一种用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置

摘要

本发明公开了一种用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置，包括一阀板、一插装阀组件及一第一测压装置，阀板安装在液压挖掘机的动臂油缸上，并加工有阀板内油路，该油路包括第一通口与第二通口，第一通口通过管路连通挖掘机的系统油路，第二通口直接连通动臂液压缸的大腔；插装阀组件安装在阀板上，并通讯连接挖掘机的控制系统，插装阀组件连通设置在第一通口与第二通口之间的阀板内油路，插装阀组件在控制系统的控制下连通或阻断第一通口与第二通口之间的油路；第一测压装置连通第一通口，并通讯连接挖掘机的控制系统。本发明采用插装阀组件与第一测压装置，可适应大流量工况、造价低、无需二次开发、易于维护。

说明书

技术领域

本发明涉及液压挖掘机的动臂，尤其与防止液压挖掘机动臂的意外下落 的机构有关。

背景技术

目前出于安全需要，在挖掘机及挖掘装载机举升机器中必须安装防管路 破裂阀，以防止动臂在工作过程中因意外下落引发安全事故。

对于小型液压挖掘机系统，由于工作油缸流量较小，有标准的管路防破 裂阀可以选用。如图1所示，为德国博世力士乐公司的MHRB系列产品1 的原理示意图。图中各接口含义如下：

A口连接液压系统的控制阀；

C口连接油缸进油口；

Pp为控制油口，由控制手柄给出控制信号；

Dr为测压口；

X为过载报警点。

工作过程如下：

油缸在举升动作时，Pp口无控制油供给，油液流向从A口经二次压力 阀11到C口。

保持举升位置时，从C口到A口无泄漏封闭。

油缸正常下降时，由Pp提供控制油，打开带防泄漏闭锁阀的主阀芯12， 油液由C流向A，闭锁阀12的阀口的过流面积是随控制压力升高按比例逐 渐增大。

当出现管道破裂时，相当于A口突然失压，此时闭锁阀12的阀口的过 流面积随控制压力减小按比例减小，下降速度的增加小于原下降速度的10%， 避免了出现失速情况。

此类闭锁阀12的标准通径只有16、22两种规格。适用于油缸工作流量 小于400L/min的工况。

对于油缸工作流量大于400L/min的工况，甚至更大流量工况，例如工 作油缸流量大于2000L/min的工况，目前市场没有标准商品液压部件销售。 各主机厂随机配套的均为针对特定机型特别设计的专用液压部件。

理论上讲，通过增大闭锁阀12的通径，选择适合的弹簧，改进闭锁阀 12的结构有可能实现通过大于400升/分钟，甚至更大的流量。但这相当于 重新设计闭锁阀12，二次研发费用高，且市场上不通用。另外，对于流量大 于1000升/分钟的工况，从滑阀的结构特点来说，它的阀口压降、响应时间 等性能比较差，会带来相应的安全隐患。

图2是目前另一种防止动臂意外下落的专用液压部件2的原理示意图。 可以看出，它的特点是，采用了二个具有液控单向阀功能的部件21、22并联 安装于动臂油缸20；部件21、22可实现在动臂油缸20供油管破裂时防止动 臂下落的功能；它的控制油来源于一个远程控制油泵23，通过一个远程的电 磁阀24控制。

这种方案能够防止动臂意外下落，但也有如下的不足之处：

1、单缸使用两套部件21、22，系统复杂，并存在二个部件21、22能否 同步开启的问题；

2、如果远程控制泵23或远程电磁阀24本身或连接管路出现故障，在故 障排除前动臂不能被放到安全位置，存在安全隐患。

3、由于采用远程控制，在需要响应速度快的场合，可能会影响到响应的 速度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种适应大流量工况、 造价低、无需二次开发、易于维护且结构简单、成本低廉、使用可靠的用于 防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置，包括：

一阀板，所述阀板安装在液压挖掘机的动臂油缸上，并加工有阀板内油 路，该油路包括第一通口与第二通口，所述第一通口通过管路连通所述挖掘 机的系统油路，所述第二通口直接连通所述动臂液压缸的大腔；

一插装阀组件，所述插装阀组件安装在所述阀板上，并通讯连接所述挖 掘机的控制系统，所述插装阀组件连通设置在所述第一通口与第二通口之间 的阀板内油路，所述插装阀组件在所述控制系统的控制下连通或阻断所述第 一通口与第二通口之间的油路；

