CN1008198B - 液压控制系统 - Google Patents

Abstract

一种液压控制系统包括一液压执行机构20具有相对设置的孔口可轮流作为反向移动执行机构元件的进口和出口以及一带有负荷检测控制器的可调流量泵用作供液给所述执行机构。备有一个从泵供液给它的液控阀柱式输入节流阀27以及一辅助控制器轮流在导向压力下供液到输入节流阀用作控制输入节流阀运动的方向和位移与执行机构的方向和速度。

Description

本发明涉及动力传动装置，特别是挖土机、起重机等运土设备中执行机构（actuators）用的液压回路。

在4，201，052号美国专利公开的液压回路控制系统中，其执行机构有许多相对设置的孔口和一个可调流量泵。该相对设置的孔口可轮流作为反方向移动执行机构元件用的进口和出口。该可调流量泵有一个供液压用液体给执行机构用的负荷检测控制器（loading    sensing    control）。液压回路中设有液控阀柱式输入节流阀（pilot    operated    spool    typemeter-in    valve）。输入节流阀的液体即由泵供应。辅助控制器（pilot    cont    roller）轮流在导向压力（pilot    pressure）下供液体给输入节流阀，用作控制输入节流阀运动的方向和移动量和执行机构的方向和速度。一对管线把输入节流阀和执行机构的各孔口连起来，通往执行机构的各条管线都设有液控输出节流阀（pilot    operated    meter-out    valve）。当泵的液压没有加到通往执行机构的管线时，从执行机构流出的液体即受此液控输出节流阀的控制。

在这种液压回路中，压力补偿和合成液流的稳定化是应用流动力和促使输入节流阀的阀柱处在中间位置的回弹速率实现的。压降偏离正常负荷检测点时，压力补偿的多少会使流量发生变化。

在多数情况下，这种性能是可以接受的，而且操作人员操纵执行机构时不会觉察出流量上的变化。但在某些情况下，特别是采用马达时，则要求更高的精确度。

因此，本发明的目的之一是提供价廉而且精确度更高的压力补偿装 置。

根据本发明，泵出来的带压液是不会流到执行机构去的，而通往执行机构去的管线中的液压是加到输入节流阀上的，其目的是施加集中力，与起压力补偿作用的流动力一起共同保持液流稳定。更具体地说，反馈短轴与输入节流阀阀柱有关，而从管线加到不受泵液压作用的执行机构去的压力是加到其中一个短轴上，其目的是施加集中力，与起压力补偿作用的流动力一起共同保持液流稳定。

图1是现有技术液压系统的示意图。

图2是应用输入节流阀的液压系统的示意图。

图3是输出节流阀的示意图。

图4是液口安全阀（port    relief    valve）和输出节流阀的示意图。

图5是本发明实施例中的部分液压系统。

图6是现有技术液压系统的流量对传递压力的关系曲线图。

图7是本发明实施例中流量对传递压力的关系曲线图。

本发明涉及与美国4，201，052号专利类似的液压控制系统。我们在此附上该美国专利作为参考。

如图1所示，这种液压系统有一个执行机构20。这个执行机构是一个液压缸，缸上有一个活塞杆21。活塞杆可藉可调流量泵系22供应的液压用液体作反方向移动。可调流量泵系22有一个一般结构的负荷检测控制器。液压系统还包括手动操作控制器23，由这个控制器引导一个导向压力到阀系统24用作控制执行机构的运动方向（不久即将谈到）。液体从泵22通过管线25和通道26流进输入节流阀27。此阀的作用是引导和控制往执行机构20的一端或另一端的液压用液体的流量。输入节流阀27是由控制器23通过管线28、29和通道30、31到其对向端的导向压力控制（不久即将谈到）。液压用液体的流向是通过通道32、33流向执行机构的这一端还是另一端，取决于阀门运动的方向。

液压系统还包括输出节流阀34和35。各输出节流阀在通道32、33与执行机构各端有关，用以控制来自执行机构端的液体流量。液压用液体流至此执行机构端并不是从泵流经槽通道36的（不久将谈到）。

液压系统还包括在管线32和33的弹簧加载的提升阀37和38和弹簧加载的反空穴阀（spring    loaded    anticavitation    valves）39和40。反空穴阀39和40控制管线32、33通到槽通道（tank    passage）36的通路。此外，后面即将谈到，弹簧加载的提升阀41、42与各输出节流阀34、35有关。具有孔板49的放液管线47从通道36延伸至输出节流阀34和35，并经止回阀77延伸至辅助控制管线28和29。

