专利名称：压力补偿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机械的阀门组件，尤其涉及可保持恒定压差以保持均匀流量的压力补偿阀。
背景一台机器上液压从动工件的速度取决于液压系统主要狭口的横截面积，以及通过那些狭口的压降。为了便于控制，已设计了压力补偿液压控制系统来消除压降。这些早先的控制系统包括将阀门工作口处的压力传递到变量液压泵上的输入端以在系统中提供增压液压流体的检测线路。泵输出产生的自调节提供了一大致恒定的穿过控制孔口的压降，可由机器的操作人员控制它的横截面积。因为压降保持恒定，工件的运动速度仅由孔口的横截面积决定，所以便于控制。在这里结合参考揭示这种系统的发明名称为“后继压力补偿整体液压阀门”的美国专利US4,693,272。
由于在这种系统中的控制阀和液压泵通常不能相互毗邻地设置，所以，必须通过软管或其他相对较长的导管才能将改变负荷压力的信息传递到较远的泵输入端。当机器停止工作时，一些液压液体往往会从这些导管中流出。当操作人员要求再次运行时，在压力补偿系统充分生效前，必须将这些导管再次注满。由于这些导管的长度，泵的响应可能会滞后，并且可能发生负荷的轻微下降，这些特征被称作“时间滞后”和“起动下降”问题。
在某些液压系统中，驱动负荷的活塞“达最低点(bottoming out)”可能引起整个系统“中止操作”。这种情况可能发生于使用最大工作口压力来启动压力补偿系统的系统中。在这种情况下，达最低点的负荷具有最大的工作口压力，且泵不能提供较大的压力；因此穿过控制孔口不会有一个压降。作为一种补偿，这种系统可以在液压控制系统的负荷检测环路内包括一个减压阀。处于达最低点时，打开减压阀使检测到的压力下降至负荷检测下降压力，使泵能够提供一穿过控制孔口的压降。
当这种措施有效时，在使用压力补偿止回阀作为保持穿过控制孔口压降基本恒定的部分装置的系统中，会产生不希望有的副作用。即使工作口压力超过负荷检测减压阀的设定点，活塞没有达最低点，减压阀仍可能会打开。在这种情况下，某些流体将从工作口向后流过压力补偿止回阀进入泵腔体内。结果，负荷可能下降，这种情况可被称为“回流”问题。
基于上述原因，有必要使装置减小或消除某些液压系统内的这些时间滞后，起动下降以及回流问题。
技术方案本发明的目的就是满足这些需要。
一用来将液压流体送入至少一个负载的液压阀门组件，它包括一产生可变输出压力的泵，这个输出压力在任何时候都等于泵输入端的输入压力和一恒定裕量压力之和。控制液压流体从泵中流到一液压致动器内的一单独的阀门单元与一个负荷连接，并且承受产生负荷压力的负荷力。阀门单元的类型使得在阀门单元内检测到最大负荷压力，以提供一输送到泵控制输入口的负荷检测压力。
每个阀门单元具有一测流量孔，通过这个孔液压流体从泵进入各自的致动器。从而泵输出端压力作用于测流量孔的一侧。每个阀门单元内的压力补偿阀在测流量孔的另一侧提供负荷检测压力，使得穿过测流量孔的压降基本上等于恒定的裕量压力。压力补偿器具有一可在孔腔内滑动的提动阀芯，它将孔腔分隔成第一和第二腔体。第一腔体与测流量孔的另一侧连通，而第二腔体与负荷检测压力连通。结果第一和第二腔体间的压力差变化引起提动阀芯的运动，压力差的大小和方向决定了孔腔内提动阀芯的位置。
孔腔具有一输出端，流体从这里流向相应的液压致动器。提动阀芯具有一个通道，通过这个通道流体能够在测流量孔和输出端之间流动，而流量由提动阀芯的位置决定。当第一腔体内的压力大于第二腔体内的压力时能实现这种流动，而当第二腔体内的压力明显大于第一腔体内的压力时，不能实现这种流动。