一第一测压装置，所述第一测压装置连通所述第一通口，并通讯连接所 述挖掘机的控制系统。

进一步，所述插装阀组件包括：

插装阀盖板，所述插装阀盖板安装在所述阀板上，所述插装阀盖板上设 置有多条通路；

二通插装阀，所述二通插装阀安装在所述阀板内部孔道中，并通过所述 插装阀盖板固定，所述二通插装阀主油路连通设置在所述第一通口与第二通 口之间的阀板内油路；

先导控制电磁阀，所述先导控制电磁阀安装在所述插装阀盖板上，并通 过所述插装阀盖板上的多条通路分别连通所述二通插装阀上的控制油路及油 箱，所述先导控制电磁阀通讯连接所述挖掘机的控制系统。

进一步，所述第一通口数量为2个，所述2个第一通口之间并联设置。

进一步，所述阀板内油路还包括一第三通口，所述第三通口通过管路连 通所述动臂液压缸的小腔，所述第三通口连通所述阀板内油路的通路上连通 设置有一安全阀。

进一步，所述第二通口上连接设置有一第二测压装置，所述第三通口上 连接设置有一第三测压装置。

进一步，所述安全阀的压力设定值为400bar。

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明采用插装阀组 件与第一测压装置，第一测压装置采集第一通口的压力数据，并传送到挖掘 机的控制系统，控制系统通过插装阀组件控制液压挖掘机油缸大腔油路的通 断，从而在动臂管路发生故障时防止动臂快速下落，该结构适应大流量工况、 造价低、无需二次开发、易于维护，另外本发明结构简单、使用可靠，宜于 推广使用，有很强的市场价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为德国博世力士乐公司的MHRB系列产品的原理示意图；

图2为目前另一种防止动臂意外下落的专用液压部件的原理示意图；

图3为本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置的原理示 意图；

图4为本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置的轴侧示 意图；

图5为本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置的主视示 意图；

图6为本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置的俯视示 意图；

图7为本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置的左视示 意图；

图8为本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置的右视示 意图；

图9为本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置的仰视示 意图；

图10为本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装置的后视 示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理 解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的 范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

如图3-图10所示，本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压 装置3包括一阀板31、一插装阀组件32、一第一测压装置331、一第二测压 装置332、一第三测压装置333及一安全阀34。图4-图10中，为示出第一 测压装置331、第二测压装置332和第三测压装置333，只示出了连接相应测 压装置的接口，该接口标以相应测压装置的序号。

阀板31安装在液压挖掘机的动臂（图中未示出）上，由45钢锻件加工 而成，它的外形尺寸为：长495×宽350×高275。阀板31上加工有阀板内 油路，该油路包括第一通口311、第二通口312与第三通口313。其中，第一 通口311为并联设置的2个出口，均通过管路连通挖掘机的系统油路；第二 通口312为一个，直接连通动臂液压缸30的大腔301；第三通口313为一个， 通过短管连通动臂液压缸30的小腔302。

在阀板31与动臂油缸30连接的面上，加工有一个高25mm的台阶，上 面加工有O型圈35的安装沟槽（位于第二通口312）。加工台阶的目的是避 免在安装过程中阀板31与动臂油缸30缸底干涉，同时减小阀板31与动臂油 缸30的接触面积，有利于减小阀板31重量，有利于增加阀板31与动臂油缸 30之间密封的可靠性。本发明中，O形圈35数量为1件，型号为PRP232/69.44 ×3.53/N70，安装于阀板31表面的O型圈沟槽内。

插装阀组件32包括插装阀盖板321、二通插装阀322与先导控制电磁阀 323。插装阀盖板321安装在阀板31上，插装阀盖板321上设置有多条通路。 二通插装阀322安装在阀板31内部孔道中，并通过插装阀盖板321固定，二 通插装阀321主油路连通设置在第一通口311与第二通口312之间的阀板31 内油路。先导控制电磁阀323安装在插装阀盖板321上，并通过插装阀盖板 321上的多条通路分别连通二通插装阀322上的控制油路及油箱。先导控制 电磁阀323通讯连接挖掘机的控制系统，控制系统控制先导控制电磁阀323 得电、失电，先导控制电磁阀323通过得失电改变二通插装阀322的控制油 路的方向，从而控制二通插装阀322主油路的通断，以实现连通或阻断第一 通口311与第二通口312之间的油路。

本发明中，二通插装阀322可采用力士乐标准二通插件，数量1件，型 号：LC80A05E6X。插装阀盖板321可采用力士乐标准二通插装阀盖板，数 量1件，型号：LFA80WEA-6X/A12P12T12。先导控制电磁阀323数量1件， 型号：M-3SEW10U1X/420MG24N9K4。

