CN101784799A - 具有非对称阀调结构的压力控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明总体上描述了用于控制在伺服或伺服型系统内起作用或可运行的可致动负载的动力学性能的方法和系统，其中，负载的动力学性能通过独特的非对称压力控制阀(10)来控制，该压力控制阀构造成提供内在压力调节。所述非对称压力控制阀(10)因为其性能可以称之为动态压力调节器，其使用物理上相互独立并且自由支承在组成阀体(12)的相应不同尺寸阀调元件的内腔中的不同尺寸的自由浮动阀芯来调节作用在整个系统内的控制或先导压力与负载或负载压力之间的压力。尽管物理上相互独立，但压力控制阀(10)的双阀芯相互协同起作用，用于维持系统的平衡状态，即保持作用在致动器上或致动器内的压力(负载压力)，或者与负载压力相应的反馈压力，与控制或先导压力相同。而且，由于双阀芯的构造和功能以及作用在阀芯上的反馈系统，压力调节和控制对于非对称压力控制阀(10)是内在的，由此消除了对电子或机械用户控制系统的需要。

Description

具有非对称阀调结构的压力控制阀

技术领域

本发明涉及构造成在伺服或其他控制系统中控制或调节流体流动和/或压力的伺服或伺服型阀，更具体地，涉及构造成在开环或闭环系统中调节流体流动和压力的压力控制阀。

背景技术

流体控制或伺服系统例如液压或气动系统是众所周知的，它们的操作原理简单，通过流体将一处应用位置的力传递至输出位置。在液压系统中，这种传递通常是通过具有活塞的致动器液压缸完成的，活塞将基本上不可压缩的流体通过流体管线推动到其他位置的另一液压缸中，该液压缸也具有活塞。通过液压系统传递力的一个特别大的好处在于，连接所述两个液压缸的流体管线可以具有任意长度和形状，并且可以在两个活塞之间的任意位置卷绕或弯曲。流体管线还可以分成多段其他流体管线，由此使主活塞能驱动多个从动活塞。液压系统的另外一个好处在于，它非常容易在输出位置增加或降低施加的力。这种液压力的倍增是通过改变一个活塞相对于另一个活塞的大小实现的。

在大多数液压系统中，液压缸和活塞通过阀连接到供应高压液压流体的泵，高压液压流体为基本上不可压缩的流体。滑阀是液压系统中最通用的阀，能向液压致动器内活塞的前端面或者后端面施加压力。当致动器液压缸的一侧受压时，滑阀同时打开致动器对立侧的回流管线，使活塞对立侧上的基本上不可压缩的液压流体能流回到回流容器。这释放了将会抵抗致动器移动的任意内部压力，并限制致动器所需要的功为仅仅是驱动外部负载所需要的功。因此，由于能有效控制流速以获得液压力，滑阀特别适合于液压系统。

然而，尽管在液压系统中滑阀具有优势，但是现有的滑阀具有某些设计限制。传统的滑阀被设计成由机械杠杆、电伺服机构或由先导阀(导阀，pilot valve)提供的称作先导压力(导向压力，pilot pressure)的内部控制压力驱动。滑阀通常装配在圆柱形套筒或阀罩上，流体口贯穿阀罩，通过将滑阀的台肩(land)和凹槽放置在套筒内的适当位置，所述流体口能够被打开或关闭，用于彼此之间的流体连通。通过移动滑阀以打开或关闭阀，使变化量的加压流体从供液容器中流出，从而改变工作压力。

在电驱动的情况下，所述阀由电源的输入电流控制。电流可以与系统中的压力有关，供应的电流越大，压力或供应口打开得越宽，加压流体在限制更少的情况下流入或流经所述阀。当致动器中的负载压力最终等于供应压力时，流动停止。换句话说，给定电流控制压力或回流口中开口的大小，开口的大小进而控制流入或流出液压致动器的流速。为了系统运行正常，滑阀两端必须有恒定的压差。否则，当负载压力接近供液容器压力时，阀失去线性响应并且其操作变得不稳定。因此，滑阀通常在源(即，供液容器)的压力相比于对立的负载压力范围非常高的系统中操作，并且，在可使用的区域中，给定压力下流量相对于输入电流是线性的。

这意味着所述系统特别是负载一直处于受压状态，并且不能在外力或自重的作用下自由移动。因此，在没有输入加压流体形式的实际主动输入的情况下，负载不能轻易被移动。换句话说，致动器不能被动后端驱动。这样一种构造是极度低效的，甚至是在响应重力负载导致的动能或响应动量(例如，当制动时)的情况下，也需要加压流体形式的主动输入来移动或致动负载。加压流体的使用造成明显的能量损失，因为为了移动和/或制动负载，必须一直供应新的加压流体。

除了传统滑阀的现有流动问题之外，经典的液压系统由于几个其他原因也存在问题。首先，需要复杂的控制器来控制阀和活塞的循环时间。其次，因为需要大量的流体来移动输出活塞，移动活塞的循环时间通常较长。第三，驱动输出活塞所需的大量流体需要大容积流体蓄能器的持续加压。因此，液压机器通常需要大量液压流体来操作，因此需要大的外部容器来保持被任意液压缸的两侧排出的流体体积的差异。

