一种电液转向阀及其系统、控制方法与流程

本发明涉及一种电液转向阀及其系统、控制方法，属于工程机械液压。

背景技术：

1、近年来，主机电动化在工程机械领域的发展趋势明显，不仅是产品功能的提升，更体现在操作方式的革新和智能化水平的提高。遥控操作和无人化操作成为这一发展趋势的重要组成部分。其中，工程机械的转向液压系统，是工程机械主系统之一。转向系统从传统的方向盘转向到电控手柄、遥控或无人操作的电液转向，可以极大地提升工程机械操作的灵活性和适用性。

2、工程机械中如装载机，具有转向频繁、负载惯性大、转向扭矩大等特点，一般采用全液压转向系统，利用排量较小的全液压转向器驱动流量放大阀，流量放大阀驱动转向油缸实现转向。大吨位装载机满载工作时方向盘转向较重，驾驶员劳动强度大易疲劳。

3、装载机的电液转向系统的引入可以取消传统的机械连接，减轻操作员操作强度，使得操作更为轻松和高效。遥控操作和无人化控制为主机带来了更高的安全性。操作者可以在安全位置远程监控和操作装载机，使装载机可以在危险、狭小或指定区域内进行转向和操作，完成各种任务，减少操作员操作风险，为作业提供可靠的保障。

4、目前，大吨位装载机电液转向系统一般由电控手柄信号控制电液转向阀或电比例换向阀，由负载敏感泵为系统提供动力源，电液转向阀或电比例换向阀作为先导控制阀再去控制流量放大阀，负载敏感泵的油液一方面进入先导控制阀进油口，一方面进入流量放大阀进油口，由其工作油口控制转向油缸，实现车辆的左右转向。现有的大吨位装载机电液转向系统，包括如下不足：

5、(1)、负载敏感泵根据负载反馈的压力自动适应负载的变化，较定量泵极大的提高了系统的效率，但其负载的压力信号作用于变量泵的变量机构，变量机构是仍靠机械调节泵的摆角，支配变量泵改变排量，这就会造成系统响应延迟的问题，影响系统快速响应性。

6、(2)、电液转向阀或电比例换向阀作为先导级控制流量放大阀，再由流量放大阀控制转向油缸，二次控制加大了转向系统的滞后性；同时增加系统匹配难度和液压系统管路的复杂性。

7、(3)、大吨位装载机负载惯性较大，转向油缸冲击的负载压力可能会导致流量放大阀的换向阀芯关闭不及时或关闭过快，导致转向停止延迟或启动和停止冲击较大等现象。

8、因此，如何克服现有工程机械中电液转向系统的不足，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电液转向阀及其系统、控制方法。

2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，一种电液转向阀，包括：阀体、总线先导驱动模块（简称总线模块）、一级放大阀芯、二级放大阀芯、主换向阀芯、ls动态控制阀和转向优先阀。

4、其中，所述阀体上设置油口s1、油口s2，油口p，油口t，油口ef,油口cr和油口cl。

5、所述总线模块包括：第一电比例阀、第二电比例阀。

6、所述第一电比例阀的油口p、第二电比例阀的油口p均与油口p相连接，所述第一电比例阀的油口t、第二电比例阀的油口t均与油口s1相连接，第一电比例阀的油口a与一级放大阀芯的控制油腔c1相连接，第二电比例阀的油口a与一级放大阀芯的控制油腔c2相连接。

7、所述一级放大阀芯的油口p与油口p相连接，所述一级放大阀芯的油口t与油口t相连接，所述一级放大阀芯的油口ls1与一级放大阀芯的油口ls2相连接后再与ls动态控制阀的控制油腔c1相连接，所述一级放大阀芯的油口a分别与主换向阀芯的控制油腔c1、油口a1相连接，所述一级放大阀芯的油口b分别与主换向阀芯的控制油腔c2、油口b1相连接，所述主换向阀芯的油口a与油口cr相连接，所述主换向阀芯的油口b与油口cl相连接。