液压系统还包括与回流管线或槽管线有关的回压阀44。回压阀44的作用是在执行机构因超负荷或负荷下降而慢下来时减少空穴现象。供给泵安全阀45是用以将超过泵22流入需求量的流量引到回压阀44以增加到执行机构的有用液体。

图2中，输入节流阀27的孔50中有一个阀柱51，没有导向压力时，阀柱由弹簧52维持在中间位置上。阀柱51通常阻塞从压力通道26通往通道32和33的液流。往通道30或31施加导向压力时，在导向压力、弹簧负荷和流动力之间出现平衡之前，输入节流阀柱51沿压力的方向运动。运动的方向确定32和33中哪一个通道会从通道26获得在压力下的液体。

图3中，输出节流阀34和35的结构完全相同，为简明起见，这里只介绍节流阀34。输出节流阀34有一个孔60，孔中有提动头61。提动头61有一个延伸至提动头中的小室63的通道62和一个或多个通到槽通道36的通道64。在弹簧66的作用下，阀杆65通常关闭小室63和通道64之间通路。小室63中的压力与管线32中的压力相等，合力不平衡而使提动头座落在阀座中。从图3可以看到阀还包括一活塞67围绕在阀杆65周围，由一弹簧68可压缩地推动到右边。辅助管线28从控制器23经通道69延伸至小室70。小室70的空间随活塞67的运动而变化。导向压力加到通道28时，活 塞67往左移，如图3所示，使阀杆65往左移从而使小室63经通道64往槽通道36排液。不平衡的合力使提动头61往左移把管线32与通道36连起来。

因此可以看出，同一导向压力不仅确定输入节流阀阀口的方向而且也确定并控制相应输出节流阀的阀口，使执行机构中的液体返回槽管线中。

图4中，各输出节流阀都和弹簧加载导向阀柱71有关。当通道32中的负荷压力超过预定值时，弹簧加载导向阀柱71动作。该负荷压力预定值是指从负荷经控制孔板62至槽通道36通过中间通道73打开液路所需的负荷压力预定值。放液的效果是降低提升阀61左端的压力和闭合力使阀61左移从而使液流从通道32流到回液管线或槽管线36。孔板72和有关的小室72a是为了防止压力急剧上升时出现过冲现象，这样就可以延迟提升阀71左侧压力的累积过程。结果使提升阀71和61更快地打开从而控制压力上升的速度，减少过冲现象。

若负荷是吸能性的负荷，则当控制器23按预定的方向运动使执行机构20动作时，通过管线28和通道30施加的导向压力使输入节流阀的阀柱往右移，从而使带压的液压用液体经通道33打开提升阀38再继续流进执行机构20进口B。同一个导向压力加到输出节流阀34后，从执行机构20的A端流出的液流就进入回液管线或槽通道36中。

当操纵控制器23使执行机构动作时（例如，在超负荷或降低负荷时），控制器23的动作使导向压力加到管线28上。在导向压力的影响下，输出节流阀比输入节流阀先打开。执行机构上的负荷迫使液压用液体通过执行机构的孔A经输出节流阀34流入回液管线或槽通道36。同时，提升阀40打开，部分液体通过孔B流入执行机构的另一端，从而防止空穴现象发生。这样，不用打开输入节流阀27，也无需使用来自泵的液体就可以使液体送到执行机构的另一端。

要获得浮动的位置，将控制器23旁路并往两导向压力管线28和29加 导向压力。这可采用譬如说，电磁阀（图中未画出）来达到。旁路控制器23的电磁阀得电并从辅助泵76直接往管线28、29供液时，两个输出节流阀34打开从而使执行机构两端与槽压连通。在此情况下，如本发明所附作为参考的美国4，201，052号专利所述的那样，输出节流阀的作用是使各阀杆全程移动从而使液体在液压缸各相对端之间来回流动。

当来自执行机构A端的回液超过规定的压力值时，导向阀柱71动作，使提升阀61打开，从而补偿所增加的压力并使额外的液流经扩展至通道的提升阀40的阀口流到执行机构20，该通道延伸到执行机构的另一端。

调节输入节流阀27和输出节流阀34、35的弹簧力和有关面积，可以控制这些阀门之间的相对动作时间。例如，若动作时间调节得使输出节流阀比输入节流阀先动作，则当执行机构处于被驱动状态时，输入节流阀就对流量和流速起控制作用。在超负荷状态下，超负荷压力促使输出节流阀对流量和流速起控制作用。在此情况下，液体将通过反空穴止回阀流到执行机构的供液侧，因而在超负荷工作方式或情况下泵无需给执行机构供液。

