带有双向再生作用的液压系统的制作方法
【专利摘要】一种液压执行机构（114,200）系统，包括执行机构（114,200）和构造为用于双向再生作用的阀组（204）。执行机构（114,200）可以包括中空体（206）和配置在中空体（206）中的并且从中空体向外伸出的杆（210）。杆（210）可以包括在杆（210）内的第一腔（222）和配置在杆（210）的一端的活塞（212），在中空体（206）内限定第二腔（224）和第三腔（226）。阀组（204）可以与第一管路（264）、第二管路（266）、第一腔（222）、第二腔（224）和第三腔（226）流体连通，其中阀组（204）构造为有选择地将第一管路（264）和第二管路（266）之一与第一端口（228）、第二端口（230）和第三端口（232）的一个或多个连接，其中第一管路（264）和第二管路（266）之一构造为压力源。
【专利说明】带有双向再生作用的液压系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于液压执行机构的液压回路，尤其涉及一种带有内在双向再生作用的液压执行机构的设计。
【背景技术】
[0002]机械装置，例如用于建筑和土工以及其他应用的，可以包括多种液压致动的器具和/或工具，例如铲斗、铲、轮叶、刮具、剪等，它们可以安装在可活动的连杆上。器具和/或连杆的控制优选的是包括对操作员输入的及时响应。这样的液压系统可以包括执行器，执行器具有配置在中空的执行器本体内的活塞。杆与活塞连接，并且从执行器本体的一端伸出。活塞将中空的执行器本体的腔室分隔为有杆腔和无杆腔，其中通过分别将加压流体引入到无杆腔和/或有杆腔，并且将流体从另一个腔排出，可以使得杆伸出和/或收回。
[0003]通常，响应度(即杆伸出和/或收回需要的时间)与流体流量成比例，而功率与流体压力成比例。通常，在满功率下操作时，将流体引入到一个腔中，同时将另一个腔中的流体排出到排出管路或储液器。在液压执行机构中的响应时间可以这样改进，即通过将流体从待排出的腔引导到待注入的腔来增加流量，并因此提高响应度(即减少响应时间)。用于液压执行机构的操作条件在一些时间下可以是这样的。
[0004]为了提高响应度，一些液压系统包括再生回路，该再生回路构造成将流体从一个腔引导到另一个腔。例如，EP1580437A1公开了一种液压执行机构，该液压执行机构包括在液压执行机构内限定三个腔的活塞杆、阀结构、以及第一和第二供给线路，第一和第二供给线路分别构造成使得活塞杆伸出和收回。EP1580437A1公开了阀结构以及第一和第二供给线路，操作阀结构以及第一和第二供给线路，基于在第一供给线路和第二供给线路之间的压差，通过引导液压流体在不同的腔之间往复，促使活塞杆伸出和收回。本实用新型的液压系统包括专用的使得杆伸出的流体供给线路和分离的专用的使得杆收回的流体供给线路。
[0005]在另一个例子中，JP2009047237A公开了一对液压执行机构，所述液压执行机构能够不受外力的影响保持一致的性能。在该例子中，第一液压执行机构和第二液压执行机构是相连的，以允许流体从第一执行机构本体被引导到第二执行机构本体。相反，本实用新型指导了一种液压执行机构和阀装置，它们允许在单个执行机构内产生内在的双向再生作用。
[0006]在另一个多腔室的执行机构的例子中，JP2000329110A公开了一种液压缸，其包括活塞杆，活塞杆以流体连通的方式限定了三个腔。液压缸包括加热元件，加热元件通过绝缘材料连接到杆的端部。三个腔在执行机构内提供流体循环回路。在本实用新型中，液压执行机构的腔室是分离的，以允许根据预定的条件选择性地使得单独的腔加压/泄压。
【发明内容】
[0007]本实用新型的一个方面包括液压执行机构系统，该系统包括执行机构和阀组，阀组构造为用于双向再生作用；执行机构可以包括中空体，该中空体包括第一端部和第二端部，和配置在中空体内的杆，杆从中空体的第二端部向外伸出；所述杆包括在杆内的第一腔，并且活塞配置在杆的一端；活塞与中空体结合可以限定第二腔和第三腔；管可以连接到壳体的第一端部，壳体延伸到第一腔，并且构造为与杆配合；设置第一管路和第二管路；阀组可以与第一管路、第二管路、第一腔、第二腔和第三腔流体连通，其中阀组构造为有选择地将第一管路和第二管路之一连接到第一端口、第二端口和第三端口的一个或多个，其中第一管路和第二管路之一作为压力源配置。
