控制阀9阀前压力P，而弹簧腔d压力为LS 口反馈压力(即转向方向控制阀 9后压力Pl)，其阀芯处于平衡位置时，d腔的反馈压力加上弹簧的预紧力Fs，等于C腔的压力，即，液控方向控制阀7阀芯的力平衡方程P*AK = Pl*Ak+Fs(假设阀芯端面面积为Ak)。由此可知，转向方向控制阀9前后压差AP = P-Pl = FS/AK，为一常数。根据节流口的流量计算公式、S*AF 式中，Q =流量(m3/s) ； α =
Q= α * Α* V ρ。
流量系数，取决于节流口，一般为0.6 0.9 ;A=节流口的开口面积(m2) ； P =油液密度 (kg/m3) ； ΔΡ =压差(Pa)。因此，当ΔΡ恒定时，转向作业回路的流量只与转向方向控制阀9开口面积A有关，而与实际负载无关。显然，本方案从总的逻辑来看所述各作业回路均为并联设置，在该并联关系当中存在优先级关系，即，当转向与其他作业复合动作过程中，转向作业回路优先执行，而上车各作业回路之间为实质并联设置。工作过程中，当上车作业系统的执行负载与底盘转向作业一起复合动作时，来自转向油缸6的负载压力信号传递至液控方向控制阀7，并据此负载压力信号的大小调节其第一油口 P与第三油口 EF之间的连通状态，从而通过流量调节控制以满足转向作业的流量需求，即优先满足转向油缸6的流量，其余剩余流量供给其他上车作业执行元件。此外，本方案所述各上车作业回路与转向作业回路的换向阀可集成一阀组11，各上车作业回路的控制阀联均设置的负载反馈油路，各负载反馈油路均通过相应的梭阀与液控方向控制阀7的第四油口 LS串接连接至阀组11的最大负载压力输出油口 LS，并在该输出油口 LS与回油油路之间设置溢流阀12，以避免系统过载。 另外，本方案还可以增设第一梭阀10a，以建立转向油缸6的工作油口与液控方向控制阀7的第四油口 LS连通。结合图3所示，该第一梭阀IOa的两个进液口分别与转向油缸6的工作油口和系统回油油路T连通，该第一梭阀IOa的出液口与液控方向控制阀7的第四油口 LS连通。如此设置，一方面可择高压输出；另外，可阻止压力油直接与T回油通道连接，否则，油泵卸荷，转向油缸无法动作。实际上，为有效建立转向油缸6的工作油口与液控方向控制阀7的第四油口 LS连通关系，还可以采用其他的连接形式。具体如第二、三实施例所述的复合动作液压控制系统。请参见图5，第二实施例所述复合动作液压控制系统的工作原理局部示意图。本实施例与第一实施例的区别仅在于转向油缸6的工作油口与液控方向控制阀7 的第四油口 LS连通的实现方式不同，其他系统构成及连接关系与第一实施例完全相同；故图5中仅示出局部原理示意，在清楚示出第二实施例与第一实施例之间区别的基础上，以简化附图。另外，相同功能构件采用了相同的附图标记进行标示。如图5所示，本方案中的第二梭阀IOb的两个进液口分别与转向油缸6的左右转向工作油口分别连通，该第二梭阀IOb的出液口与液控方向控制阀7的第四油口 LS连通。 工作过程中，随着左转向或者右转向的切换，相应转向工作油口的油液压力大于另一转向工作油口的油液压力，进而通过第二梭阀IOb的切换，实现转向油缸负载信号可靠地反馈至液控方向控制阀7的第四油口 LS。请参见图6，第三实施例所述复合动作液压控制系统的工作原理局部示意图。同样，本实施例与第一实施例的区别也仅在于转向油缸6的工作油口与液控方向控制阀7的第四油口 LS连通的实现方式不同，其他系统构成及连接关系与第一实施例完全相同；故图6中也仅示出了局部原理示意，并且相同功能构件采用了相同的附图标记进行标不。如图6所示，在转向油缸6的工作油口与液控方向控制阀7的第四油口 LS之间设置有还包括具有两个工作位置的反馈方向控制阀13，其第一油口与液控方向控制阀7的第四油口 LS连通，其第二油口、第三油口分别与转向油缸6的左右转向工作油口分别连通；在第一工作位置，反馈方向控制阀13的第一油口与第二油口连通，在第二工作位置，反馈方向控制阀13的第一油口与第三油口连通，从而通过换向阀实现负载压力信号的可靠反馈。进一步，反馈方向控制阀13为双向液控方向控制阀；其第一控制油口与第二油口连通，且第一控制油口压力油液作用于阀芯产生自第二工作位置位移至第一工作位置的趋势；其第二控制油口与第三油口连通，且第二控制油口压力油液作用于阀芯产生自第一工作位置位移至第二工作位置的趋势。也就是说，左转向操作时，相应转向工作油口的油液压力作用于阀芯形成工作位置的切换，以建立左转向负载压力与液控方向控制阀7的第四油口 LS连通；反之亦然。相比之下，本方案采用双向液控方向控制阀，同样具有较好的可操作性。为进一步提高系统流量匹配特性，本实用新型第四实施例在阀体内集成有与第二油口 CF连通的压力补偿器14。请参见图7，该图是本实施例所述复合动作液压控制系统的液控方向控制阀的工作原理图。该压力补偿器14和主阀芯的节流口所构成调速阀。压力补偿器位于主阀节流口之前，将主阀口后的本回路的负载压力引入压力补偿器。工作时，压力补偿器通过改变其自身阀芯的开度来调整主阀口前的压力，使主阀口前后压差为常值，流量就只与主阀口的开度有关，而不受负载压力变化的影响，提高主阀的控制能力。