专利名称：负荷检测优先的液压控制阀系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制液压驱动机械的阀组件，尤其涉及可保持固定压差以获得均匀流速的压力补偿阀。
一台机器上的由液压驱动的工件的速度取决于液压系统主要狭孔的横截面积，以及贯穿那些狭孔的压降。为了便于控制，已设计了压力补偿液压控制系统来维持和基本上恒定的贯穿这些狭孔的压降。这些早先的控制系统包括检测线路，它可将阀门工作口处的压力传递到变量液压泵的控制输入端，该液压泵在系统中提供增压的液压流体。通常选择用于若干工件的最大工作口压力，以便供应给泵的控制输入。最后形成的泵输出自我调节提供了一大致恒定的穿过每个控制孔口的压降，可由机器的操作人员控制各控制孔口的横截面积。因为压降保持恒定，每个工件的运动速度仅由相应孔口的横截面积决定，所以便于控制。美国专利第4,693,272号和5,579,642号公开了这类液压系统，在此援引其公开内容作为参考。
有了这种类型的系统，所有的负荷接受同样的供给压力。当泵的流动能力达到最大时，供应到所有致动器的流体减少。但是，在某些情况下泵的能力达到最大时，对某些致动器需要维持尽可能多的流量，即便以较大地减少其它致动器的流量作为代价。例如，在一工业卡车中，泵供应给负荷提升机构和驱动诸轮子的液压电动机。如果操作者试图提升一重的负荷，同时卡车向前移动，那么由于泵流动能力达到最大而使卡车前进的速度慢下来。在这种情况下，最好能保持卡车前进的速度，同时以不影响工业卡车前进的速度所能达到的速度提升负荷。
本发明总的目的是提供一种控制阀组件，当泵的输出能力已达到时，这种控制阀组件能在优先的基础上将液压流体分配到指定的工作口。
用一阀组件来满足这些和其它的目的，该阀组件具有一组阀部件，以控制由一泵从一油箱供应到多个致动器的液压流体的流量。该泵是能够产生输出压力是恒定的并大于一控制输入处的压力的类型。
各阀部件具有一致动器与之相连的工作口和一测量孔(metering orifice)，液压流体通过该测量孔流到工作口。阀组件具有一检测该阀组件的所有工作口中的最大压力的机构，以提供第一与负荷有关的压力。在阀组件中装有一隔离阀，该隔离阀通过产生一第二与负荷有关的压力来响应泵输出压力与第一与负荷有关的压力加上预先确定的偏置压力总和之间的压差。
各阀部件还包括一具有一可变孔口的压力补偿阀，流体通过该可变孔口流到与该阀部件相关联的致动器中。压力补偿阀有一与测量孔连通的第一输入部分和第二输入部分。压力补偿阀通过扩大可变孔口来响应比在第二腔压力大的第一输入部分的压力，通过减小可变孔口来响应比第一输入部分压力大的第二腔中的压力。
某些致动器被认为是优先装置，而其它的被认为是非优先装置，这样，在所有条件下，需要试图维持优先致动器的不受限制的运行，即便这样做要求减少流到非优先致动器的流体。为此，在与一优先致动器相关联的各阀部件中的压力补偿阀的第二腔接收第一与负荷有关的压力，在与一非优先致动器相关联的各阀部件中的压力补偿阀的第二腔连接于隔离阀的输出口，由此接受第二与负荷有关的压力。
该系统是这样构造的，当泵运行在一最大流动能力时，第一与负荷有关的压力将小于第二与负荷有关的压力。结果，越过与优先致动器相关联的阀部件中测量孔的压差大于越过与非优先致动器相关联的阀部件的压差。从而，当泵运行在最大流动能力时，较多的流体流到优先致动器。
图1是一液压系统的示意图，它具有一采用本发明的多阀组件；图2是一穿过多阀组件的一个截面的剖视图，它示意性地示出了与泵、油箱和负荷液压缸的连接；图3是一阀部件的一部分的放大剖视图，它示出了压力补偿止回阀的细节。
