CN111226008A

CN111226008A - 工程机械的动臂增速液压系统

Info

Publication number: CN111226008A
Application number: CN201880066620.1A
Authority: CN
Inventors: 姜秉一
Original assignee: Doosan Infracore Co Ltd
Current assignee: HD Hyundai Infracore Co Ltd
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2020-06-02
Also published as: US20210207344A1; DE112018004495T5; KR20200044966A; WO2019074301A1; KR102403991B1

Abstract

本发明的工程机械的动臂增速液压系统包括：动臂缸，其用于使工程机械的动臂工作；主控制阀，其具有通过动臂头液压管线和动臂杆液压管线向所述动臂缸的动臂头腔室和动臂杆腔室选择性地供应来自液压泵的工作油的动臂控制阀芯；再生装置，其通过液压再生管线连接于所述动臂缸的所述动臂头腔室，且用于再生所述动臂缸的能量；以及再生阀单元，其设置于所述液压再生管线，且具有用于控制通过所述液压再生管线流动的工作油的流量的流量控制阀，动臂下降时储存于所述再生装置的能量在动臂上升时通过所述流量控制阀直接被供应至所述动臂缸。

Description

工程机械的动臂增速液压系统

技术领域

本发明涉及一种工程机械的动臂增速液压系统。更详细而言，涉及一种用于控制使工程机械的动臂升降的动臂缸的工程机械的动臂增速液压系统。

背景技术

诸如挖掘机的工程机械可以使用液压缸，以使前作业装置上升和下降。例如，可以使用发动机的动力来启动液压泵，使得由所述液压泵排出的工作油经主控制阀流入动臂缸，并随着产生所述动臂缸的行程使动臂上升。另一方面，动臂下降时，可以利用所述前作业装置的自重使工作油从所述动臂缸通过所述主控制阀被排出至储油槽。在这样的动臂下降动作中，由于所述前作业装置所具有的势能无法被有效利用而被丢弃，因而正在开发一种以适当的方法回收该势能而进行再利用的技术。

发明内容

技术问题

本发明的一课题在于提供一种具有能够大幅提升工程机械的动臂上升速度来提高作业量的动臂能量再生装置的工程机械的动臂增速液压系统。

技术方案

用于达成上述本发明的一课题的示例性的实施例的工程机械的动臂增速液压系统包括：动臂缸，其用于使工程机械的动臂工作；主控制阀，其具有通过动臂头液压管线和动臂杆液压管线向所述动臂缸的动臂头腔室和动臂杆腔室选择性地供应来自液压泵的工作油的动臂控制阀芯；再生装置，其通过液压再生管线连接于所述动臂缸的所述动臂头腔室，且用于再生所述动臂缸的能量；以及再生阀单元，其设置于所述液压再生管线，且具有用于控制通过所述液压再生管线流动的工作油的流量的流量控制阀，储存于所述再生装置的能量在动臂上升时通过所述流量控制阀直接被供应至所述动臂缸。

在示例性的实施例中，动臂上升时，所述再生阀单元的流量控制阀与操作部的操作量成比例地控制由所述再生装置供应至动臂缸的流量。

在示例性的实施例中，所述再生阀单元还可以包括开闭阀，该开闭阀设置于连接所述液压再生管线和所述动臂杆腔室的连接管线，且用于向所述动臂缸的动臂杆腔室选择性地供应通过所述液压再生管线排出的工作油的一部分。

在示例性的实施例中，动臂上升时，所述开闭阀被关闭。

在示例性的实施例中，所述再生装置包括连接于所述液压再生管线的液压电机，所述液压电机连接于发动机的驱动轴，并在动臂下降时向所述液压泵提供旋转力。

在示例性的实施例中，动臂上升时，所述液压电机被控制为不产生用于辅助发动机的扭矩。

在示例性的实施例中，所述液压电机将斜盘角控制为中立，以防止产生用于辅助发动机的扭矩。

在示例性的实施例中，所述再生装置包括连接于所述液压再生管线的蓄能器，动臂下降时，被加压的高压的动臂缸头侧流量通过所述液压再生管线被储存于所述蓄能器而使动臂缸的能量再生。

在示例性的实施例中，所述工程机械的动臂增速液压系统包括：第一再生开闭阀，其设置于所述蓄能器与所述液压再生管线之间，

动臂下降时，所述第一再生开闭阀被开放，以填充通过动臂的势能加压的高压的工作油；动臂上升时，所述第一再生开闭阀将所填充的工作油供应至液压电机，以辅助发动机。

在示例性的实施例中，所述工程机械的动臂增速液压系统包括：第二再生开闭阀，其设置于所述第一再生开闭阀的下游与油箱之间，且在发动机停止时被开放，以向油箱排出储存于所述蓄能器的工作油。

