技术领域

本发明涉及液压控制领域， 具体地， 涉及一种具有旁通节流回路的液 压控制回路。 背景技术

在液压传动系统中， 通常还设置有速度控制回路， 以满足对执行元件 的运动速度的控制要求。 当前， 实现执行元件的运动速度的控制可以有多 种方式： 例如， 通过改变流量控制阀的通流截面来控制和调节 进入或流出 执行元件的流量， 从而实现调速的节流调速回路； 通过改变液压泵或液压 马达的排量来实现调速的容积调速回路。 由于对于容积调速回路来说， 通 常需要使用变量液压泵， 从而会使成本升高， 因此应用较多的是节流调速 回路， 如利用节流阀的旁通节流回路或利用换向阀的 换向阀调速回路。

例如， 图 1表示一种传统的液压控制回路。 如图 1所示， 该液压控制 回路包括方向控制阀 10和与该方向控制阀 10相连的执行元件 20 (如液压 马达）， 所述方向控制阀 10包括具有旁通入口 P'和旁通出口 C的旁通节流 回路， 其中， 旁通入口 P'与进油口 P相通 （即液压泵的工作液压油供应给 方向控制阀 10的进油口 P和旁通入口 P' )， 旁通出口 C与油箱相通， 所述 旁通节流回路的通流截面随方向控制阀 10的开度而改变。 其中， 11-16表 示方向控制阀 10的阀芯各个端部的各个节流槽。

图 1 所示为所述液压控制回路在方向控制阀 10处于中位时的工作状 态， 在该状态下， 方向控制阀 10的工作油口 （A口和 B口）、 进油口 P和 回油口 T均截止， 而旁通入口 P'和旁通出口 C接通， 旁通节流回路 （基本 上） 不对流经旁通入口 P'和旁通出口 C的油液产生节流作用。 此时， 执行 元件 20不动作， 来自于液压泵（未显示） 的液压油通过旁通入口 P'和旁通 出口 C流回油箱。

如当方向控制阀 10从图 1所示的中位移动到左位的过程中， 方向控制 阀 10的开度逐渐增大， 进油口 P与 A口相通， B口与回油口 T相通， 同时 旁通入口 P'和旁通出口 C所形成的旁通节流回路的通流截面逐渐减小� � 此 时， 来自于液压泵的液压油的大部分依次流经进油 口 P、进油节流槽 13、 A 口，经过执行元件 20并对该执行元件做功后，再从 B口经过回油节流槽 11 和回油口 T而流回油箱。而来自于液压泵的液压油小部� �流经旁通入口 P'、 旁通节流槽 12和旁通出口 C经过节流作用后流回油箱。

在系统流量是一定的情况下， 执行元件 20的运行速度 （如果执行元件

20为液压缸，则执行元件 20的运行速度是指该液压缸的活塞杆的线性移� �� 速度； 如果执行元件 20为液压马达， 则执行元件 20的运行速度是指液压 马达的旋转速度） 主要取决于系统负载以及方向控制阀 10的开度。

具体来说， 在负载一定的情况下， 如果方向控制阀 10的开度增大， 则 旁通入口 P'和旁通出口 C所形成的旁通节流回路的通流截面减小， 因此， 作用于执行元件 20的液压油的流量增加， 而流经旁通节流回路的液压油的 流量减小， 从而使执行元件 20的运行速度加快； 反之， 在负载一定的情况 下， 如果方向控制阀 10的开度减小， 则旁通节流回路的通流截面增大， 因 此， 作用于执行元件 20的液压油的流量减小， 而流经旁通节流回路的液压 油的流量增大， 从而使执行元件 20的运行速度减慢。 通过上述过程， 利用 方向控制阀 10的旁通节流回路来实现对执行元件 20的速度控制。

而在开度一定的情况下， 如果系统负载增大， 则会导致系统液压油的 压力升高， 从而使流经旁通节流回路的液压油的流量增大 ， 但由于系统的 供油量是一定的，因此必然会导致作用于执行 元件 20的液压油的流量减小， 从而使执行元件 20的运行速度减慢； 反之， 如果系统负载减小， 则会导致 系统液压油的压力降低， 从而使流经旁通节流回路的液压油的流量减小 ， 因此必然会导致作用于执行元件 20的液压油的流量增大， 从而使执行元件 20的运行速度加快。

