中位负流量阀、动臂节能控制系统及挖掘机技术领域
本实用新型涉及工程机械领域，尤其涉及一种中位负流量阀、动
臂节能控制系统及挖掘机。
背景技术
中大吨位液压挖掘机作为一种高效的土石方机械，被广泛应用于露
天矿山采掘、大型基础建设。目前市场上的中大吨位挖掘机一般采用主
泵排量与中位回油控制压力成反比例的负流量控制液压系统，多路阀各
联采用的结构形式都是开中心形式，负反馈节流孔布置在多路阀的中位
油路经过每一联换向阀后、回油箱之前，根据节流孔入口处的压力大小
来实现液压泵的排量调节。负反馈节流孔反馈的压力使泵在中位时的排
量处于较大值，造成中位流量损失。
中大吨位挖掘机动臂下降过程中，采用阀芯内部流量再生结构，根
据油缸大、小腔压力差，来实现再生功能。但由于多路阀换向过程中经
常处于中位与工作位同时工作的状态，导致多路换向阀中位负反馈压力
以恒定值调节主泵排量，造成了泵的功率浪费。随着液压挖掘机节能技
术的发展，目前挖掘机能耗高、效率低的问题成为一个亟待解决的问题。
现有挖掘机负流量控制方式采用中位回油控制压力与主泵排量成反
比的控制形式，负反馈节流口采用恒定节流口，放置在多路换向阀后、
回油箱之前。动臂下落过程中，根据与中位节流孔并联的溢流阀压力，
反馈到主泵负流量控制端口，从而调节主泵排量，使主泵排量快速稳定
在一个恒定值，并按此恒定排量实现供油。
现有技术中的负反馈节流口存在以下问题：
1)现有挖掘机动臂流量再生节流孔随动臂下落速度的增大，再生流
量增大，但负反馈节流口采用恒定节流口，使变量泵排量瞬间稳定在一
个较大值，造成泵功率浪费。
2)现有技术中，中位负反馈压力与动臂下落速度无关，动臂下落先
导压力增大时，下落速度增大，中位负反馈压力却保持在恒定值，导致
主泵排量不能根据动臂下落速度的大小，而进行相应调节，溢流损失严
重。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种中位负流量阀、动臂节能控制系统
及挖掘机，中位负流量阀能够根据动臂下落先导压力形成不同的负反
馈压力信号，以便于调节主泵的排量，避免造成主泵功率的浪费。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种中位负流量阀，其包括
可变节流阀，所述可变节流阀的进口处设有负反馈口，所述可变节流
阀内部形成节流槽，所述可变节流阀上设有先导压力控制端，所述先
导压力控制端连接于先导控制油路，用于控制所述节流槽的通流开度，
以调节所述可变节流阀的进出口流量差，所述负反馈口能够根据所述
可变节流阀的进出口流量差形成负反馈压力信号。
在一优选或可选实施例中，中位负流量阀还包括溢流阀，所述可
变节流阀与所述溢流阀并联连接。
在一优选或可选实施例中，所述可变节流阀包括节流阀体，所述
节流阀体内设有节流阀芯和节流阀弹簧，所述节流阀体的端部设有节
流阀堵头，所述节流阀芯与所述节流阀体之间形成所述节流槽，所述
先导压力控制端包括所述节流阀芯与所述节流阀堵头之间形成的先导
压力控制腔，还包括所述节流阀堵头上设置的连通所述先导压力控制
腔的先导压力通孔，通过所述先导压力控制端提供的不同油压能够推
动所述节流阀芯往复运动，以调节所述节流槽与所述可变节流阀的出
口的连通面积。
在一优选或可选实施例中，所述节流阀芯与所述节流阀体之间还
形成进油腔，所述节流槽通过所述进油腔连通所述可变节流阀的进口。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种动臂节能控制系统，
其包括主泵、多路换向阀、动臂油缸和上述任一实施例中的中位负流
量阀，所述主泵连接于所述多路换向阀，所述多路换向阀连接于所述
动臂油缸和所述中位负流量阀，所述中位负流量阀中形成的负反馈压
力信号用于调节所述主泵的排量。
在一优选或可选实施例中，所述多路换向阀包括用于控制动臂起
升的起升先导控制端和用于控制动臂下落的下落先导控制端，所述下
落先导控制端连接于所述可变节流阀的先导压力控制端。
在一优选或可选实施例中，所述多路换向阀至少包括中位、第一
工作位和第二工作位，在中位，所述多路换向阀与所述中位负流量阀
连通，在第一工作位和第二工作位，所述多路换向阀均与所述动臂油
缸连通，分别用于实现动臂的下落和上升动作，其中，在动臂下落过
程中，所述多路换向阀的中位和第一工作位同时工作。
在一优选或可选实施例中，所述多路换向阀的第一工作油口连通
所述中位负流量阀，所述多路换向阀的第二工作油口和第三工作油口
分别连通所述动臂油缸的无杆腔和有杆腔，所述多路换向阀的第一进
油口和第二进油口连通所述主泵，所述多路换向阀的回油口连通油箱。
在一优选或可选实施例中，所述多路换向阀在中位，所述多路换
向阀的第一进油口与第一工作油口连通，第二进油口、回油口，第二