止回阀位于提动阀芯内并控制第一腔体、一个输出端和第二腔体间的压力连通。在本发明的一个实施例中，止回阀在提动阀芯的通道内，且当输出端的压力大于第一腔体内的压力时关闭这个通道，籍此防止超负荷压力下，流体从致动器流回泵中。在本发明的另一实施例中，在第一和第二腔体间提动阀芯具有一引导通道。在这里当第二腔体内的压力大于第一腔体内的压力时，止回阀关闭引导通道。
附图简介
图1是安装了本发明多级阀门组件的液压系统的示意图；图2是体现本发明阀门的局部侧视剖面图；图3图2中阀门的正视横截面图；图4是示出本发明另一实施例的类似于图3的横截面图。
较佳实施例的详细说明图1示意地说明一具有一控制机器液压动力工件(如反向铲的吊杆和吊斗)所有动作的多级阀门组件12的液压系统10。阀门组件12包括几个相互并排连接、用于控制工件一个运动阶段的单独阀门单元13、14和15。一设定的阀门单元13、14或15控制从泵16流出的液压流体使之流入与工件连接的几个致动器20中的一个，然后再返回一个储存器或容器18内。每个致动器20都有一圆柱体外壳22，在外壳内有一个将外壳的内部分隔成下腔体26和上腔体28的活塞24。
典型地，泵16是远离阀门组件12的，并且通过供给导管或软管30使之与穿过阀门组件12的供给通道31连接。泵16是设计输出压力等于排量控制输入口32压力加上称作“裕量”的恒压的变量型泵。控制输入口32与穿过阀门组件12的阀门单元13-15的输送通道34连接。储存器通道36也穿过阀门组件12并与容器18联接。
为了便于理解本发明，有必要在实施例中，根据一个阀门单元14说明流体的基本流程。阀门组件12中的每一个阀门单元13-15都以类似的方式运行，下面的说明可应用于每一个阀门单元。
请参阅图2，阀门单元14具有一个本体40和控制滑阀42，机器的操作人员可以通过操作一固定在控制滑阀上的控制部件(但图中未示)，在本体内的一孔腔中沿着往复方向运动控制滑阀。根据滑阀42的运动方式，液压流体或油流向圆柱体外壳22的下腔体26或上腔体28，并籍此驱动活塞24向上或向下。在这里，将上和下或向上或向下等作为方向关系和运动的参考，参考附图所示定向元件的关系和运动，这些关系和运动可能不是本发明具体应用中的定向。机器的操作人员运动控制滑阀42的范围由与活塞24连接的工件速度决定。
为了提升活塞24，机器的操作人员向左移动往复式控制滑阀42。这样打开通道，允许泵16(在下文说明的负荷传感网络的控制下)把液压流体从储存器18中抽吸出来，并迫使它流经泵输出导管30进入本体40内的供给通道31。经过供给通道31，流体通过由控制滑阀42的滑阀凹口44形成的一测流量孔，再通过进给通道43和由压力补偿止回阀48形成的可变孔口46(图3)。在压力补偿止回阀48处于打开状态时，液压流体流过分流通道50，控制滑阀42的通道53，然后再通过工作口通道52流出工作口54进入圆柱体外壳22的下腔体26。从而传递到活塞24底部的压力使它向上运动，这样就使液压流体流出圆柱形外壳22的上腔体28。这被推出的液压流体流入工作口56内，流经工作口通道58，通过通道59流经控制滑阀42以及与流体容器18相连的储存器或容器通道36。
为了向下移动活塞24，机器的操作人员向右移动控制滑阀42，这样就打开了一套相应的通道，使泵16将液压流体压入上腔体28，并从圆柱体外壳22的下腔体26中流出，实现活塞向下移动。