通过以上分析可知， 影响执行元件 20的运行速度的主要因素为系统负 载和方向控制阀 10的开度， 换句话说， 作用于执行元件 20的液压油的流 量的主要影响因素为系统负载和方向控制阀 10的开度。

因此， 这种液压控制回路具有如下缺陷。

在系统处于怠速状态中时， 方向控制阀 10的阀芯处于中位， 系统液压 油通过旁通回路流回油箱， 由于节流槽是根据怠速时设计的， 因而旁通回 路中的液压油的流量与系统流量相等 （即此时旁通回流的通油能力与系统 供油相等）。

然而， 当启动执行元件 20 (此时， 方向控制阀 10的阀芯刚开始移动）， 由于系统流量快速增大， 从而导致旁通回路的通油能力小于系统供油， 则 多余的液压油的流量会流向执行元件 20，导致进入执行元件 20的液压油的 流量突增 （即在启动执行元件 20时， 进入执行元件 20的液压油的流量不 是从零开始的）。

由于该种缺陷的存在， 导致执行元件 20在启动时会产生剧烈的抖动。 因此， 传统的液压控制回路存在执行机构启动时平稳 性较差的缺陷。 如何提高传统的液压控制回路启动时的运行平 稳性成为需要解决的技术问 题。 发明内容

本发明的目的是提供一种液压控制回路， 利用该液压控制回路能够在 启动时获得较好的运行平稳性。

为了实现上述目的， 本发明提供一种液压控制回路， 该液压控制回路 包括具有旁通节流回路的方向控制阀和与该方 向控制阀连接的执行元件， 所述液压控制回路还包括阀， 该阀串联在所述旁通节流回路中， 从而能够 在启动所述执行元件时， 使流经所述旁通节流回路中的液压油的流量能 够 等于供应给所述方向控制阀的系统流量。

优选地， 在供应给所述方向控制阀的系统流量不变的情 况下， 所述阀 能够保持流经所述执行元件的液压油的流量不 变。

优选地， 在所述执行元件所承受的负载增大时， 所述阀相应地减小该 阀的阀口的通流截面； 在所述执行元件所承受的负载减小时， 所述阀相应 地增大该阀的阀口的通流截面， 以使在所述方向控制阀具有恒定的开度的 情况下， 流经所述旁通节流回路的液压油的流量不变。

优选地， 所述液压控制回路还包括油箱， 所述阀为包括入口、 出口以 及第一控制口和第二控制口的液控流量控制阀 ， 该液控流量控制阀的入口 与所述方向控制阀的旁通出口连通， 所述液控流量控制阀的出口与所述油 箱连通， 所述液控流量控制阀的第一控制口与所述液压 控制回路的系统压 力直接或间接相连， 所述第二控制口与所述旁通节流回路连通并连 接有作 用于所述液控流量控制阀的阀芯的液压控制装 置。

优选地， 所述液控流量控制阀的所述第一控制口与所述 方向控制阀的 进油口直接连通。

优选地， 所述液压控制装置包括节流阀和流量敏感活塞 缸， 所述节流 阀串联在所述方向控制阀的进油路中， 该流量敏感活塞缸包括密闭的活塞 筒和可轴向往复移动地设置在该活塞筒中的活 塞， 该活塞连接有伸出于所 述活塞筒的第一端壁的第一活塞杆， 该第一活塞杆与所述液控流量控制阀 的阀芯的弹簧连接， 所述活塞与所述第一端壁之间限定有第一腔， 所述活 塞与所述第二端壁之间限定有第二腔， 所述第一腔与所述方向控制阀的进 油路的节流阀下游部分连接， 所述第二腔与所述方向控制阀的进油路的节 流阀上游部分连接。

优选地， 所述流量敏感活塞缸的活塞还连接有沿与所述 第一活塞杆相 反方向伸出于所述活塞筒的第二端壁的第二活 塞杆。 优选地， 所述液压控制装置包括控制器和与该控制器电 连接的电控阀， 该电控阀的输出端连通于所述第二控制口， 从而作用于所述液控流量控制 阀的阀芯， 所述控制器根据供应给所述方向控制阀的系统 流量的流量信号 来控制所述电控阀的输出端的压力。