经典滑阀装置在应用上也受到限制，因为通过阀引起受控流动时，其一般会直接转换为致动器活塞的受控速度。因此，必须使用复杂的系统反馈装置来将速度输入的液压能转换进基于负载位置的系统。将反馈控制装置引入系统限制了其对反馈回路的带宽的响应和阀的响应性，从而，当施加阻力时，反馈装置和阀之间的时间延迟造成系统不稳定。

在经典伺服系统中运行的经典伺服阀还有其他一些问题。由于上述问题，这些阀和系统在不出现不稳定的情况下不能在高带宽下执行。此外，当多阀系统中不是所有的阀都被使用时，由于泄漏，可能损失大量的能量。最终，阀芯的构造可能受到限制，多个台肩和凹槽形成在单个阀芯上，并且所述单个阀芯用于打开和关闭阀体上成形的压力和回流口。

如上所述，现有技术的相关流体致动或控制系统，例如机器人的或其他液压系统，通常需要使用主动的加压流体致动致动器，从而驱动或移动重力和/或动量作用下的负载。使用主动加压流体来提供致动器的任意移动都被看作能量的巨大浪费以及极度低效。但是，明显的能量损失和效率降低已经让位于注重增加动力的设计因素或准则，因为它们被认为是更加重要，或者至少是更值得要的。因此，在很多情况下，能量损失和效率降低不是最先的或主要的设计考虑。换句话说，大型昂贵的系统已经创造用于提供大的或高的动力输出的特定目的，尽管这些系统非常低效。

发明内容

鉴于现有技术中固有的上述问题和不足，本发明旨在通过提供一种具有非对称阀调(valving)构型或结构的压力控制阀克服这些问题。所述压力控制阀包括双独立阀芯以及形成的固有压力反馈系统，其中容纳独立阀芯的结构具有尺寸不同的内腔或腔室，从而所述双独立阀芯也具有不同尺寸。这种非对称压力控制阀有利于先导阀在提供(source)流动方面具有更好的功能。

根据这里具体表达并宽泛描述的本发明，本发明涉及一种用于在伺服或伺服型系统内使用的非对称压力控制阀，该伺服或伺服型系统构造成执行一种或多种主动和/或被动功能，例如驱动或致动负载。所述非对称压力控制阀设计成用来在伺服型系统内——即在控制或先导压力与负载或负载压力(例如，由联接于负载上的致动器引起的，其中致动器构造成响应于作用在负载上的外力将接收到的压力转换为驱动负载的力，反之亦然)之间——调节流体的流动，更重要地是压力。

所述非对称压力控制阀的独特之处在于，其能在不牺牲系统稳定性的情况下在高带宽下运行。所述非对称压力控制阀的独特之处还在于，其通过在不需要动力输入以使负载移动或移位从而实现摇摆运动的情况下允许负载的自由摆荡或摇摆，能够使伺服型系统高效运行。换句话说，在确定和选定的控制条件下，负载可以双向自然摆荡或摇摆，而不需要沿任一方向主动驱动联接于负载的致动器。在这种模式下，流体能通过压力控制阀的回流(口)直接在致动器、压力控制阀、以及可选地回流容器之间来回分流(晃荡，shunt)。

本发明的非对称压力控制阀使用可以按需设定和改变的先导或控制压力，而不需要传统的反馈回路。先导压力用于向与独立阀芯流体接触的控制腔室供应压力。在负载压力超过先导压力的情况下，回流阀芯打开，使流体能流过回流口，用以稳定或平衡系统中的压力。在先导压力超过负载压力的情况下，压力阀芯打开，使加压流体能流过压力口，用以稳定或平衡系统中的压力。因此，本发明的非对称压力控制阀能被一般地描述为具有双独立浮动阀芯的阀，所述浮动阀芯调节相应的压力阀和回流阀，其中，所述阀芯相互配合地起作用，以保持作用在致动器上或致动器内的压力(负载压力)与压力控制阀中的控制或先导压力相同。换句话说，当负载沿任一方向移位从而改变负载致动器或致动器中的压力时，回流阀芯和压力阀芯调节来保持负载致动器内的压力与压力控制阀内的先导压力相同。当负载致动器中的压力超过先导或控制压力时，所述阀排空以释放压力，并且，当负载致动器中的压力小于先导压力时，所述阀吸入加压流体并且像调节器一样保持压力恒定。因此，本发明的压力控制阀可以被看成一种动态压力调节器。事实上，所述双独立阀芯像动态预定义的固定压力调节器那样起作用，因为在负载压力或反馈压力超过先导或控制压力时，控制或先导压力可以非常快速地改变并且保持稳定。这使系统增益能非常显著地增加，而不会影响系统的稳定性。