工作油口和第三工作油口均截止，所述多路换向阀在第一工作位，所
述多路换向阀的第一进油口和第一工作油口截止，第二进油口与第三
工作油口连通，第二工作油口与回油口连通，所述多路换向阀在第二
工作位，所述多路换向阀的第一进油口和第一工作油口截止，第二进
油口与第二工作油口连通，第三工作油口与回油口连通。
在一优选或可选实施例中，所述多路换向阀在第一工作位，所述
多路换向阀的第二进油口与第三工作油口之间的油路还连接一支路，
所述支路还与所述多路换向阀的第二工作油口与回油口之间的油路连
通，且所述支路上设有单向阀，所述单向阀的进油口连通所述多路换
向阀的第二工作油口与回油口之间的油路。
在一优选或可选实施例中，所述多路换向阀的第二工作油口与所
述动臂油缸的无杆腔连通的油路上设有动臂保持阀，所述动臂保持阀
用于控制所述多路换向阀的第二工作油口与所述动臂油缸的无杆腔之
间油路的通断。
在一优选或可选实施例中，所述动臂保持阀包括插装阀和先导滑
阀，所述先导滑阀的先导端无先导压力时，所述插装阀的无弹簧腔通
过所述先导滑阀连通所述插装阀的弹簧腔，所述插装阀关闭，所述多
路换向阀的第二工作油口与所述动臂油缸的无杆腔之间的油路断开；
所述先导滑阀的先导端有先导压力时，所述插装阀的弹簧腔通过所述
先导滑阀连通油箱，所述插装阀开启，所述多路换向阀的第二工作油
口与所述动臂油缸的无杆腔之间的油路连通。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种挖掘机，其包括上述
任一实施例中的动臂节能控制系统。
基于上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：
本实用新型提供的可变节流阀内部形成有节流槽，可变节流阀上
设有先导压力控制端，先导压力控制端连接于先导控制油路，先导控
制油路能够提供不同油压，以控制节流槽的通流开度，进而能够调节
可变节流阀的进出口流量差，负反馈口能够根据可变节流阀的进出口
流量差形成不同的负反馈压力信号，不同的负反馈压力信号能够用于
调节主泵的排量，避免造成主泵功率的浪费。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本
申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用
新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型提供的中位负流量阀应用到动臂节能控制系统
中的原理示意图；
图2为本实用新型提供的动臂节能控制系统在动臂下落过程中的
状态示意图；
图3为本实用新型提供的中位负流量阀示意图。
附图中标号：
1-多路换向阀；11-起升先导控制端；12-下落先导控制端；
2-动臂保持阀；21-插装阀；22-先导滑阀；
3-动臂油缸；4-油箱；5-溢流阀；
6-可变节流阀；61-节流槽；62-先导压力控制端；63-节流阀体；
64-节流阀芯；65-节流阀弹簧；66-节流阀堵头；67-进油腔；
7-负反馈口；
a-第一油路；b-第二油路；c-第三油路；d-先导控制油路；e-第
一油道；f-第二油道；Q-主油路。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进
行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部
分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普
通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都
属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横
向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、
“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅
是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能
理解为对本实用新型保护范围的限制。
中位负流量阀的负流量控制是指中位反馈到主泵的压力逐渐增大
时，主泵摆角逐渐减小以减小主泵流量，主泵流量与中位压力成负相
关关系。
如图1、图2所示，为本实用新型提供的中位负流量阀应用在动
臂节能系统上的示意性实施例。
本实用新型提供的中位负流量阀包括可变节流阀6，可变节流阀6
的进口处设有负反馈口7，可变节流阀6内部形成节流槽61(如图3
