CN101580079A - 用于载荷反作用转向系统的隔离阀 - Google Patents

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Abstract

一种转向系统，其包含流体致动器、与流体致动器选择性流体连通的第一转向回路、与流体致动器选择性流体连通并与第一转向回路并联设置的第二转向回路。第二转向回路包含载荷反作用部件和隔离阀，隔离阀适用于启用和禁止载荷反作用部件。

Description

用于载荷反作用转向系统的隔离阀
背景技术
在许多“越野”车辆中，例如在涂线车、清扫车、铺路机、水上运载车等等之中，并联转向回路(parallel steering circuits)用于对使车辆转向的致动器进行控制。在一些应用中，使用转向轮致动各个并联转向回路。在其他应用中，使用转向轮致动仅仅一个转向回路。
此外，许多汽车制造商更喜欢使用包含“载荷反作用”部件的转向回路。“载荷反作用”部件是这样的部件：其中，车辆操作者通过转向轮来感觉作用于致动器之上的外部载荷。
虽然车辆制造商更愿意使用具有转向回路的“载荷反作用”部件，但是，由于一个转向回路的致动将导致另一转向回路的转向轮的运动，该部件不与并联转向回路一起使用。因此，存在对于具有克服上述缺点的载荷反作用部件的并联转向回路的需求。
发明内容
本公开的一个实施形态涉及一种转向系统，该转向系统具有：流体致动器；第一转向回路，其与流体致动器选择性流体连通；第二转向回路；其与流体致动器选择性流体连通。并与第一转向回路并联设置。第二转向回路包含载荷反作用部件(load-reaction feature)和隔离阀，隔离阀适用于启用和禁止载荷反作用部件。
本公开的另一实施形态涉及一种转向系统，该转向系统具有与流体致动器选择性流体连通的第一转向回路。第一转向回路限定第一流动路径并包含设置在第一流动路径中的第一比例阀。转向系统还包含与流体致动器选择性流体连通的第二转向回路。第二转向回路限定第二流动路径，第二流动路径是与第一转向回路的第一流动路径平行的流动构造。第二转向回路包含第二比例阀和隔离阀。第二比例阀包含适用于响应于施加到流体致动器的外部载荷将反作用载荷传输至转向致动器的中间位置。隔离阀在第二比例阀和流体致动器之间被设置在第二流动路径中。隔离阀适用于，当第一比例阀与流体致动器流体连通时禁止反作用载荷的传输，并当第二比例阀与流体致动器流体连通时启用反作用载荷的传输。
本公开的另一实施形态涉及一种用于启用转向系统的载荷反作用部件的方法。该方法包括提供与流体致动器选择性流体连通的第一转向回路。提供与流体致动器选择性流体连通的第二转向回路。第二转向回路与第一转向回路平行。第二转向回路包括具有载荷反作用部件的比例阀。隔离阀被设置在第二转向回路的比例阀和流体致动器之间。该隔离阀可在第一位置和第二位置之间致动，其中，第一位置启用比例阀的载荷反作用部件，第二位置禁止该载荷反作用部件。该隔离阀被从第二转向回路传送的流体引导到第一位置。
在下面的说明中将描述多个其他实施形态。这些实施形态涉及个体特征和特征的组合。将会明了，上面的大致描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，不对这里公开的实施例所基于的一般构思进行限制。
附图说明
图1是转向系统的液压示意图，该系统具有作为根据本公开的原理的实施形态的示例的特征；
图2是电动液压转向回路的液压示意图，该回路适用于图1的转向系统；
图3是适用于图1的转向系统的流体控制器的液压示意图；
图4是流体静力转向回路的液压示意图，该回路具有与隔离阀流体连通的流体控制器；
图5是流体静力转向回路的液压示意图，该回路具有与隔离阀的替代实施例流体连通的流体控制器；
图6是流体静力转向回路的液压示意图，该回路具有与图5的隔离阀流体连通的流体控制器的替代实施例；
图7是转向系统的替代实施例的液压示意图。
具体实施方式
现在将详细参照附图所示本公开的示例性实施形态。只要可能，贯穿附图将使用相同的附图标记来表示相同或相似的结构。
