用于零泄露的方向控制阀的控制装置的制作方法

本发明涉及液压系统、分配器以及用于致动作业机械的双向阀。特别地，本发明涉及一种用于零泄露的方向控制阀的控制装置。

本发明为用于驱动小型挖掘机的液压系统提供了有利的应用，以下描述将在不失通用性的情况下明确参考所述液压系统。

背景技术：

例如从WO2011154810能够已知的是，用于致动小型挖掘机的液压系统包括分配器，所述分配器适于控制借助于滑阀所操作的多个液压致动器。例如，小型挖掘机通常包括用于执行提升操作的双动式液压缸和用于执行旋转操作的双动式液压缸。可能的是，在操作步骤期间或者在作业机械处于待机状态时，用于提升和/或旋转的液压缸由外部负载来加载。

为了明显的安全原因，已知的是借助于机械系统或液压系统或借助于在主阀和致动器之间的另外的阀芯的插入来利用控制阀芯的锁定系统以在致动器随后无意地致动的情况下防止油朝着滑阀自身回流。

然而，这些己知的机械型或者液压型的解决方案不能防止漏油，这迟早可能引起滑阀不期望的致动以及随后的致动器的位移。换句话说，己知类型的解决方案不是零泄漏的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种包括用于在必要的地方处的单个致动器和双向(零泄漏)阀的控制滑动件的液压系统，从而允许消除以上所描述的缺点，同时很容易且很便宜地制造。

根据本发明，提供了如在所附的权利要求中所限定的液压系统、分配器和双向阀。

附图说明

现在将参考示出了非限制性实施例的附图来描述本发明，在附图中:

-图1是根据本发明的处于第一操作配置中的液压系统的优选实施例的在为了清楚起见而去除了一些零件的情况下的示意图；

-图2和图3是类似于图1的在为了清楚起见而去除了一些零件的情况下的示意图并且示出了根据本发明的分别处于第二操作配置和第三操作配置中的液压系统；

-图4是用于根据本发明的液压系统的液压分配器的透视图；

-图5以截面形式以及在为了清楚起见而去除了一些零件的情况下示出了图4的细节；

-图6和图7是类似于图5的在为了清楚起见而去除了一些零件的情况下的示意图并且示出了在两个分别不同的操作配置中的分配器；

-图8和图9示意性地以及在为了清楚起见而去除了一些零件的情况下示出了分配器的替代方案，以获得在图1和图2中所示的系统的第一操作配置和相应的第二操作配置；

-图10和图11示意性地以及在为了清楚起见而去除了一些零件的情况下示出了根据本发明的处于两个分别不同的操作配置中的分配器的替代方案。

具体实施方式

在图1中，附图标记1整体示出了用于操作己知类型的作业机械的多个液压致动器3(未示出)的液压系统。例如，作业机械是小型挖掘机并且包括提升致动器3a、旋转致动器3b和辅助致动器3c。

在图1至图3中所示的液压系统1至少部分地在分配器D中制成。如在图1中所示的并且如将在以下更清楚地所示的，分配器D包括液压系统1的在由两条线和一个点形成虚线而形成的矩形中所包围的并由字母D所标记的元件。

液压系统1包括:

-高达350bar的高压输油管4，用于向提升致动器3a、旋转致动器3b和辅助致动器3c供油；

-高达350bar的高压输油管5，用于进一步向辅助致动器3c供油；

-在20-30bar之间的低压输油管6，用于向控制回路7供油，正如稍后将更好的解释的；以及

-排油管线8。

分配器D具有:

-入口I1，所述入口I1能够以己知的方式连接到高压输油管4；

-入口12，所述入口12能够以己知的方式连接到高压输油管5；

-进口E，所述进口E能够以己知的方式连接到低压输油管；

-出口U1，所述出口U1能够以己知的方式连接到排油管线8；以及

-用于低压油的出口U2。

液压系统1此外包括：用于控制提升致动器3a的滑阀9a；用于控制旋转致动器3b的滑阀9b；以及用于控制辅助致动器3c的滑阀10。

滑阀9a继而包括阀芯12a和连接到阀芯12a并可由操作员直接地致动的控制器13a。阀芯12a安装成在滑阀9a中轴向滑动。类似地，滑阀9b继而包括阀芯12b和连接到阀芯12b并可由操作员直接地驱动的控制器13b。阀芯12b安装成在滑阀9b中轴向滑动。滑阀10包括连接到控制回路7的输油管6的致动器14(在这种情况下但是不是限制性的是己知类型的电动液压比例致动器)。