8、所述转向优先阀的油口p与油口p相连接，所述转向优先阀的油口a与所述二级放大阀芯的第一控制阀的油口p相连接，所述第一控制阀的油口a分别与第一单向阀的正向端、第二控制阀的控制油腔c1相连接，所述第一控制阀的油口b与所述第二控制阀的油口a相连接，所述第一控制阀的油口c与所述主换向阀芯的油口p1、所述第一控制阀的控制油腔c1以及所述第二控制阀的控制油腔c2分别相连接，所述第一控制阀的油口d与所述主换向阀芯的油口p2以及所述第一控制阀的控制油腔c2相连接，所述第一单向阀的负向端还与所述第一控制阀的控制油腔c1相连接，所述第二控制阀的油口b与第二控制阀的控制油腔c1相连接，所述主换向阀芯的油口t与油口t相连接。

9、所述ls动态控制阀的油口a与油口s2相连接，所述ls动态控制阀的油口b与所述转向优先阀的控制油腔c2相连接，所述转向优先阀的油口a还分别与所述转向优先阀的控制油腔c1、控制油腔c2相连接，所述ls动态控制阀的油口b还与所述ls动态控制阀的控制油腔c2相连接，所述转向优先阀的油口b与油口ef相连接。

10、作为优选方案，还包括：第一先导测压口mr，第二先导测压口ml和位移传感器，所述第一电比例阀的油口a还与第一先导测压口mr相连接，第二电比例阀的油口a还与第二先导测压口ml相连接，所述一级放大阀芯的主阀芯与位移传感器相连接。

11、作为优选方案，还包括：转向缓冲吸油阀，所述主换向阀芯的油口a与转向缓冲吸油阀的油口a相连接，所述主换向阀芯的油口b与转向缓冲吸油阀的油口b相连接，所述转向缓冲吸油阀的油口c与油口cr相连接，所述转向缓冲吸油阀的油口d与油口cl相连接，所述转向缓冲吸油阀的油口t与油口t相连接。所述转向缓冲吸油阀，包括：缓冲阀芯，所述转向缓冲吸油阀的油口a与所述转向缓冲吸油阀的油口c相连接，所述转向缓冲吸油阀的油口a还与第二单向阀的负向端、缓冲阀芯的控制油腔c1以及第一溢流阀的输入端相连接，所述转向缓冲吸油阀的油口b与所述转向缓冲吸油阀的油口d相连接，所述转向缓冲吸油阀的油口b还与第三单向阀的负向端、缓冲阀芯的控制油腔c2以及第二溢流阀的输入端相连接，所述第一溢流阀、第二溢流阀的输出端均与缓冲阀芯的输入端相连接，缓冲阀芯的输出端与第二单向阀、第三单向阀的正向端相连接后再与所述转向缓冲吸油阀的油口t相连接。

12、作为优选方案，还包括：减压阀，所述减压阀串联在油口p与所述第一电比例阀的油口p、第二电比例阀的油口p相连接的管路之间。

13、作为优选方案，还包括：ls溢流阀，所述ls溢流阀串联在所述转向优先阀的油口a与ls动态控制阀的油口b的公共点与油口t相连接的管路之间。

14、第二方面，一种电液转向阀的控制方法，具体包括：

15、当不转向时，第一电比例阀、第二电比例阀的油口a与油口t相导通，一级放大阀芯的控制油腔c1或控制油腔c2中的液压油均通过第一电比例阀、第二电比例阀的油口a流入油口s1，一级放大阀芯工作在中间工作位，一级放大阀芯的油口p截止，一级放大阀芯的油口ls1、油口ls2、油口a、油口b均与油口t相通，主换向阀芯的控制油腔c1或控制油腔c2中的液压油均通过一级放大阀芯的油口a、油口b流入油口t，主换向阀芯工作在中间工作位，主换向阀芯的油口a1，油口a，油口b，油口b1，油口p1，油口p2，油口t均截止，此时，第一控制阀的油口d没有液压油流入，第一控制阀和第二控制阀的所有油口均截止。