首先参阅图1，一液压系统10包括一多阀组件12，该多阀组件12控制诸如工业卡车的轮子电动机和提升机构的机器的液压动力工件的动作。阀组件12的具体结构包括几个与端部件16并排互连的单独的阀部件13、14和15。某一阀部件13、14或15控制从泵18流入几个致动器20,21和22中的一个的液压流体的流动，然后控制流体再返回到一储存罐或油箱19内。在作为例子的系统10中，致动器20和21是驱动工业卡车的诸轮子的液压电动机，致动器22提升和下降卡车所携带的负荷的液压缸23和活塞24。泵18的输出端由一减压阀11保护。
泵18一般远离阀组件12，并且用一供给导管或软管30将泵的输出端连接到穿过阀组件12的供给通道31。泵18是一变量泵，其输出压力设计成是在排出控制口32处的压力加一恒定的压力的总和即“安全限度”(margin)。控制口32与穿过阀组件12的阀部件13-15的负荷检测道34连接。一储存罐通道36也穿过阀组件12并与油箱19联接。阀组件12的端部部件16包含将供应通道31连接到泵18、将储存罐通道36连接到油箱19的诸口。
为了便于理解在此所保护的本发明，有必要在所示的实施例中，说明有关一个阀部件15的基本的流体流动路径。阀组件中的各阀部件13-15相似地运行，下面的说明也可应用于它们。
请参阅图2，各阀部件，诸如阀部件15，具有一个本体40和控制阀柱42，机器操作人员可以通过操作一固定在控制阀柱上的控制件(图中未示)，使控制阀柱42在本体内的一孔腔中沿着往复方向运动。根据控制阀柱42的运动方向，液压流体流向液压缸外壳23的下腔室26或上腔室28，并籍此驱动活塞24分别向上或向下。机器操作人员移动控制阀柱42的程度决定了连接于相应致动器22的工件的速度。
在此引用的方向关系和运动，诸如顶和底或上和下，指在附图中所示方位的各构件的关系和运动，它们不是在一具体应用中的各构件的方位。
为了提升活塞24，机器操作人员使控制阀柱42沿图2中所示的方位向左移动。这样打开通道，允许泵18(在下文说明的负荷传感网络的控制下)把液压流体从油箱19中抽吸出来，并迫使流体流经泵输出导管30进入本体40内的供给通道31。液压流体从供给通道31通过由控制阀柱42的一组凹槽44形成的一测量口，再通过进给通道43和由压力补偿止回阀48形成的一可变孔口46。在压力补偿止回阀48处于打开状态时，液压流体流过过桥通道50、控制阀柱42的通道53、然后再通过工作口通道52、流出工作口54进入液压缸外壳23的下腔室26。从而传递到活塞24底部的压力使活塞向上运动，这样就迫使液压流体流出液压缸外壳23的上腔室28。这被推出的液压流体流人另一个工作口56内，流经工作口通道58，通过通道59流经控制阀柱42以及与流体油箱19相连的储存罐通道36。
为了向下移动活塞24，机器操作人员使控制阀柱42向右移动，这样就打开了一套相应的通道，使泵18迫使液压流体进入上腔室28，并将流体推出液压缸外壳22的下腔室26，使活塞24向下移动。
