液压阀装置及包括该液压阀装置的液压系统和机器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及液压阀装置及包括该液压阀装置的液压系统和机器。该液压阀装置包括阀壳及设置在阀壳内部的主阀芯和控制阀，主阀芯能在允许限定于阀壳中的两个开口之间的流体连通的打开位置和阻断该流体连通的关闭位置之间移动，控制阀包括固定于阀壳的控制阀体和能在控制阀体的内腔中移动的控制阀芯，在阀壳、主阀芯和控制阀体之间限定有仅与所述两个开口之一连通的第一液压腔，在阀壳和控制阀体之间还限定有与液压流体贮存器连通的第二液压腔，控制阀芯能在经形成在阀壳中的先导控制口施加的先导压力的控制下在第一和第二位置之间移动，在第一和第二位置控制阀芯分别通过其自身阻止和允许第一和第二液压腔经由控制阀体的内腔连通。
【专利说明】
液压阀装置及包括该液压阀装置的液压系统和机器
技术领域
[0001]本发明涉及一种液压阀装置，尤其涉及用在诸如装载机之类的机器的液压系统中的防沉降阀。本发明还涉及包括该液压阀装置的液压系统和机器。
【背景技术】
[0002]在各种机器、尤其是作业机械如装载机中通常会使用液压系统，操作员通过操控液压系统中的液压阀的动作来控制相关液压油路的打开和关闭，从而使得机器的工作装置执行期望的各种动作。常见的工作装置例如包括动臂和铲斗，液压系统分别向与动臂和铲斗相关联的液压工作缸(提升缸和铲斗缸)供给液压流体，以实现不同的动作，包括铲挖、动臂举升和下降、铲斗倾翻卸料等等。在装载机的某些工况下人们希望将动臂或铲斗保持在特定的位置处，为此在装载机的液压系统中普遍采用防沉降阀，防沉降阀在关闭时即使是在负载的作用下也能阻止工作缸中的液压油流回油箱，这样就能够将动臂和铲斗保持在特定位置处而不会发生沉降。
[0003]现有的防沉降阀通常为接触式，其中一滑柱可在先导压力的控制下在阀壳中移动以接触并推动一提动阀芯，以便打开提升缸或铲斗缸与液压油箱之间的流路。在反复地打开和关闭该流路的工作过程期间，滑柱反复地接触提动阀芯，从而导致磨损，降低了疲劳寿命，难以确保可靠的防沉降功能。
[0004]本发明旨在对现有的上述接触式防沉降阀进行改进，克服其存在的一个或多个缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的第一方面提供了一种液压阀装置，包括阀壳以及设置在所述阀壳内部的主阀芯和控制阀，所述主阀芯能在允许限定于所述阀壳中的两个开口之间的流体连通的打开位置和阻断该流体连通的关闭位置之间移动，所述控制阀包括固定于所述阀壳的控制阀体和构造成能在所述控制阀体的内腔中移动的控制阀芯，在所述阀壳、所述主阀芯和所述控制阀体之间限定有仅与所述两个开口中的一者连通的第一液压腔，在所述阀壳和所述控制阀体之间还限定有与液压流体贮存器连通的第二液压腔，其中，所述控制阀芯构造成能在经形成在所述阀壳中的先导控制口施加的先导压力的控制下在第一和第二位置之间移动以控制所述主阀芯的移动，在所述第一位置所述控制阀芯通过其自身阻止所述第一和第二液压腔经由所述控制阀体的内腔连通，在所述第二位置所述控制阀芯允许所述第一和第二液压腔经由所述控制阀体的内腔连通。
[0006]本发明的第二方面提供了一种包括上述液压阀装置的液压系统。
[0007]本发明的第三方面提供了一种包括上述液压系统的机器。
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明的液压阀装置所应用的一种示例性机器的立体图。
[0009]图2示出根据本发明一实施例的液压阀装置在处于关闭状态时的剖视图。
[0010]图3示出图2所示的液压阀装置在处于打开状态时的剖视图。
【具体实施方式】
[0011]图1显示了一种示例性的机器100。机器100可例如为作业机械，如轮式装载机。机器100也可以是执行与特定行业(例如采矿、建筑、农业、运输等)相关的操作并在各种作业环境(例如矿场、建筑工地、农场和道路等)中工作的任何其它类型的机器，例如挖掘机等。