在示例性的实施例中，所述工程机械的动臂增速液压系统包括：控制单元，其根据由操作部传输的操作信号来控制所述主控制阀、所述再生装置及所述再生阀单元。

在示例性的实施例中，所述控制单元与由所述操作部操作的动臂增速信号成比例地控制所述流量控制阀，并在动臂上升时通过所述流量控制阀与动臂增速信号成比例地直接向所述动臂缸进行供应。

发明的效果

通过示例性的实施例的工程机械的动臂增速液压系统，可以加快动臂上升速度来大幅提高进行诸如挖掘装车的动臂缸速度较重要的作业时的作业量。

但是，本发明的效果不限于上面提及的效果，可以在不脱离本发明的思想和领域的范围内被多样地扩展。

附图说明

图1是示出以往的工程机械的基本结构的侧面图。

图2是示出包括用于动臂下降时回收能量的再生装置的工程机械的液压系统的液压回路图。

图3和图4是图2的液压系统中动臂下降时的液压回路图。

图5是图2的液压系统中动臂上升时的液压回路图。

图6是示出本发明的示例性的实施例的工程机械的动臂增速液压系统的液压回路图。

图7是示出本发明的示例性的实施例的工程机械的动臂增速液压系统的液压回路图。

符号说明

10：工程机械，20：下部行驶体，30：上部旋回体，32：上部框架，40：平衡锤，50：驾驶室，52：操作部，60：作业装置，70：动臂，72：动臂缸，72a：动臂头腔室，72b：动臂杆腔室，80：斗杆，82：斗杆缸，90：铲斗，92：铲斗缸，100：发动机，200：液压泵，201：液压电机，210：液压管线，212：回程液压管线，220：高压液压管线，222：动臂头液压管线，224：动臂杆液压管线，230：液压再生管线，300：主控制阀，310：动臂控制阀芯，400：再生阀单元，410：排出量控制阀，420：流量控制阀，430：开闭阀，500：蓄能器，510：再生开闭阀单元，511：第一再生开闭阀，512：第二再生开闭阀，600：控制单元。

具体实施方式

对于本文所公开的本发明的实施例，特定的结构性乃至功能性说明只是以用于说明本发明的实施例的目的例示的，本发明的实施例可以被实施为多样的形态，而不应解释为限于本文所说明的实施例。

当提及某一构成要素与另一构成要素“连结”或“连接”时，应理解为可以与该另一构成要素直接连结或连接，但中间也可能存在别的构成要素。相反，当提及某一构成要素与另一构成要素“直接连结”或“直接连接”时，应理解为中间不存在别的构成要素。用于说明构成要素间的关系的别的表述，即“在……之间”、“正好在……之间”或“与……相邻的”以及“与……直接相邻的”等也应如此进行解释。

本申请中使用的术语仅为说明特定的实施例而使用，并不意图限定本发明。除非上下文中明确不同地定义，单数的表述包括复数的表述。在本申请中，“包括”或“具有”等术语应理解为用于指定说明示出的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或这些的组合的存在，而不是预先排除一个或一个以上的别的特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或这些的组合的存在或可附加性。

下面参照附图对本发明的优选实施例进行更为详细的说明。对图中相同的构成要素使用相同的附图标记，并对相同的构成要素省略重复的说明。

图1是示出以往的工程机械的基本结构的侧面图。图2是示出包括用于动臂下降时回收能量的再生装置的工程机械的液压系统的液压回路图。图3和图4是图2的液压系统中动臂下降时的液压回路图。图5是图2的液压系统中动臂上升时的液压回路图。图7是示出本发明的示例性的实施例的工程机械的动臂增速液压系统的液压回路图。

参照图1，工程机械10可以包括下部行驶体20、能够旋回地搭载于下部行驶体20上的上部旋回体30、以及设置于上部旋回体30的驾驶室50和前作业装置60。

下部行驶体20支撑上部旋回体30，且可以利用由发动机100(参照图2)产生的动力来使诸如挖掘机的工程机械10行驶。下部行驶体20可以是包括如图1所图示的无限轨道的无线轨道式行驶体。不同于此，下部行驶体20可以是包括行驶轮的轮式行驶体。上部旋回体30具备作为底座的上部框架32，且可以在下部行驶体20上与地面平行的平面上旋转而设定作业方向。驾驶室50设置于上部框架32的左侧前方部，前作业装置60可以安装于上部框架32的前方部。