此外，由于双独立阀芯非对称压力控制阀本质上是压力源而不是速度源，当布置在具有致动负载的伺服或伺服型系统中时，系统中的压力被转换成驱动该负载的力。因此，当系统中的当前压力增加时，负载中产生的力也增加。

具体而言，本发明涉及一种用于调节伺服系统内压力的非对称压力控制阀，包括：阀体，该阀体具有非对称构型，使得该阀体的回流阀调元件的尺寸大于阀体的压力阀调元件的尺寸，阀体中成形有用于与阀体的内腔流体连通的回流入口和回流出口以及压力入口和压力出口；回流阀芯，该回流阀芯自由支承在阀体的回流阀调元件的内腔内，并且构造成调节流经所述回流入口和回流出口的流体流动；以及压力阀芯，该压力阀芯独立于回流阀芯，并自由支承在阀体的压力阀调元件的内腔内，所述压力阀芯构造成调节流经所述压力入口和压力出口的流体流动，所述回流阀芯的尺寸大于压力阀芯的尺寸并且与回流阀调元件的尺寸相对应/一致，所述压力阀芯的尺寸与所述压力阀调元件的尺寸相对应/一致。

本发明还涉及一种用于调节伺服系统内压力的非对称压力控制阀，包括：具有非对称构型的阀体，该阀体包括：第一和第二阀调元件，第一阀调元件的尺寸大于第二阀调元件的尺寸；成形于这两个阀调元件中的各种入口和出口，所述入口和出口用于与阀体的内腔流体连通；第一阀芯，该第一阀芯自由支承在阀体的第一和第二阀调元件的其中一个内，并构造成调节流经选定的成形于阀体中的入口和出口的流体流动；以及第二阀芯，该第二阀芯独立于第一阀芯，自由支承在阀体的第一和第二阀调元件中没有支承第一阀芯的另一个内，第二阀芯构造成调节流经选定的成形于阀体中的入口和出口的流体流动，所述第一和第二阀芯的尺寸不同，各自的尺寸与它们的相应支承阀调元件相应。

本发明还涉及一种非对称压力控制阀，包括：浮动回流阀芯，该浮动回流阀芯构造成在阀体的回流阀调元件内自由移动；浮动压力阀芯，该浮动压力阀芯构造成在阀体的压力阀调元件内自由移动，回流阀芯的尺寸比压力阀芯的尺寸大，回流阀调元件的尺寸比压力阀调元件的尺寸大；浮动回流阀芯和浮动压力阀芯在结构上相互独立并且与阀体独立，压力控制阀构造成通过固有反馈系统调节压力，该固有反馈系统构造成响应作用在每个回流阀芯和压力阀芯的对立侧上的先导压力和反馈压力之间的压差，内在、系统地移动回流阀芯和压力阀芯的至少其中一个，用于消除压差并且平衡先导压力和反馈压力。

本发明还涉及一种非对称压力控制阀，包括：阀体，该阀体中成形有压力入口和压力出口以及回流入口和回流出口，所述阀体包括：具有内腔的回流阀调元件；以及具有内腔的压力阀调元件，回流阀调元件的内腔的横截面积大于压力阀调元件的内腔的横截面积；回流阀芯，该回流阀芯设置在回流阀调元件的内腔内并且构造成调节流经回流入口和回流出口的流体流动，所述回流阀芯具有先导压力侧和负载反馈压力侧；压力阀芯，该压力阀芯设置在压力阀调元件的内腔内，与回流阀芯相对并且独立于回流阀芯，回流阀芯比压力阀芯的径向尺寸大，压力阀芯构造成调节流经压力入口和压力出口的流体流动，压力阀芯也具有先导压力侧和负载反馈压力侧；以及限位装置，该限位装置位于回流阀调元件和压力阀调元件内，构造成确定回流阀芯和压力阀芯的极限位置，所述回流阀芯和压力阀芯能够响应分别在回流阀芯和压力阀芯的先导压力侧和负载压力侧上同时作用的先导压力和反馈压力之间的压差而移位，内在、系统地打开和关闭回流入口和回流出口以及压力入口和压力出口，用于消除所述压差。

