一种挖掘机液压系统辅助控制装置

本发明涉及挖掘机节能，特别是涉及一种挖掘机液压系统辅助控制装置。

背景技术：

1、目前，多路阀液压系统是挖掘机市场主流的液压系统，具有集成度高、工作可靠等优点，但也存在多路阀结构复杂、流量分配欠协调、再生流量协调控制难、执行器制动欠稳定的问题，挖掘机作业过程中时常出现系统振动冲击和动作不协调的现象，严重影响着操作员的驾驶体验。

2、为了改善多路阀的流量分配特性，常常增设优先阀、压力补偿阀对轻重载联执行器的负载差异进行补偿，进而实现多执行器复合动作时的动作优先控制、比例分流控制，但这增加了多路阀的结构复杂性，同时由于负载是动态变化的，系统分流控制特性易受负载影响而变得不稳定。

3、为了提高系统能量效率、加快执行器动作速度，常常在多路阀阀内增设流量再生单向阀，在动臂/斗杆液压缸处于超越负载工况时，使动臂/斗杆缸回油腔的高压油直接经再生单向阀流入其进油腔。然而，再生单向阀的设置增加了多路阀的结构复杂性，且再生流量的大小容易受负载影响而变得不稳定。

4、为了改善回转马达的制动平稳性，常常为回转马达配备防反转阀，但由于防反转阀的响应特性不能完全满足预期控制要求，在马达制动停止瞬间，马达出口的制动压力对马达反向做功，仍然会引起一定程度马达反弹、振荡。此外，液压缸制动停止瞬间，液压缸制动腔对活塞-负载反向做功，同样会引起反弹、振荡现象。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种挖掘机液压系统辅助控制装置，改善多路阀液压系统的流量分配特性、增加动臂/斗杆液压缸再生流量的可控性、提高液压缸及回转马达的制动平稳性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种挖掘机液压系统辅助控制装置，包括：第一控制子模块、第二控制子模块、第三控制子模块和控制器，所述第一控制子模块、所述第二控制子模块和所述第三控制子模块均与所述控制器连接；

4、所述第一控制子模块设置在斗杆主阀与斗杆液压缸之间，所述第一控制子模块用于采集斗杆主阀与斗杆液压缸之间油路上的压力；所述第二控制子模块设置在动臂主阀与动臂液压缸之间，所述第二控制子模块用于采集动臂主阀与动臂液压缸之间油路上的压力；所述第三控制子模块设置在回转主阀和回转马达之间，所述第三控制子模块用于采集回转主阀与回转马达之间油路上的压力；所述控制器用于根据斗杆主阀与斗杆液压缸之间油路上的压力、动臂主阀与动臂液压缸之间油路上的压力和回转主阀与回转马达之间油路上的压力，通过所述第一控制子模块调节斗杆主阀与斗杆液压缸之间的流量，以及通过所述第一控制子模块调节斗杆液压缸的无杆腔和有杆腔之间的流量，通过所述第二控制子模块调节动臂主阀与动臂液压缸之间的流量，以及通过所述第二控制子模块调节动臂液压缸的无杆腔和有杆腔之间的流量，通过第三控制子模块调节回转主阀和回转马达之间流量，以及第三控制子模块调节回转马达的上侧工作腔和下侧工作腔之间的流量。

5、可选地，所述第一控制子模块包括与所述控制器连接的第一电液比例方向阀、第二电液比例方向阀、第三电液比例方向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器；所述第一电液比例方向阀的第一端分别与所述第二电液比例方向阀的第一端和斗杆液压缸的有杆腔连接，所述第一电液比例方向阀的第二端与液压系统中斗杆主阀连接；所述第三电液比例方向阀的第一端分别与所述第二电液比例方向阀的第二端和所述斗杆液压缸的无杆腔连接，所述第三电液比例方向阀的第二端与所述斗杆主阀连接；所述第一电液比例方向阀与所述斗杆主阀之间设置有所述第一压力传感器，所述第三电液比例方向阀与所述斗杆主阀之间设置有所述第二压力传感器，所述第二电液比例方向阀的第一端与所述斗杆液压缸之间设置有所述第三压力传感器，所述第二电液比例方向阀的第二端与所述斗杆液压缸之间设置有所述第四压力传感器；