优选地，所述方向控制阀为具有进油口 P、回油口 T、两个工作油口 Α,

Β以及构成所述旁通节流回路的旁通入口 P'和旁通出口 C的阀， 在所述旁 通入口 P'和所述旁通出口 C之间设置有旁通节流槽 15，所述进油口 Ρ和旁 通入口 P'均与系统压力连通， 所述工作油口 Α， Β分别与所述执行元件 11 连通， 所述旁通出口 C与所述阀 30连通。

优选地， 所述执行元件为液压马达， 该液压控制回路为回转控制回路。 通过上述技术方案， 当执行元件启动时， 即方向控制阀的阀芯开始从 中位向左位或右位移动时， 系统流量增加， 利用阀对旁通节流回路中液压 油的控制， 从而使流经旁通节流回路中的液压油的流量能 够等于供应给方 向控制阀的系统流量， 也就是说， 供应给方向控制阀的系统流量基本上全 部通过旁通节流回路流到油箱， 因而没有液压油流到执行元件， 以实现在 执行元件启动时， 进入执行元件的液压油的流量是从零开始的。 进而能够 避免执行元件产生剧烈的抖动， 实现本发明的目的。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施 方式部分予以详细说 明。 附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与下面的具体实施方式一起用于解释本发明， 但并不构成对本发明的限制。 在附图中：

图 1是根据传统的液压控制回路的示意图；

图 2是根据本发明优选实施方式的液压控制回路� �示意图； 图 3是表示图 1中液控流量控制阀和流量敏感活塞缸连接关� �的具体 示意图；

图 4是图 3中流量敏感活塞杆的结构示意图；

图 5是根据本发明另一优选实施方式的液压控制� �路的示意图。 具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详 细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释 本发明， 并不用于限制本发 明。

如图 2所示， 根据本发明的液压控制回路包括具有旁通节流 回路的方 向控制阀 10和与该方向控制阀 10连接的执行元件 20， 所述液压控制回路 还包括阀 30， 该阀 30串联在所述旁通节流回路中， 从而能够在所述执行元 件 20启动时， 使流经所述旁通节流回路中的液压油的流量能 够等于供应给 所述方向控制阀 10的系统流量。

按照该技术方案， 当执行元件 20启动时， 即方向控制阀 10的阀芯开 始从中位向左位或右位移动时， 系统流量 Q增加， 利用阀 30对旁通节流回 路中液压油的控制， 从而使流经旁通节流回路中的液压油的流量能 够等于 供应给方向控制阀 10的系统流量， 也就是说， 供应给方向控制阀 10的系 统流量基本上全部通过旁通节流回路流到油箱 ， 因而没有液压油流到执行 元件 20， 以实现在执行元件 20启动时， 进入执行元件 20的液压油的流量 是从零开始的。 进而能够避免执行元件 20产生剧烈的抖动， 实现本发明的 目的。

为了实现本发明的目的， 阀 30可以具有多种形式，只要在执行元件 20 启动时能够对旁通节流回路的通流面积进行调 整控制， 使执行元件 20启动 时进入系统压力液压油全部流入旁通节流回路 即可。

例如， 阀 30可以为液控流量控制阀或电控流量控制阀， 该电控流量控 制阀或液控流量控制阀可以根据系统流量的信 号而动作。 下文中将详细描 述阀 30的两种优选的实施方式。

优选地， 当液压控制系统运行时， 在供应给所述方向控制阀 10的系统 流量不变的情况下， 所述阀 30还能够保持流经所述执行元件 20的液压油 的流量不变。 因而， 在液压泵供应给方向控制阀的液压油的流量 （即系统 流量） 不变的情况下， 不管执行元件上承受的负载如何变化， 都能够利用 阀 30使流经执行元件 20的液压油的流量 （基本上） 保持不变。 因而， 能 够使执行元件在运行过程中保持相对稳定的运 行速度， 从而实现稳定的运 行状态。