如果没有压力补偿装置，机器操作人员将很难控制活塞24的速度。造成活塞的运动速度难以控制的直接原因是液压流体的流量，而流量主要由两个变量决定，即流动路径中节流最甚的孔口横截面积和穿过这些孔口的压降。节流最甚的孔口之一是控制滑阀42的测流量凹口44，而操作人员能够通过移动控制滑阀控制孔口的横截面积。虽然这种方式能够控制一个有助于确定流量的变量，但是由于流量直接与这个系统内的总压降(主要在穿过滑阀凹口44时发生)平方根成正比，所以它仍不能提供最佳控制。例如，向反铲的吊斗添加材料可能增加圆柱体外壳下腔体26内的压力，这将减小负荷压力与泵16提供压力之间的差值。没有压力补偿，这种总压降的减小将减小流量，从而，即使机器操作人员使测流量孔44保持一恒定的横截面积时，仍将降低活塞24的速度。
本发明涉及一种以每个阀门单元13-15内的压力补偿止回阀48为基础的压力补偿机构。主要参考图3，压力补偿止回阀48具有一在阀门本体40的孔腔62内可紧密地往复滑动的提动阀芯60，它将孔腔62分隔成与进给通道43连通的第一腔体64和第二通道66。通过位于第一腔体64内的一根第一弹簧68使提动阀芯60向下倾斜(沿图示的方向)。提动阀芯60的上侧70和下侧71具有相等的面积。提动阀芯60具有带侧向孔隙87的中心孔腔85，它们一起形成通过压力补偿止回阀48的路径，这就是上述的变量孔口46。
提动阀芯60在中心孔腔85内具有一内部止回阀。止回阀包括一阀件82，通过第二弹簧84使之偏斜地靠在孔隙环86上处于关闭状态。通过容纳在孔腔环槽内的搭环88，使孔隙环靠着提动阀芯孔腔的肩部分被支撑。为了打开穿过第一腔体64和分路通道50之间压力补偿止回阀48的可变孔口，必须向下移动提动阀芯60使侧向孔隙87与分路通道50连通，并且还必须打开止回阀件82。
压力补偿机构检测多级阀门组件12内每个阀门单元13-15的每个动力工作口处的压力，并且选择这些工作口处的最大压力作用于液压泵16的排量控制输入口32。由一系列往复阀门72完成这个选择，一系列往复阀门中的每一个均位于不同的阀门单元13和14内。一系列阀门单元中的第一阀门单元15不需要往复阀门(见图1)。参考图1和3中作为示例的阀门单元14，往复阀门72的输入端是(a)进给通道43(通过往复通道74)和(b)接自中间阀门单元14、在阀门上游具有动力工作口压力的上游阀门单元15的直通通道76。进给通道43检测54或56的动力工作口压力，或当滑阀42处于中间位置时检测储存器通道36的压力。操作往复阀门72，通过阀门单元的直通通道76将输入端(a)和(b)处较大的压力传递到相邻的下游阀门单元13的往复阀门72上。
如图1所示，一系列往复阀门72中最远的下游阀门单元13的直通通道76通向与泵控制输入口32连接的输送通道34。因此通过上述方法，阀门组件内所有动力工作口压力中最大的压力被传递到控制输入口32。通过输送通道34，经过每个阀门单元13-15，最大的动力工作口压力也将作用于压力补偿止回阀48的第二腔体66上，籍此将此压力施加于提动阀芯60的底部71。
阀门组件12的端部78包括用于将供给通道31、输送通道34和储存器通道36连接到泵16和容器18上的孔口。这个端部还包括一用来降低泵控制输送通道34内传递到容器18的超压的减压阀80。