现在参照图1，示出了用于越野车辆(例如联合收割机、拖拉机、铺路机、涂线机，清扫车，水上运载车辆等)的一般用10表示的转向系统的液压示意图。转向系统10包含一般用12表示的转向回路，该转向回路具有储液槽14和泵16，泵16在这里被示为压力补偿泵，其中，泵16具有与储液槽14流体连通的入口。
转向回路12还包含一般用18表示的电动液压转向回路以及一般用20表示的流体静力转向回路。电动液压转向回路18和流体静力转向回路20各自提供泵16和流体致动器22之间的选择性流体连通。虽然流体致动器22在图1中被示为一个流体致动器，将会明了，说明书和权利要求中的术语“流体致动器”包括至少一个流体致动器。
电动液压转向回路18限定第一流动路径24，而流体静力转向回路20限定第二流动路径26。电动液压转向回路18的第一流动路径24以与流体静力转向回路20的第二流动路径26并联的流动结构布置。在所讨论的实施例中，电动液压转向回路18包含第一比例阀28，第一比例阀28用于有选择地通过第一流动路径24从泵16向流体致动器22传送流体，而第二流动路径26包含第二比例阀30，第二比例阀30用于有选择地通过第二流动路径26从泵16向流体致动器22传送流体。
现在参照图1和2，示出了电动液压转向回路18。电动液压转向回路18包含一般用32表示的控制阀组件、一般用34表示的导向阀(pilot valve)组件以及微控制器36
在所讨论的实施例中，控制阀组件32限定与泵16流体连通的入口38、与储液槽14流体连通的出口40、第一致动器出口42以及第二致动器出口44。第一和第二致动器出口42，44分别与流体致动器22的第一端46(图1所示)和相对设置的第二端48(图1所示)流体连通。
控制阀组件32限定从入口38至第一和第二致动器出口42、44的第一流动路径24。第一比例阀28被设置在入口38和第一及第二致动器出口42，44之间的第一流动路径24中。在所讨论的实施例中，且仅仅以示例的方式，第一比例阀28是三位四通阀。第一比例阀28包括中间位置N1、右转位置R1和左转位置L1。在所讨论的实施例中，中间位置N1是关闭位置。将会明了，术语“关闭位置”指的是入口38和第一及第二致动器出口42、44之一之间的流体连通被阻塞的位置。换句话说，在第一比例阀28处于中间位置N1的情况下，来自泵16的流体不能经由第一和第二致动器出口42、44经过第一流动路径24被传送到流体致动器22。但是，入口38和出口40可在中间位置N1流体连通，术语“关闭位置”并不指入口38和出口40之间的流体连通。
在所讨论的实施例中，第一比例阀28是导阀控制阀(pilot operatedvalve)。为了致动第一比例阀28，导向压力分别由导向阀组件34的第一和第二导向阀50、52供到第一比例阀28的第一和第二端54、56。在所讨论的实施例中，第一和第二控制阀50，52与泵16以及储液槽14选择性流体连通。在一实施例中，来自泵16的流体的压力降低，使得完全的系统压力不会被传送到第一比例阀28的第一和第二端54、56。
如果增压流体被供到第一比例阀28的第一端54，第一比例阀28被致动至左转位置L1。如果增压流体被供到第一比例阀28的第二端56，第一比例阀28被致动至右转位置R1。当导向压力被从第一比例阀28的第一和第二端54，56排放到储液槽14时，设置在第一和第二端54、56上的定中心弹簧59将第一比例阀28定位在中间位置N1。
在所讨论的实施例中，第一和第二导向阀50，52是响应于发送自微控制器36的信号被致动的电磁阀。在本公开一实施形态中，微控制器36接收来自全球定位系统(GPS)接收器的关于车辆的位置、方向和速度的信息。于是，为了控制第一比例阀28的位置，微控制器36向第一和第二导向阀50、52发送信号。
现在参照图3，示出了流体静力转向回路20的一般用60表示的流体控制器。流体控制器60包括第二比例阀30，并限定了与泵16流体连通的流体入口端口62、与储液槽14流体连通的流体出口端口64、第一控制端口66以及第二控制端口68。第一和第二控制端口66、68分别与流体致动器22(图1示出)的第一和第二端46、48流体连通。第二比例阀30被设置在流体入口端口62和第一及第二控制端口66、68之间。