具体来说， 利用串联在旁通节流回路中的阀 30， 当所述执行元件 20 所承受的负载增大时， 所述阀 30相应地减小该阀的阀口的通流截面； 在所 述执行元件 20所承受的负载减小时， 所述阀 30相应地增大该阀的阀口的 通流截面， 以使在所述方向控制阀 10具有恒定的开度的情况下， 流经所述 旁通节流回路的液压油的流量 （基本） 不变。 这是因为， 例如当执行元件 20所承受的负载增大时， 系统压力增大， 系统压力的增大将推动阀 30的阀 芯移动而减小其通流面积， 因此阀 30入口的压力会上升直到阀 30的阀芯 受力重新达到平衡， 这样方向控制阀 10的供油口和阀 30入口之间的压差 基本保持不变， 从而使液压油经过旁通出口的流量也基本不变 。 类似地， 当执行元件 20所承受的负载减小时， 系统压力减小， 系统压力的减小将推 动阀 30的阀芯移动而增大其通流面积， 因此阀 30的入口压力会下降直到 阀 30的阀芯受力重新达到平衡， 这样方向控制阀 10的供油口和阀 30的入 口之间的压差基本保持不变， 从而使液压油经过旁通出口的流量也基本不 变。

因此， 不管系统负载如何变化， 由于流经旁通节流回路的液压油的流 量基本保持不变， 且系统流量能够保持一定， 因此供应给所述方向控制阀

10的液压油的流量是基本不变的， 通过方向控制阀 10的工作油口 （A口或 B口） 作用到执行元件 20的液压油的流量 （该流量等于供应给所述方向控 制阀 10的液压油的系统流量 Q减去流经旁通节流回路的液压油的流量 Q2 ) 也能够保持不变， 这样便可以实现用于执行元件的进油流量与负 载变化无 关， 而只由方向控制阀 10的阀芯的开度 （即旁通出口的通流面积） 决定。

能够实现本发明的技术方案的阀 30可以具有多种形式。例如，优选地， 如图 2和图 3所示， 所述液压控制回路还包括油箱， 所述阀 30为包括入口 301、 出口 302以及第一控制口 303和第二控制口 304的液控流量控制阀， 该液控流量控制阀的入口 301与所述方向控制阀 10的旁通出口 C连通，所 述液控流量控制阀的出口 302与所述油箱连通， 从而使阀 30串联在旁通节 油回路中。 所述液控流量控制阀的第一控制口 303 与所述液压控制回路的 系统压力直接或间接相连， 从而对阀 30的通流面积进行调节， 以实现执行 元件的进油流量与负载变化无关的目的。 优选地， 如图 2和图 3所示， 所 述液控流量控制阀的所述第一控制口 303与所述方向控制阀 10的进油口直 接连通。

另外， 所述第二控制口 304与所述旁通节流回路相连通， 并连接有作 用于所述液控流量控制阀的阀芯的液压控制装 置。 因此， 通过对所述弹簧 的作用来对所述液控流量控制阀的阀芯位置进 行适应性调整， 从而实现在 执行元件 20启动时， 进入执行元件 20的液压油的流量是从零开始的。

所述液压控制装置可以具有多种形式， 例如如图 2、 图 3和图 4所示， 所述液压控制装置包括节流阀 4和流量敏感活塞缸 32， 所述节流阀 4串联 在所述方向控制阀 10的进油路中， 该流量敏感活塞缸 32包括密闭的活塞 筒 329和可轴向往复移动地设置在该活塞筒 329中的活塞 328， 该活塞 328 连接有伸出于所述活塞筒 329的第一端壁 3281的第一活塞杆 327， 该第一 活塞杆 327与所述液控流量控制阀的阀芯的弹簧连接， 从而通过调整作用 于该弹簧上的作用力而调节液控流量控制阀的 阀芯的位置， 所述活塞 328 与所述第一端壁 3281之间限定有第一腔 322， 所述活塞 328与所述第二端 壁 3282之间限定有第二腔 321，所述第一腔 322与所述方向控制阀 10的进 油路的节流阀 4下游部分连接， 所述第二腔 321与所述方向控制阀 10的进 油路的节流阀 4上游部分连接。