[0012]机器100可包括主机架30、操作人员容纳空间如驾驶室35、和工作装置。在一个实施例中，工作装置例如包括应用于装载机的铲斗36和与该铲斗连接的动臂。机器100可包括至少一个与工作装置操作连接并用来控制工作装置的动作的液压工作缸37，例如为与动臂连接的提升缸和与铲斗36连接的铲斗缸。在机器100的下部布置有行走装置40，用来支撑和移动机器100。行走装置40例如包括车轮41。
[0013]图2和3示意性地示出了根据本发明的液压阀装置的一种示例性构型，该液压阀装置10可安装在机器100的液压系统内。液压阀装置10包括阀壳I以及设置在阀壳I内部的主阀芯2和控制阀3。在阀壳I中限定有供液压流体通过的第一开口 11和第二开口
12。这两个开口可分别连接至液压系统的其它装置、部件或部位。在本实施例中，第一开口11可连接至机器100的液压工作缸37，而第二开口 12可连接至液压系统的主液压回路，以如便后文所述的那样实现液压阀装置10对液压工作缸的控制。
[0014]主阀芯2能在允许第一和第二开口之间的流体连通的打开位置(如图2所示)与阻断该流体连通的关闭位置(如图3所示)之间移动。在通常状态下，主阀芯2被弹簧21朝关闭位置偏压。
[0015]控制阀3能够控制主阀芯2在打开位置和关闭位置之间的移动。控制阀3包括固定于阀壳I的控制阀体4和构造成能在控制阀体4的内腔6中移动的控制阀芯5。在本实施例中，控制阀体4的内腔6和控制阀芯5均呈长形。内腔6的两端可分别由堵头61和62封堵。控制阀芯5呈柱状并且能沿其轴向移动。
[0016]在阀壳1、主阀芯2和控制阀体4之间限定有仅与第一和第二开口 11、12中的一者连通的第一液压腔7。在本实施例中，控制阀体4的面朝主阀芯2的端部相对较细并且可伸入主阀芯2所设的对应凹腔中，弹簧21设置在控制阀体4和主阀芯2之间，亦即设置在第一液压腔7中。主阀芯2可相对于阀壳I的内腔壁流体密封地滑动设置在阀壳I的内腔中，且第一液压腔7可仅经由设置在主阀芯2中的孔口 22与第一或第二开口连通。在本实施例中，第一液压腔7经由孔口 22与连接至液压工作缸37的第一开口 11连通，并且孔口22为如后面所述的通流面积较小的节流孔。
[0017]在阀壳I和控制阀体4之间还限定有与液压流体贮存器(未示出)连通的第二液压腔8。第二液压腔8仅能经由控制阀体4的内腔6与第一液压腔7连通。
[0018]在控制阀体4中限定有使第一液压腔7与控制阀体4的内腔6连通的第一通路13和使第二液压腔8与所述内腔6连通的第二通路14。第一和第二通路13、14各自都可包括例如沿控制阀体4的内腔6的或控制阀芯5的径向延伸的一条或多条通路。
[0019]控制阀芯5构造成能在先导压力的控制下在第一和第二位置之间移动，在所述第一位置控制阀芯5通过其自身阻止第一和第二液压腔7、8经由控制阀体4的内腔6连通，在所述第二位置控制阀芯5允许第一和第二液压腔7、8经由所述内腔6连通。在控制阀芯5未加载先导压力的情况下，控制阀芯在弹簧27的偏压下处于所述第一位置，而在控制阀芯5加载有先导压力的情况下先导压力克服弹簧27的作用力而使控制阀芯5移动到所述第二位置。根据一种示例性构型，柱状的控制阀芯5可具有与控制阀体4的内腔壁滑动接触的大径部52和横截面比大径部52小的小径部51，在所述第一位置大径部52将控制阀体4的内腔6阻塞成阻止第一和第二液压腔7、8之间的连通，在所述第二位置在小径部51与控制阀体4的内腔壁之间形成有使第一和第二液压腔7、8连通的流动通道15。应注意，从第一液压腔7经流动通道15到第二液压腔8的最小通流面积优选设定成大于主阀芯2中形成的孔口 22的通流面积。控制阀体4的内腔6和控制阀芯5的大径部52的横截面形状不受特别限制，可为圆形、椭圆形、甚至多边形，只要大径部52能阻塞内腔6而阻止液压流体通过即可。控制阀芯5的小径部51的横截面也可呈包括圆形、椭圆形等在内的各种形状，只要能在它与控制阀体4的内腔壁之间形成使第一和第二液压腔7、8连通的流动通道即可。
[0020]在本实施例中，例如，在所述第一位置，控制阀芯5的大径部52可直接阻塞第一通路13 (见图2);在所述第二位置，大径部52移开而不再阻塞第一通路13，并且流动通道15使第一通路13与第二通路14连通(见图3)，显然，在这种情况下小径部51或流动通道15的长度应等于或大于第一和第二通路13、14之间的距离。应当理解，在所述第一位置大径部52不限于阻塞第一通路13，而是也可阻塞第二通路14或阻塞在第一与第二通路之间的任意其它位置，只要它能阻止第一和第二液压腔7、8经控制阀体4的内腔6连通即可。