本发明还涉及一种非对称压力控制阀，包括：阀体，该阀体中成形有压力入口和压力出口以及回流入口和回流出口，所述阀体包括：具有内腔的回流阀调元件；以及具有内腔的压力阀调元件，回流阀调元件的内腔的横截面积大于压力阀调元件的内腔的横截面积；回流阀芯，该回流阀芯构造成调节流经回流入口和回流出口的流体流动，回流阀芯具有先导压力侧和反馈压力侧；压力阀芯，该压力阀芯独立于所述回流阀芯，并且具有比回流阀芯小的横截面积，所述较小的横截面积相应于压力阀调元件，压力阀芯构造成调节流经压力入口和压力出口的流体流动，所述压力阀芯也具有先导压力侧和负载反馈压力侧；先导压力腔室，该先导压力腔室限制在回流阀芯和压力阀芯的先导压力侧之间并由它们定界，先导压力腔室与先导压力源流体连通，所述先导压力源构造成在先导压力腔室内提供可变先导压力，以作用在回流阀芯和压力阀芯的先导压力侧上；成形于阀体中并与回流阀芯的反馈压力侧流体连通的反馈口；成形于阀体中并与压力阀芯的反馈压力侧流体连通的反馈口；与回流出口和压力出口以及所述反馈口流体连通的主流体管线；负载供应管线，该负载供应管线与主流体管线和负载能量转换系统流体连通，所述负载能量转换系统中包括可变负载压力，用于在回流阀芯和压力阀芯的反馈压力侧上施加可变反馈压力，其中，反馈压力可以不同于先导压力，由此形成压差使回流阀芯和压力阀芯移位，从而选择性地打开压力入口和压力出口以及回流入口和回流出口以消除所述压差，用于平衡先导压力和负载压力；回流阀芯止档，该回流阀芯止档联接到阀体的回流阀调元件上并设置在回流阀芯的反馈压力侧上，回流阀芯止档构造成限制回流阀芯的移位位置，从而，当先导压力大于反馈压力时，回流入口和回流出口至少部分关闭；以及压力阀芯止档，该压力阀芯止档联接到阀体的压力阀调元件上并设置在压力阀芯的先导压力侧上，压力阀芯止档构造成限制压力阀芯的移位位置，从而，当先导压力小于反馈压力时，压力入口和压力出口至少部分关闭。

本发明还涉及一种用于调节和控制伺服型系统内压力的方法，所述方法包括：提供非对称压力控制阀，该压力控制阀具有非对称阀体，其中，回流阀调元件的尺寸设计成与压力阀调元件不同，压力控制阀还包括自由设置在阀体内的不同尺寸的独立的回流阀芯和压力阀芯，回流阀芯和压力阀芯各自包括先导压力侧和反馈压力侧，并且各自构造成分别调节流经阀体中成形的回流入口和回流出口以及压力入口和压力出口的流体流动；向回流阀芯和压力阀芯的相应先导压力侧供应先导压力；向回流阀芯和压力阀芯的相应反馈压力侧供应反馈压力；以及，在回流阀芯和压力阀芯的先导压力侧和反馈压力侧之间产生压差，由此使回流阀芯和压力阀芯中的至少一个响应该压差而移位，用于消除所述压差并且平衡先导压力和反馈压力。

本发明还涉及一种在伺服或伺服型系统内引入被动致动的方法，包括：提供负载致动器，该负载致动器联接到负载上并构造成来回转换负载压力与力；提供与所述负载致动器流体连通的非对称压力控制阀，该压力控制阀包括具有不同尺寸阀调元件的非对称阀体，以及分别自由设置在所述不同尺寸阀调元件中的不同尺寸的独立的回流阀芯和压力阀芯，回流阀芯和压力阀芯各自包括先导压力侧和反馈侧，并且各自构造成根据固有机械反馈系统分别调节流经阀体中成形的回流入口和回流出口以及压力入口和压力出口的流体流动；向回流阀芯和压力阀芯的相应先导压力侧供应先导压力；向回流阀芯和压力阀芯的相应反馈侧供应反馈压力，所述反馈压力与由负载致动器提供的负载压力相应；以及操纵先导压力使其低于反馈压力，以使压力控制阀进入被动致动或晃荡模式，此时，压力阀芯关闭，回流阀芯打开，由此使流体通过回流入口和回流出口直接在压力控制阀和负载致动器之间来回分流/晃荡。

附图说明

通过结合附图进行的如下描述和所附权利要求，本发明将会变得更加清楚。应该理解，这些附图仅仅描述了本发明的示例性实施例，因此，它们不应当被看作对本发明范围的限制。显然，容易意识到，在这里的附图中一般描述并解释的本发明的组件可以排列和设计成各种不同的构型。尽管如此，本发明将通过附图进一步具体和详细地描述和解释。在附图中：

