控制阀及平地机前轮驱动液压系统的制作方法

本发明涉及一种平地机液压系统，更具体地说，涉及一种平地机前轮驱动控制阀及平地机前轮驱动液压系统。

背景技术：

现有平地机前轮驱动液压系统是由一个驱动泵带两马达的前轮助力开式液压系统，驱动泵从液压油箱吸油，出口压力油经控制阀后直接接入两并联的马达，再经控制阀回到液压油箱，是一种开式液压系统。进入马达的液压油流量大小由控制阀内部三位四通换向阀的阀芯开口决定，系统的压力由驱动泵的压力切断阀决定。

平地机开始行驶工作时，驱动泵的排量处于最大排量下，驱动泵输出的压力油带动马达转动，在外负载的作用下，驱动泵产生压力。当马达的驱动力大于地面附着力时，驱动泵出口压力小于压力切断阀切断压力，压力切断阀不起作用，驱动泵处于最大排量，马达处于最高转速。当马达的驱动力小于地面附着力时，驱动泵出口压力达到压力切断阀切断压力，压力切断阀动作，驱动泵排量减小，由于后轮继续推动着平地机行驶，驱动泵出口压力减小，压力切断阀动作，驱动泵排量增加。这时压力切断阀不停的动作，维持驱动泵的排量使前轮与后轮转速相匹配。

因驱动泵输出的压力油经控制阀后直接接入两并联的马达，进入两马达的压力油的流量自由分配，当一侧驱动轮与地面附着条件变差时，即该侧驱动轮受到的地面反作用力变小，则该侧马达得到压力油的流量会增大，导致该侧马达转速加快，而另一侧马达转速变慢甚至不转，即前轮单边打滑现象。

同时，驱动泵输出的压力油经控制阀后直接进入前轮液压马达进油口，马达由自由轮状态突然切换至工作轮状态，因马达为径向柱塞马达，柱塞伸出或缩回都需要一定的时间，此时，驱动泵输出的压力油突然进入马达进口油，会造成马达柱塞与马达内曲壁发生碰撞即所谓敲缸现象，导致马达寿命大大缩短。

再者，驱动泵压力切断阀的压力是调定的，但地面状况会有局部坑洼、土壤松软、干湿等条件不同以及工作装置负载不断变化，平地机轮胎也处于不断的短暂变化中，压力切断阀不断地动作，造成前轮相对后轮的短暂滑转，也很容易造成平地机行驶时左右轮转速不一致，甚至会出现上述单边打滑的现象，导致整机各项性能变差；如功率损失加大、牵引性能变差，同时打滑造成轮胎磨损加剧，导致地面附着条件变得更差，大大降低了平地机的经济性与作业效率，无法有效发挥前轮助力的作用，还会引起整机跑偏或侧移，存在重大的安全隐患。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有平地机的前轮驱动的上述问题，而提供一种控制阀以及具有该控制阀的平地机前轮驱动液压系统。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种控制阀，其特征在于包括三位四通换向阀和三位五通换向阀，所述三位四通换向阀具有g油口、h油口、g油口和h油口，所述三位四通换向阀处于左位时g油口与g油口导通，h油口与h油口导通；所述三位四通换向阀处于中位时g油口同时与h油口和g油口导通导通，h油口截止；所述三位四通换向阀处于右位时h油口同时与h油口和g油口导通，g油口截止；所述三位五通换向阀具有c油口、d油口、e油口、f油口、l油口；三位四通换向阀的g油口与三位五通换向阀的液控左端连接，三位四通换向阀的h油口同时与三位五通换向阀的液控右端和l油口连接；所述三位五通换向阀处于左位时，c油口与d油口导通，e油口与f油口同时与l油口导通，所述三位五通换向阀处于中位时，c油口、d油口、e油口、f油口与l油口同时导通，所述三位五通换向阀处于右位时，c油口与e油口导通，d油口与f油口导通，l油口截止。进一步地，所述三位四通换向阀是两端均具有驱动电磁铁的电磁阀。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种平地机的前轮驱动液压系统，包括驱动泵、两个前轮液压马达，其特征在于还包括补油泵、油箱、两位三通的速度切换阀、两位三通的状态切换阀、分流阀和前述的控制阀，所述驱动泵为双向变量泵，所述前轮液压马达为高低速工作排量切换的双工作排量径向柱塞液压马达，所述驱动泵的两个油口对应与控制阀的c油口和d油口连接，控制阀的e油口与分流阀的j油口连接，控制阀的f油口同时与两个前轮液压马达的r油口连接，分流阀的p油口和q油口分别与两个前轮液压马达的a油口对应连接；所述控制阀的h油口与补油泵出油口连接，所述控制阀的g油口与油箱连接，两个前轮液压马达用于高低速工作排量切换控制的s油口同时与速度切换阀的n油口连接，速度切换阀的k油口和m油口对应与油箱和补油泵出油口连接，速度切换阀的n油口与k油口或m油口择一导通；所述状态切换阀的u油口同时与两前轮马达回油t油口连接，状态切换阀的v油口经减压阀与补油泵出口连接，w油口与油箱连接，状态切换阀的u油口与v油口或w油口择一导通。