[0021]对控制阀芯5的移动进行控制的先导压力可经形成在阀壳I中的先导控制口 16或20施加。在本实施例中，在控制阀芯5的背离主阀芯2的端部17与控制阀体4之间形成有第三液压腔18，第三液压腔18分别经由形成在控制阀体4中的通道19、26与先导控制口 16、20连接，而对控制阀芯5施加偏压力的弹簧27可设置在第三液压腔18中。先导控制口 16可与液压系统的主液压回路连接，而先导控制口 20可与外部液压源连接。优选地，仅使用先导控制口 16加载先导压力，而先导控制口 20可用堵头23封堵，这样可免除对附加的外部液压源的需求。当然，在必要时可移除堵头23随时启用先导控制口 20。
[0022]控制阀芯5在两端分别设置有内部通道24和25，当控制阀芯5在先导压力的控制下在所述第一和第二位置之间移动时，位于控制阀芯的两端附近的液压流体在受到推挤时可相应地通过内部通道24和25回流，以免阻碍控制阀芯5朝相应方向的移动。
[0023]工业实用性
[0024]根据本发明的液压阀装置可应用于诸如装载机、挖掘机之类的利用液压系统来执行工作任务的机器。在这样的机器中，通常需要布置用于将由液压工作缸(如提升缸和铲斗缸)驱动的工作装置保持在当前位置的防沉降阀，以防止相应的工作缸中的液压流体由于作用在机器上的负载而流回到液压贮存器中使工作装置发生沉降。
[0025]下面将描述根据本发明的上述液压阀装置10例如应用于装载机100的液压系统作为液压工作缸37的防沉降阀的工作过程。
[0026]在通常状态下，液压阀装置10的主阀芯2在弹簧21的偏压力作用下处于关闭位置，而控制阀芯5不加载先导压力并在弹簧27的偏压下处于所述第一位置，其中大径部52阻塞第一通路13 (见图2)。当需要驱动液压工作缸37使装载机100的工作装置(铲斗36和动臂)上升时，操作员控制液压系统从液压主回路向液压工作缸37栗送液压流体。来自液压主回路的加压的液压流体经由液压阀装置10的第二开口 12进入阀壳1，克服弹簧21的作用力推开主阀芯2而到达第一开口 11，并经由第一开口 11流入液压工作缸而推动其活塞杆进行动臂和铲斗的举升动作。
[0027]待工作装置举升到位后，停止栗送加压的液压流体，于是主阀芯2被弹簧21推回关闭位置，由此阻止液压工作缸中的液压流体经主阀芯2回流而有效地防止工作装置沉降。在此期间，液压流体会从第一开口 11经由主阀芯2中的孔口 22进入第一液压腔7，但由于控制阀芯5在所述第一位置处的阻塞而保持在第一液压腔7中，并也向主阀芯2施加趋于使其关闭的液压力。此时，作用在主阀芯2两侧的弹簧力、液压力和阀座支承力保持平衡。
[0028]当工作装置需要下降时，操作员控制液压系统向先导控制口 16注入液压流体而施加先导压力。液压流体经通道19进入第三液压腔18，并流到控制阀芯5的端部17的端面处而对控制阀芯5施加克服弹簧27的作用力朝向主阀芯2移动的力。由此，控制阀芯5移动到图3所示的第二位置，其中大径部52移开而不再阻塞第一通路13，并且在小径部51与控制阀体4的内腔壁之间形成的流动通道15使第一通路13与第二通路14连通。这样，第一液压腔7中的流体经第一通路13、流动通道15、第二通路14流到第二液压腔8并进而流回液压流体贮存器。由于液压流体的这种流动，在主阀芯2中的节流孔22左右两端产生压差，进而在主阀芯2的两侧产生压差。于是，主阀芯2又被第一开口 11中作用的液压力推向打开位置，使得液压工作缸中的流体能经由第一开口 11、第二开口 12和主液压回路流回液压流体贮存器，从而实现工作装置的下降。
[0029]根据本发明的液压阀装置10与现有技术中通常采用的接触式防沉降阀相比，仅通过控制一个控制阀芯5的移动便能以其自身来打开和关闭液压工作缸与液压流体贮存器之间的流路，减少了滑柱这样一个部件，结构更加简单，更易于加工制造，节省成本，并且由于控制阀芯5不会与其它部件发生机械碰撞，故减少了其机械磨损，大大提高了防沉降阀的疲劳寿命和使用性能。