所示)，可变节流阀6上设有先导压力控制端62，先导压力控制端62
连接于先导控制油路d，先导控制油路d能够提供不同的先导压力，
以控制节流槽61的通流开度，进而能够调节可变节流阀6的进出口流
量差，负反馈口7能够根据可变节流阀6的进出口流量差形成不同的
负反馈压力信号，根据不同的负反馈压力信号能够用于调节主泵的排
量，避免造成主泵功率的浪费。例如：动臂下落先导压力增大时，动臂
下落的速度增大，先导控制油路d提供的油压增大，可变节流阀6的
进出口流量差增大，负反馈压力增大，因此，能够根据负载反馈压力信
号调节主泵使其排量减小，进而减小主泵的流量损失，提高系统的能量
利用率。
本实用新型提供的中位负流量阀还包括溢流阀5，可变节流阀6
与溢流阀5并联连接，可变节流阀6的进口与溢流阀5的进口共同连
接于进油油路，可变节流阀6的出口与溢流阀5的出口共同连接于回
油油路，回油油路连接于油箱4。溢流阀5的压力即负反馈压力，反馈
到主泵的负流量控制口，能够调节主泵的排量，进而避免溢流损失。
如图3所示，可变节流阀6包括节流阀体63，节流阀体63内设
有节流阀芯64和节流阀弹簧65，节流阀体63的端部设有节流阀堵头
66，节流阀芯64与节流阀体63之间形成环形的节流槽61和进油腔
67，节流槽61通过进油腔67连通可变节流阀6的进口，节流槽61
的部分面积连接于可变节流阀6的出口，先导压力控制端62包括节流
阀芯64与节流阀堵头66之间形成的先导压力控制腔，还包括节流阀
堵头66上设置的连通先导压力控制腔的先导压力通孔，通过先导压力
控制端62提供的不同油压能够推动节流阀芯64往复运动，以调节节
流槽61与可变节流阀6的出口的连通面积。例如：在先导压力控制端
62的油压逐渐增大的状态下，节流槽61与可变节流阀6的出口连通
的面积也逐渐增大，可变节流阀6的出口流量逐渐增加，以使溢流阀
5压力逐渐升高，负反馈压力逐渐增大，根据逐渐增大的负反馈压力信
号，逐渐减小主泵的排量，减少流量损失。
进一步地，节流阀堵头66与节流阀体63可以采用螺纹连接，节流
阀芯64的一侧设置节流阀堵头66，节流阀芯64的另一侧与节流阀体
63之间设置节流阀弹簧65。
如图1、图2所示，为本实用新型提供的动臂节能控制系统的示
意性实施例，在该示意性实施例中，动臂节能控制系统包括主泵、多
路换向阀1、动臂油缸3和上述任一实施例中的中位负流量阀，主泵
通过主油路Q连接于多路换向阀1，多路换向阀1连接于动臂油缸3
和中位负流量阀，中位时主泵泵出的液压油经过主油路Q进入多路换向
阀1，通过多路换向阀1进入中位负流量阀，中位负流量阀中形成的负
反馈压力信号用于调节主泵的排量。中位负流量阀放置在多路换向阀1
后与回油箱4之前，能够将多路换向阀1的中位流量以控制压力形式反
馈到主泵上，实现主泵排量调节。
多路换向阀1包括用于控制动臂起升的起升先导控制端11和用于
控制动臂下落的下落先导控制端12，下落先导控制端12连接于可变
节流阀6的先导压力控制端62，下落先导控制端12和先导压力控制
端62共同连接于动臂下落先导控制油路d。动臂下落先导控制油路d
的压力增大时，动臂下落的速度增大，可变节流阀6的流量增加，采用
动臂下落先导压力控制可变节流阀6的开度，能够实现负反馈压力与动
臂下落速度同步增大的效果，负反馈压力增大，能够调节主泵的排量逐
渐减小，减小了主泵的流量损失，提高了系统的能量利用率。
可变节流阀6只与动臂下落先导压力有关，动臂下落先导压力为零
时，可变节流阀6保持恒定阀口开度，不影响其它多路阀的正常工作。
动臂上升过程中可变节流阀6不起调节作用，只固定在恒定阀口开度，
保持较大的上升速度。
多路换向阀1至少包括中位、第一工作位和第二工作位，在中位，
多路换向阀1与中位负流量阀连通，在第一工作位和第二工作位，多
路换向阀1均与动臂油缸3连通，分别用于实现动臂的下落和上升动
作，其中，在动臂下落过程中，多路换向阀1的中位和第一工作位同
时工作。
多路换向阀1的第一工作油口连通中位负流量阀，多路换向阀1
的第二工作油口通过第二油路b连通动臂油缸3的无杆腔，多路换向
阀1的第三工作油口通过第一油路a连通动臂油缸3的有杆腔，多路
换向阀1的第一进油口和第二进油口连通主泵，且，主泵与多路换向
阀1的第二工作油口连通的油路上设有单向阀，单向阀的进口连通主
泵，单向阀的出口连通多路换向阀的第二工作油口，多路换向阀1的
回油口连通油箱4。
多路换向阀1至少包括第一进油口、第二进油口、回油口、第一
工作油口、第二工作油口和第三工作油口。多路换向阀1在中位，多
路换向阀1的第一进油口与第一工作油口连通，第二进油口、回油口，
第二工作油口和第三工作油口均截止，多路换向阀1在第一工作位，
多路换向阀1的第一进油口和第一工作油口截止，第二进油口与第三