再参阅图1，本发明涉及一种多阀组件12的压力补偿机构，这种机构检测在每一阀部件13-15中的驱动的工作口的压力和选择那些工作口压力中的最大的压力。用被选的压力取得一与负荷有关的压力，该压力作用于液压泵18的排量控制口32。这种选择是用一连串往复阀60完成的，在不同的阀部件13和14中都有一个这样的往复阀。输入到在各阀部件13和14中的往复阀60的分别是(a)通过往复输入通道62的过桥通道50和(b)来自上游阀部件14和15的往复连接通道64。当控制阀柱42在中间位置时，过桥通道50注意在那特定的阀部件中被驱动的工作口54或56的压力或储存罐通道压力。各往复阀60工作，通过其阀部件的连接通道64将输入(a)和(b)中的较大的压力传递到邻近的下游阀部件的往复阀。这样在一连串往复阀中的最下游的阀部件13的连接通道64中的压力是工作口压力中的最大的压力，并在此称为第一与负荷有关的压力。
应该指出的是，当只有该系列中最上游的阀部件1 5的负荷压力通过连接通道64要被送到下一个阀部件14时，最上游的阀部件15不要求有一往复阀60。但是，为了制作经济，所有的阀部件13-15都是相同的。端部部件16包括一减压阀61，该减压阀61防止到达油箱19的最后下游阀部件13的连接通道64中出现超压。
在一连串的往复阀60中的最下游阀部件13的往复连接通道64与隔离阀63的输入部分68连通，从而将第一与负荷有关的压力施加到该输入部分。隔离阀63包括一在一孔腔中往复滑动的阀件70，输入部分68在阀件的一侧畅通到该孔腔中，使阀组件12中所有驱动的工作口的压力中最大的压力在孔腔中沿一第一方向推动阀件70。一弹簧65施加一弹簧压力，该弹簧压力也是沿第一方向推动阀件70。泵的输出压力作用于隔离阀的另一侧67并沿相反的第二方向推动阀件70。如果泵输出压力小于最大的被驱动工作口压力加上弹簧压力的总和，那么隔离阀的阀件70在第一方向被推动，从而在通过隔离阀输出口72的负荷检测通道34与泵输出供给通道31之间形成连接。另一方面，当泵输出压力大于最大的被驱动工作口压力加上弹簧压力的总和，则隔离阀阀件70在第二方向移动，并在负荷检测通道34与油箱19之间形成连接。根据阀件70的两侧之间的压差，隔离阀阀件70的这种运行将可假定为零的泵输出压力或油箱19中的压力作用于隔离阀输出口72。其结果是，隔离阀阀件70在任何时候都趋向于一平衡位置，在该位置，隔离阀输出口72处所产生的第二与负荷有关的压力是第一与负荷有关的压力的函数。由于弹簧65施加相当大的压力，第一和第二与负荷有关的压力是不相等的。在正常的运行条件下，隔离阀63的作用使泵输出压力上升和下降，从而等于最大的被驱动工作口压力加上弹簧65的压力。
如前所述，在各阀部件13-15中流动的在泵输出与被驱动的工作口之间的液压流体通过一压力补偿止回阀48。参阅图3，这种止回阀48包括一阀柱80和一活塞82，活塞82是一个将阀腔84分成与进给通道43连通的第一腔86和第二腔88的阀件。
阀柱80为杯子形状，具有一与进给通道43连通的敞开端，在阀柱的端部有一槽，即使当阀柱靠近孔腔84的端部时，使通道43的流体能够流入阀柱的内部。阀柱80有一中心空腔90，该空腔在一侧壁中具有诸侧向小孔92，当阀处在所示状态时，这些小孔一起形成一穿过进给通道43与过桥通道50之间的补偿器48的路径。在阀柱80的诸侧向小孔92与本体40至过桥通道50的一开口之间的有关位置形成可变的孔口46。当阀柱80抵靠孔腔84的上端时，可变孔口46被完全关闭。从而，阀柱80的移动改变了可变孔口的尺寸。
活塞82也是杯子形的，其敞开端面对阀柱80的封闭端，并构成了在阀柱的封闭端与活塞之间的中间空腔94。阀柱80封闭端的外角倾斜，使中间空腔94总是与过桥通道50连通，即使当活塞82如图3所示抵靠阀柱80也是如此。一位于中间空腔94中的弹簧96施加一相对弱的力，当系统不加压时，使阀柱80与活塞82分离。