[0030]在上述实施例中，根据本发明的液压阀装置10用作装载机的液压系统中的防沉降阀。然而，本发明不限于此，液压阀装置10也可应用于通过先导压力控制其主阀芯开闭的任何其它液压系统。
[0031 ] 上面借助具体实施例对本发明的液压阀装置进行了描述。对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对上文所公开的实施例作出各种修改和变型。本说明书及其公开的示例应被认为只是示例性的，本发明的真正范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种液压阀装置(10)，包括阀壳⑴以及设置在所述阀壳内部的主阀芯(2)和控制阀(3)，所述主阀芯⑵能在允许限定于所述阀壳⑴中的两个开口(11，12)之间的流体连通的打开位置和阻断该流体连通的关闭位置之间移动，所述控制阀(3)包括固定于所述阀壳⑴的控制阀体⑷和构造成能在所述控制阀体的内腔(6)中移动的控制阀芯(5)，在所述阀壳(I)、所述主阀芯(2)和所述控制阀体(4)之间限定有仅与所述两个开口中的一者(11)连通的第一液压腔(7)，在所述阀壳⑴和所述控制阀体⑷之间还限定有与液压流体贮存器连通的第二液压腔(8)，其中，所述控制阀芯(5)构造成能在经形成在所述阀壳(I)中的先导控制口(16，20)施加的先导压力的控制下在第一和第二位置之间移动以控制所述主阀芯(2)的移动，在所述第一位置所述控制阀芯(5)通过其自身阻止所述第一和第二液压腔(7，8)经由所述控制阀体的内腔(6)连通，在所述第二位置所述控制阀芯(5)允许所述第一和第二液压腔(7，8)经由所述控制阀体的内腔(6)连通。2.根据权利要求1所述的液压阀装置(10)，其特征在于，所述控制阀芯(5)呈柱状，并具有与所述控制阀体(4)的内腔壁滑动接触的大径部(52)和横截面比所述大径部小的小径部(51)，在所述第一位置所述大径部将所述控制阀体(4)的内腔￠)阻塞成阻止所述第一和第二液压腔(7，8)之间的连通，在所述第二位置在所述小径部(51)与所述控制阀体(4)的内腔壁之间形成有使所述第一和第二液压腔(7，8)连通的流动通道(15)。3.根据权利要求2所述的液压阀装置(10)，其特征在于，在所述控制阀体(4)中限定有使所述第一液压腔(7)与所述控制阀体的内腔(6)连通的第一通路(13)和使所述第二液压腔(8)与所述控制阀体的内腔(6)连通的第二通路(14)，在所述第一位置所述控制阀芯(5)的大径部(52)阻塞所述第一或第二通路，在所述第二位置所述第一和第二通路经所述流动通道(15)连通。4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压阀装置(10)，其特征在于，在所述控制阀芯(5)未加载先导压力的情况下所述控制阀芯在弹簧作用力的偏压下处于所述第一位置，在所述控制阀芯(5)加载有先导压力的情况下先导压力克服所述弹簧作用力而使所述控制阀芯移动到所述第二位置。5.根据权利要求1至3中任一项所述的液压阀装置(10)，其特征在于，所述第一液压腔(7)经设置在所述主阀芯(2)中的孔口(22)与所述第两个开口(11，12)中的所述一者(II)连通。6.根据权利要求1至3中任一项所述的液压阀装置(10)，其特征在于，所述主阀芯(2)被设置于所述第一液压腔(7)中的弹簧(21)朝所述关闭位置偏压。7.一种液压系统，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的液压阀装置。8.—种机器(100)，其包括根据权利要求7所述的液压系统。9.根据权利要求8所述的机器，其特征在于，该机器为装载机，所述液压阀装置(10)的阀壳(I)中的所述两个开口(11，12)分别连接至液压工作缸(37)和所述液压系统的主液压回路而使所述液压阀装置用作防沉降阀。10.根据权利要求9所述的机器，其特征在于，所述先导控制口(16)与所述液压系统的主液压回路连接。
【文档编号】F15B13/01GK105987035SQ201510090033
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月27日
【发明人】陈卫东, 吴海峰, 黄长发
【申请人】卡特彼勒公司