上述平地机的前轮驱动液压系统中，所述分流阀包括电磁开关阀、液控换向阀、等比分流阀、减压阀，所述分流阀的t油口与油箱连通；所述电磁开关阀连接在所述液控换向阀的液控端与t油口之间，所述减压阀连接在所述液控换向阀的液控端和分流阀的j油口之间，所述液控换向阀具有与j油口连接的j1油口、与所述等比分流阀的j3油口连接的j2油口、对应与所述分流阀的p油口和q油口连通的p1油口和q1油口；所述等比分流阀由两个相同的节流阀构成，两个所述节流阀的一端均与所述等比分流阀的j3油口连通，两个节流阀的另一端对应与所述分流阀的p油口和q油口连通；分流阀的j油口与所述液控换向阀的j1油口连通，所述液控换向阀处于第一工作位时其j1油口与j2油口导通，所述液控换向阀处于第二工作位时其j1油口与j2油口、p1油口、q1油口导通；所述分流阀的p油口和q油口之间连接有节流阀。

上述平地机的前轮驱动液压系统中，还包括用于控制所述驱动泵流量的控制器、与控制器连接用于检测平地机后轮转速的转速传感器，所述速度切换阀和所述状态切换阀均为电磁阀，所述速度切换阀、所述状态切换阀、所述三位四通换向阀和电磁开关阀的电磁线圈均与所述控制器的对应输出端连接，所述控制器依据平地机后轮转速控制所述驱动泵的排量使前轮转速与平地机的后轮转速相等。转速传感器可直接测量平地机后轮的转速，也可以通过检测变速箱上某级转轴的转速而间接测量后轮的转速，控制器依据后轮转速，输出控制电流给驱动泵变量机构，以输出对应速度的流量给前轮马达；当平地机车速发生变化，即转速传感器采集到的后轮转速值发生变化时，控制器重新计算出后轮速度，向驱动泵发出指令，以输出对应速度的流量给前轮马达，使前轮马达的速度与后轮速度始终保持一致。

上述平地机的前轮驱动液压系统中，还包括与控制器连接的平地机挡位信号输入装置，当平地机挡位处于高挡位时，所述控制器输出电流使速度切换阀的m油口与n油口导通。当平地机变速箱的挡位进入高速挡位时，速度切换电磁铁得电，速度切换阀动作，补油泵压力油进入前轮马达排量切换阀，将前轮马达的工作排量由大排量切换到小排量实现前轮马达高速运动。平地机挡位信号输入装置可以是与平地机挡位操作手柄联动的拨位开关，也可以是平地机的电控挡位操作手柄。

上述平地机的前轮驱动液压系统中，还包括与控制器连接的前轮工作模式输入装置，三位四通换向阀的两端电磁线圈与控制器连接，所述控制器依据所述前轮工作模式输入装置的三种输出状态对应输出电流使所述控制阀中三位四通换向阀处于左位、中位和右位。当控制阀的三位四通换向阀处于中位时，状态切换阀处于下位，u油口与v油口导通，补油泵输出的压力油经减压阀进入马达壳体，将马达柱塞压回柱塞腔，此时马达处于自由轮状态；当控制阀的三位四通换向阀处于左位或右位时，状态切换阀处于上位，u油口与w油口导通，马达壳体回油与油箱相通，此时马达处于工作轮状态。前轮工作模式输入装置可以是拨位开关，例如该拨位开关具有自由轮模式、助力模式和制动模式，前轮工作模式输入装置处于不同的模式拨位，控制器输出电位使三位四通换向阀处于中位、或左位、或右位，同时，控制器输出电位使状态切换阀处于上位或下位，从而实现前轮处于自由轮、助力驱动或制动工作模式。