[0008]本实用新型的另一个方面包括一种方法，该方法在液压执行机构中实现双向再生作用。所述方法包括设置执行机构，该执行机构带有中空体，该中空体包括第一端部和第二端部，和配置在中空体内的杆，杆从中空体的第二端部向外伸出。杆可以包括在杆内的第一腔，并且活塞配置在杆的一端。活塞与中空体结合限定第二腔和第三腔。管可以连接到壳体的第一端部，壳体延伸到第一腔，并且构造为与杆配合。所述方法还包括设置第一管路和第二管路，其中第一管路和第二管路之一作为压力源配置；所述方法还包括设置阀组，阀组与第一管路、第二管路、第一腔、第二腔和第三腔流体连通；所述方法还包括使得阀组构造为有选择地将第一管路和第二管路之一与第一端口、第二端口和第三端口的一个或多个连接。
[0009]本实用新型的另一个方面包括一种机械装置，该机械装置包括液压系统，该液压系统配置为用于双向再生作用。所述液压装置包括第一元件和可枢转地连接到第一元件的第二元件；所述机械装置还包括执行机构，该执行机构带有中空体，该中空体包括第一端部和第二端部，和配置在中空体内的杆，杆从中空体的第二端部向外伸出；杆包括在杆内的第一腔，并且活塞配置在杆的一端；活塞与中空体结合限定第二腔和第三腔；管连接到壳体的第一端部，壳体延伸到第一腔，并且构造为与杆配合；执行机构连接到第一元件和第二元件；设置第一管路和第二管路；阀组与第一管路、第二管路、第一腔、第二腔和第三腔流体连通；阀组构造成有选择地将第一管路和第二管路之一与第一端口、第二端口和第三端口的一个或多个连接；第一管路和第二管路之一作为压力源配置。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是包括本实用新型的液压系统的机械装置的侧视图；
[0011]图2是包括本实用新型的液压系统的示意图；
[0012]图2A是图2的液压系统的示意图，显示了在第一运行模式中的流体流动路径；
[0013]图2B是图2的液压系统的示意图，显示了在第二运行模式中的流体流动路径；
[0014]图2C是图2的液压系统的示意图，显示了在第三运行模式中的流体流动路径；
[0015]图2D是图2的液压系统的示意图，显示了在第四运行模式中的流体流动路径；
[0016]图3是图2的液压系统的液压执行机构的示意性的实施例的详细的剖视图；
[0017]图4是图2的液压系统的液压执行机构的另外的示意性的实施例的详细的剖视图。
【具体实施方式】
[0018]图1显示了示意性的机械装置100，其带有安装在底盘104上的机械装置本体102。机械装置100包括连杆106，所述连杆106具有配合的铰接元件，例如吊臂108和工作器械110。尽管在这个示意性的实施例中，机械装置100显示为具有作为工作器械的剪子的挖土机，但是机械装置100也可以是反铲铲土机、起重机、载重车、伐木归堆联合机，或者任何其他类似的机械装置。吊臂108和工作器械110可以枢转地连接在一个或多个关节接头112。如在现有技术中已知的，连杆106的运动可以通过与连杆106连接的一系列的液压执行机构114来实现。
[0019]参考图2，本实用新型的液压系统200可以构造为与在机械装置100上的一个或多个执行机构114配合。因此，在图2中显示的液压系统200中可以包括一般的执行机构202，执行机构可以构造为用于替代在机械装置100上的任何执行机构114，或者用于替代现有技术中已知的任何液压执行机构的应用。液压系统200也可以包括与执行机构202流体连通的阀组204。
[0020]参考图3，执行机构202可以包括中空体206，中空体限定在中空体206内的隔室208。执行机构202也可以包括杆210，杆210可滑动地配置在中空体206内，并且从中空体206的一端伸出。密封环211可以配置在中空体206中，并且构造为围绕杆210配置且与杆210形成密封关系。杆210可以包括活塞212，活塞配置在杆210的一端上，位于隔室208内。活塞212可以包括一个或多个活塞环或活塞密封圈。例如，在图3所示的实施例中，活塞212可以包括外部密封214和内部密封216，每个密封与隔室208的内表面形成密封配合关系。杆210也可以包括孔218，孔贯穿活塞212并且延伸到杆210中。管220可以配置在隔室208内，从中空体206向内延伸，并且构造为在杆210内与孔218配合。