下面参考图 3和图 4详细描述如何利用上述液压控制装置实现本� �明 的目的。

对于液控流量控制阀 （30) 来说， 流经旁通节流回路的液压油从旁通 出口 C流到入口 301， 然后从出口 302流回油箱。 在第一控制口 303， 液压 油的控制压力为进入方向控制阀 10的系统压力 P,控制面积为 Al。在第二 控制口 304， 由于该第二控制口 304与旁通节流回路相通， 因而液压油的控 制压力为进入液控流量控制阀的入口 301的液压油的压力 P2和该阀 30的 阀芯的弹簧的弹性力 Fo之和， 控制面积为 A2。 因此， 对于液控流量控制 阀而言， 力平衡方程为 P*Al=P2*A2+Fo (公式 1 )。 由于 A1=A2， 令 A1=A2=A， 则可以得出， P-P2=Fo/A。 因为对于具体的阀 30来说， A为恒 定的， 因此 P-P2为一常量。 即经过旁通节流回路的节流作用后， 液压油的 压力差为固定的。 具体来说， 旁通节流槽 12和 15两侧的液压油的压力差 为固定的， 不受负载的影响。 因此实现在供应给所述方向控制阀 10的系统 流量不变的情况下， 流经旁通节流回路的液压油的流量保持不变， 进而保 持流经所述执行元件 20的液压油的流量不变。 实现执行元件的进油流量与 负载变化无关的目的。

因此， 与图 1所示的传统的液压控制回路中需要设置回油� �流槽 11和

14以减缓负载对系统的冲击不同， 在图 2所示的液压控制回路中， 不需要 设置回油节流槽 11和 14， 从而去除了背压， 使系统压力也相应地降低， 以 提高系统效率并降低维护成本。

对于流量敏感活塞缸 32来说， 假设节流阀 4的通流面积为 A6, 则节 流阀 4前后的压差 Po-P随着方向控制阀 10的进油路的流量的增大而增大 (根据小孔流量公式可知： Q = c _d ， 其中 c _d 为流量系数，

为液压油密度）。 由于所述第一腔 322与所述方向控制阀 10的进油路的 节流阀 4下游部分连接， 因而第一腔 322引入进入方向控制阀 10的进油口 的压力 P,控制面积为 A5; 由于所述第二腔 321与所述方向控制阀 10的进 油路的节流阀 4上游部分连接， 因而第二腔 321引入系统压力 Ρο, 控制面 积为 Α4。 显然， 上述压力 Ρο是在节流阀 4上游的系统液压油的压力， 而 压力 Ρ是经过节流阀 4后 （下游） 的液压油的压力。

因此， 活塞 328的力平衡公式为： Po*A4=P*A5+Fo (公式 2)。 由于第 一活塞杆 327的存在，导致第一腔 322的控制面积 A5与第二腔 321的控制 面积 A4稍有误差。在该误差可以忽略的前提下，即 A4=A5，并令 Α4=Α5=Α'。 则根据上述公式 2可知， Fo= (Po-P) *A'。 因而， 当使执行元件 20启动时， 系统流量 Q增大， 则节流阀 4两侧的压力差 Po-P增大， 进而使 Fo增大， 使旁通节流回路中液压油的压力差 P-P2增大， 从而增大流经旁通节流回路 中液压油的流量。 通过合理地设计上述各个参数， 能够实现在使执行元件 20启动时， 旁通节流回路中液压油的流量增大到与系统流 量相同， 从而实 现本发明的目的。

如下为计算过程： 流经旁通节流回路的液压油的流量为 Q2, 其中，

2 * (尸。—尸）* Α'