6、所述第二控制子模块包括与所述控制器连接的第四电液比例方向阀、第五电液比例方向阀、第六电液比例方向阀、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器和第八压力传感器；所述第四电液比例方向阀的第一端分别与所述第五电液比例方向阀的第一端和动臂液压缸的有杆腔连接，所述第四电液比例方向阀的第二端与液压系统中动臂主阀连接；所述第六电液比例方向阀的第一端分别与所述第五电液比例方向阀的第二端和所述动臂液压缸的无杆腔连接，所述第六电液比例方向阀的第二端与所述动臂主阀连接；所述第四电液比例方向阀与所述动臂主阀之间设置有所述第五压力传感器，所述第六电液比例方向阀与所述动臂主阀之间设置有所述第六压力传感器，所述第五电液比例方向阀的第一端与所述动臂液压缸之间设置有所述第七压力传感器，所述第五电液比例方向阀的第二端与所述动臂液压缸之间设置有所述第八压力传感器；

7、所述第三控制子模块包括与所述控制器连接的第七电液比例方向阀、第八电液比例方向阀、第九电液比例方向阀、第九压力传感器、第十压力传感器、第十一压力传感器和第十二压力传感器；所述第七电液比例方向阀的第一端分别与所述第八电液比例方向阀的第一端和回转马达的上侧工作腔连接，所述第七电液比例方向阀的第二端与液压系统中回转主阀连接；所述第九电液比例方向阀的第一端分别与所述第八电液比例方向阀的第二端和所述回转马达的下侧工作腔连接，所述第九电液比例方向阀的第二端与所述回转主阀连接；所述第七电液比例方向阀与所述回转主阀之间设置有所述第九压力传感器，所述第九电液比例方向阀与所述回转主阀之间设置有所述第十压力传感器，所述第八电液比例方向阀的第一端与所述回转马达之间设置有所述第十一压力传感器，所述第八电液比例方向阀的第二端与所述回转马达之间设置有所述第十二压力传感器；

8、所述第一电液比例方向阀、所述第三电液比例方向阀、所述第四电液比例方向阀、所述第六电液比例方向阀、所述第七电液比例方向阀和所述第九电液比例方向阀均为常开式电液比例方向阀；

9、所述第二电液比例方向阀、所述第五电液比例方向阀和所述第八电液比例方向阀均为常闭式电液比例方向阀。

10、可选地，所述第一电液比例方向阀、所述第三电液比例方向阀、所述第四电液比例方向阀、所述第六电液比例方向阀、所述第七电液比例方向阀、所述第九电液比例方向阀、所述第二电液比例方向阀、所述第五电液比例方向阀和所述第八电液比例方向阀均为二位二通电液比例方向阀。

11、可选地，所述控制器用于调节斗杆液压缸、动臂液压缸和回转马达之间的流量分配，具体包括：

12、当挖掘机执行回转-动臂提升复合动作，回转主阀和动臂主阀均左位工作，回转马达的下侧工作腔为进油腔，动臂液压缸的无杆腔为进油腔，动臂液压缸进油腔的压力低于回转马达进油腔的压力，液压泵的流量优先流向动臂液压缸的无杆腔时，调小第四电液比例方向阀的开度，以使第六压力传感的压力值和第十压力传感的压力值相等；

13、当挖掘机执行回转-动臂下降复合动作，回转主阀左位工作，动臂主阀右位工作，回转马达的下侧工作腔为进油腔，动臂液压缸的有杆腔为进油腔，动臂液压缸进油腔的压力低于回转马达进油腔的压力，液压泵的流量优先流向动臂液压缸的有杆腔时，调小第六电液比例方向阀的开度，以使第五压力传感的压力值和第十压力传感的压力值相等；

14、当挖掘机执行回转-斗杆内收复合动作，回转主阀和斗杆主阀均左位工作，回转马达的下侧工作腔为进油腔，斗杆液压缸的无杆腔为进油腔，斗杆液压缸进油腔的压力低于回转马达进油腔的压力，液压泵的流量优先流向斗杆液压缸无杆腔时，调小第一电液比例方向阀的开度，以使第二压力传感的压力值和第十压力传感的压力值相等；

15、当挖掘机执行回转-斗杆外摆复合动作，回转主阀左位工作，斗杆主阀右位工作，回转马达的下侧工作腔为进油腔，斗杆液压缸的有杆腔为进油腔，斗杆液压缸进油腔的压力低于回转马达进油腔的压力，液压泵的流量优先流向斗杆液压缸的有杆腔时，调小第三电液比例方向阀的开度，以使第一压力传感的压力值和第十压力传感的压力值相等。