在所讨论的实施例中，第二比例阀30包括具有回转阀(例如卷筒)和随动阀元件(例如套筒)的阀组件70。在所讨论的实施例中，作为转向致动元件S(例如转向轮、操纵杆等)的手动致动的结果，卷筒在套筒的内腔中转动。
通过转向致动元件S的手动致动，第二比例阀30可从中间位置N2移动至右转位置R2或左转位置L2。在第二比例阀30位于右转位置R2或左转位置L2的情况下，流体通过流体计量器71(例如内齿轮油泵齿轮装置)从泵16被传送到流体致动器22的第一和第二端46、48之一。
在所讨论的实施例中，流体计量器71是双重功能的。流体计量器71起着计量装置的功能，该装置响应于转向致动元件S的转动而对被馈送给流体控制器60的合适的控制端口66、68的适当的流体量进行测量。流体计量器71还起随动装置的功能，该装置对阀组件70提供随动运动，使得在希望量的流体经过流体计量器71被引导到流体致动器22之后，阀组件70返回到中间位置N2。在所讨论的实施例中，通过将流体计量器71连接到阀组件70的机械连通件72(例如驱动器等)获得这种随动运动。
流体控制器60包含载荷反作用部件73。在美国专利No.5,992,458中已经描述了具有载荷反作用部件的示例性流体控制器，该专利整体并入此处作为参考。将会明了，本公开的说明书和权利要求书中使用的术语“载荷反作用部件”被定义为这样的部件：其中，当第二比例阀30位于中间位置N2时，流体控制器60的第一和第二控制端口66、68与流体计量器71的相对侧流体连通。
当流体控制器60位于中间位置N2时，在第一和第二控制端口66、68与流体计量器71流体连通的情况下，施加在流体致动器22上的任何外部载荷将在流体计量器71上给出反作用载荷。由于流体计量器71通过机械连通件72机械连接到阀组件70且阀组件70机械连接到转向致动元件S，车辆操纵者将通过转向致动元件S感觉到施加在流体计量器71上的这种反作用载荷。
现在参照图4，示出了流体静力转向回路20的一般用74表示的隔离阀回路。隔离阀回路74设置在流体静力转向回路20的第二流动路径26中，这样，隔离阀回路74是与流体静力转向回路20的流体控制器60串联的流动结构。在所讨论的实施例中，隔离阀回路74设置在流体控制器60和流体致动器22之间。在所讨论的实施例中，隔离阀回路74包含一般用76表示的隔离阀以及往复阀78。
在图4所示的实施例中，隔离阀76是具有第一位置P1和第二位置P2的双位六通阀。在第一位置P1(图4中示出)中，隔离阀76通过允许流体从流体致动器22经过流体经路80流至第二比例阀30来启用流体静力转向回路20的载荷反作用部件73。在隔离阀76位于第一位置P1且第二比例阀30位于中间位置N2的情况下，作用在流体致动器22上的外部载荷将导致流体从流体致动器22经过第二比例阀30流到流体计量器71。由于流体计量器71响应于由于外部载荷从流体致动器22流动的流体而旋转，流通计量器71转动机械连通件72。机械连通件72的转动引起阀组件70转动，由此又转动转向致动元件S。在第二比例阀30位于中间位置N2且隔离阀76位于第一位置P1的情况下，转向致动元件S的响应于施加到流体致动器22上的外部载荷的运动向操纵者警报：为了降低或消除作用在流体致动器22上的外部载荷，转向修正可能是有必要的。此外，在隔离阀76位于此第一位置P1的情况下，转向致动元件S向左转或右转位置L2、R2的手动致动将导致测量量的流体经过流体计量器71流至流体致动器22。
在隔离阀76位于第二位置P2的情况下，通过阻塞流体控制器60和流体致动器22之间的流体经路80来禁用流体静力转向回路20的载荷反作用部件73。流体静力转向回路20的载荷反作用部件73的这种选择性禁用允许设置在平行流动结构中的另一转向回路控制流体致动器22，而不向流体静力回路20的转向致动元件S给予运动。例如，在所讨论的实施例中，在第二比例阀30位于中间位置N2且隔离阀76位于第二位置P2的情况下，通过电动液压转向回路18的第一比例阀28对流体致动器22的致动不会导致流体静力转向回路20的转向致动元件S的运动。