以下，术语“双向阀”意味是正如将要解释的液压致动阀，并且其适于阻塞油在通过阀自身的通道的两个方向的流动。换句话说，表述“双向阀”意思是双向密封阀或双向截止阀。在图1至图3中，双向阀图示为双圆锥密封阀。优选地，双向阀是具有双路和双位置的双向阀。

正如在图1至图3中所示的，该液压系统1包括:具有连接到低压输油管6的入口16和连接到控制回路7的出口17的己知类型的致动控制阀15、例如电动阀；双向阀21a，其设置在滑阀9a和致动器3a之间；以及滑阀21b，其设置在滑阀9b和致动器3b之间。优选地，致动阀15是存在阀，其适于在操作员就坐在小型挖掘机中时被致动。

正如稍后将更好的解释的，出口17可借助于一个或多个双向阀21(21a；21b)和相应的阀芯12(12a；12b)连接到排油管线8。

由于双向阀21a和21b构造相同，以下说明为了简洁只参考双向阀21a，但是对于双向阀21b而言也将必须是有效的。在图中，对于双向阀21b而言，保留相同的编号用于指示双向阀21a的带有下标b的元件。

双向阀21a具有:

-可借助于滑阀9a连接到高压输油管4的通道开口22a；

-连接到提升致动器3a的通道开口23a；

-可借助于致动阀15连接到低压输油管6的入口开口24a；以及

-可借助于阀芯12a连接到排油管线8的出口开口25a。

双向阀21a是双通阀且可选择性采取:

-中断高压油在滑阀9a和致动器3a之间的流动的闭合位置C(在图1和图2中所示)；以及

-允许高压油在滑阀9和致动器3a之间通过的打开位置O(在图3中所示)。

正如在图1至图3中所示的，例如，提升致动器3a是双动式液压缸，并且通道开口23a连接到致动器3a的基部(通常该类型的连接优选地用于避免负载的意外降低)。旋转致动器3b是双动式液压缸，并且通道开口23b连接到致动器3b的头部(同样该类型的连接优选地用于防止向下的振荡)。

致动器3c是双向液压马达。根据未示出的备选方案，致动器3a、3b和3c为不同类型，并且以己知方式在一组己知的液压致动器中选定，并且(例如根据功能类型)彼此不相同。

正如在图5中所示的，分配器D包括本体2，该液压系统1的一部分形成在所述本体中。特别是，分配器D的本体2具有孔腔28，所述孔腔大体上是部分带螺纹并且是盲孔的孔，双向阀21a形成在所述孔腔中。孔腔28沿着轴线A从内向外依次顺序地且纵向地具有：

-具有与低压输油管6连通的入口开口24a的低压油前入口腔29；

-具有与致动器3a连通的通道开口23a的高压油前通道腔30；

-与滑动件52的槽相连的高压油后通道腔31，从而与阀芯12a连通；

-与阀芯12a连通的低压油后出口腔32；以及

-通过轴向开口34的面向分配器的本体2的外部的螺纹部33。

孔腔28此外还具有横向于轴线A且将入口前腔29与前通道腔30分开的肩部表面35。

本体2此外具有类似于适于容纳双向阀21b的孔腔28的另外的孔腔(未示出)。

正如在图5中所示的，双向阀21a包括分隔部件38，其具有圆柱形本体，所述圆柱形本体具有带有圆形截面的同轴通过的纵向空腔39和多个径向开口40。分隔部件38抵靠着肩部表面35插入在孔腔28中并且与孔腔28的轴线A同轴。特别是，分隔部件38沿着轴线A在肩部表面35和出口开口25a之间纵向地延伸。径向开口40正面向通道开口23a。