前作业装置60可以包括动臂70、斗杆80及铲斗90。可以在动臂70与上部框架32之间设置用于控制动臂70的动作的动臂缸72。可以在动臂70与斗杆80之间设置用于控制斗杆80的动作的斗杆缸82。另外，可以在斗杆80与铲斗90之间设置用于控制铲斗90的动作的铲斗缸92。随着动臂缸72、斗杆缸82及铲斗缸92伸长或收缩，动臂70、斗杆80及铲斗90可以实现多样的动作，前作业装置60可以执行多种作业。此时，动臂缸72、斗杆缸82及铲斗缸92可以通过由液压泵200(参照图2至图5)供应的工作油伸长或收缩。

另一方面，可以具备用于动臂70下降时再生由动臂缸72排出的动臂能量的能量再生系统。具有多个阀的再生阀单元400可以构成所述能量再生系统的一部分。

如后述，这样的能量再生系统可以在动臂70下降时将由动臂缸72排出的高压的工作油在蓄能器500中进行蓄压，或旋转液压电机201来辅助发动机的输出。

如图2所图示，示例性的实施例的工程机械的液压系统可以包括连接于发动机100的至少一个液压泵200、用于驱动所述前作业装置的至少一个驱动器72、82、92、设置于所述液压泵与所述驱动器之间的油路并控制所述驱动器的动作的主控制阀300(MCV)、以及用于再生所述前作业装置的能量的再生装置。

在示例性的实施例中，发动机100可以包括作为诸如挖掘机的工程机械的驱动源的柴油发动机。至少一个液压泵200可以通过动力传递装置(Power take-off，PTO，未图示)连接于发动机100。虽然图中未图示，先导泵及额外的液压泵可以连接于发动机100。从而，来自发动机100的动力可以被传递至液压泵200及所述先导泵。

液压泵200可以通过液压管线210连接于主控制阀300。主控制阀300可以通过液压管线210从液压泵200接收工作油并供应至诸如动臂缸72、斗杆缸82、铲斗缸92等的所述驱动器。

主控制阀300可以通过高压液压管线220分别连接于包括动臂缸72、斗杆缸82及铲斗缸92的多个驱动器。从而，可以通过由液压泵200排出的工作油的液压来驱动诸如所述动臂缸、斗杆缸及铲斗缸的各个驱动器。

例如，主控制阀300内的动臂控制阀芯310可以通过动臂头液压管线222和动臂杆液压管线224分别与动臂缸72的动臂头腔室72a和动臂杆腔室72b连接。从而，动臂控制阀芯310可以被切换而向动臂头腔室72a及动臂杆腔室72b选择性地供应由液压泵200排出的工作油。

驱动所述驱动器的工作油可以通过回程液压管线212返回至储油槽T。在示例性的实施例中，动臂下降时，来自动臂头腔室72a的工作油可以通过动臂头液压管线222经动臂控制阀芯310被排出至储油槽T(参照图3至图4)。此外，动臂上升时，来自动臂杆腔室72b的工作油可以通过动臂杆液压管线224经动臂控制阀芯310被排出至储油槽T(参照图5)。

在示例性的实施例中，所述工程机械的液压系统可以包括再生阀单元400，该再生阀单元400设置在连接于动臂头腔室72a的液压再生管线230，用于控制向所述再生装置的工作油的供应。所述再生阀单元400可以包括排出量控制阀410及开闭阀430，但不限于此，可以包括适合于能量再生系统的多样的阀。

液压再生管线230可以连接于动臂头腔室72a。源于动臂头腔室72a的液压管线可以被分歧为动臂头液压管线222和液压再生管线230。排出量控制阀410设置于液压再生管线230，并控制通过液压再生管线230流动的工作油的流量。开闭阀430设置于连接液压再生管线230和动臂杆腔室72b的连接管线240，并以能够向动臂缸72的动臂杆腔室72b选择性地供应通过液压再生管线230排出的工作油的一部分的方式进行控制。

如图7所图示，在示例性的实施例中，还可以包括控制单元600，其可以根据所选择的控制模式向所述再生阀单元输出先导信号压力来控制通过液压再生管线230进行的向所述再生装置的工作油的供应。这样的所述控制单元600也可以适用于本发明所公开的别的实施例来实现。

先导信号压力可以被供应至排出量控制阀410来开放液压再生管线230。就排出量控制阀410而言，根据控制阀芯的位置，流量待通过的开度面积可变。从而，排出量控制阀410可以控制液压再生管线230的开闭动作及所通过的流量。

此外，先导信号压力可以被供应至开闭阀430来开放连接管线240。随之，动臂杆腔室72b通过连接管线240连接于液压再生管线230，从而可以在动臂下降时向动臂缸72的动臂杆腔室72b供应动臂缸72的头侧与杆侧之间的面积差产生的不足流量。