基于输出节流阀和输入节流阀可单独加以控制的这种经验，要适应个别执行机构遇到的负荷情况的类型，可以改变计量方式。当负荷主要是吸能式或驱动式的，可以调节输出节流阀的弹簧和面积使输出节流阀先于输入节流阀快速打开。若负荷主要为超负荷，可以使输出节流阀逐步打开，但比输入节流阀打开得快得多，使输出节流阀起主要控制作用。

在各输出节流阀34、35附近，各辅助管线28、29的支线78上设有止回阀77。辅助管线28、29中没有导向压力时，温度相当高的液体在通道36中槽高压的作用下通过止回阀77流出并经辅助管线28、29循环回流到控制器23和液箱中。往辅助管线中施加导向压力时，各止回阀77关闭，将导向压力与槽压力隔离开来。

为了检测一系列阀系24中一个阀系的最大负荷压力，采取了一定的 措施。阀系24控制一系列执行机构并将该较高的压力加到对负荷敏感的可调流量泵22上。各阀系24有一个通到往复阀80的管线79。附近执行机构的负荷压力即经管线81传到往复阀80。往复阀80检测出两个压力中较大的一个并动作，通过管线83将该压力加到往复阀82中。通道32经管线84与往复阀82相连。往复阀82检测出各压力中较大的一个并动作，将该较大的压力传到泵22中。这样，各阀系不断地使往复阀80和82共同作用，将阀中的负荷压力与附近阀系的负荷压力进行比较并不断把较高的压力传送到附近的阀系中，最后再把最大压力负荷加到油泵22中。

有了负荷检测系统和两个负荷降止回阀37和38为输入节流阀在中间位置时排液，负荷检测管线中就不需要孔板。负荷检测管线中有了孔板，则在检测管线压力形成时使液流离开负荷的操作过程中，在功率上会有所损失。此外，当其它执行机构工作时不会出现液压缸漂移现象。而且，有了负荷降止回阀37、38，阀柱51和孔50之间的配合就无需达到高精度公差。

在这种液压回路中，采用将流动力与使输入节流阀的阀柱处于中心位置的弹回速率加以对比的方法可以达到压力补偿和使合成液流稳定的效果。压力降偏离正常负荷检测点时，压力补偿的多少可以使流量发生变化。

在多数情况下，这种性能是可以接受的，而操作人员操纵执行机构时是不会看到流量有什么变化的。但在某些情况下，特别是采用马达时，则要求更高的精确度。

根据本发明，泵出来的带压液是不会流到执行机构去的，而通往执行机构去的管线中的液压是加到输入节流阀上的，其目的是施加集中力，与压力补偿流动力一起共同保持液流稳定。

在图5中没有负荷降止回阀37和38。输入节流阀的阀柱51上加了短轴90a和90b。这些短轴分别在阀柱51两端的轴向小室91a和91b中滑 动。阀柱27中的径向孔口92a和92b把轴向小室91a、91b和两个液压缸口A、B连起来。轴向通道93把小室91a和91b相互连起来。在阀柱中，沿孔口92a和92b的轴向，朝外设有检测负荷用的径向放液孔94a和94b。

当输入节流阀柱27处在中间位置时，孔A或孔B中的任一负荷压力会通过孔口92a或92b对短轴90a或90b起作用，把它们往外推，从而使负荷通过负荷检测放液孔94a或94b、通过管线28和29并通过控制器23泄压，返回槽中。

输入节流阀柱27a在导向压力的作用下向左移而且使液流从进口26流入液压缸口A时，通道92a处于关闭状态，反馈短轴90a和90b都处于液缸孔B的压力之下。由于导向压力始终大于缸口B驱动负荷用的压力，反馈短轴90b始终处在输入节流阀柱27a的底部左面。但缸口B的压力会作用于反馈短轴90a上，并把它往外推向端盖上。鉴于通往槽的输出节流元件的计量区是不变的，因而要使导向压力恒定，缸口B的压力应和流量成正比。因此，往输入节流阀柱27a上加了一个集中力，与补偿压力用的流动力一起保持液流恒定。

当导向压力将输入节流阀柱27a移至左面时，缸口B中的液压通过短轴90b和输入节流阀柱27a之间的渗漏处通过孔口93a加向短轴90a将其向外推。短轴90b与其相应的小室91b之间的额定间隙足以允许以这种方式施加压力。同样地，当输入节流阀柱27a移至右面时，对于短轴90a和小室91a来说也一样。作为本领域的普通技术人员将会证实虽然额定间隙适用于规定的用途，必要时可以增加间隙。