在图4所示实施例中，第二位置P2提供流体控制器60的第一和第二控制端口66、68和传感器82之间的流体连通。在一实施例中，传感器82是压力传感器。传感器82与电动液压转向回路18的微控制器36电气连通。如果转向致动元件S被位于第二位置P2的隔离阀76致动，流经第一和第二控制端口66、68之一的流体在一开始与传感器82连通。作为响应，传感器82向微控制器36发送表示转向致动元件S被致动的信号。如果第一比例阀28位于左转和右转位置L1、R1之一，微控制器36向第一和第二导向阀50、52发送信号，以便使第一比例阀28回到中间位置N1。
在所讨论的实施例中，泄漏孔83设置在传感器82和隔离阀76之间。泄漏孔83排出到储液槽14，并降低作为隔离阀76泄漏的结果的、传感器82错误地将信号发送给微控制器36的风险。此外，如果第一和第二控制端口66、68都被阻塞，流体计量器71被液压锁定并被防止转动。在所讨论的实施例中，泄漏孔83的包含解除了允许转向致动装置S在隔离阀76位于第二位置P2的情况下被手动转动的、流体计量器71的这种液压锁定条件。
现在将描述隔离阀76的致动。隔离阀回路74的隔离阀76包括第一端84和相对设置的第二端86。在所讨论的实施例中，第一端84由流体静力转向回路20导向，而第二端86由电动液压转向回路18导向。
隔离阀76被偏置到第一位置P1，故而流体静力转向回路20的载荷反作用部件73被偏置到启用状况。在所讨论的实施例中，当第一端84和第二端86均不受到导向时，弹簧88将隔离阀76偏置到第一位置P1。
在所讨论的实施例中，隔离阀回路74包括往复阀78。往复阀78包括第一入口92和第二入口94。在所讨论的实施例中，第一入口92与第一控制端口66流体连通，而第二入口94与第二控制端口68流体连通。往复阀78还包括流体出口96，流体出口96与隔离阀76的第一端84流体连通。
在运行中，当转向致动元件S被致动时，流体通过第二比例阀30被移动到第一和第二控制端口66、68中的一个。此流体的一部分进入往复阀78的第一入口92和第二入口94之一。流体压力引起往复阀78中的逆止(check)，从而阻塞到往复阀78的其他入口。于是，流体通过流体出口96流至隔离阀76的第一端84。作用在隔离阀76的第一端84上的流体压力产生将隔离阀76致动至第一位置P1的第一力，在该位置中，流体经路80在流体控制器60和流体致动器22之间开路。
在一实施例中，当电动液压转向回路18的第一比例阀28被致动时，流体从电动液压转动回路18被传送到隔离阀76的第二端86。作用在隔离阀76的第二端86上的来自电动液压转向回路18的流体压力产生在第二比例阀30位于中间位置N2时将隔离阀76致动至第二位置P2的第二力。
在另一实施例中，隔离阀76的第二端86被螺线管致动。当电动液压转向回路18的第一比例阀28被致动时，来自电动液压转向回路18的微控制器36的电子信号被传送到隔离阀76的第二端86，从而在第二比例阀30位于中间位置N2时将隔离阀76致动至第二位置P2。
在另一实施例中，当电动液压转向回路18的第一比例阀28被致动时，来自电动液压转向回路18的微控制器36的电子信号被传送到导向阀组件34中的第三控制阀。第三控制阀在被致动时将流体传送到隔离阀76的第二端86，从而在第二比例阀30位于中间位置N2时将隔离阀76致动至第二位置P2。
在此第二位置P2上，流体静力转向回路20的流体控制器60和流体致动器22之间的流体经路80被阻塞且流体致动器22被来自电动液压转向回路18的流体致动。在流体静力转向回路20的流体控制器60和流体致动器22之间的流体经路80被阻塞的情况下，由电动液压转向回路18对流体致动器22进行的致动不会在流体静力转向回路20的转向致动元件S上给予运动。
