专利名称：改进的动力超出转换转向系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及静液压动力转向系统(hydrostatic power steeringsystem)，更具体地涉及使用多个流体控制器来控制从加压流体源到流体压力作动装置例如转向缸的流体的流动的静液压动力转向系统。
背景技术：
典型的现有技术的静液压动力转向系统包括流体储槽、流体压力源(例如动力转向泵)、单个流体控制器、以及流体压力作动装置(例如转向缸)。这种转向系统中使用的流体控制器通常是全流体连接(full fluid-linked)转向控制器。尽管这种类型的转向系统用在很多液压应用中，但其限于那些仅需要一个流体控制器位置的液压应用，从该控制器位置控制流体压力作动装置。
但是，有些应用——包括但不限于海洋应用——要求对于特定应用能够从多个位置控制流体压力作动装置。尽管一特定应用可包括两个以上从该处控制流体压力作动装置的位置，本发明将针对仅需要从两个位置控制流体压力作动装置的应用进行描述，这是为了描述简便，而不是意图从任何方面对本发明加以限制。为了适应这种双位置的需要，通常使用多输入(即，两个或多个转向盘)静液压动力转向系统。这种应用中使用的典型的现有技术多输入静液压动力转向系统包括流体储槽、流体压力源(例如动力转向泵)、两个流体控制器以及流体压力作动装置。
通常，在使用多输入静液压动力转向系统的应用中，在第一位置使用的流体控制器是“动力超出转换(power beyond)”流体控制器。除了入口、回流口以及一对控制流体口外，典型的动力超出转换流体控制器还包括附加流体口，当流体控制器处于中间位置时，入口流体通过该附加流体口转向。然后，该转向的入口流体流过流体连接器和流体软管，到达设置在该应用第二位置中的第二流体控制器的入口。在第二位置中使用的第二流体控制器通常是开中心(open-center)类型。尽管这种转向系统使得能够在多个位置控制流体压力作动装置，但是在某些应用中，这种系统的成本高得惊人。导致典型的多输入静液压动力转向系统成本费用惊人的两点原因在于需要额外的流体连接器和软管使来自第一流体控制器的入口流体转向到第二流体控制器以及在第一位置和第二位置使用两种基本不同的流体控制器。
为了降低上述转向系统的成本，某些应用已使用开中心流体控制器来代替动力超出转换流体控制器，所述开中心流体控制器使入口流体通过内部空腔(也称作“箱”)和流体控制器的回流口转向到第二位置中的流体控制器的流体入口。尽管所述转向系统确实能在多个位置控制流体压力作动装置，但是第一位置中流体控制器上的轴密封件和推力轴承的寿命由于通过该流体控制器的内部空腔流入的加压入口流体施加于这些部件的力而减小。因此，在很多应用中，由于这种潜在的寿命降低，在第一位置中使用开中心流体控制器是不可接受的。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种克服现有技术的上述缺点的改进的动力超出转换转向控制器。
本发明的另一目的在于提供一种克服现有技术的上述缺点的改进的动力超出转换转向系统。
本发明的更具体的目的在于提供一种改进的动力超出转换转向系统，该转向系统成本低廉，而仍能提供流体压力作动装置的多个位置可控性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种可用于控制流体从加压流体源到流体压力作动装置流动的流体控制器。该流体控制器包括限定出入口、回流口、以及右控制流体口和左控制流体口的壳体。设置在该壳体内的阀装置限定有中间位置、左操作位置和右操作位置。所述阀装置与壳体共同限定出左侧主流径和右侧主流径。在中间位置，所述阀装置提供从入口到回流口的流体连通。
所述流体控制器的特征在于，所述壳体包括止回阀组件，该止回阀组件具有与第二流体通道流体连通的第一流体通道，并且所述第二流体通道与所述回流口流体连通。第一流体通道限定出止回阀座以及可与其关联操作的止回阀。在左操作位置和右操作位置，回流流体可从阀装置的内部区域出发，通过第一流体通道、经过止回阀、并且通过第二流体通道流到回流口。在中间位置，加压流体可从入口流到回流口，同时通过止回阀防止该加压流体流经所述第一流体通道并流入阀装置的内部区域。