若输入节流阀柱上的压降增加因而使流量增加，则输出节流阀元件35的压降也会增加（因为面积不变）。这个增大了的压力作用于反馈短轴90a上并使输入节流阀柱处于中间位置因而使流量下降从而实质上保持恒定。

图6是上述液压控制回路的一系列流量对输入节流阀柱上压降的关系曲线。从图中可以看出，流量没有本发明实施例的液压控制回路在图7中所示曲线的那么稳定。

Claims (12)

1、一种液压控制系统，包括：

具有许多相对设置孔口的液压执行机构，该等孔口可轮流作为在反方向上移动执行机构元件用的进口和出口；

供液给所述执行机构用的泵；

由泵供液给它的输入节流阀，所述阀被导向控制；

一对管线，从所述输入节流阀装置延伸至所述执行机构的所述各个孔口；

在导向压力下轮流给该输入节流阀供液以控制输入节流阀运动方向用的辅助控制器；

输出节流阀装置，和与执行机构的各孔口有关的所述输入节流阀分开且可独立地操作用以控制所述执行机构的流出量，所述输出节流阀被导向压力导向操作；

其特征是包括压力引导装置，用以把从执行机构引出的一个管线(此管线中无来自泵的带压液)中的压力引至输入节流阀，在引压方向上施加集中力，与起压力补偿作用的流动力一起，共同维持液流稳定。

2、权利要求1中所述的液压控制系统，其特征在于其中所述最后提到的装置包括：

所述输入节流阀装置，含有一个阀柱藉导向压力的作用动作;

弹簧装置，用以使所述阀柱处于中间位置;

所述阀柱至少有一个轴向小室与通道相连;

至少有一个短轴在各所述小室中滑动;以及

所述阀柱中的通道装置，用以将所述小室与通往执行机构的管线连通。

3、权利要求2中所述的液压控制系统，其特征在于其中所述的通道有一个径向孔口。

4、权利要求3中所述的液压控制系统，其特征在于其中在所述阀柱中有一个负荷检测放液通道，液压控制系统还和所说短轴有这样的联系：即当输入节流阀柱处在中间位置时，任何负荷压力会通过首先提到的径向孔口起作用，将短轴沿轴向往外推，并通过负荷检测放液通道泄压。

5、权利要求2中所述的液压控制系统，其特征在于其中所述节流阀装置包括用以限制各短轴轴向向内运动的装置。

6、权利要求5中所述的液压控制系统，其特征在于包括适用于啮合短轴的各短轴专用的肩部。

7、一种液压控制系统，包括：

具有许多相对设置孔口的液压执行机构，该等孔口可轮流作为在反方向上移动执行机构元件用的进口和出口;

供液给所述执行机构用的泵;

由泵供液给它的输入节流阀，所述阀被导向控制;

一对管线，从所述输入节流阀装置延伸至所述执行机构的所述各个孔口;

在导向压力下轮流给该输入节流阀供液以控制输入节流阀运动方向用的辅助控制器;

输出节流阀装置，和与执行机构的各孔口有关的所述输入节流阀分开且可独立地操作用以控制所述执行机构的流出量，所述输出节流阀被导向压力导向操作;

其特征是包括压力引导装置，用以把从执行机构引出的各个管线（当其它管线中有来自泵的带压液时该管线中无来自泵的带压液）中的压力引至输入节流阀，在引压方向上施加集中力，与起压力补偿作用的流动力一起，共同维持液流稳定。

8、权利要求7中所述的液压控制系统，其特征在于其中所述最后提到的装置包括：

所述输入节流阀装置，含有一个阀柱藉导向压力的作用动作;

弹簧装置，用以使所述阀柱处于中间位置;

所述阀柱有对置的轴向小室与通道相连;

一个短轴在各所述小室中滑动;以及

所述阀柱中的通道装置，用以将各所述小室与通往各个执行机构的管线连通。

9、权利要求8中所述的液压控制系统，其特征在于其中所述的通道有一个径向孔口。

10、权利要求9中所述的液压控制系统，其特征在于其中在所述阀柱中有一个负荷检测放液通道，液压控制系统还和各所说短轴有这样的联系：即当输入节流阀柱处在中间位置时，任何负荷压力会通过第一径向孔口起作用，将短轴沿轴向往外推，并通过负荷检测放液通道泄压。

11、权利要求9中所述的液压控制系统，其特征在于其中所述节流阀装置包括用以限制各短轴轴向向内运动的装置。

12、权利要求11中所述的液压控制系统，其特征在于包括适用于啮合短轴的各短轴专用的肩部。

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