图1显示了对称双独立阀芯压力控制阀的一个示例性实施例的剖视图，其中，压力控制阀处于平衡状态；

图2显示了图1所示的示例性双独立阀芯压力控制阀的剖视图，其中，所述阀处于致动状态，从而当先导压力超过反馈压力时允许加压流体进入伺服型系统；

图3显示了图1所示的示例性双独立阀芯压力控制阀的剖视图，其中，所述阀处于致动状态，从而当反馈压力超过先导压力时从伺服型系统中释放压力；

图4显示了图1所示的示例性双独立阀芯压力控制阀的剖视图，其中，所述阀处于非致动状态，此时先导压力等于或基本等于反馈压力；

图5显示了另一示例性对称双独立阀芯压力控制阀的剖视图，其中，所述压力反馈与回流压力反馈断开；

图6-A显示了一系列小块形式的一种示例性限位装置的剖视图，所述小块围绕阀体的内壁部分环向间隔布置并从阀体的内壁部分突出；

图6-B显示了单个小块形式的另一示例性限位装置的剖视图，该小块从阀体的内壁部分突出；

图6-C显示了环形式的另一示例性限位装置的剖视图，该环从阀体的内壁部分突出；

图7显示了具有机械压力源的对称压力控制阀的另一示例性实施例，该机械压力源构造成向回流和压力阀芯供应先导压力；

图8显示了根据本发明另一示例性实施例的对称压力控制阀的剖视图；

图9显示了包括四个如上所述并在图8中显示的压力控制阀的压力控制系统的剖切透视图；

图10显示了使用图9的压力控制系统的示例性应用，也就是动力驱动负重机器人的腿的一部分的剖切侧视图；

图11显示了根据本发明的又一示例性实施例的压力控制阀的剖视图；

图12显示了根据本发明的一种示例性实施例的非对称压力控制阀的剖视图；以及

图13显示了根据本发明的另一示例性实施例的非对称压力控制阀的剖视图。

具体实施方式

下面对本发明示例性实施例的详细说明参照了附图，附图构成说明的一部分，其中通过举例显示了可实施本发明的示例性实施例。尽管这些示例性实施例描述得足够详细，足以使本领域技术人员能够实施本发明，但是应该意识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实现本发明的其他实施例以及对本发明进行各种改变。因此，下面对本发明实施例的详细说明不是用于限制权利要求所限定的本发明的范围，而且仅仅出于描述的目的，不会限制描述本发明的特征和特性以及限制阐述本发明的最佳实施方式，并且足以使本领域技术人员实施本发明。相应地，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

参照附图，可以更好地理解下面的详细说明和本发明的示例性实施例，其中，本发明的元件和特征由附图标记指代。

首先，这里使用的术语“双向控制”或“双向压力调节”应该理解为单个压力控制阀能实现双向压力调节的能力，意味着压力控制阀能调节和控制作用在致动器内致动器活塞两侧的压力，从而移动活塞并由此双向地驱动负载。

这里使用的术语“压差”以及类似的术语应该理解为意味着或者应该指的是系统内处于先导压力和负载压力之间的不平衡状态。在某些实施例中，“压差”意味着负载压力与先导压力之间压力大小的简单差异。在其他实施例中，即那些利用面积减小来实现负载/力转换或增加的情形中，考虑到阀体、致动器的不同面积以及任意液压增加，“压差”意味着负载压力和先导压力之间存在的不成比例的压力差异。

这里使用的术语“负载压力”应该理解为由负载引起或施加的作用在负载致动器内的压力减去致动器机构自身内部的摩擦或其他损失。所述负载压力直接影响并决定反馈压力。

这里使用的术语“反馈压力”应该理解成是指在所有的面积减小/增加以及流体压力增加/分配(如果有的话)已发生之后所接收到的或由负载压力决定的作用在独立的回流和压力阀芯的反馈压力侧上的压力。在某些情况下，反馈压力可以等于负载压力。

这里使用的术语“致动器”或“负载致动器”应该理解为能够将流体能量转换成可用能量例如机械能的任意系统或装置。负载致动器的一种典型示例是联接到负载的液压致动器，其中，液压致动器接收液压流体源的加压液压流体，并将其转换成足以驱动负载的机械功或力。

这里使用的术语“摇摆(dangle)”应该理解为响应作用在负载上的非致动力(例如，使用由外力、动量等产生的动能的非致动力)而沿着任一方向的负载自由摆荡，其中，在没有从流体控制系统提供主动输入来沿着任一方向移动负载的情况下实现了负载的运动(这种情况可以被称之为被动服从)。这种摇摆或自动摆荡的能力通过在“晃荡(slosh)模式”下运行的各种本发明的压力控制阀来实现。

这里使用的术语“晃荡”或“晃荡模式”应该理解为对抗性的压力控制阀的被动阀调状态，其中，每个阀中的先导或控制压力维持为低于负载或反馈压力以及回流容器压力，由此造成每个阀中的回流阀芯移位并维持在打开位置。由于先导压力低于负载压力或反馈压力以及回流容器压力，并且回流阀芯处于其打开位置，局部流体能响应负载并由此响应致动器的运动，通过压力控制阀的打开的回流口在负载致动器之间来回分流或晃荡。局部流体分流时的阻力很小或者没有，由此改善系统的阻抗。此外，如上所述，仅仅局部流体来回分流，这意味着系统仅使用致动器、压力控制阀、以及连接它们的各种流体管线中的流体，而不主动需要加压流体来实现致动。压力供应中的流体既不被使用也不被稀释，由此极大地改善了系统的效率。

在晃荡模式下，不需要加压流体的主动输入(例如，动力)来影响致动器和负载沿任意方向的动力性，如现有技术中相关伺服和流体控制系统中的那样。事实上，现有技术中相关系统仅在某种程度上是被动的，意味着仍然需要某种程度的主动动力或加压流体来沿着一个或两个方向致动负载。这种现有技术的情况可以称之为“主动服从”，因为尽管这种系统表面上是被动的，但其实际上是主动的，尽管只是轻微地主动。