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.复合动作液压控制系统，包括底盘转向作业回路和多个上车作业回路，各作业回路的进液管路与系统压力油路并联连接，且各作业回路的出液管路并联连接；其特征在于，在所述系统压力油路至多个上车作业回路之间设置有液控方向控制阀，所述液控方向控制阀的阀体上开设有四个油口 第一油口与第二油口连通，且其第一油口(P)与系统压力油路连通、其第二油口(CF)与转向作业回路的进液管路连通、其第三油口(EF)与多个上车作业回路的进液管路连通、其第四油口(LQ与转向作业回路的执行元件的工作油口连通；在所述第四油口压力油液的作用下，所述液控方向控制阀的阀芯具有自第一工作位置向第二工作位置位移的趋势在第一工作位置，其第一油口与第三油口连通，在第二工作位置，其第一油口与第三油口非连通。
2.根据权利要求1所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，所述液控方向控制阀的阀体内具有由其第二油口至其阀芯的内部流道，在所述内部流道压力油液的作用下，其阀芯具有自第二工作位置向第一工作位置位移的趋势。
3.根据权利要求2所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，所述内部流道具有节流阻尼。
4.根据权利要求1所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，系统压力油路由定量泵提供压力油源。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，还包括第一梭阀，所述第一梭阀的两个进液口分别与所述转向作业回路的执行元件的工作油口和系统回油油路连通，所述第一梭阀的出液口与所述液控方向控制阀的第四油口连通。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，还包括第二梭阀，所述第二梭阀的两个进液口分别与所述转向作业回路的执行元件的左右转向工作油口分别连通，所述第二梭阀的出液口与所述液控方向控制阀的第四油口连通。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，还包括具有至少两个工作位置的反馈方向控制阀，其第一油口与所述液控方向控制阀的第四油口连通，其第二油口、第三油口分别与所述转向作业回路的执行元件的左右转向工作油口分别连通；在第一工作位置，所述反馈方向控制阀的第一油口与第二油口连通，在第二工作位置，所述反馈方向控制阀的第一油口与第三油口连通。
8.根据权利要求7所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，所述反馈方向控制阀为双向液控方向控制阀；其第一控制油口与第二油口连通，且第一控制油口压力油液作用于阀芯产生自第二工作位置位移至第一工作位置的趋势；其第二控制油口与第三油口连通，且第二控制油口压力油液作用于阀芯产生自第一工作位置位移至第二工作位置的趋势。
9.根据权利要求1所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，所述转向作业回路的执行元件具体为两个转向油缸，在两个转向油缸的进液口与系统压力油路和回油油路之间设置有转向方向控制阀，以控制两个转向油缸的伸出或者收回操作。
10.根据权利要求9所述的复合动作液压控制系统，其特征在于，所述液控方向控制阀的阀体内集成有与第二油口连通的压力补偿器。
11.轮式工程机械，包括轮式底盘和多个上车作业机构，以及控制底盘转向作业和多个上车作业的液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统具体为权利要求1至10中任2项所述的复合动作液压控制系统。
专利摘要本实用新型公开一种复合动作液压控制系统，各作业回路的进液管路与系统压力油路并联连接，在系统压力油路至多个上车作业回路之间设置有液控方向控制阀，液控方向控制阀的阀体上开设有四个油口第一油口与第二油口连通，且其第一油口与系统压力油路连通、其第二油口与转向作业回路的进液管路连通、其第三油口与多个上车作业回路的进液管路连通、其第四油口与转向作业回路的执行元件的工作油口连通；在第四油口压力油液的作用下，液控方向控制阀的阀芯具有自第一工作位置向第二工作位置位移的趋势在第一工作位置，其第一油口与第三油口连通，在第二工作位置，其第一油口与第三油口非连通。本实用新型还提供一种应用该复合动作液压控制系统的轮式工程机械。
文档编号F15B11/20GK202264719SQ20112040142
公开日2012年6月6日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者孔德美, 韩记生 申请人:徐州重型机械有限公司