为了进一步实现上述目的，本发明还提供了一种多输入静液压动力转向系统，该转向系统包括加压流体源、第一全流体连接流体控制器和第二全流体连接流体控制器、以及流体压力作动装置。每个所述流体控制器都包括壳体，所述壳体限定出连接于加压流体源的入口、连接于所述流体压力作动装置的左控制流体口和右控制流体口、以及回流口。设置在流体控制器的壳体内的阀装置限定有中间位置以及左操作位置和右操作位置，在所述左操作位置和右操作位置，所述阀装置分别提供从入口到左控制流体口和右控制流体口的流体连通，限定出左侧主流径和右侧主流径。在中间位置，阀装置提供从入口到回流口的流体连通。
该多输入静液压动力转向系统的特征在于，所述第一流体控制器和第二流体控制器基本相同。所述第一流体控制器和第二流体控制器中的每一个都具有流过阀装置的内部区域、然后流过由所述壳体限定出的第一流体通道的左侧主流径和右侧主流径，所述第一流体通道包括与由所述壳体限定出的第二流体通道流体连通的下游部分，所述第二流体通道与所述回流口流体连通。此外，第一转向阀和第二转向阀中的每一个都具有第一流体通道，该第一流体通道限定出阀座以及与其关联操作的止回阀，从而，在左操作位置和右操作位置，回流流体可从阀装置的内部区域出发，通过第一流体通道、经过止回阀、并且通过第二流体通道流到回流口。在中间位置，加压流体可从入口流到回流口，同时通过止回阀防止该加压流体流经第一流体通道并流入阀装置的内部区域。
图1是根据本发明制造的多输入静液压动力转向系统的液压示意图；图2是根据本发明制造的多输入静液压动力转向系统中的第一流体控制器的液压示意图；图3是可体现本发明的类型的第一流体控制器的轴向剖面图；图4是与图3类似的流体控制器的放大分解轴向剖面图，其显示了本发明的一个方面；图5是根据本发明制造的多输入静液压动力转向系统的可选实施例的液压示意图。
具体实施例方式
下面参考附图(该附图并非要限制本发明)，图1是根据本发明的教导制造的多输入静液压动力转向系统的液压示意图。该系统包括液压泵11、系统储槽13、第一流体控制器15a、第二流体控制器15b以及转向缸17，图中所示的液压泵11是固定排量泵。
第一流体控制器15a包括入口19a、左控制流体口21a、右控制流体口23a以及回流口25a。类似地，第二流体控制器15b包括入口19b、左控制流体口21b、右控制流体口23b以及回流口25b。液压泵11的入口与系统储槽13相连。液压泵11的出口与第一流体控制器15a的入口19a连通。第一流体控制器15a的左和右控制流体口21a、23a与转向缸17的相对端流体连通。
第一流体控制器15a的回流口25a与第二流体控制器15b的入口19b相连。第二流体控制器15b的左和右控制流体口21b、23b与转向缸17的相对端流体连通。第二流体控制器15b的回流口25b使流体回流到系统储槽13中。
在所述第一实施例中，第一流体控制器15a可与第二流体控制器15b基本相同。从而，为描述简便，下面仅详细描述第一流体控制器15a。
现在参考图2，该图比图1更详细地示意性地示出第一流体控制器15a。在第一流体控制器15a内设置有总体由27表示的控制器阀，该控制器阀27可从其中间位置N向右转位置R或左转位置L移动。当控制器阀27处于右转位置R时，加压流体沿总体由29表示的右侧主流径，从液压泵11开始，流经控制器阀27，然后通过测量待传送流体的正确量的流量计31，传送到转向缸17的一端。当控制器阀27处于左转位置L时，加压流体沿总体由33表示的左侧主流径，从液压泵11开始，流经控制器阀27，然后通过流量计31，传送到转向缸17的相对端。除了测量传送到转向缸的流体的正确量(与输入到第一流体控制器15a的转向量相对应)之外，流量计31的另一功能是提供控制器阀27的随动(follow-up)运动，从而在期望量的流体已传送到转向缸17后，使控制器阀27返回其中间位置N。
现在参考图3，第一流体控制器15a包含几个部分，包括阀壳体35、配流盘37、流量计31以及端板39。这些部分通过与阀壳体35螺纹接合的多个螺钉41紧密接合地保持在一起。