双向阀21a还包括:

-闸门41；

-螺丝帽42，所述螺丝帽的外部部分地设有螺纹并且适于拧入到孔腔28中以闭合和校准双向阀21a；以及

-正如将更好的解释的沿着轴线A设置在闸门41和螺丝帽42之间的圆柱形螺旋压紧弹簧43。

正如在图5中所示的，闸门41继而包括头部48，所述头部的直径大体上对应于分隔部件38的纵向空腔39的直径。换句话说，头部48通过高精度滑动配合联接在纵向空腔39中，这允许头部48在纵向空腔39中且沿着轴线A滑动。

闸门41还包括杯形本体50，其具有由面向螺丝帽42的底部51所纵向限定的孔腔49，并且所述杯形本体适于容置弹簧43，所述弹簧至少部分地插入在杯形本体50中并且具有与孔腔49的底部51接触的自由端。弹簧43与轴线A同轴。

闸门41此外包括以大体上截头圆锥形成形的抵接部件52，其从杯形本体50径向向外突出，并且所述抵接部件的外径大于头部48的直径。抵接部件52延伸到杯形本体50之外大约在底部51处。

如在图5中所示，当双向阀21a处于闭合位置C中时，抵接部件52适于将其自身部分地楔入到分隔部件38中并且以抵靠分隔部件38自身来停止。

闸门41包括更小直径的缸体44，所述缸体纵向地设置在头部48和杯形本体50之间。缸体44限定了环形槽45，所述环形槽在闸门41的本体外部并与其同轴。环形槽45沿着轴线A设置在头部48和杯形本体50之间。

环形槽45的纵向延伸使得在闸门41处于打开位置O(图6、7、10和11)中时将通道开口23a与出口开口25a连通布置，并且类似地使得当闸门处于闭合位置C(图5、8和9)时中断通道开口23a与通道开口22a之间的连通。环形槽由彼此相对的壁46和壁47来纵向地界定。

闸门41具有:

横向表面53，其特别地垂直于轴线A并且面向前入口腔29；

-轴向孔54，其形成在头部48中且面向供给的前入口腔29；

-变窄孔56；以及

-管道58。

轴向孔54、变窄孔56以及管道58具有圆形横截面并且与轴线A同轴。管道58具有在轴向孔54和变窄孔56中间的横向于轴线A的延伸部。管道58通过底部51面向孔腔49内部。

特别是，闸门41具有

-设置在轴向孔54和横向表面53之间的倒角55；

-设置在轴向孔54和变窄孔56之间的倒角57；

-设置在变窄孔56和管道58之间的倒角59；以及

-特别地垂直于轴线A并且面向螺丝帽42的横向表面65。

倒角55、轴向孔54、倒角57、变窄孔56、倒角59以及管道58的连接将前入口腔29和孔腔28布置成流体连通。

螺丝帽42具有孔腔60，所述孔腔具有圆形截面并与轴线A同轴。孔腔60面向闸门41并且适于至少部分地容置弹簧43。螺丝帽42具有底部壁，所述底部壁横向于轴线A并且适于界定孔腔60，并且所述螺丝帽此外具有:圆形凹陷部62，所述圆形凹陷部与轴线A同轴并形成在底部壁61处；径向外螺纹部63，其适于以己知的方式与孔腔28的螺纹部33联接。螺丝帽42另外具有两个或者更多个径向孔64，其将孔腔60与外部连通布置。径向孔64大体上横向于轴线A并且布置在底部壁61的附近。径向孔64将孔腔60与后出口腔32连通布置，所述径向孔径向地界定在螺丝帽42的本体中。

此外，在图5示出了滑阀9a，所述滑阀是己知类型的四通和四位置阀并且被示意性地示出。滑阀9a如以上所述的由阀芯12a来控制，所述阀芯12a具有:平行于轴线A的轴线B的管状本体；与排油管线8连通的中心空腔66；前径向开口67；以及后径向开口68。径向开口67和68使中心空腔66布置成与外部连通。阀芯12a安装成以己知方式沿着轴线B移动。