在示例性的实施例中，所述再生装置可以在动臂70下降时利用由动臂缸72的动臂头腔室72a排出的高压的工作油来再生能量。所述再生装置可以包括蓄能器500及液压电机201。液压再生管线230的一端可以被分歧而分别连接于蓄能器500和液压电机201。

蓄能器500可以在动臂下降时储存由动臂缸72的动臂头腔室72a排出的高压的工作油。可以在连接于蓄能器500的液压再生管线230设置包括第一再生开闭阀511及第二再生开闭阀512的再生开闭阀单元510来控制向蓄能器500的工作油的供应/从蓄能器500的工作油的排出。更详细而言，可以在液压再生管线230与蓄能器500之间设置第一再生开闭阀511，并在第一再生开闭阀511的下游与油箱之间设置第二再生开闭阀512。动臂下降时，当利用高压的工作油来再生能量时，第一再生开闭阀511被开放；当不再生能量时，第一再生开闭阀511被关闭。第二再生开闭阀512起到在发动机停止时起为安全起见向油箱排出储存于蓄能器500的高压的工作油的作用，其在本发明的液压系统被启动的期间内始终维持关闭状态。当作业结束而长时间未启动液压系统时，若蓄能器500中填充有高压的工作油，可能会存在安全上的问题，因此，此时，第一再生开闭阀511及第二再生开闭阀512被开放，使得流量从蓄能器500被自动排出至油箱。

液压电机201连接于发动机100的驱动轴，且可以辅助发动机输出向所述液压泵提供旋转力。液压电机201可以通过具有规定的齿轮比的动力传动装置(PTO，未图示)来连接于发动机100的驱动轴。

在示例性的实施例中，主控制阀300可以包括液压式控制阀。可以通过与操作部52的操作量成比例的先导压力来控制动臂控制阀芯310。此外，基于所述操作部52的操作的操作信号被传输至控制单元600，所述控制单元600会根据所接收的操作信号来控制动臂控制阀芯310、排出量控制阀410、流量控制阀420、第一再生开闭阀511、第二再生开闭阀512以及液压电机201的斜盘角。此外，虽然相关图中未图示，但所述控制单元600可以控制阀和阀芯，或者，也可以根据用户的选择由操作部52直接控制阀和阀芯。

详细而言，如图3所图示，由作业者选择的控制模式为动臂下降模式，当作业者通过操作部52输入动臂下降信号时，所述动臂下降模式对应的先导信号压力被施加至排出量控制阀410及开闭阀430来开放液压再生管线230。随之，高压的动臂缸头侧压力通过开闭阀430传到动臂缸杆侧，使得动臂缸头侧压力变得高于通常的挖掘机的压力。被加压的高压的动臂缸头侧流量经排出量控制阀410通过液压再生管线230被储存于蓄能器500来回收动臂的势能，部分流量经液压电机201而辅助发动机行程。另一方面，当蓄能器500的压力较高，无法储存动臂下降流量时，如图4所图示，也可以通过主控制阀300排出动臂下降流量，虽然图中未图示，也可以通过另行设置的阀进行排出。

如图5所图示，当由作业者输入动臂上升信号而处于动臂上升模式时，动臂缸从液压泵200接收流量，且再生阀单元400内的排出量控制阀410及开闭阀430均被关闭。此时，储存于蓄能器500的高压的工作油被供应至液压电机201来辅助发动机。

图6是示出本发明的示例性的实施例的工程机械的动臂增速液压系统的液压回路图。图6的液压系统中，如同图2至图5的液压系统的再生阀单元400内的排出量控制阀410，可变地控制流量的流量控制阀420设置于再生阀单元400内。

在图6的液压系统中，动臂上升时，流量控制阀420被开放，使得储存于蓄能器500的能量通过流量控制阀420直接被供应至动臂缸72。动臂上升时，再生阀单元400的流量控制阀420与操作部52的操作量成比例地被控制单元600控制而控制由蓄能器500供应至动臂缸72的流量，且开闭阀430被关闭。此时，液压电机201被控制为不产生用于辅助发动机的扭矩。

即，图6的液压系统在诸如控制杆的操作部52或其他装置具备动臂增速功能，从而在动臂上升时驾驶员可以激活动臂增速功能来进行动臂增速动作。当动臂增速功能被激活时，通过控制单元600开放蓄能器500的第一再生开闭阀511，流量控制阀420也被开放，液压电机201的斜盘角处于中立位置，从而控制为不产生扭矩。由此，除了来自液压泵200的流量外，还会由蓄能器500向动臂头额外供应流量，从而动臂上升速度增加。