16、从油口p进入的液压油从转向优先阀的油口p导入，从转向优先阀的油口a导出，分别进入转向优先阀的控制油腔c1和控制油腔c2。ls动态控制阀的控制油腔c1通过一级放大阀芯的油口ls1、油口ls2与油口p相通，转向优先阀的控制油腔c2中的液压油流入ls动态控制阀的油口b、控制油腔c2，ls动态控制阀工作在右位，ls动态控制阀的油口b与油口a导通，并通过油口s2流出，转向优先阀的控制油腔c2的油压降低，在转向优先阀的控制油腔c1作用下，转向优先阀工作在左位，转向优先阀的油口p通过阻尼孔与油口a相通，转向优先阀的油口p与油口b相通，从油口p进入的液压油大部分由转向优先阀的油口b流出，流入油口ef。

17、或者，

18、当接收到右转向信号时，can总线信号驱动第一电比例阀的油口p与第一电比例阀的油口a导通。从油口p进入的一部分液压油经过第一电比例阀驱动一级放大阀芯的控制油腔c1，使一级放大阀芯的主阀芯向下移动，一级放大阀芯处在第一工作位，一级放大阀芯的油口p分别与油口a、油口ls1相导通，油口t与油口b相导通，油口ls2截止。从油口p进入的另一部分液压油进入一级放大阀芯的油口p，一部分从一级放大阀芯的油口ls1流入ls动态控制阀的控制油腔c1，另一部分从一级放大阀芯的油口a流入主换向阀芯的控制油腔c1和油腔a1。

19、从油口p进入的还一部分液压油从转向优先阀的油口p导入，从转向优先阀的油口a导出，分别进入第一控制阀的油口p、转向优先阀的控制油腔c1和控制油腔c2。转向优先阀的控制油腔c2的液压油还流入ls动态控制阀的油口b、控制油腔c2，由于ls动态控制阀的控制油腔c1在弹簧的作用，压力大于ls动态控制阀的控制油腔c2，ls动态控制阀工作在左位，ls动态控制阀的油口a和油口b截止，转向优先阀的控制油腔c2在弹簧的作用，压力大于转向优先阀的控制油腔c1，转向优先阀保持在右位，油口p与油口a相导通。

20、流入主换向阀芯的控制油腔c1推动主换向阀芯处于第二工作位，主换向阀芯的油口a1与油口p2相导通，油口a与油口p1相导通，油口b与油口t相导通，油口b1截止。流入油腔a1的液压油从油口p2流出，流入第一控制阀的油口d、控制油腔c2，第一控制阀处于工作位一，第一控制阀的油口d与油口c相导通，油口c与油口b相导通，油口p与油口a相导通。流入第一控制阀的油口p液压油经油口a流出，流入到第二控制阀的控制油腔c1、油口b，第二控制阀处于工作位四，油口b与油口a相导通，液压油从油口a流出，流入第一控制阀的油口b,再与油口d流入的液压油一同从油口c流出。第一控制阀的油口c流出的液压油从主换向阀芯的油口p1流入，从油口a流出，流入油口cr。

21、转向油缸中的回油经油口cl流入，经主换向阀芯的油口b，从主换向阀芯的油口t流出，经油口t流出。

22、主换向阀芯的控制油腔c2中的液压油通过一级放大阀芯的油口b，经油口t流入油口t。

23、从第一控制阀的油口c流出的液压油还流入第一控制阀的控制油腔c1，第二控制阀的控制油腔c2，第二控制阀在控制油腔c2和弹簧的作用下处于工作位三，第二控制阀的油口b与油口a截止。第一控制阀在控制油腔c1和弹簧的作用下处于工作位二，第一控制阀的油口p、油口c、油口d、油口a、油口b均截止。

24、或者，

25、当接收到左转向信号时，can总线信号驱动第二电比例阀的油口p与第二电比例阀的油口a导通。从油口p进入的一部分液压油经过第二电比例阀驱动一级放大阀芯的控制油腔c2，使一级放大阀芯的主阀芯向上移动，一级放大阀芯处在第二工作位，一级放大阀芯的油口p分别与油口b、油口ls2相导通，油口t与油口a相导通，油口ls1截止。从油口p进入的另一部分液压油进入一级放大阀芯的油口p，一部分从一级放大阀芯的油口ls2流入ls动态控制阀的控制油腔c1，另一部分从一级放大阀芯的油口b流入主换向阀芯的控制油腔c2和油腔b1。