上述平地机的前轮驱动液压系统中，还包括与控制器连接的前轮转向感应装置，电磁开关阀的电磁线圈与控制器连接，所述控制器根据所述前轮转向感应装置所检测到的前轮转向状态和前轮直行状态分别输出控制电流使所述电磁开关阀处于导通或截止状态。当平地机使用前轮驱动直线作业时，转向感应装置无信号输出，电磁开关阀得电，处于右位，此时，液控换向阀处于第一工作位，驱动泵输出的油液等比分流至左前轮液压马达和右前轮液压马达，使得左右前轮液压马达的转速一致，保证平地机直线作业，避免前轮单边打滑或整机跑偏现象；当平地机使用前轮驱动转向时，转向感应装置向控制器输出信号，使电磁开关阀失电，此时，液控换向阀处于第二工作位，驱动泵输出的油液自由分流至左前轮液压马达和右前轮液压马达，保证平地机能够顺利转向，避免出现转向外侧轮被拖拽导致轮胎磨损、整机转向困难以及整机滑移等不安全现象。

上述平地机的前轮驱动液压系统中，还包括双向补油阀，其出油口对应与所述驱动泵的两个油口连接，进油口与所述补油泵的出油口连接。

本发明与现有技术相比，本发明解决了前轮助力液压系统不因地面条件和工作装置负载大小的影响而使前轮相对后轮滑转，前轮的速度始终跟随后轮的速度；能有效解决现有平地机一泵带两马达的前轮驱动液压系统所存在的前轮单边打滑、整机跑偏的缺陷，同时也解决了转向时可能出现的转向外侧轮被拖拽导致轮胎磨损、整机转向困难以及整机滑移等不安全现象，平地机在直行到转向再到直行的过程中，分流阀流量分流模式自动切换，实现自动化控制功能，且在平地机行驶过程中可以切自如地换到前轮驱动功能，能有效地发挥前轮助力的作用。同时，解决了使用前轮驱动时前轮液压马达柱塞与马达内曲壁碰撞问题，提高前轮液压马达的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的平地机前轮驱动液压系统原理图。

图2是本发明的控制阀原理图。

图3是本发明的分流阀原理图。

图4是本发明平地机的前轮驱动液压系统的电气控制框图。

图中零部件名称及序号：

油箱1，驱动泵2，补油过滤器3，速度切换阀4，控制阀5，分流阀6，左前轮马达7，右前轮马达8，状态切换阀9，减压阀10，补油溢流阀11，双向补油阀12，补油泵13，控制器14、转速传感器15、挡位信号输入装置16、前轮工作模式输入装置17，前轮转向感应装置18，控制阀三位四通换向阀51，控制阀三位五通换向阀52，电磁开关阀61，液控换向阀62，等比分流阀63，节流阀64，减压阀65，第一节流阀631，第二节流阀632，驱动电磁铁y1，制动电磁铁y2，速度切换电磁铁y3，状态切换电磁铁y4，电磁开关电磁铁y5。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

如图1所示，本实施例中的平地机前轮驱动液压系统包括油箱1、驱动泵2、补油过滤器3、速度切换阀4、控制阀5、分流阀6、左前轮液压马达7、右前轮液压马达8、状态切换阀9、减压阀10、补油溢流阀11、双向补油阀12、补油泵13、控制器14、转速传感器15、挡位信号输入装置16、前轮工作模式输入装置17，前轮转向感应装置18。

如图2所示，控制阀5包括三位四通换向阀51和三位五通换向阀52，三位四通换向阀51是两端均具有驱动电磁铁的电磁阀，其左端具有驱动电磁铁y1，右端具有制动电磁铁y2。三位四通换向阀51具有g油口、h油口、g油口和h油口，三位四通换向阀51处于左位时g油口与g油口导通，h油口与h油口导通；三位四通换向阀51处于中位时g油口同时与h油口和g油口导通导通，h油口截止；三位四通换向阀51处于右位时h油口同时与h油口和g油口导通，g油口截止；三位五通换向阀52具有c油口、d油口、e油口、f油口、l油口；三位四通换向阀51的g油口与三位五通换向阀52的液控左端连接，三位四通换向阀51的h油口同时与三位五通换向阀52的液控右端和l油口连接；三位五通换向阀52处于左位时，c油口与d油口导通，e油口与f油口同时与l油口导通，三位五通换向阀52处于中位时，c油口、d油口、e油口、f油口和l油口相互导通，三位五通换向阀52处于右位时，c油口与e油口导通，d油口与f油口导通，l油口截止。