分配器D的本体2还具有交换腔69，所述交换腔与出口开口25a、前排出通道70以及阀控制通道71连通，所述阀控制通道与后出口腔32连通。

如在图5中所示，闸门41的杯形本体50采用阳/阴型联接至少部分地插入在螺丝帽的孔腔60中。杯形本体50通过高精度配合联接在孔腔60中，从而允许杯形本体50在孔腔60中沿着轴线A滑动。

弹簧43安装成与轴线A同轴，所述弹簧设置在杯形本体50和螺丝帽42之间，并且所述弹簧具有一端，所述一端在另一端插入在凹陷部62中时与底部51接触。弹簧43的压紧力F_M根据螺丝帽42沿着孔腔28的螺纹部33的螺旋度以己知方式来校准。

双向阀21a还包括:

-环形垫圈G1，所述环形垫圈G1安装在头部48周围并设置在头部48和分隔部件38之间；

-环形垫圈G2，所述环形垫圈G2安装在杯形本体50周围并设置在杯形本体50和螺丝帽42之间；

-两个环形垫圈G3和G4，所述两个环形垫圈G3和G4安装在分隔部件38的周围并设置在分隔部件38和分配器D的本体之间，径向开口40沿着轴线A设置在垫圈G3和G4之间；

-两个环形垫圈G5和G6，所述两个环形垫圈G5和G6安装在螺丝帽42周围并设置在螺丝帽42和分配器D的本体2之间，径向孔64沿着轴线A设置在垫圈G5和G6之间。

以上所述的垫圈G1至垫圈G6为己知类型的垫圈并且适于防止双向阀21a中的油泄漏。

已经注意到，闸门41具有暴露到前入口腔29和轴向孔54中的油压的推进区域A1和暴露到管道58、孔腔49以及孔腔60中的油压的推进区域A2。

此外，闸门41具有都暴露到前通道腔30中的油压的推进区域A3和推进区域A4。

推进区域A1包括:表面53、倒角55和倒角57。推进区域A2包括:倒角59、底部51和表面65。推进区域A3包括壁46，推进区域A4包括壁47。

推进区域A1等于推进区域A2。推进区域A3等于推进区域A4。推进区域A1和A2的相等以及推进区域A3和A4的相等允许平衡在闸门41上的沿着轴线A的推力，从而确保在阀芯12a处于待机位置中、即致动器3a必须保持在静止位置中时将闸门41定位在闭合位置C(在图5、图8和图9中所示)中。

特别有利之处在于，闸门41防止来自高压输油管4或者来自致动器3a自身的高压油的任何种类的泄漏，从而确保致动器3a的恒定的定位。换句话说，具有闸门41的双向阀21a防止致动器3a由于高压油的泄漏或者所施加的外部负荷而无意致动。通过这种方式最大限度地确保操作者和在小型挖掘机周围的工作区域的安全以及由于在一些工作条件下的泄漏引起的缸体的运动。

从图8至图11示出了分配器D的替代方案，所述分配器D包括实心杆112(无内部空腔)和环形偏转部件113，所述环形偏转部件113从实心杆112径向地突出并且适于在滑阀9a的滑动件之间(以己知方式并且以示意性方式示出的)引导油的流动。

在使用时，用于致动小型挖掘机的液压系统1借助于高压输油管4来提供高达最大350bar的高压油；同时，低压输油管6为控制回路7提供大约20-30bar的低压油。

应当注意到的是，因为推进区域A3和A4是等于且彼此相对的，并且环形槽45在所有操作配置中暴露到来自高压输油管4的高压油，所以在闸门41上的沿着轴线A的推力的合力由于高压油的作用在任何操作配置中都是零。

在图1中示出了待机配置，其中:致动阀15处于闭合位置中，从而防止流到控制回路7中；并且阀芯12a和12b处于中心位置中，因此均中断了高压油流并分别中断了具有双向阀21a和21b与排油管线8的连接。