为了使液压流体从泵中流入动力工作口54或56，通向压力补偿止回阀48的变量孔口路径至少需部分打开。为了实现这种状态，必须向下移动提动阀芯60，使侧向孔隙87与分路通道50连通。因为提动阀芯60的上侧70和下侧71面积相等，所以流动流体在孔口46处节流，这样补偿阀门48的第一腔体64内的压力大致等于第二腔体66内的最大工作口压力。通过图2中的进给通道43，这个压力与滑阀测流量凹口44的一侧连通。而测流量凹口44的另一侧与供给通道31连通，供给通道接受的泵输出压力等于最大工件压力再加上裕量。
结果，穿过测流量凹口44的压降等于裕量。可从测流量凹口44的供给侧(通道31)和压力补偿提动阀芯60的下侧71检测出最大工作口压力的变化。在对这样的变化作出反应时，压力补偿提动阀芯60获得一平衡位置，使得穿过测流量凹口44，一直保持负荷检测裕量。
如果一具体阀门单元(如14)工作口压力大于负荷动力状态下进给通道43内的供给压力，液压流体将经过压力补偿止回阀48从致动器20被推回泵出口。关闭通过压力补偿止回阀48的路径，提动阀芯60内的止回阀件82就可防止这种回流。
因此，压力补偿止回阀48的运行使泵裕量压力基本上等于穿过测流量凹口44的恒定压降。
图4说明不使用一系列往复阀门而达到这个结果的另一实施例。这里，一阀门单元100具有带一个控制滑阀(未示)的阀门本体102，滑阀的操作方式与上述实施例所说明的方式相同，控制滑阀的进给通道43与压力补偿止回阀106的孔腔104中的第一腔体110连通。阀门孔腔104的第二腔体112依次与通向液压泵16控制输入口32的输送通道34连通。
压力补偿止回阀106包括在孔腔104内紧密地住复滑动、并将孔腔分成第一和第二腔体110和112的提动阀芯108。提动阀芯108的上侧和下侧面积相等。通过位于第一腔体110内的第一弹簧114，使提动阀芯108向下偏斜(沿着图示的方向)。当提动阀芯向下移动时，在第一腔体110和分路通道116(与第一实施例中的分路通道50相似)间打开经过中心提动阀芯孔腔118的路径。如上所述，这个路径是阀门单元的可变孔口。
引导通道120从下表面经内部孔腔118穿过提动阀芯108，并且在引导通道内形成止回阀122。止回阀122的方向使得它内部孔腔118内的压力是所有阀门单元13-15的最大工作口压力时，打开止回阀122将这个压力作用于输送通道34，从而作用于泵16的控制输入口32。但是，如图4所示，当这个阀门单元14的工作口压力不是整个多级阀门组件12中最大值时，关闭止回阀122。当通过输送通道34从另一阀门单元13或15传送到第二腔体112内的压力大于这个阀门单元114提动阀芯孔腔118的工作口压力时，就会发生这种情况。
虽然已说明了本发明的较佳实施例，但是本发明要求保护的范围并不受到上述说明的限制。在本发明范围内的这些实施例可以有多种其它的修改和变化。因此本发明并不局限于上述说明，而是由下列的权利要求所决定。
权利要求
1.在具有一用于控制液压流体从一泵中流出进入到多个液压致动器内的阀门单元阵列的液压系统中，每个阀门单元具有一个与多个液压致动器中一个连接的工作孔腔，泵所产生的输出压力是大于控制输入口压力的恒定值，阀门单元的排列类型使它能够在工作口中测得其最大压力，以提供一负荷检测压力，并将它输送给控制输入口；其改进包括在每个阀门单元内，一压力补偿阀提供测流量孔一侧上的负荷检测压力，测流量孔在另一侧检测泵的输出压力，使得穿过测流量孔的压降基本上等于恒定值；压力补偿器具有一可滑动地设置在孔腔内的提动阀芯，籍此形成孔腔的第一和第二腔体，第一腔体与测流量孔连通，而第二腔体与负荷检测压力连通，其中在第一和第二腔体间的压力差确定了位于孔腔内的提动阀芯的位置，孔腔具有一将流体供入任一液压致动器内的输出端，提动阀芯具有当提动阀芯对应于第一腔体内的压力大于第二腔体内压力，处于第一位置时，使流体在测流量孔和输出端间流动的通道；以及一在提动阀芯内控制第一腔体、一输出孔腔和第二腔体间压力连通的止回阀。