如图3所示，分流阀6包括电磁开关阀61、液控换向阀62、等比分流阀63、节流阀64和减压阀65，分流阀6具有j油口、p油口、q油口、t油口；j油口与控制阀5的e油口连通，p油口与左前轮液压马达7的a口连通，q油口功能右前轮液压马达8的a口连通，t油口与油箱1连通；电磁开关阀61连接在液控换向阀62的液控端与t油口之间，减压阀65连接在液控换向阀62的液控端和j油口之间，等比分流阀63由两个相同的节流阀构成，第一节流阀631、第二节流阀632的一端均与等比分流阀63的j3油口连通，第一节流阀631的另一端与分流阀6的p油口连接，第二节流阀632的另一端与分流阀6的q油口连接，在分流阀6的q油口与p油口之间连接有节流阀64。液控换向阀62具有与j油口连通的j1油口、与等比分流阀63的j3油口连通的j2油口和对应与分流阀的p油口和q油口连通的p1油口和q1油口；液控换向阀62处于第一工作位时其j1油口与j2油口导通，液控换向阀62处于第二工作位时其j1油口与p1油口、q1油口和j2油口导通。液控换向阀62处于第一工作位时，分流阀6处于等比分流状态，液控换向阀62处于第二工作位时，分流阀6处于自由分流状态。

驱动泵2为变量泵，左前轮液压马达7和右前轮液压马达8是高低速工作排量切换的双工作排量径向柱塞液压马达，通过液压马达上的s油口可控制其工作模式，使其工作在大排量低转速模式下或者工作于低排量高转速模式下，左前轮液压马达7和右前轮液压马达8之间为并联连接。

速度切换阀4是两位三通电磁阀，其具有速度切换电磁铁y3，速度切换阀4的n油口与k油口或m油口择一导通。

状态切换阀9是两位三通电磁阀，其具有状态切换电磁铁y4，状态切换阀9的u油口与v油口或w油口择一导通。

如图1所示，驱动泵2的两个油口(a油口和b油口)对应与控制阀5的c油口和d油口(也即三位五通换向阀52的c油口和d油口)连接，控制阀5的e油口与分流阀6的j油口连接，控制阀5的f油口同时和左前轮液压马达7、右前轮液压马达8的r油口连接。

补油泵13的出油口连接有补油过滤器3，通过补油过滤器3与前轮驱动控制阀5的h油口(也即三位四通换向阀51的h油口)连接，前轮驱动控制阀5的g油口(也即三位四通换向阀51的g油口)与油箱1连接。

左前轮液压马达7和右前轮液压马达8用于高低速工作排量切换控制的s油口与速度切换阀4的n油口连接，速度切换阀4的k油口与油箱连接；补油泵13的出油口通过补油过滤器3与速度切换阀4的m油口连接。在驱动泵2的两个油口(a油口和b油口)之间连接有双向补油阀12，该双向补油阀12的两个出油口对应与驱动泵2的两个油口连接，双向补油阀12的进油口与补油过滤器3的出口连接。

左前轮液压马达7和右前轮液压马达8的t油口与状态切换阀9的u油口连接，状态切换阀9的w油口与油箱连接，状态切换阀9的v油口与减压阀10的出油口连接；补油泵13的出油口通过补油过滤器3、减压阀10与状态切换阀9的v油口连接。

如图4所示，转速传感器15、挡位信号输入装置16、前轮工作模式输入装置17和前轮转向感应装置18与控制器14连接，驱动电磁铁y1、制动电磁铁y2、速度切换电磁铁y3、状态切换电磁铁y4、电磁开关电磁铁y5以及驱动泵2的控制端对应与控制器14的控制输出端连接。转速传感器15可直接测量平地机后轮的转速，也可以通过检测变速箱上某级转轴的转速而间接测量后轮的转速；挡位信号输入装置16可以是与平地机挡位操作手柄联动的拨位开关，也可以是平地机的电控挡位操作手柄。前轮工作模式输入装置16可以是拨位开关，例如该拨位开关具有自由轮模式、助力模式和制动模式，前轮工作模式输入装置处于不同的模式拨位，控制器14输出电位使三位四通换向阀51处于左位、或中位、或右位，同时控制器14输出电位使状态切换阀9处于上位或下位，从而实现前轮处于自由轮、助力驱动或制动工作模式。前轮转向感应装置18可以是角位移传感器，也可以位置开关。

在本实施中，当平地机不使用前轮驱动时，也即前轮工作模式输入装置17是处于自由轮状态时，驱动泵2的a油口经控制阀5的c油口、d油口回到驱动泵2的b油口。此时，驱动泵2的排量几乎为零，补油泵13的压力油经过补油过滤器3过滤后，通过补油阀12向系统补充液压油，同时经过减压阀10、状态切换阀9引入左前轮液压马达7、右前轮液压马达8的壳体回油口t油口，将前轮马达柱塞压回柱塞腔，使左前轮液压马达7、右前轮液压马达8处于自由轮状态。