工作油口连通，第二工作油口与回油口连通，多路换向阀1在第二工
作位，多路换向阀1的第一进油口和第一工作油口截止，第二进油口
与第二工作油口连通，第三工作油口与回油口连通。
多路换向阀1在第一工作位，多路换向阀1的第二进油口与第三
工作油口之间的油路还连接一支路，支路还与多路换向阀1的第二工
作油口与回油口之间的油路连通，且支路上设有再生单向阀，再生单
向阀的进油口连通多路换向阀1的第二工作油口与回油口之间的油
路。
多路换向阀1的第二工作油口与动臂油缸3的无杆腔连通的第二
油路b上设有动臂保持阀2，动臂保持阀2用于控制多路换向阀1的
第二工作油口与动臂油缸3的无杆腔之间油路的通断。
动臂保持阀2包括插装阀21和先导滑阀22，先导滑阀22包括第
一工作位和第二工作位，先导滑阀22的先导端有压力，先导滑阀22
处于第一工作位，先导滑阀22的先导端无压力，先导滑阀22处于第
二工作位。先导滑阀22的先导端无先导压力时，先导滑阀22处于第
二工作位，插装阀21的无弹簧腔通过先导滑阀22连通插装阀21的弹
簧腔，插装阀21关闭，多路换向阀1的第二工作油口与动臂油缸3
的无杆腔之间的油路断开；先导滑阀22的先导端有先导压力时，先导
滑阀22处于第一工作位，插装阀21的弹簧腔通过先导滑阀22连通油
箱4，插装阀21开启，多路换向阀1的第二工作油口与动臂油缸3的
无杆腔之间的油路连通。
下面列举动臂节能控制系统的一具体实施例。
如图1所示，多路换向阀1经第一油路a与动臂油缸3的有杆腔相
连，动臂油缸3的无杆腔油液经第二油路b与动臂保持阀2连接，其中，
动臂保持阀2包括插装阀21和先导滑阀22。多路换向阀1中位经第三油
路c与可变节流阀6相串联，其中，可变节流阀6与溢流阀5并联，中
位流量卸荷到油箱4。
如图2所示，动臂下落过程中，动臂下落先导压力作用到多路换向
阀1的下落先导控制端12，使多路换向阀1的工作位由中位逐渐向第一
工作位移动，同时动臂下落先导压力作用到可变节流阀6的先导压力控
制端62和动臂保持阀2中的先导滑阀22的先导端。主泵输出的高压
油经多路换向阀1到动臂油缸3的有杆腔，推动动臂油缸3的活塞下移，
液压油经动臂油缸3的无杆腔到动臂保持阀2，此时，先导滑阀22的第
一工作位工作，动臂下落液压油作用到插装阀21上，在液压油作用下插
装阀21克服弹簧力打开，动臂油缸3无杆腔液压油经插装阀21到多路
换向阀1，当动臂无杆腔压力大于有杆腔压力时，多路换向阀1内部的再
生单向阀被打开，动臂油缸3无杆腔的液压油经多路换向阀1再生到动
臂油缸3有杆腔。
在动臂油缸3下落的同时，动臂下落先导压力作用到可变节流阀6
上的先导压力控制端62，如图3所示，主泵输出的液压油经多路换向阀
1、可变节流阀6的节流阀体63上的第一油道e到达进油腔67，液压油
经节流阀芯64上的节流槽61，再经第二油道f流到油箱4，此时作用到
可变节流阀6先导压力控制端62的先导压力逐渐增大，先导液压油作
用到节流阀芯64右端克服节流弹簧的作用力，使节流阀芯64向左移，
节流阀芯64与第二油道f之间的通流面积逐渐增大，导致中位回油流量
增大，溢流阀5压力逐渐升高，即中位负反馈压力逐渐增大，主泵排量
逐渐减小，动臂下落过程中利用自身重力势能，降低动臂下落过程中的
流量损失，提高能量利用率。
本实用新型提供的动臂节能控制系统可以应用于挖掘机、起重机、
强夯机等工程设备上。
本实用新型提供的挖掘机，其包括上述任一实施例中的动臂节能
控制系统，动臂节能控制系统中包括本实用新型提供的中位负流量阀，
在动臂下落过程中，中位负流量阀中的可变节流阀6的通流量逐渐增
大，负反馈压力逐渐增大，进而能够主泵排量逐渐减小，以降低动臂下
落过程中的能量浪费。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第
三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如
没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用
新型保护范围的限制。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方
案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说
明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具
体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本
实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术
方案范围当中。