阀壳体35限定出在流体入口19a和流体入口环形槽45之间连通的流体入口通道43。阀壳体35还限定出在回流口25a和回流环形槽49之间连通的回流通道47。阀壳体35还限定出通过右控制流体通道(未示出)与右控制流体口(图3中未示出)连通的环形槽51，以及通过左控制流体通道(未示出)与左控制流体口(图3中未示出)连通的环形槽53。阀壳体35还限定出与回流口25a连通的空腔回流环形槽55，其连通方式将在下文详细描述。
阀壳体35还限定出阀孔57，控制器阀27设置在该阀孔中。在仅通过示例给出的实施例中，该控制器阀27包括主旋转部件59——在下文中也称作“滑柱”，以及随动阀部件61——在下文中也称作“套筒”。在滑柱59的前端是直径减小并且具有一组内花键63的部分，所述内花键63在滑柱59和输入装置例如转向盘(未示出)之间提供直接机械连接。
流量计31包括内齿圈65和外齿星轮67。所述星轮具有一组内花键69，内花键69与在传动轴73的后端形成的一组外花键71花键啮合。传动轴73具有分叉前端75，其通过穿过滑柱59中的一对开口79和套筒61中的一对开口81的销钉77实现传动轴73和套筒61之间的传动连接，该连接方式对于控制器领域的技术人员是公知的。从而，流经控制器阀27的加压流体响应于滑柱59的转动流过流量计31，引起星轮67在内齿圈65内沿轨道转动。星轮67的这种运动通过传动轴73和销钉77引起套筒61的随动运动，以维持滑柱59和套筒61之间正比于输入装置转速的特定相对移动。多个延伸通过滑柱59中的开口的板簧83相对于滑柱59朝向中间位置N偏压套筒61。
继续参考图3，在内齿圈65内沿轨道转动的星轮67的齿状啮合限定出多个膨胀的和收缩的流体容积腔85，并且，配流盘37限定出与各个腔85相邻的多个流体口87。阀壳体限定出多个轴向孔89，每个轴向孔与其中一个流体口87并且由此与其中一个容积腔85流体连通。阀壳体35还限定出一对径向孔91和93，所述径向孔在各个轴向孔89和阀孔57之间提供流体连通。
相似类型的控制器阀及其操作已在美国专利No.6,769,451中公开，该专利转让给本发明的受让人并结合进本文作为参考。因此，在此不再详细描述控制器阀27及其操作。
现在主要参考图4，并参考图3中介绍的元件。套筒61限定出多个环绕套筒61周向布置的压力口95。压力口95轴向设置在套筒61内，从而压力口95通过阀壳体35内的流体入口环形槽45与流体入口19a流体连通。套筒61还限定出多个环绕套筒61周向布置的回流口97。回流口轴向设置在套筒61内，从而回流口97通过回流环形槽49与回流口25a流体连通。
滑柱59限定出多个环绕滑柱59周向布置的流体槽99。流体槽99轴向设置在滑柱59内，从而当控制器阀27位于中间位置N时，流体槽99在套筒61中的压力口95和回流口97之间提供流体连通。
继续参考图4，示出了设置在阀壳体35内的总体由101表示的止回阀组件。尽管该止回阀组件101示出为设置在阀壳体35内，应该理解，止回阀组件101可以可选地设置在控制器阀27内。但是，如图4所示，止回阀组件101周向设置在阀壳体35内相邻的轴向孔89之间。止回阀组件101包括止回阀103、止回阀座105以及设置在流体空腔109内的定位销107，此处止回阀103仅通过示例以止回球的形式示出。
当第一流体控制器15a中的控制器阀27处于中间位置N时，加压流体通过入口19a流入第一流体控制器15a，然后通过流体入口通道43流到流体入口环形槽45内。然后，加压流体通过套筒61中的压力口95流到滑柱59中的流体槽99内。如前所述，当控制器阀27处于中间位置N时，滑柱59中的流体槽99在压力口95和回流口97之间提供流体连通。因此，在中间位置N，加压流体随后流过套筒61中的回流口97并流到回流环形槽49内。在流过第一流体控制器15a的回流环形槽49之后，加压流体通过流体通道111进入流体空腔109。在流体空腔109内，加压流体作用在止回阀103上。加压流体使止回阀103压靠在止回阀座105上，从而基本上阻断了流体空腔109和回流通道113之间的流体连通，该回流通道113与空腔回流环形槽55保持流体连通。由于空腔回流环形槽55也与控制器阀27的内部区域114流体连通，因此流体空腔109和空腔回流环形槽55之间的这种流体连通阻断确保了流体空腔109内的加压流体不与控制器阀27的内部区域114流体连通。与控制器阀27的内部区域114中的加压流体相关的问题在背景技术中有过介绍。