ρ * Α A——压力补偿阀 31的力控制面积；

A' ——流量敏感活塞 32的控制面积；

A3——旁通节流回路 （旁通节流槽 12或 15 ) 的通流面积；

A6——节流阀 4的通流面积。

上述 A、 A'和 A6为固定值， A3随着方向控制阀 10的开度的增大而减 小。 因而， 随着方向控制阀 10的开度逐渐增大， 由于旁通节流槽 12或 15 的通流面积逐渐减小， 因而， 通过旁通回路的流量逐渐减少， 直到方向控 制阀 10到达左位或右位 （这时， 根据需要， 旁通回路有部分液压油通过或 者没有液压油通过）。 而当方向控制阀 10的开度为定值， 系统流量 Q为定 值时， 则流经旁通节流回路的液压油的流量 Q2也为定值， 所以进入执行元 件 20的液压油的流量 Q1也为定值。 即当系统流量 Q为定值时， 进入执行 元件 20的液压油的流量只与方向控制阀 10的开度有关； 当方向控制阀 10 的开度为定值， A3为定值， 系统流量 Q增大时， 流经旁通节流回路的液压 油的流量 Q2增大， 通过合理设计上述各个参数， 能够在执行元件 20启动 时， 使得流经旁通节流回路的液压油的流量 Q2等于系统流量 Q, 即进入执 行元件 20的流量 Q1可以从零开始。

优选情况下， 如图 4所示， 所述流量敏感活塞缸 32的活塞 328还连接 有沿与所述第一活塞杆 327 相反方向伸出于所述活塞筒 329 的第二端壁 3282的第二活塞杆 326，从而使第一腔 322的控制面积 A5与第二腔 321的 控制面积 A4保持一致， 以减少误差的存在。

上述液压控制装置并不限于此， 如图 5所示， 所述液压控制装置可以 包括控制器 50和与该控制器 50电连接的电控阀 40， 该电控阀 40的输出 端连通于所述液控流量控制阀的第二控制口 304， 从而作用于所述液控流 量控制阀的阀芯， 所述控制器 50根据系统压力液压油的流量信号 （即系 统流量 Q) 来控制所述电控阀 40的输出端的压力。 优选地， 所述电控阀 40为电磁比例减压阀。 因此， 当控制器 50获知执行元件 20启动时（即系统流量 Q增大时）， 该控制器 50能使电控阀 40动作， 以调整液控流量控制阀的阀芯的位置， 从而使流经旁通节流回路的液压油的流量 Q2增大到与系统流量 Q相等的 水平， 实现本发明的目的。

优选地， 如图 2所示， 所述方向控制阀 10为具有所述进油口 P、 回油 口 T、两个工作油口 A, Β以及构成所述旁通节流回路的旁通入口 P'和旁通 出口 C的阀 （如三位六通阀）， 在所述旁通入口 Ρ，和所述旁通出口 C之间 设置有旁通节流槽 12、 15， 所述进油口 Ρ和旁通入口 P'均与系统压力 （如 所述液压泵所泵压的系统液压油）连通， 所述工作油口 A, Β分别与所述执 行元件 11连通， 所述回油口 Τ与所述油箱连通， 所述旁通出口 C与所述阀 30连通， 进而与所述油箱连通。

具体来说， 如图 2所示， 在所述方向控制阀 10处于第一位置 （图 1中 的左位） 时， 所述进油口 Ρ与一个工作油口 Α连通， 所述回油口 T与另一 工作油口 B连通，所述旁通节流回路截止（旁通节流槽 12的通流面积最小， 即关闭）； 在所述方向控制阀 10处于第二位置 （图 2中的右位） 时， 所述 进油口 P与所述另一个工作油口 B连通， 所述回油口 T与所述一个油口 A 连通， 所述旁通节流回路截止 （旁通节流槽 15的通流面积最小， 即关闭）； 在所述方向控制阀 10处于中间位置时， 所述进油口 P和回油口 T均截止， 所述旁通入口 P'与所述旁通出口 C通过所述旁通节流槽连通 （此时， 该旁 通节流槽的通流面积最大 )。

优选地， 所述执行元件 11可以为液压马达， 该液压控制回路为回转控 制回路。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方 式， 但是， 本发明并不 限于上述实施方式中的具体细节， 在本发明的技术构思范围内， 可以对本 发明的技术方案进行多种简单变型， 这些简单变型均属于本发明的保护范 围。 另外需要说明的是， 在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术 特 征， 在不矛盾的情况下， 可以通过任何合适的方式进行组合， 而不限于权 利要求书中各项权利要求的引用关系。 为了避免不必要的重复， 本发明对 各种可能的组合方式不再另行说明。

此外， 本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行 任意组合， 只要 其不违背本发明的思想， 其同样应当视为本发明所公开的内容。