16、可选地，所述控制器用于根据动臂液压缸或者斗杆液压缸中两腔之间的压差，对再生流量进行控制，具体包括：

17、当挖掘机的动臂下降，动臂液压缸的无杆腔为回油高压腔，动臂液压缸的有杆腔为进油低压腔时，打开第五电液比例方向阀，并同时关小第六电液比例方向阀的阀口开度，使第八压力传感器的压力值和第七压力传感器的压力值之差等于第一设定值；

18、当挖掘机的斗杆内收，斗杆液压缸的有杆腔为回油高压腔，斗杆液压缸的无杆腔为进油低压腔时，打开第二电液比例方向阀，并同时关小第一电液比例方向阀的阀口开度，使第三压力传感器的压力值和第四压力传感器的压力值之差等于第二设定值。

19、可选地，所述控制器用于在斗杆液压缸、动臂液压缸或者回转马达制动停止前，连通对应斗杆液压缸、动臂液压缸或者回转马达制动的两个工作腔，具体包括：

20、当挖掘机转台制动，回转马达上侧工作腔为制动腔，回转主阀处于关闭状态，回转马达在负载惯性作用下继续转动，回转马达出口的液压油经安全吸油阀块溢流回第一油箱，当第十一压力传感器所测压力与第九压力传感器所测压力之差小于第三设定值时，打开第八电液比例方向阀；

21、当挖掘机回转马达制动，回转马达上侧工作腔为制动腔时，回转主阀处于关闭状态，回转马达在负载惯性作用下继续转动，回转马达出口的液压油经安全吸油阀块溢流回第一油箱，当第十一压力传感器所测压力与第九压力传感器所测压力之差小于第三设定值时，打开第八电液比例方向阀；

22、当挖掘机动臂液压缸制动，动臂液压缸有杆腔为制动腔，动臂主阀处于关闭状态，动臂液压缸活塞杆在负载惯性作用下继续运动，在动臂液压缸制动腔压力的作用下，动臂液压缸活塞杆-负载被减速停止，活塞杆-负载的动能转化为动臂液压缸制动腔的压力能，当第七压力传感器所测压力与第八压力传感器所测压力之差小于第四设定值时，打开第五电液比例方向阀；

23、当挖掘机动臂液压缸制动，动臂液压缸无杆腔为制动腔，动臂主阀处于关闭状态，动臂液压缸活塞杆在负载惯性作用下继续运动，在动臂液压缸制动腔压力的作用下，动臂液压缸活塞杆-负载被减速停止，活塞杆-负载的动能转化为动臂液压缸制动腔的压力能，当第七压力传感器所测压力与第八压力传感器所测压力之差小于第四设定值时，打开第五电液比例方向阀；

24、当挖掘机斗杆液压缸制动，斗杆液压缸有杆腔为制动腔，斗杆主阀处于关闭状态，斗杆液压缸活塞杆在负载惯性作用下继续运动，在斗杆液压缸制动腔压力的作用下，斗杆液压缸活塞杆-负载被减速停止，活塞杆-负载的动能转化为斗杆液压缸制动腔的压力能，当第三压力传感器所测压力与第四压力传感器所测压力之差小于第五设定值时，打开第二电液比例方向阀；

25、当挖掘机斗杆液压缸制动，斗杆液压缸无杆腔为制动腔，斗杆主阀处于关闭状态，斗杆液压缸活塞杆在负载惯性作用下继续运动，在斗杆液压缸制动腔压力的作用下，斗杆液压缸活塞杆-负载被减速停止，活塞杆-负载的动能转化为斗杆液压缸制动腔的压力能，当第三压力传感器所测压力与第四压力传感器所测压力之差小于第五设定值时时，打开第二电液比例方向阀。

26、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

27、本发明基于采集的斗杆主阀与斗杆液压缸之间油路上的压力、动臂主阀与动臂液压缸之间油路上的压力、回转主阀与回转马达之间油路上的压力，采用控制器控制斗杆主阀与斗杆液压缸之间、斗杆液压缸两工作腔之间、动臂主阀与动臂液压缸之间、动臂液压缸两工作腔之间、回转主阀和回转马达之间、回转马达两工作腔之间的流量，从而改善多路阀液压系统的流量分配特性、增加动臂/斗杆液压缸再生流量的可控性、提高液压缸及回转马达的制动平稳性。