然后，来自回流环形槽49的加压流体通过回流通道47(见图3)流到回流口25a，该回流口处的加压流体与第二流体控制器15b连通。因此，当第一流体控制器15a处于中间位置N时，第二流体控制器15b在其流体入口19b处接收加压流体，从而第二流体控制器15b能用来控制转向缸17，控制方式与前述第一流体控制器15a的控制方式相同。
当控制器阀处于中间位置N时，尽管止回阀组件101基本阻断了流体空腔109和空腔回流环形槽55之间的流体连通，但流体入口环形槽45和回流环形槽49内的加压流体可以通过滑柱59和套筒61之间的任意间隙泄漏到控制器阀27的内部区域114中。为了释放从流体入口环形槽45和回流环形槽49泄漏入控制器阀27的内部区域14中的加压流体，总体用115表示的左控制流体止回阀组件和总体用117表示的右控制流体止回阀组件(未在图4中示出，而是在图2中示意性地示出)用来分别在空腔回流环形槽55和环形槽51以及空腔回流环形槽55和环形槽53之间提供“单向”流体连通。为了图示和说明方便，图4仅示出左控制流体止回阀组件115，其在空腔回流环形槽55和环形槽51之间提供单向流体连通。但是，应该理解，右控制流体止回阀组件117包含与针对左控制流体止回阀组件115所介绍的那些元件类似的元件。
当第一流体控制器15a的控制器阀27处于中间位置N，且第二流体控制器15b的控制器阀27处于右转位置R时，第二流体控制器15b的左控制流体口21b与储槽13流体连通。由于第二流体控制器15b的左控制流体口21b与第一流体控制器15a的左控制流体口21a流体连通(在图1中示意性地示出)，与左控制流体口21a流体连通的第一流体控制器15a的环形槽51也与储槽13流体连通。从而，当第二流体控制器15b处于右转位置R时，环形槽51内的流体压力与系统储槽13的压力类似。
继续参考图4，在第一流体控制器15a处于中间位置N并且第二流体控制器15b处于右转位置R的情况下，环形槽51中的流体通过流体通道121进入流体空腔119中。该流体的压力作用在止回阀123上，使该止回阀123压靠在止回阀座125上。从而，止回阀123阻止来自环形槽51的流体进入与空腔回流环形槽55流体连通的流体通道127中。当控制器阀27的内部区域114中的流体压力值略大于环形槽51中的流体压力时，止回阀123将“抬起”，并且通过流体空腔119和回流通道121在空腔回流环形槽55和环形槽51之间提供流体连通。止回阀123将保持与止回阀座125脱离，直至控制器阀27的内部区域114中的流体压力值下降到低于系统储槽13的压力。
如果第二流体控制器15b的控制器阀27移动到左转位置L，仍然可以通过与前面所述类似的方式使控制器阀27的内部区域114中的加压流体维持系统储槽13的压力。唯一的不同在于当第二流体控制器15b的控制器阀27处于左转位置L时，该控制器阀27的内部区域114中的加压流体通过右控制流体止回阀组件117释放，而不是通过左控制流体止回阀组件115释放。
当第一流体控制器15a的控制器阀27从中间位置N移到右转位置R或左转位置L时，滑柱59中的流体槽99不再在压力口95和回流口97之间提供直接的流体连通。当第一流体控制器15a的控制器阀27处于右转位置R或左转位置L，且第二流体控制器15b的控制器阀27处于中间位置N时，第一流体控制器15a的回流环形槽49中的流体压力与系统储槽13中的流体压力类似。回流环形槽49中的流体作用在止回阀103上并使该止回阀103压靠在止回阀座105上。当第一流体控制器15a的控制器阀27的内部区域114中的流体压力值略大于回流环形槽49中的回流压力时，止回阀103将“抬起”，并通过回流通道111和流体空腔109在空腔回流环形槽55和回流环形槽49之间提供流体连通。