另一方面，本发明的压力控制阀能够被动服从，“被动服从”可以称之为包含在伺服或伺服型系统中的本发明压力控制阀的能力，该能力使负载能在除了先导压力或控制先导压力的伺服电机的运行外，系统没有任意主动输入或影响的情况下，响应受到的外部或内部条件的作用而移动或“摇摆”。更具体地，被动服从不需要供液容器的任意加压流体来实现致动器或负载的运动或致动。

这里使用的术语“输出压力”应该理解为能与致动器一起操作的压力控制阀的压力输出，其中，所述输出压力供应到致动器，并在该致动器内转换成致动力。

总体上，本发明描述了用于控制在伺服或伺服型系统内起作用或可运行的可致动负载的动力学性能的方法和系统，其中，负载的动力学性能通过独特的压力控制阀(以下称为“PCV”)来控制，该压力控制阀构造成提供内在压力调节。与传统流量控制阀不同，本发明的PCV通过能提供足够高的增益而实现更好的动力学性能，并由此实现了柔和的或更好的性能，而不会出现不稳定。事实上，本发明的PCV提供了力控制而不是如传统流量控制阀中的速度控制。

所述PCV因为其性能可以称之为动态压力调节器，其独特之处在于使用了物理上相互独立、并且自由支承在阀体中的双阀芯来调节作用在整个系统内的控制或先导压力与负载或负载压力之间的压力。尽管物理上相互独立，但PCV的双阀芯相互协同作用，用于维持系统的平衡状态，即保持作用在致动器上或致动器内的压力(负载压力)与控制或先导压力相同。而且，由于该双阀芯的构造和功能以及固有反馈系统，压力调节和控制成为PCV的固有功能，由此消除了对于电子或机械用户控制反馈系统的需要。

所述PCV致动，并由此通过响应负载压力(或反馈压力)与先导压力之间的压差而起作用的固有反馈系统调节压力，其中，压差可以通过改变负载压力或先导压力中的任意一个或两个而产生。两个独立的阀芯，即压力阀芯和回流阀芯，自由定位或设置在PCV内，用于通过各自的压力和回流口调节流体流动并由此调节压力，由此系统性地控制输入系统的加压流体，以及从系统回流至流体容器的流体。PCV的致动实际上是指至少一个或两个阀芯响应压差的内在致动，用于分散压差以及恢复先导压力与反馈或负载压力之间的平衡状态。由于PCV的构造，所述双独立阀芯通过移位来调节流体流动，更具体地通过压力口或回流口或者两个口来调节压力，从而固有地和系统地响应内部先导压力和/或负载压力之间的压差。具体而言，当负载压力超过先导压力时，回流阀芯移位以打开回流口，由此释放系统内的压力，维持系统内的压力平衡。反之，当先导压力超过负载压力时，压力阀芯移位以打开压力口，由此增加系统内的压力，同样用于维持系统内的压力平衡。另一方面，回流和压力口可以同时部分打开和/或关闭，从而调节系统内的压力，并获得预定的系统压力状态。

当先导压力推动压力阀芯打开压力口，从而使加压流体进入系统内时，PCV将形成的压力转移到致动器，致动器将压力转换成力来驱动负载。当外力施加到负载，由此增加系统内的负载压力时，致动器将该力转换成压力，其中，增大的压力造成PCV的回流阀芯移位以打开回流口，释放系统的压力，用于维持先导压力和负载压力之间的平衡状态。而且，PCV构造成为负载提供了在其自重或外力作用下自由移动或摆荡(这里称之为摇摆)的能力。这是通过选择性地降低并维持先导压力低于反馈压力实现的，从而回流阀芯移位以打开回流口，由此降低了系统的压力损失，并且使流体能够在致动器和压力控制阀以及/或者可选地回流流体容器之间来回晃荡或分流。上述方面的每一种都将在下面更加详细地描述。

在某些实施例中以及在某些系统参数下，PCV在没有大量使用或稀释已被加压的原始流体储备的情况下操作。这是通过提供分离、独立的压力和回流阀芯分别控制加压流体和流回容器的流体实现的。分离、独立的阀芯也使面积比液压增加在阀中而不是在致动器中发生，由此仅需要最少量的加压流体来增加或降低液压系统的力输出。这样形成一种伺服或伺服型系统，该系统主要关注节省流体消耗以及保存主压力源，而不需要像现有系统那样需要大量的流体。如果阀上的面积比变化，那么，致动器产生微小运动时将不会使用全部流体供应，而是使用传统伺服系统中使用流体的一部分。换句话说，在某些系统参数下，双独立阀芯能使流体流经独立于主压力源、以及/或者不会明显干扰主压力源的一个或多个致动器以及一个或多个压力控制阀的回流口。