第一测压装置331连通第一通口311，并通讯连接挖掘机的控制系统， 用于检测连接动臂油缸30大腔301的管路压力。第二测压装置332连通第二 通口312，并通讯连接挖掘机的控制系统，用于检测动臂油缸30大腔301的 压力。第三测压装置333连通第三通口313，并通讯连接挖掘机的控制系统， 用于检测动臂油缸30小腔302的压力。本发明中的第一测压装置331、第二 测压装置332及第三测压装置333的接口螺纹均为G1/4，位于阀板31的表 面上，包括测压接头与压力传感器。

安全阀34连通设置在第三通口313连通阀板31内油路的通路上，用于 限定动臂油缸30大腔301与小腔302之间的最大压力值，本发明中该压力设 定值为400bar。本发明中，安全阀34数量为1件，型号为DBDS20P1X-400E， 安装于阀板31的表面。

下面以举升动臂为例说明本发明工作过程：

举升动臂时，油液从动臂油缸30大腔301的供油管输入第一通口311， 并通过油路进入二通插装阀322，此时先导控制电磁阀323通电，进入二通 插装阀322的油液依靠油压顶开二通插装阀322的阀芯，从而通过第二通口 312进入动臂油缸30的大腔301，动臂油缸30的小腔302通过P口连通系 统油路进行回油，此时动臂油缸30的活塞杆固定不动，因此动臂向上举升。 如果出现大腔301与小腔302之间压力差超过400bar的情况时，安全阀34 开启，以平衡大腔301与小腔302之间压力。在举升动臂过程中发生供油管 破裂时，第一测压装置331检测到第一通口311压力快速下降，并将该信息 传输到挖掘机的控制系统，挖掘机的控制系统发出指令，使得先导控制电磁 阀323断电，先导控制电磁阀323在弹簧力作用下换位，压力油液通过先导 控制电磁阀323的油路进入二通插装阀322阀芯上腔，将阀芯压下，从而使 得二通插装阀322主油路断开，即第一通口311与第二通口312之间油路断 开，从而大腔301的油液不会外泄，使得动臂保持原位不动。

液压挖掘机工作时，动臂共存在以下四种工况：

1、动臂靠自重下放；

2、动臂在铲斗触地后继续下放；

3、靠动力源举升动臂；

4、动臂保持举升位置。

在以上四种工况中，第一与第三种工况均为动态过程，第四种工况为静 态过程。在上述三个工况下，如果出现动臂油缸30大腔301的供油管意外破 裂，将导致第一通口311的压力急速下降，如无防护会导致动臂快速落下， 从而损坏设备甚至带来人员伤亡。在第二种工况，因为动臂所携带铲斗已与 地面接触，此时，动臂油缸30小腔302压力增大，大腔301压力减小，约等 于回油管路背压。此时即便发生动臂油缸30大腔301管路意外破裂，也不会 对设备产生最严重伤害。

由上述说明可知，本发明的用于防止液压挖掘机动臂意外下落的液压装 置3主要针对第一、第三和第四种工况起作用。具体控制方法如下所述：

在液压挖掘机工作时，第一测压装置331、第二测压装置332和第三测 压装置333分别检测动臂油缸30大腔301供油管、动臂油缸30大腔301和 动臂油缸30小腔302的压力，并为挖掘机的控制系统提供上述的实时压力信 号，此信号用于对系统状态的监测与控制。

在第一和第三种工况，先导控制电磁阀323初始状态为保持供电，第一 通口311与第二通口312之间的油路被打开并保持畅通。第一种工况时油液 由第二通口312流向第一通口311；第三种工况时油液由第一通口311流向 第二通口312。上述二种情况下，动臂油缸30大腔301将存在由于克服动臂 机构自重而产生的基准压力P₀。并且可通过第一测压装置331和第二测压装 置332监测到具体数值。当连接第一通口311的外部管道出现意外破裂时， 第一通口311的压力会出现急速的降低，挖掘机的控制系统通过第一测压装 置331检测到第一通口311压力远低于基准压力P₀，启动电控系统程序立即 切断先导控制电磁阀323的供电，从而切断第一通口311与第二通口312之 间的油路，使动臂基本保持在断电前的位置上。

在第四种工况，将始终保持第一通口311与第二通口312之间的油路处 于断电状态，以使动臂保持在要求的位置上。

本发明的优点就是：采用了标准的插装阀组件32，可以适用于超大流量 工况，而不必要采用专门定制的元件。同时可对系统各工况进行有效的监控。 它的通用性好，可适用于最高至4000升每分钟的流量范围。

本发明具有可扩展性，如果将先导控制电磁阀323换成比例控制阀，可 以更精确地实现控制。

本发明的阀板31使用标准刀具加工，制造精度易于保证。整体技术经济 性优良。

另外，本发明结构简单、造价低、无需二次开发、易于维护、使用可靠， 宜于推广使用，有很强的市场价值。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识 到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所 作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。