2.如权利要求1所述的液压系统，还包括一减压阀，工作口中的最大压力被传送到这个减压阀，其中在一控制输入口的压力等于(a)减压阀的一设定点压力和(b)工作口中最大压力的较低值。
3.如权利要求1所述的液压系统，还包括位于第一腔体内使提动阀芯偏向第一位置的弹簧。
4.一种能够使操作人员控制加压流体从一变量液压泵流到一致动器的流程内流动的液压阀门机构，它受到一产生负荷压力的负荷力作用，泵具有控制输入口，并能产生输出压力，其输出压力是大于控制输入口压力的一个恒定值，液压阀门机构包括(a)并列布置的一第一阀件和一第二阀件，在它们之间的流体路径内提供一测流量孔，在操作人员的控制下可至少移动一个阀件以改变测流量孔的尺寸，籍此控制流到致动器的流体流量；(b)用来检测致动器负荷压力，并将负荷压力作用于泵控制输入口的检测器；(c)用来保持穿过测流量孔的压降基本上等于恒定值的压力补偿器，压力补偿器具有一位于孔腔内可滑动的提动阀芯，籍此在提动阀芯的相对侧限定孔腔的第一和第二腔体，第一腔体与测流量孔连通，第二腔体与检测器检测到的负荷压力连通，其中，在第一和第二腔体间的压力差确定了孔腔内提动阀芯的位置，孔腔具有一向致动器供应流体的输出端，提动阀芯具有一个通道，当提动阀芯处于对应第一腔体内的压力大于第二腔体内压力的第一位置时，流体能通过这个通道在测流量孔和输出端之间流动；和位于穿过提动阀芯的通道内的止回阀，用来当输出端的压力大于第一腔体内的压力时关闭通道。
5.一种如权利要求4所述的液压系统，还包括位于第一腔体内使提动阀芯偏向第一位置的弹簧。
6.一种能够使操作人员控制加压流体从一变量液压泵流到一致动器的流程内流动的液压阀门机构，它受到一产生负荷压力的负荷力作用，泵具有控制输入口，并能产生输出压力，其输出压力是大于泵输入端压力的一个恒定值，液压阀门机构包括(a)并列布置的一第一阀件和一第二阀件，在它们之间的流体路径内提供一测流量孔，在操作人员的控制下可至少移动一个阀件进以改变测流量孔的尺寸，籍此控制流到致动器的流体流动；(b)用来使负荷压力与泵控制输入口连通的输送通道；(c)用来保持穿过测流量孔的压降基本上等于恒定值的压力补偿器，压力补偿器具有一位于孔腔内可滑动的提动阀芯，籍此限定孔腔的第一和第二腔体，第一腔体与测流量孔连通，第二腔体与输送通道连通，其中，在第一和第二腔体间的压力差确定了孔腔内提动阀芯的位置，孔腔具有一向致动器供应流体的输出端，提动阀芯具有一个通道，当提动阀芯处于对应第一腔体内的压力大于第二腔体内压力的第一位置时，流体能通过这个通道在测流量孔和输出端之间流动，所述提动阀芯在第一和第二腔体间具有一引导通道；和在提动阀芯的引导通道内的止回阀，用来当第二腔体内的压力大于第一腔体内的压力时关闭引导通道。
7.如权利要求6所述的液压系统，还包括位于第一腔体内使提动阀芯偏向第一位置的弹簧。