该实施例示出定位销107位于流体空腔109，定位销129位于流体空腔119。定位销107、129的尺寸使得该定位销107、129松配合在相应的流体空腔109、119内。这种松配合使得定位销107、129可在相应的流体空腔109、119内沿轴向运动。但是，尽管该定位销107、129可在相应的流体空腔109、119内沿轴向运动，该定位销107、129用来防止相应的止回阀103、123朝着与相应止回阀座105、125相对的流体空腔109、119的端部移过相应的流体通道111、121的中线。止回阀103、123的这种运动约束防止流体压力把止回阀103、123压到相应流体空腔109、119的相对端。
现在参考图5，示出多输入静液压动力转向系统的可选实施例，该实施例中的整体系统构造与第一实施例中的构造大致相同，但是在图5所示的实施例中，第二流体控制器15b与第一流体控制器15a不是基本相同。尽管第一流体控制器15a和第二流体控制器15b基本相同具有成本上的好处，但这对静液压动力转向系统的正常运行不是必需的。由于第二流体控制器15b的回流口25b连接于系统储槽13，控制器阀27的内部区域114中的流体压力限制为系统储槽13的压力。因此，第一流体控制器15a的止回阀组件101在第二流体控制器15b中对于避免控制器阀27的内部区域114中流体压力的增大不是必需的。因此，如图5示意性地示出，第二流体控制器15b可以是开中心类型。如流体控制器领域的技术人员公知的那样，在“开中心”控制器中，当阀27处于中间位置N时，阀27提供了从入口19b到回流口25b的直接流体连通。
上述说明书已经对本发明进行了详细描述，应该认识到，通过阅读和理解本说明书，对本发明进行的各种替换和修改对于本领域技术人员是显而易见的。只要落入所附权利要求的范围内，则希望所有的这种替换和修改都包含在本发明中。
权利要求
1.一种可用于控制流体从加压流体源(11)到流体压力作动装置(17)流动的流体控制器(15a)，所述控制器(15a)包括壳体装置(35)，所述壳体装置限定出连接于加压流体源(11)的入口(19a)、连接于第二流体控制器(15b)的回流口(25a)、以及连接于所述流体压力作动装置(17)的右控制流体口(21a)和左控制流体口(23a)；在所述壳体装置(35)内设置有阀装置(27)，所述阀装置(27)限定有中间位置(N)以及左操作位置(L)和右操作位置(R)；所述阀装置(27)和所述壳体装置(35)共同限定出左侧主流径(33)和右侧主流径(29)；在所述中间位置(N)，所述阀装置(27)提供从所述入口(19a)到所述回流口(25a)的流体连通；其特征在于(a)所述阀装置(27)和所述壳体装置(35)中的一个包括止回阀组件(101)；(b)所述止回阀组件(101)具有与第二流体通道(109)流体连通的第一流体通道(111)，并且所述第二流体通道与所述回流口(25a)流体连通；(c)所述第一流体通道(111)限定出止回阀座(105)以及与其关联操作的止回阀(103)，从而，在所述左操作位置(L)和右操作位置(R)，回流流体可从所述阀装置(27)的内部区域(114)出发，通过所述第一流体通道(111)、经过所述止回阀(103)、并且通过所述第二流体通道(109)流到所述回流口(25a)，并且，在所述中间位置(N)，加压流体可从所述入口(19a)流到所述回流口(25a)，同时，通过所述止回阀(103)防止该加压流体流经所述第一流体通道(111)并流入所述阀装置(27)的所述内部区域(114)。
2.根据权利要求1所述的流体控制器(15a)，其特征在于所述止回阀组件(101)具有止回阀定位器(107)以限制所述止回阀(103)的运动。
3.根据权利要求1所述的流体控制器(15a)，其特征在于所述阀装置(27)包括主旋转阀部件(59)和配合的可相对旋转的随动阀部件(61)。
4.根据权利要求3所述的流体控制器(15a)，其特征在于所述流体控制器(15a)包括流量计(31)，所述流量计包括可用于测量流过所述流量计(31)的流体体积的可动部件(67)。
5.根据权利要求4所述的流体控制器(15a)，其特征在于所述右侧主流径(29)和左侧主流径(33)中的每一个都包括通过所述流量计(31)的流。