在一实施例中，第一力大于作用在隔离阀76的第二端86上的第二力。在所讨论的实施例中，与第二力相比第一力的增大的大小是由于来自往复阀78的流体出口96的流体和作用于隔离阀76的第一端84上的弹簧。在另一实施例中，作用于第二端86上的来自电动液压转向回路18的流体的压力可通过与电动液压转向回路18串联的降压阀降低。大于第二力的第一力在需要流体静力转向回路20压倒(override)电动液压转向回路18的转向系统中可能是有利的。
现在参照图5，示出了具有传感器82的替代性位置的流体静力转向回路20。在所讨论的实施例中，传感器82位于往复阀78的流体出口96和隔离阀76的第一端84之间。由于传感器82与电动液压转向回路18的微控制器36电气连通，当流体静力转向回路20的转向致动元件S被致动时，来自第一和第二控制端口66、68中的一个的流体通过往复阀78被传送到隔离阀76的第一端84。传感器82检测这种流体传送并将表示转向致动元件S被致动的信号电气传送到电动液压转向回路18的微控制器36。
现在参照图6，流体静力转向回路20的流体控制器300替代实施例与一般用302表示的隔离回路的替代实施例串联示出。流体控制器300包含第二比例阀304。第二比例阀304可通过转向致动元件S的手动致动从中间位置N3移动至右转位置R3或左转位置L3。在所讨论的实施例中，第二比例阀304包括载荷反作用部件306和载荷检测部件308。
在图6所示的实施例中，载荷检测部件308包含辅助流体端口310，当第二比例阀304被致动到右转和左转位置R3、L3之一时，辅助流体端口310与泵16选择性流体连通。在一实施例中，辅助流体端口310与在转向回路12和辅助回路之间分配来自泵16的流体的流动的载荷检测优先阀(load-sense priority valve)选择性流体连通。适合与转向回路12使用的示例性载荷检测优先阀在美国专利No.3,455,210中提出，该专利整体并入此处作为参考。
隔离回路302是流体静力转向回路20的流体控制器60的串联流动结并并被布置在流体控制器60和流体致动器22之间。在所讨论的实施例中，隔离回路302包括一般用312表示的隔离阀。
在所讨论的实施例中，隔离阀312是具有第一位置P1和第二位置P2的双位四通阀。在第一位置P1上，隔离阀312通过允许流体通过流体经路314从流体致动器22流到流体控制器60来启用流体静力转向回路20的载荷反作用部件306。在第二位置P2上，隔离阀312通过阻塞流体致动器22和流体控制器60之间的流体流动来禁止流体静力转向回路20的载荷反作用部件306。
在所讨论的实施例中，当第二比例阀304被致动至右转和左转位置R3、L3之一时，来自第二比例阀304的载荷检测部件308的流体通过通道316被传送到隔离阀312的第一端318。被传送到第一端318的流体将隔离阀312致动到第一位置P1。当第二比例阀304被致动到右转和左转位置R3、L3之一时，由于第二比例阀304的载荷检测部件308提供泵16和隔离阀312的第一端318之间的流体连通，不再需要具有与第一及第二控制端口66、68流体连通的第一和第二入口以及与隔离阀312的第一端318流体连通的流体出口的往复阀。
在所讨论的实施例中，传感器82与第二比例阀304和隔离阀202之间的通道312连通。由于传感器82与电动液压转向回路18的微控制器36电气连通，当流体静力转向回路20的转向致动元件S被致动时，传感器82检测通道312中的流体，并将表示转向致动元件S被致动的信号电气传送到电动液压转向回路18的微控制器36。
现在参照图7，示出了转向回路400的替代性实施例。在所讨论的实施例中，转向回路包含以并联流动结构设置的第一流体静力转向回路402和第二流体静力转向回路404。
第一流体静力转向回路402包含第一流体控制器406，第一流体控制器406限定与泵16流体连通的流体入口408、与储液槽14流体连通的流体出口410以及与流体致动器22流体连通的第一和第二控制端口412、414。
第一流体控制器406包含设置在泵16和流体致动器22之间的第一比例阀416。第一比例阀416包含中间位置N4、右转位置R4和左转位置L4。