[0021]隔室208可以被分成单独的腔，包括第一腔222，第一腔包括由管220和孔218共同限定的区域。孔218可以包括在第一腔222内的表面，其具有面积Al，流体压力可以作用于该面积。隔室208可以包括第二腔224，第二腔包括由活塞212和中空体206的头部端限定的区域。活塞212可以包括在第二腔224内的表面，其具有面积A2，流体压力可以作用于该面积。隔室208还可以包括第三腔226，第三腔包括由活塞212和中空体206的杆端限定的区域。活塞212可以包括在第三腔226内的表面，其具有面积A3，流体压力可以作用于该面积。中空体206可以包括第一端口 228，其构造成允许在第一腔222和阀组204之间的流体连通。中空体206还可以包括第二端口 230，其构造成允许在第二腔224和阀组204之间的流体连通。中空体206还可以包括第三端口 232，其构造成允许在第三腔226和阀组204之间的流体连通。
[0022]在示意性的实施例中，中空体206、杆210、孔218和管220可以以共轴的方式配置，如图3所示。此外，第一腔222、第二腔224和第三腔226可以彼此流体上地隔离，除了通过阀组204的关联之外，这将在下面描述。可能有利的几何结构是，第一腔222、第二腔224和第三腔226以成比例地关系构造。例如，可能有利的是，A1+A2:A3的比例大约是2:1。此外，还可能有利的是，A3: Al的比例大约是2:1。
[0023]如图3所示的示意性的执行机构202是这样配置的，因此中空体206例如固定到机械装置，杆210根据操作员的指令伸出和收回。可替换地，如图4所示，杆210可以固定，中空体206可以构造为伸出和收回。在这个实施例中，端口 228，230和232可以配置在杆210内，而不是在中空体206内，以分别提供在图2中显示的阀组和第一腔222、第二腔224和第三腔226之间的流体连通。
[0024]再参考图2，阀组204可以包括伸出再生作用阀组件234和收回再生作用阀组件236。尽管伸出再生作用阀组件234和收回再生作用阀组件236分别在图2中显示，但是应当明显地看出的是，这样的阀组件可以根据具体的应用作为单个部件配置，或者作为多个部件配置。
[0025]伸出再生作用阀组件234可以包括壳体238，该壳体封装控制阀240。控制阀240可以构造为滑阀，该滑阀具有三个端口和三个位置。控制阀240也可以包括第一先导执行机构242和第二先导执行机构244。第一先导执行机构242和第二先导执行机构244可以与流体压力源流体连通，并且构造为操作控制阀240，这将在本文中描述。
[0026]伸出再生作用阀组件234也可以包括定压阀246和顺序阀248。顺序阀248可以构造为滑阀，该滑阀具有两个端口和两个位置。顺序阀248也可以包括先导执行机构250。先导执行机构250可以与定压阀246流体连通。
[0027]收回再生作用阀组件236包括壳体252，该壳体252封装控制阀254。控制阀254可以构造为滑阀，该滑阀具有三个端口和两个位置。控制阀254也可以包括先导执行机构256。收回再生作用阀组件236也可以包括定压阀258。定压阀258可以包括先导执行机构260。收回再生作用阀组件236也可以包括限压阀262，限压阀262与定压阀258和在控制阀254上的先导执行机构256流体连通。
[0028]液压系统200可以包括第一管路264和第二管路266。在示意性的实施例中，第一管路264和第二管路266可以这样构造，因此第一管路264和第二管路266之一连接加压液压流体源，例如泵(未显示)，而另一个管路连接到不加压的排出管路或储液器(未显示)。
[0029]工业实用性
[0030]本实用新型的液压系统200可以应用到如图1所示的机械装置100，其包括连杆106，连杆可以由一个或多个液压执行机构116操纵。本实用新型的液压系统200可以应用于这样的液压执行机构的操作，该液压执行机构利用再生作用以减少执行机构的杆的伸出和收回的循环时间，同时在必要时允许满功率操作。