相比于现有技术相关的压力控制阀，本发明的PCV具有几点优势。首先，本系统关注于压力的控制和调节，而不是流动的控制和调节。事实上，流动控制是本发明的次要考虑因素。其次，由于反馈系统是固有/内在的，PCV能允许在很高的带宽下运行而不会变得不稳定。第三，由于PCV进入晃荡模式，能量效率得到极大提高。第四，由于其较高的循环扭矩控制，系统能表现出改进的动态行为。换句话说，由于PCV的构造，系统能在稳定的情况下实现明显改进的高扭矩环路增益。第五，PCV使系统能实现高扭矩环路增益，而同时提供摇摆能力。这是改进的或增强的被动运动性能。第六，PCV能在选定的时间操作，而不使用或稀释原始加压流体储备。换句话说，PCV通过不干扰主压力源而是利用独立于主压力源的流体流动而保存主压力源。第七，PCV为系统提供了能在较高带宽下吸收高负载的能力，同时保持其稳定性。其他在这里没有明确记载的优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，这里明确记载的那些优点不应该解释为对本发明的限制。

固有调节压力控制阀

参照图1，显示了本发明的阀调系统，即双独立阀芯压力控制阀的一种示例性实施例的沿纵向横截面截取的剖视图。具体而言，图1显示了双独立阀芯压力控制阀(PCV)10，其构造来调节闭环系统例如液压系统内的压力。在所示的示例性实施例中，PCV 10包括阀体12，该阀体12包括内置线性结构，在该结构中形成有回流入口14、回流出口16、压力入口18、压力出口20、形式为回流反馈口22和压力反馈口24的第一和第二反馈口、以及先导压力口26。PCV 10还包括通常设置在阀体12内部并围绕其纵向轴线布置的双独立阀芯，即回流阀芯40和压力阀芯50。回流和压力阀芯40、50自由地设置并支承在阀体12内，其移动受到一个或多个限位装置例如阀芯止档34、44、54和58的限制。

如图所示，阀体12的这种特定实施例包括圆柱形的管状结构，具有由阀体12的壁部分在那里限定的内腔60。所述内腔60构造成包含或容纳每一个压力和回流阀芯40、50，并且容纳它们的移动。事实上，内腔60的直径或横截面积略大于回流和压力阀芯40、50的直径或横截面积，由此使回流和压力阀芯40、50能在那里双向移动，并且视需要充分密封阀体12的壁部分的内表面。内腔60相对于回流和压力阀芯40、50的尺寸使得回流和压力阀芯40、50在内腔60中来回移动时能在内腔60内维持它们的方位。

内腔60以及回流和压力阀芯40、50还可以构造成实现密封关系。大体上，阀体12，特别是内腔60在其中限定出各种腔室。如图1所示，阀体12包括：由回流阀芯40和压力阀芯50之间的距离或区域限定的先导压力腔室28；由回流阀芯40与阀体12的一端之间的区域限定的回流反馈腔室62；以及由压力阀芯50与阀体12的对立端之间的区域限定的压力反馈腔室68。这些腔室中的每一个的尺寸都会根据PCV的致动过程中回流和压力阀芯40、50中的一个或两个实现的位移而改变。每个腔室62、68都通过回流和压力阀芯40、50与阀体12的壁的内表面的相互作用而相对于先导压力腔室28密封。

回流和压力阀芯40、50与阀体12之间提供的密封关系消除了不希望有的流体串混和压力泄漏，维持了系统的完整性。回流和压力阀芯40、50可以使用本领域任意公知的手段与阀体12形成密封关系。在图1所示的实施例中，通过使用非常紧密的制造公差实现具有很低内部泄漏的可接受的密封。这种方法造成阀芯40、50与阀体12的内壁之间摩擦非常小。但是，不管使用什么类型的密封装置，所述回流和压力阀芯40、50应被构造成响应系统内作用的压差而移位，用于平衡先导压力与负载或反馈压力。

回流和压力阀芯40、50都具有与阀体12的内腔60的几何构造或形状匹配或基本匹配或相一致的几何构造或形状。如图所示，回流和压力阀芯40、50总体为圆柱形，包括两个台肩和两者之间的凹槽，以及第一和第二侧。具体而言，在图1所示的实施例中，回流阀芯40包括先导压力侧42、反馈压力侧46、第一台肩72、第二台肩74、以及在台肩72和74之间延伸的凹槽82。压力阀芯50包括类似的几何构造或设计，其也包括先导压力侧52、反馈压力侧56、第一台肩76、第二台肩78、以及在台肩76和78之间延伸的凹槽84。

如上所述，回流阀芯40的反馈侧46与回流反馈腔室62流体连通，而先导压力侧42与先导压力腔室28流体连通。台肩72和74具有适当的直径或横截面积，从而能密封阀体12的内壁表面。在密封时，在回流阀芯40的移位过程中，台肩72和74使反馈腔室62、凹槽82及先导压力腔室28之间的流体连通或流体串混最小。此外，由于凹槽82的直径小于台肩72和74的直径，台肩72和74与凹槽82一起用于促进流经回流入口14到出口16的流体正确流动。事实上，一旦这些口打开，流体通过回流入口14流入PCV 10，流经回流阀芯40的凹槽82，并流出回流出口16。