下面对此进行更为具体的描述。通常，动臂下降时，动臂的头压力为110bar左右，当将其储存于蓄能器时，蓄能器的最高压力不能超过110bar。另一方面，动臂上升时，要求动臂头压力为110bar以上，因此，当无另外的装置的情况下将动臂的势能储存于蓄能器时，由于储存于蓄能器的压力低于动臂上升时所要求的动臂头压力，因而无法向动臂头直接供应流量。然而，在本发明的液压系统中，动臂下降时，可以向杆侧供应动臂的头压力来提升动臂的杆压力，升高的动臂杆压力可以再对动臂头侧加压而将动臂头压力加压为200bar以上，且蓄能器压力也可以存储至200bar以上。在这种情况下，由于蓄能器压力在动臂上升时变得高于动臂头压力，因而可以向动臂头侧直接供应蓄能器流量来提升动臂上升速度。

通过如上所述的操作，可以大幅提升动臂上升速度，由此可以大幅增加进行诸如挖掘装车作业的动臂缸速度较重要的作业时的作业量。

另一方面，动臂下降时，图6的流量控制阀420履行如同图2至图5的排出量控制阀410的功能。虽然图中未图示，动臂下降时可以利用动臂头腔室的部分流量来产生用于辅助发动机的扭矩。若发动机负荷很少，则也可以减小液压电机201的斜盘角来增加填充于蓄能器500的流量。

尽管上面参照本发明的实施例进行了说明，但本发明所属技术领域中的一般的技术人员可以理解在不脱离下面的权利要求书中记载的本发明的思想和领域的范围内可以对本发明实施多样的修改和变更。

Claims

1.一种工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，包括：

动臂缸，其用于使工程机械的动臂工作；

主控制阀，其具有通过动臂头液压管线和动臂杆液压管线向所述动臂缸的动臂头腔室和动臂杆腔室选择性地供应来自液压泵的工作油的动臂控制阀芯；

再生装置，其通过液压再生管线连接于所述动臂缸的所述动臂头腔室，且用于再生所述动臂缸的能量；以及

再生阀单元，其设置于所述液压再生管线，且具有用于控制通过所述液压再生管线流动的工作油的流量的流量控制阀，

储存于所述再生装置的能量在动臂上升时通过所述流量控制阀直接被供应至所述动臂缸。

2.根据权利要求1所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，

动臂上升时，所述再生阀单元的流量控制阀与操作部的操作量成比例地控制由所述再生装置供应至动臂缸的流量。

3.根据权利要求1所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，

所述再生阀单元还包括开闭阀，该开闭阀设置于连接所述液压再生管线和所述动臂杆腔室的连接管线，且用于向所述动臂缸的动臂杆腔室选择性地供应通过所述液压再生管线排出的工作油的一部分。

4.根据权利要求3所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，

动臂上升时，所述开闭阀被关闭。

5.根据权利要求1所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，

所述再生装置包括连接于所述液压再生管线的液压电机，

所述液压电机连接于发动机的驱动轴，并在动臂下降时向所述液压泵提供旋转力。

6.根据权利要求5所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，

动臂上升时，所述液压电机被控制为不产生用于辅助发动机的扭矩。

7.根据权利要求6所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，

所述液压电机将斜盘角控制为中立，以防止产生用于辅助发动机的扭矩。

8.根据权利要求1所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，

所述再生装置包括连接于所述液压再生管线的蓄能器，

动臂下降时，被加压的高压的动臂缸头侧流量通过所述液压再生管线被储存于所述蓄能器而使动臂缸的能量再生。

9.根据权利要求8所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，包括：

第一再生开闭阀，其设置于所述蓄能器与所述液压再生管线之间，

动臂下降时，所述第一再生开闭阀被开放，以填充通过动臂的势能加压的高压的工作油；

动臂上升时，所述第一再生开闭阀将所填充的工作油供应至液压电机，以辅助发动机。

10.根据权利要求9所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，包括：

第二再生开闭阀，其设置于所述第一再生开闭阀的下游与油箱之间，且在发动机停止时被开放，以向油箱排出储存于所述蓄能器的工作油。

11.根据权利要求1所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，包括：

控制单元，其根据由操作部传输的操作信号来控制所述主控制阀、所述再生装置及所述再生阀单元。

12.根据权利要求11所述的工程机械的动臂增速液压系统，其特征在于，

所述控制单元与由所述操作部操作的动臂增速信号成比例地控制所述流量控制阀，并在动臂上升时通过所述流量控制阀与动臂增速信号成比例地直接向所述动臂缸进行供应。