压力补偿止回阀48的第二腔88根据图1所示的特定阀部件13-15的结构连接于负荷检测通道34或隔离阀63的输入部分68。特别将某些阀部件13和14指定为控制优先致动器，而阀部件15控制一非优先致动器。当流体的需求量超过泵的最大流量能力时，一优先致动器将接纳尽可能多的可获得的流体流量，以维持致动器运行，即便以较多的减少流到非优先致动器中的流量为代价。非优先致动器的功能是在试图维持一优先致动器的正常运行时可接纳减少的流体流量。例如，可将用电动机20和21驱动一工业卡车的诸轮子指定为一优先操作，这样，如果操作者起吊一重的负荷，同时卡车向前移动，将不会对卡车的向前移动有不利的影响。从而，负荷以一比正常速度慢的速度提起，以便保持卡车向前的速度。
将用于优先致动器的阀部件13和14中的压力补偿止回阀48的第二腔88连接于隔离阀63的输入部分68，就能实现泵能力的这种优先分配。在用于非优先致动器22的阀部件15中，压力补偿止回阀48的第二腔88与负荷检测通道34连通。
这些连接的结果是，优先阀部件13或14中的压力补偿止回阀48的第二腔88接纳第一与负荷有关的压力，即所有被驱动工作口压力中的最大的压力。这些连接还将负荷检测通道中的压力作用于非优先阀部件15中的压力补偿止回阀48的第二腔88。当还没有达到泵的最大流动能力，优先和非优先的阀部件13-15接纳全部流量，以便将它们各自的致动器20-22运转至所需的程度。
但是，当泵19运行在最大流动能力时，根据阀部件是用于一优先致动器还是一非优先致动器，越过阀部件13-15中的测量孔44的压降是不同的。在这种情况下，优先阀部件13和14在越过它们各自测量孔44的正常压降(隔离阀弹簧65的压力)下连续运行，而用于非优先致动器22的阀部件15具有人为提高的作用于其压力补偿止回阀48的第二腔的负荷检测压力。作用于优先阀部件13和14中的压力补偿止回阀48的第二腔88的低压使流到相应致动器20和21的液体流量比通过非优先阀部件15流到致动器22的要多。结果是，当泵19运行在最大流动能力时，将牺牲或降低非优先致动器的运行，以试图保持优先致动器的正常运行。
前面的描述主要是针对本发明的一较佳实施例。虽然已注意到属于本发明范围之内的多种改变，但可以预计，熟练技术人员将同样能够了解根据那些实施例的公开内容而显而易见的其它的改变。例如，阀组件10的优先阀部件和非优先阀部件的数量可不同于图1所示的数量。因此，本发明的保护范围应该根据下面的权利要求书来确定，而不受上述公开内容的限制。
权利要求
1．在一组阀部件中，这些阀部件用于控制由一泵从一油箱供应到多个致动器的液压流体的流量，该泵产生泵输出压力，输出压力是恒定的并大于一控制输入部分的压力，其中各阀部件具有一测量孔，液压流体通过测量孔流到一和致动器相连的工作口，阀部件的类型是检测诸工作口中的最大的压力，以提供一第一与负荷有关的压力，改进之处包括一隔离阀，该隔离阀通过产生一第二与负荷有关的压力来响应在泵输出压力与第一与负荷有关的压力加上预先确定的偏置压力总和之间的压差；以及各阀部件包括一具有一可变孔口的压力补偿阀，流体通过该可变孔口流到一致动器中，压力补偿阀有一与测量孔连通的第一输入部分和一第二输入部分，其中压力补偿阀通过扩大可变孔口来响应比在第二输入部分的压力大的第一输入部分的压力，并通过减小可变孔口来响应比第一输入部分的压力大的第二输入部分的压力；其中在至少一个阀部件中的压力补偿阀的第二输入部分连接于隔离阀的输出口，以接受第二与负荷有关的压力，在至少另一个阀部件中的压力补偿阀的第二输入部分接受第一与负荷有关的压力，由此形成了跨越在不同阀部件中的诸测量孔的不同的压降。