[0031]在第一操作模式中，如图2A所示，其中以粗体显示了流体流动路径，液压系统200可以构造为利用再生作用，通过从第一腔222将液压流体引导到第三腔226，收回执行机构202的杆210。在第一运行模式中，加压液压流体可以通过第一管路264供给。控制阀240，处于其中间位置240B，允许流体流过在控制阀240中的节流孔270，促使下游压力降低。允许液压流体通过节流孔270流到第三端口 232。同时，节流孔270的上游的流体压力增加，直到足以开启单向阀268，允许流体以并联的方式流过单向阀268，并且通过第三端口 232进入到第三腔226内。
[0032]由于流体被排入到第三腔226，杆210促使流体流出第一腔222。定压阀258可以构造成具有常开位置258A，允许加压流体通过以到达常开的限压阀262，允许流体操作先导执行机构256，从而促使控制阀254从其正常位置254A移动到位置254B，使得第一腔222与第三腔226流体连通，并且允许流体从第一端口 228流到第三端口 232。同时，在这个结构中，第二腔224与第二管路266流体连通。第二管路266可以与不加压的或者低压的排出管路或储液器(未显示)流体连通，这允许流体通过第二端口 230流出第二腔224。
[0033]在第二操作模式中，如图2B所示，其中以粗体显示了流体流动路径，液压系统200可以构造为利用满功率，通过将液压流体引导到第三腔226中和通过引导使得液压流体从第一腔222和第二腔224两者流出到储液器或排出管路，收回执行机构202的杆210。在这样的第二操作方式中，加压液压流体可以通过如图2A所示的第一管路264供给，和之前所描述的一样。如果在工作器械112和执行机构202上的重大的负载要求比在利用再生作用的第一模式可获得的更大的功率以收回杆210，在伸出再生作用阀组件234的通道276，278,280和284建立压力，直到在控制阀240上的第二先导执行机构244能够将控制阀240放置到全开位置240C。允许加压液压流体无阻碍地流过控制阀240和流过单向阀268，通过第三端口 232进入到第三腔226中。
[0034]在第二操作模式中，压力也通过定压阀258在通道286和先导管线272中增加。当在先导管线272中的压力超过预定水平时，常开限压阀262关闭，将压力从先导执行机构256移除，促使控制阀返回其正常位置254A。这样，第一腔222和第二腔224通过第二管路266向排放管路开启。由于第二端口 230通过第二管路266连接排放管路，先导管线274不加压，导致定压阀258处于其常开状态。允许加压流体通过定压阀258，然而，在先导管线272中的压力足以操作，因此关闭限压阀262，放置先导执行机构256的操作，从而导致控制阀254处于其常开位置254A，将第一腔222连接到管路266。
[0035]在第三操作模式中，如图2C所示，其中以粗体显示了流体流动路径，液压系统200可以构造为利用再生作用，通过引导液压流体从第三腔226流出并且流入到第一腔222和第二腔224，伸出执行机构202的杆210。在该第三运行模式下，加压液压流体通过第二管路266供给，并且通过第二端口 230引入到第二腔224。在先导管线274中的压力足以操作先导执行机构260，将定压阀258从常开位置258A移动到闭合位置258B。阻止液压与先导执行机构256连通，并且控制阀254处于其常开位置254A，从而将液压流体从管路266通过第一端口 228引导到第一腔222中。液压压力在伸出再生作用阀组件234的通道288、290和292内增加，直到先导执行机构242将控制阀240移动到位置240A。在这样的结构下，允许液压流体通过第三端口 232流出第三腔226，引导液压流体通过控制阀240的位置240A，并且分别通过第一端口 228和第二端口 230进入到第一腔222和第二腔224。
[0036]在第四操作模式中，如图2D所示，其中以粗体显示了流体流动路径，液压系统200可以构造为利用满功率，通过引导液压流体分别通过第一端口 228和第二端口 230进入到第一腔222和第二腔224，并且通过第三端口 232从第三腔226流出到排放管路，伸出执行机构202的杆210。在这样的操作方式中，液压流体可以通过如图2C所示的第二管路266在压力下供给，和之前所描述的一样。如果在工作器械112和执行机构202上的重大的负荷要求比利用再生作用在第三模式中可获得的更大的功率以伸出杆210，在先导管线274中的压力操作先导执行机构260，促使定压阀258从其常开位置258A移动到闭合位置258B。由于不能获得压力以操作先导执行机构256，控制阀254保持在其常开位置254A，允许在第二管路266和第一腔222之间的流体连通。液压压力在伸出再生作用阀组件234内的通道288，290和292中增加，直到在先导管线294中的压力足以开启定压阀246，允许压力操作执行机构250和将顺序阀248从正常位置248A打开到位置248B,并且同时操作先导执行机构244。控制阀240从位置240A，如在第三操作模式中的那样，移动到位置240C，从而将第三腔226连接到第一管路264，允许液压流体从第三腔226流到排放管路。