8.在具有一用于控制液压流体从一泵中流出进入多个液压致动器内的阀门单元阵列的液压系统中，每个阀门单元具有一个与多个致动器中一个连接的工作孔腔，泵所产生的输出压力是大于控制输入口压力的恒定值，阀门单元的排列类型使它能够在工作口中测得其最大压力，以提供一负荷检测压力，并将它输送给控制输入口；每一个阀门单元内的改进包括在每个阀门单元内，一压力补偿阀提供测流量孔一侧上的负荷检测压力，测流量孔在另一侧检测泵的输出压力，使得穿过测流量孔的压降基本上等于恒定值；压力补偿器具有一可滑动地设置在孔腔内的提动阀芯，籍此形成孔腔的第一和第二腔体，第一腔体与测流量孔连通，而第二腔体与负荷检测压力连通，其中在第一和第二腔体间的压力差确定了位于孔腔内的提动阀芯的位置，孔腔具有一将流体供入任一致动器内的输出端，提动阀芯具有当提动阀芯对应于第一腔体内的压力大于第二腔体内压力，处于第一位置时，使流体在测流量孔和输出端间流动的通道；以及一在提动阀芯通道内当输出端的压力大于第一腔体内的压力时关闭通道的止回阀。
9.如权利要求8所述的液压系统，还包括位于第一腔体内使提动阀芯偏向第一位置的弹簧。
10.一种如权利要求8所述的液压系统，还包括一用来在液压系统的工作口中选择最大压力的一系列往复阀门。
11.如权利要求8所述的液压系统，其特征在于，每个阀门单元还包括具有一输出端的往复阀门、一与第一腔体连接的第一输入端和一与液压系统内不同阀门单元内的往复阀门输出端连接的第二输入口。
12.一种如权利要求8所述的液压系统，还包括一减压阀，工作口中最大的压力被传送到这个减压阀，其中控制输入口的压力等于(a)减压阀设定点压力和(b)最大工作口压力的较低值。
13.在具有一用于控制液压流体从一泵中流出进入多个致动器内的阀门单元阵列的液压系统中，每个阀门单元具有一个与多个致动器中一个连接的工作孔腔，泵所产生的输出压力是大于一控制输入口压力的恒定值，阀门单元的排列类型使它能够在工作口中测得其最大压力，以提供一负荷检测压力，将它输送给控制输入口；每个阀门单元内的改进包括在每个阀门单元内，一压力补偿阀提供测流量孔一侧上的负荷检测压力，测流量孔在另一侧检测泵的输出压力，使得穿过测流量孔的压降上上等于恒定值；压力补偿器包括(a)一可滑动地设置在孔腔内的提动阀芯，籍此形成孔腔的第一和第二腔体，第一腔体与测流量孔连通，而第二腔体与泵的控制输入口连通，其中在第一和第二腔体间的压力差确定了位于孔腔内的提动阀芯的位置，孔腔具有一将流体供入任一致动器内的输出端，在第一和第二腔体间提动阀芯具有一引导通道；以及一在提动阀芯的引导通道内的的止回阀，当第二腔体内的压力大于第一腔体内的压力时用它来关闭引导通道。
14.如权利要求13所述的液压系统，还包括一减压阀，工作口中最大的压力被传送到这个减压阀，其特征在于，控制输入口的压力等于(a)减压阀一设定点压力和(b)最大工作口压力的较低值。
15.如权利要求13所述的液压系统，还包括一位于第一腔体内使提动阀芯偏向第一位置的弹簧。
全文摘要
用于将液压流体送入一个或多个液压致动器(20)内的改进型压力补偿液压系统。一位于远端的变量泵(16)提供的输出压力等于输入压力加上一恒定的裕量。压力补偿系统要求通过一负荷检测环路向泵的输入端提供一负荷相关压力。一往复缠绕的多孔腔隔离器将负荷相关压力输送到泵输入端,但同时防止负荷检测环路内的流体离开负荷检测环路流过相关的长导管进入远端的泵。在多阀门排列(12)中至少一个阀门单元(13、14、15)具有一止回往复阀门,如果运行主减压阀时,它能防止流体倒流回压力补偿系统。
文档编号F15B11/16GK1207184SQ97191641
公开日1999年2月3日 申请日期1997年9月30日 优先权日1997年9月30日
发明者R·A·维尔克 申请人:胡斯可国际股份有限公司