2．如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，隔离阀包括一输出口和阀件，该阀件通过一产生预定偏置压力的弹簧沿第一方向偏置，该隔离阀接受诸工作口中的最大的压力，该最大压力沿第一方向推动阀件，这样在泵输出压力与出口之间形成连通，还接受沿第二方向推动阀件的泵输出压力，这样在油箱与出口之间形成连接。
3．如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，隔离阀还包括一阀件和一与该阀件接合以提供预定偏置压力的弹簧。
4．如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，由隔离阀产生的第二与负荷有关的压力小于第一与负荷有关的压力。
5．在一液压系统中，它包括一油箱，一泵通过多个具有连接于多个致动器的工作口的阀部件从所述油箱中供应液压流体，其中每一阀部件具有一测量孔，液压流体通过测量孔流到多个致动器中的一个中，多个阀部件的类型是诸工作口中的最大的压力作用于一导管，改进之处包括一隔离阀，它具有一出口和一阀件，该阀件通过一弹簧沿第一方向偏置，该隔离阀接受诸工作口中的最大的压力，该最大压力沿一第一方向推动阀件，这样在泵输出压力与出口之间形成连接，还接受沿一第二方向推动阀件的泵输出压力，这样在油箱与出口之间形成连接；以及各阀部件包括一具有一可滑动地位于一孔腔中的阀元件的压力补偿阀，由此构成了在该孔腔的一端部的第一腔室和在该孔腔另一端部的第二腔室，第一腔室与测量孔连通，该孔腔有一连接于一个工作口的开口，其中阀元件相对于该开口的位置限定了一可变孔口，流体通过该可变孔口从第一腔室供应到一工作口，其中比第二腔室中的压力大的第一腔室中的压力扩大了可变孔口，比第一腔室中的压力大的第二腔室中的压力减小了可变孔口；一第一通道将在至少一个阀部件中的压力补偿阀的第二腔室连接到隔离阀的出口；以及一第二通道将在至少另一个阀部件中的压力补偿阀的第二腔室连接到导管，由此形成跨越不同阀部件中的诸测量孔的不同的压降。
6．如权利要求5所述的液压系统，其特征在于，还包括一连串往复阀，用来选择液压系统的诸工作口中的最大压力，这些往复阀的输出部分连接于导管。
7．如权利要求6所述的液压系统，其特征在于，各阀部件还包括一个具有一输出部分、一第一输入部分和一第二输入部分的往复阀，该第一输入部分连接于一个第一腔室，该第二输入部分连接于在液压系统的一不同阀部件中一往复阀的输出部分。
8．如权利要求5所述的液压系统，其特征在于，诸工作口中的最大压力小于在隔离阀输出部分的压力。
全文摘要
产生恒定的大于控制输入部分的压力的输出压力的泵将油箱中的流体供应到多个致动器。一机构检测诸工作口中的最大压力以提供第一和第二与负荷有关的压力。泵以最大流动能力工作时第二与负荷有关的压力大于第一与负荷有关的压力。各阀部件包括一压力补偿阀,它控制流体响应在测量孔与第一或第二与负荷有关的压力之间的压差流到相应致动器中。泵运行在最大流动能力时,连接于其压力补偿阀响应第一与负荷有关的压力的阀部件的致动器在优先的基础上接受流动的流量,在最大泵流量状态下,系统减少流到非优先致动器的流量,使优先致动器尽可能正常工作。
文档编号F15B11/00GK1224808SQ9812643
公开日1999年8月4日 申请日期1998年12月17日 优先权日1997年12月17日
发明者埃里克·P·哈米金斯 申请人:胡斯可国际股份有限公司