26、从油口p进入的还一部分液压油从转向优先阀的油口p导入，从转向优先阀的油口a导出，分别进入第一控制阀的油口p、转向优先阀的控制油腔c1和控制油腔c2。转向优先阀的控制油腔c2的液压油还流入ls动态控制阀的油口b、控制油腔c2，由于ls动态控制阀的控制油腔c1在弹簧的作用，压力大于ls动态控制阀的控制油腔c2，ls动态控制阀工作在左位，ls动态控制阀的油口a和油口b截止，转向优先阀的控制油腔c2在弹簧的作用，压力大于转向优先阀的控制油腔c1，转向优先阀保持在右位，油口p与油口a相导通。

27、流入主换向阀芯的控制油腔c2推动主换向阀芯处于第二工作位，主换向阀芯的油口b1与油口p2相导通，油口b与油口p1相导通，油口a与油口t相导通，油口a1截止。流入油腔b1的液压油从油口p2流出，流入第一控制阀的油口d、控制油腔c2，第一控制阀处于工作位一，第一控制阀的油口d与油口c相导通，油口c与油口b相导通，油口p与油口a相导通。流入第一控制阀的油口p液压油经油口a流出，流入到第二控制阀的控制油腔c1、油口b，第二控制阀处于工作位四，油口b与油口a相导通，液压油从油口a流出，流入第一控制阀的油口b,再与油口d流入的液压油一同从油口c流出。第一控制阀的油口c流出的液压油从主换向阀芯的油口p1流入，从油口b流出，流入油口cl。

28、转向油缸中的回油经油口cr流入，经主换向阀芯的油口a，从主换向阀芯的油口t流出，经油口t流出。

29、主换向阀芯的控制油腔c1中的液压油通过一级放大阀芯的油口a，经油口t流入油口t。

30、从第一控制阀的油口c流出的液压油还流入第一控制阀的控制油腔，第二控制阀的控制油腔，第二控制阀在控制油腔和弹簧的作用下处于工作位三，第二控制阀的油口b与油口a截止。第一控制阀在控制油腔c1和弹簧的作用下处于工作位二，第一控制阀的油口p、油口c、油口d、油口a、油口b均截止。

31、作为优选方案，还包括：

32、当转向快速停止时，主换向阀芯快速回到中间工作位，油口cl或者油口cr的回油突然截止，转向缓冲吸油阀的油口c与油口a，油口d与油口b两个通道内存在高压油，两个通道内的高油压共同作用在缓冲阀芯两端的控制油腔c1和控制油腔c2上，保证缓冲阀芯处于中间位置，缓冲阀芯导通，停止冲击压力同时打开第一溢流阀或者第二溢流阀，油液经过缓冲阀芯的中间位置与转向缓冲吸油阀内部的油口t相连，打开第二单向阀和第三单向阀，使油口cl和油口cr相通，同时与油箱t相连，油口cr与油口cl的压力油相通后将冲击压力相互抵消。

33、第二单向阀和第三单向在油口cl或者油口cr油液不足时，从油口t吸油进行补油。

34、第一溢流阀和第二溢流阀在油口cl或者油口cr意外高压时，溢流起保护油缸的作用。

35、第三方面，一种电液转向阀系统，包括：电液转向阀，油箱，转向信号发出装置，电控泵，转向油缸，工作部分。

36、所述电液转向阀的油口s1与油箱相连接，所述转向信号发出装置发出电信号，电信号用于驱动电液转向阀中的总线模块以及电控泵，所述电液转向阀的油口s2与油箱相连接，所述电液转向阀的油口t与油箱相连接，所述电液转向阀的油口cr与转向油缸一侧油缸入口相连接，所述电液转向阀的油口cl与转向油缸另一侧油缸入口相连接，所述电液转向阀的油口ef与工作部分相连接。