[0037]显而易见的是，在不脱离本实用新型范围的情况下，本领域技术人员可以对公开的液压系统作出不同的修改。在考虑本文中公开的说明书和液压系统的惯例的情况下，本领域技术人员可以显而易见地得到液压系统的其他实施例。例如，尽管公开的液压系统主要是描述来用于挖土机和其他的机械装置，可以想到的是，类似的装置可以用于任何液压执行机构。应当理解到的是，说明书和实施例仅仅是示例性的，其真实的保护范围由权利要求及其等效物指定。
【权利要求】
1.一种液压执行机构(114，200)系统，构造为用于双向再生作用，其特征在于，包括: 执行机构(114，200)，所述执行机构包括: 中空体(206)，包括第一端部和第二端部； 杆(210)，杆配置在中空体(206)内并且从中空体(206)的第二端部向外伸出；所述杆(210)包括 在杆(210)内的第一腔(222)； 配置在杆(210) —端的活塞(212)，活塞(212)与中空体(206) —起限定第二腔(224)和第三腔(226);和 所述执行机构还包括:连接到壳体(238，252)的第一端部的管(220)，所述管延伸到第一腔(222)中，并且构造为与杆(210)配合； 所述液压执行机构系统还包括:第一管路(264)和第二管路(266);以及 阀组(204)，所述阀组与第一管路(264)、第二管路(266)、第一腔(222)、第二腔(224)和第三腔(226)流体连通，其中阀组(204)构造为有选择地将第一管路(264)和第二管路(266)之一与第一端口(228)、第二端口(230)和第三端口(232)中的一个或多个连接，其中第一管路(264)和第二管路(266)之一构造为压力源。
2.根据权利要求1所述的液压执行机构系统，其特征在于，所述第一管路(264)构造为压力源，所述第二管路(266)构造为排放管路。
3.根据权利要求2所述的液压执行机构(114，200)系统，其特征在于，所述液压执行机构系统构造为在第一模式操作，阀组(204)构造为有选择地将第一管路(264)和第一腔(222)连接到第三腔(226)，并且其中阀组(204)构造为有选择地将第二腔(224)连接到第二管路(266)。
4.根据权利要求2所述的液压执行机构(114，200)系统，其特征在于，所述液压执行机构系统构造为在第二模式操作，阀组(204)构造为有选择地将第一管路(264)连接到第三腔(226)，并且其中阀组(204)构造为有选择地将第二管路(266)连接到第一腔(222)和第二腔(224)两者。
5.根据权利要求1所述的液压执行机构(114，100)系统，其特征在于，所述液压执行机构系统构造为在第三模式操作，阀组(204)构造为有选择地将第二管路(266)连接到第一腔(222)和第二腔(224)两者，并且其中阀组(204)构造为有选择地将第一管路(264)连接到第三腔(226)。
6.根据权利要求1所述的液压执行机构(114，200)系统，其特征在于，所述第二管路(266)构造为压力源，第一管路(264)构造为排放管路。
7.根据权利要求6所述的液压执行机构系统，其特征在于，所述液压执行机构系统构造为在第四模式操作，阀组(204)构造为有选择地将第二管路(266)连接到第一腔(222)和第二腔(224)两者，并且其中阀组(204)构造为有选择地将第三端口( 232)连接到第一端口(228)和第二端口(230)。
【文档编号】E02F9/22GK203926191SQ201290000993
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年10月2日 优先权日:2011年10月5日
【发明者】埃德温·塞夫思克 申请人:卡特彼勒公司