6.一种多输入静液压动力转向系统，包括加压流体源(11)、第一全流体连接流体控制器(15a)和第二全流体连接流体控制器(15b)、以及流体压力作动装置(17)；所述第一流体控制器(15a)和第二流体控制器(15b)中的每一个都包括壳体装置(35)，所述壳体装置限定出连接于加压流体源(11)的入口(19a、19b)、连接于所述流体压力作动装置(17)的左控制流体口(21a、21b)和右控制流体口(23a、23b)、以及回流口(25a、25b)；在所述壳体装置(35)内设置有阀装置(27)，所述阀装置限定有中间位置(N)以及左操作位置(L)和右操作位置(R)，在所述左操作位置和右操作位置，所述阀装置(27)提供从所述入口(19a、19b)到所述左控制流体口(21a、21b)和右控制流体口(23a、23b)的流体连通，分别限定出左侧主流径(33)和右侧主流径(29)；在所述中间位置(N)，所述阀装置(27)提供从所述入口(19a、19b)到所述回流口(25a、25b)的流体连通；其特征在于(a)所述第一全流体连接流体控制器(15a)和第二全流体连接流体控制器(15b)基本相同；(b)所述第一流体控制器(15a)和第二流体控制器(15b)中的每一个都具有流过所述阀装置(27)的内部区域(114)、然后流过由所述壳体装置(35)限定出的第一流体通道(111)的所述右侧主流径(29)和左侧主流径(33)，所述第一流体通道与由所述壳体装置(35)限定出的第二流体通道(109)流体连通，所述第二流体通道与所述回流口(25a、25b)流体连通；以及(c)所述第一流体控制器(15a)和第二流体控制器(15b)中的每一个都包括具有所述第一流体通道(111)的止回阀组件(101)，所述第一流体通道(111)限定出止回阀座(105)以及与其关联操作的止回阀(103)，从而，在所述左操作位置(L)和右操作位置(R)，回流流体可从所述阀装置(27)的所述内部区域(114)出发，通过所述第一流体通道(111)、经过所述止回阀(103)、并且通过所述第二流体通道(109)流到所述回流口(25a、25b)，并且，在所述中间位置(N)，加压流体可从所述入口(19a、19b)流到所述回流口(25a、25b)，同时，通过所述止回阀组件(101)防止该加压流体流经所述第一流体通道(111)并流入所述阀装置(27)的所述内部区域(114)。
7.根据权利要求6所述的多输入静液压动力转向系统，其特征在于所述阀装置(27)包括主旋转阀部件(59)和配合的可相对旋转的随动阀部件(61)。
8.根据权利要求7所述的多输入静液压动力转向系统，其特征在于所述第一流体控制器(15a)和第二流体控制器(15b)中的每一个都包括流量计(31)，所述流量计包括可用于测量流过所述流量计(31)的流体体积的可动部件(67)。
9.根据权利要求8所述的多输入静液压动力转向系统，其特征在于所述右侧主流径(29)和左侧主流径(33)中的每一个都包括通过所述流量计(31)的流。
全文摘要
本发明涉及一种改进的动力超出转换转向系统。多输入静液压动力转向系统中的流体控制器(15a)包括止回阀组件(101)，该止回阀组件具有与第二流体通道(109)流体连通的第一流体通道(111)，所述第一流体通道限定出止回阀座(105)以及与其关联操作的止回阀(103)，所述第二流体通道(109)与回流口(25a)流体连通。在左操作位置(L)和右操作位置(R)，回流流体可从阀(27)的内部区域(114)出发，通过第一流体通道(111)、经过止回阀(103)、并且通过第二流体通道(109)流到回流口(25a)。在中间位置(N)，加压流体可从入口(19a)流到回流口(25a)，由止回阀(103)防止该加压流体流经第一流体通道(111)并流入所述阀(27)的内部区域(114)。
文档编号F15B13/00GK101046215SQ20071009225
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月2日 优先权日2006年3月31日
发明者W·L·戈尔霍夫 申请人:伊顿公司