37、作为优选方案，还包括：压力传感器，控制器。

38、所述电液转向阀的第一先导测压口mr，第二先导测压口ml分别设置有压力传感器，所述控制器用于接收驱动电液转向阀中的位移传感器以及压力传感器采集的数据。

39、第四方面，一种电液转向阀系统控制方法，具体包括：

40、当转向信号发出装置不发出转向信号时，电控泵向电液转向阀的油口p送入液压油，液压油经油口ef进入工作部分，一部分液压油经油口s2流入油箱。

41、或者，

42、当转向信号发出装置发出右转向信号时，电控泵向电液转向阀的油口p送入液压油，液压油经油口cr进入转向油缸的左缸，转向油缸的右缸中的液压油经油口t流入油箱。

43、或者，

44、当转向信号发出装置发出左转向信号时，电控泵向电液转向阀的油口p送入液压油，液压油经油口cl进入转向油缸的右缸，转向油缸的左缸中的液压油经油口t流入油箱。

45、作为优选方案，通过第一先导测压口mr，第二先导测压口ml测量管路re、管路le中的先导供油压力，以及根据位移传感器获取的一级放大阀芯的主阀芯的位移实现对电液转向阀系统工作情况的检测。

46、有益效果：本发明提供的一种电液转向阀及其系统、控制方法，可以实现电控手柄、遥控操作和无人化操作控制工程机械转向，其中，电液转向阀设置总线先导驱动模块、一级放大阀芯、二级放大阀芯、主换向阀芯、转向缓冲吸油阀、ls动态控制阀、ls溢流阀、转向优先阀和减压阀。以下重点叙述电控手柄操作的转向系统，遥控操作和无人化操作的电液转向系统是一致的。

47、（1）、转向系统采用电液转向阀，配置电控手柄和电控泵，驾驶员操作电控手柄后，通过产生的电信号控制总线先导驱动模块，实现电液转向一级放大流量输出。总线先导驱动模块可根据工程机械作业和使用工况配置安全功能，可以采用电比例型转向控制，实现一般控制，也可以根据负载工况及环境因素进行参数补偿与智能控制，采用位移-电闭环先导驱动模块控制，实现高精度控制策略。

48、（2）、总线先导驱动模块输出油液推动一级放大阀芯，输出一份先导油，此先导油一方面打开主换向阀芯，一方面通过主换向阀芯，打开并进入二级放大阀芯，将油液放大一定的倍数后，直接控制转向油缸，实现转向。本发明可以代替由一个电液转向阀或电比例换向阀充当先导，再去控制一款流量放大阀的电液转向系统，解决了二次控制导致的转向系统的滞后性，无需对两个阀进行匹配，降低系统匹配难度，提升工程机械转向响应性，简化液压系统管路。

49、（3）、采用电控泵为电液转向系统提供动力源，由控制器通过计算分析，向主泵的电磁比例阀输出电流信号，改变液压泵的排量输出，从而实现任意输出，系统响应更快。

50、（4）、主换向阀芯内部左右两侧分别设置一个单向阀，用于防止转向油缸的油液反向作用到主换向阀的先导腔，打开主换向阀芯或者关闭的时候主换向阀芯关闭延迟，导致的转向停止延迟或启动和停止冲击较大现象。

51、（5）、由于大吨位工程机械的铰接式转向结构，决定快速转向操作时启停冲击较大，本发明的电液转向阀在主工作油口cl和cr前的过载补油阀上设置缓冲阀，在保证系统安全的前提下，可以使大吨位工程机械转向时更稳定，降低冲击，增加操作舒适性。

52、相较于现有技术本发明优点如下：

53、1.电液转向系统采用本发明的电液转向阀，配套电控手柄和电控泵，可以提升系统的转向响应性，降低系统匹配难度，简化液压系统的管路；转向动作操作由操控方向盘更换为电控手柄，操作力小，响应快，舒适性优于方向盘转向，操纵灵活，更高效稳定。

54、2.主换向阀芯内部左右两侧分别设置一个单向阀，防止转向油缸的油液反向作用到主换向阀的先导腔，使系统转向停止响应更快。

55、3.本发明的电液转向阀在主工作油口cl和cr前的过载补油阀上设置缓冲阀，在保证系统安全的前提下，可以使大吨位装载机转向时更稳定，降低冲击，增加操作舒适性。