当液压系统1处于待机配置中时，双向阀21布置成如在图5和图8中所示。换句话说，闸门41沿着轴线A单独地承受由弹簧43所施加的压紧力F_M，所述压紧力通过抵接部件52压靠分隔部件38而将闸门41保持在闭合位置C中，使得中断高压油在通道开口23和通道开口22之间的流动。

在图2a中示出了等待中的待机配置，其中:致动阀15被致动，低压油进入控制回路7，并且阀芯12处于中心位置。

在待机配置中，存在操作员并在操作员就坐在小型挖掘机上，但是仍未通过阀芯12来操作致动器3。当系统处于待机配置中时，双向阀21布置在如图9中所示的闭合位置中，并且在孔腔28中的低压油作用如下区域上:具有推力F₀₁的推进区域A1；和具有推力F_O2的推进区域A2。

由于推进区域A1和A2是相等且彼此相对的，推力F₀₁和F₀₂沿着轴线A的合力R在闸门41上均是零。换句话说，在待机配置中，在双向阀21中的低压油的作用不能沿着轴线A推动闸门41。

因此，类似于在待机配置中所发生的情况，由于闸门41沿着轴线A所承受的力的合力R对应于压紧力F_M，所述压紧力由弹簧43施加以通过抵接部件52压紧靠着分隔部件38而将闸门41保持在闭合位置C中，从而中断高压油在通道开口23和通道开口22之间的流动。

在图3中示出了工作配置，其中:致动阀15被致动，低压油进入控制回路7；并且阀芯12a处于工作位置中(同时阀芯12b在中心位置中)。

明显地，以下情况也适用：当阀芯12均处于工作位置中时；或者在阀芯12b处于工作位置中的同时阀芯12a处于中心位置时。

当系统处于工作配置中时，双向阀21布置成如图6、图7和图10、图11中所示。特别是，阀芯12(或者112)轴向地位移以将后出口腔32与排油管线8连通布置。通过这种方式，后出口腔32和孔腔49和孔腔60非常快、几乎瞬时地被排空，同时变窄孔56降低了低压油从前入口腔29到后出口腔32的流率，从而在前入口腔29和后出口腔32之间产生数量和油压上的变化。由于后出口腔32永久地连接到排油管线8，所以借助于变窄孔56得到前入口腔29填充有低压油同时后出口腔32基本上排空并处于环境压力下。在这种情况下，在前入口腔29中的低压油施加在推进区域A1上的推力F₀₁大于弹簧43和推力F_O2(在推进区域A2上的油几乎为零)的压紧力F_M。

因此，沿着轴线A作用在闸门41上的力的合力R引起闸门41自身在油流动的同一方向上滑动，因此朝着打开位置0压紧弹簧43，其中，通道开口23与通道开口22连通。图6和图10示出了在高压油从滑阀9到致动器3通过期间的双向阀21。在致动器3是提升缸体3a的情况下，小型挖掘机执行提升操作。类似地，在图7和图11示出了在高压油从致动器3到滑阀9通过期间的双向阀21。在致动器3是提升缸体3a的情况下，小型挖掘机执行降低操作。

根据以上得出，每个双向阀21都确保了高压油在任何使用条件下的完全密封。特别是，双向阀特别有效地确保了提升缸体3a的底部和旋转缸体3b的头部的密封。

此外，双向阀21确保液压系统1和分配器2的额外的安全性；其中，为了操作相应的致动器3，必需致动确保存在操作员的致动阀15和阀芯12从中心位置的位移，该位移确保了由操作员对致动器3所做的期望的致动作用。换句话说，提供了双重控制作用从而致动油在滑阀9和相应的致动器3之间的流动。

与检测存在操作员的致动阀15是唯一安全装置的标准类型系统和分配器相比，这当然具有非常大的优点。

此外，用于每个致动器3的双向阀21的存在允许在泄漏时彼此完全独立地使用致动器3。其中，每个致动器3的密封均得到保证，直到相应的阀芯12独立地从另一致动器致动。

最后，以上所描述的类型的每个双向阀防止高压油由于高压回路中压力的上升、通常地由于连续致动(通常辅助致动器的致动)而泄漏。通过这种方式，确保了每个致动器3即使在液压系统1存在连续致动时都可完全密封。