当平地机使用前轮驱动时，也即前轮工作模式输入装置17是处于工作状态时，三位四通换向阀51的驱动电磁铁y1得电，三位四通换向阀51动作，处于左位，通过补油泵13输出的压力油将三位五通换向阀52从左位至右位换向，当三位五通换向阀52换向至中位时，控制阀5的c油口、d油口、e油口、f油口和l油口相互导通，当三位五通换向阀52换向至右位时，控制阀5的c油口与e油口导通、d油口与f油口导通，使驱动泵2的a油口与分流阀6的j油口导通；若平地机没有转向时，前轮转向感应装置18不输出信号，即电磁开关电磁铁y5得电，电磁开关阀61处于右位，驱动泵2的压力油经减压阀65进入液控换向阀62的上端，液控换向阀62换向，处于上位，此时，驱动泵2的压力油经过j1口、j2口、j3口等比分流至分流阀6的p油口和q油口；若平地机转向时，前轮转向感应装置18向控制器14输出信号，使电磁开关电磁铁y5失电，电磁开关阀61处于左位，驱动泵2的压力油经减压阀65进入液控换向阀62的上端并经t口回到油箱1，液控换向阀62不换向，处于下位，此时，驱动泵2的压力油经过j1口、p1口、q1口自由分流至分流阀6的p油口和q油口；分流阀6的p油口与左前轮液压马达7的a油口导通、q油口与右前轮液压马达8的a油口导通；控制阀5的f油口与左前轮液压马达7和右前轮液压马达8的r口导通；同时，补油泵13输出的压力油经过补油过滤器3过滤后，通过补油阀12向系统补充液压油；同时，状态切换阀9的电磁铁y4得电，状态切换阀9动作，处于上位，左前轮液压马达7、右前轮液压马达8的回油口t油口与油箱1相通；控制器14通过转速传感器15采集到后轮的转速，计算出后轮速度，输出控制电流给驱动泵2的变量机构，以输出对应速度的流量给左前轮液压马达7和右前轮液压马达8；当平地机车速发生变化，即转速传感器采集到的后轮转速值发生变化时，控制器重新计算出后轮速度，并输出控制电流给驱动泵2的变量机构，以输出对应速度的流量给左前轮液压马达7、右前轮液压马达8，使左前轮液压马达7、右前轮液压马达8的速度与后轮速度始终保持一致。

当平地机变速箱的挡位进入高速挡位时，挡位信号输入装置15向控制器给出相应的电信号，控制器使得速度切换阀4的速度切换电磁铁y3得电，速度切换阀4动作，处于上位，使速度切换阀4的m口与n口相通，补油泵13输出的压力油经补油过滤器3、速度切换阀4进入左前轮液压马达7、右前轮液压马达8的排量切换油口s油口，将左前轮液压马达7、右前轮液压马达8的工作排量由大排量切换到小排量实现左前轮液压马达7、右前轮液压马达8的高速运动；

当平地机制动时，前轮工作模式输入装置17处于制动工作状态，前轮工作模式输入装置17向控制器给出相应的电信号，控制器使得状态切换阀9的电磁铁y4得电，状态切换阀9动作，处于上位，左前轮液压马达7、右前轮液压马达8的回油口t油口与油箱1相通，同时，控制器使得三位四通换向阀51的制动电磁铁y2得电，三位四通换向阀51动作处于右位，三位五通换向阀52处于左位，补油泵的压力油进入左前轮液压马达7、右前轮液压马达8进出油口，将马达柱塞紧贴在马达内曲面上，使马达处于制动状态。

本发明与现有技术相比，本发明解决了前轮助力液压系统不因地面条件和工作装置负载大小的影响而使前轮相对后轮滑转，前轮的速度始终跟随后轮的速度；能有效解决现有平地机一泵带两马达的前轮驱动液压系统所存在的前轮单边打滑、整机跑偏的缺陷，同时也解决了转向时可能出现的转向外侧轮被拖拽导致轮胎磨损、整机转向困难以及整机滑移等不安全现象，平地机在直行到转向再到直行的过程中，分流阀流量分流模式自动切换，实现自动化控制功能，且在平地机行驶过程中可以切自如地换到前轮驱动功能，能有效地发挥前轮助力的作用。同时，解决了使用前轮驱动时前轮液压马达柱塞与马达内曲壁碰撞问题，提高前轮液压马达的使用寿命。