第二流体静力转向回路404包含设置在泵16和流体致动器22之间的流体控制器60以及与流体控制器60串联设置的隔离回路200。流体控制器60包含上面描述的载荷反作用部件73。
第二流体静力转向回路404的隔离阀回路74包含隔离阀76和往复阀78。隔离阀76的第一端84与往复阀78流体连通。
隔离阀76的第二端86与第二往复阀422的流体出口420流体连通，第二往复阀422具有与第一流体控制器406的第一和第二控制端口412、414流体连通的第一和第二入口424、426。当流体控制器60的第二比例阀30设置在中间位置N2且第一比例阀416被致动到右转和左转位置R4、L4之一时，流体从第二往复阀422的流体出口420被传送到隔离阀76的第二端86，这将隔离阀76致动至第二位置P2。如上所述，将隔离阀76致动至第二位置P2禁止了流体控制器60的载荷反作用部件73。
在所讨论的实施例中，降压装置428——例如流动孔——设置在第二往复阀422的流体出口420和隔离阀76的第二端86之间。由于被传送到隔离阀76的第二端86的流体的压力与被传送到隔离阀76的第一端84的流体压力相比处于较低的压力，降压装置428允许第二比例阀30压倒通过第一比例阀416对隔离阀76的致动。
不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员将会想到对本公开的多种修改和改变，将会明了，本公开的范围并不限于这里给出的说明性实施例。

Claims (15)

1.一种转向系统，包含：
流体致动器；
第一转向回路，其与流体致动器选择性流体连通；以及
第二转向回路，其与流体致动器选择性流体连通并与第一转向回路并联，第二转向回路包含载荷反作用部件和隔离阀，隔离阀适用于有选择地启用和禁止载荷反作用部件。
2.如权利要求1所述的转向系统，其中，第一转向回路是电动液压转向回路。
3.如权利要求2所述的转向系统，其中，电动液压转向回路包含第一比例阀，第一比例阀受到多个导向阀的导向操作。
4.如权利要求3所述的转向系统，其中，各个导向阀为电磁阀。
5.如权利要求4所述的转向系统，其中，电动液压转向回路包含控制所述多个导向阀的致动的微控制器。
6.如权利要求1所述的转向系统，其中，第二转向回路包含第二比例阀，第二比例阀可由转向致动元件有选择地致动。
7.如权利要求6所述的转向系统，其中，第二比例阀的中间位置包括载荷反作用部件。
8.如权利要求7所述的转向系统，其中，隔离阀被设置在第二优先阀和流体致动器之间。
9.如权利要求1所述的转向系统，其中，第二转向回路包含流体控制器，流体控制器具有适用于与流体致动器流体连通的第一和第二控制端口。
10.如权利要求9所述的转向系统，其中，第二转向回路包括往复阀，往复阀具有分别与第一控制端口及第二控制端口流体连通的第一入口和第二入口。
11.如权利要求10所述的转向系统，其中，往复阀的出口用于将隔离阀导向到启用第二转向回路的载荷反作用部件的第一位置。
12.如权利要求11所述的转向系统，其中，隔离阀被第一转向回路导向到禁止第二转向回路的载荷反作用部件的第二位置。
13.如权利要求1所述的转向系统，其中，隔离阀被偏置以启用载荷反作用部件。
14.一种用于启用转向系统的载荷反作用部件的方法，该方法包含：
提供与流体致动器选择性流体连通的第一转向回路；
提供与流体致动器选择性流体连通的第二转向回路，第二转向回路与第一转向回路并联，其中，第二转向回路包含具有载荷反作用部件的比例阀；
在第二转向回路的比例阀和流体致动器之间提供隔离阀，隔离阀可在第一位置和第二位置间致动，其中，第一位置启用比例阀的载荷反作用部件，第二位置禁止载荷反作用部件；以及
用传送自第二转向回路的流体，将隔离阀导向到第一位置。
15.如权利要求14所述的用于控制转向系统的载荷反作用部件的方法，其中，通过设置在第二转向回路中的往复阀的出口对隔离阀进行导向，往复阀具有与比例阀流体连通的第一入口和第二入口。
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