同样如上所述，压力阀芯50的反馈侧56与压力反馈腔室68流体连通，而压力阀芯50的先导压力侧52与先导压力腔室28流体连通。台肩76、78也具有适当的直径或横截面积，从而能密封阀体12的内壁表面。在密封时，在压力阀芯40的移位过程中，台肩76、78使反馈腔室68、凹槽84及先导压力腔室28之间的流体连通或流体串混最小。此外，由于凹槽84的直径小于台肩76和78的直径，台肩76和78与凹槽84一起用于促进流经压力入口18到压力出口20的流体正确流动。事实上，一旦这些口打开，流体通过压力入口18流入PCV 10，流经压力阀芯50的凹槽84，并流出压力出口20。

所述PCV 10，特别是阀体12，还包括几个用于促进流体流经PCV 10并与内腔60连通的口。在所示实施例中，阀体12上成形有几个入口和出口，它们通过回流和压力阀芯40、50的定位来调节。具体而言，阀体12包括回流入口14和回流出口16，其中，在负载压力大于先导压力的那些情形下，使回流阀芯40移动以打开这些口，使流体能从其中流过并且使压力从PCV 10和PCV 10在其中运行的系统中释放。阀体12还包括压力入口18和压力出口20，其中，在先导压力超过负载压力的那些情形下，使压力阀芯50移动以打开这些口，使流体能从其中流过并且使压力输入到PCV 10和PCV 10在其中运行的系统中。

回流入口14和回流出口16以及压力入口18和压力出口20沿着阀体12以及相对于回流和压力阀芯40、50的相对位置构造成这样：当回流入口和出口14、16打开或部分打开时，压力入口和出口18、20关闭或部分关闭，反之亦然。从而，PCV 10，更具体地回流阀芯40和压力阀芯50、回流入口14和回流出口16以及压力入口18和压力出口20构造成使得满足这些条件，从而允许PCV根据作用在系统内的压力而起作用。本领域技术人员将会意识到除了这里显示和描述的特定构型之外满足这些条件的其他的设计替代构型。

在图1所示的实施例中，回流入口和出口14、16显示为由位于阀体12内的回流阀芯40关闭。压力入口和出口18、20同样显示为由位于阀体12内的压力阀芯50关闭。这种状态或运行构型代表了相等的负载(或反馈)压力和先导压力，此时系统被平衡并处于平衡状态。换句话说，PCV 10是静态的，因为系统内没有压差来移动回流或压力阀芯40、50中的任何一个。事实上，由于系统在相等的先导压力和负载压力之间保持平衡，既没有压力通过压力口18和20输入到系统内，也没有压力通过回流口14和16从系统中释放。因此，任意由PCV控制的负载都是静态的。

回流入口14与回流阀芯40中的凹槽82以及负载致动器例如液压致动器(未示出)流体连通。与此相反，回流出口16与回流阀芯40中的凹槽82以及主回流容器(同样未示出)流体连通。这些不同回流口之间的流体连通由回流阀芯40控制，这在下面将会详细讨论。但是，应该意识到，当负载(或反馈)压力超过先导压力时，回流阀芯40移位以打开回流入口和出口14、16，由此允许流体流经回流入口14进入回流阀芯40中的凹槽82，随后穿过回流出口16流向主回流容器以释放系统中的压力。一旦到达平衡状态，则回流阀芯40移位以关闭回流口14和16。

本发明的一个独特方面在于，系统中的控制或先导压力可以降低，并维持在足以打开回流阀芯40以及回流入口和出口14、16的程度。在这种模式下，PCV 10用于使流体能根据负载的运动，通过回流入口和出口14、16在负载致动器(液压致动器)与回流容器之间来回晃荡或分流。这有效地使负载自由摆荡或摇摆，而不需要任何主动输入来沿任一方向驱动该负载。当PCV 10处于晃荡模式时的摇摆的概念在下面更加详细地讨论。

压力入口18与压力阀芯50中的凹槽84以及加压流体源(未示出)流体连通。与此相反，压力出口20与压力阀芯50中的凹槽84和负载致动器流体连通。这些不同口之间的流体连通由压力阀芯50控制，这在下面将会详细讨论。但是，应该意识到，当先导压力超过负载(或反馈)压力时，压力阀芯50移位以打开压力入口和出口18、20，由此允许加压流体流经压力入口18进入压力阀芯50中的凹槽84，随后穿过压力出口20向负载致动器提供压力，负载致动器将增大的压力转换成主动驱动负载的力。

阀体12中还成形有先导压力口26，其构造成接收具有相应先导或控制压力的加压流体，并且将该加压流体引导至先导压力腔室28中。先导压力口26与一先导阀(未示出)流体连通，该先导阀构造成将流体源例如泵中的加压流体供应到先导压力腔室28中。通过先导压力口26输入先导压力腔室28的加压流体(从而，先导或控制压力)用于作用在回流阀芯40的先导压力侧42和压力阀芯50的先导压力侧52上，从而使回流和压力阀芯40和50相互远离。此外，输入到先导压力腔室28内的先导压力用于对抗或抵抗通过流体反馈系统也作用在回流和压力阀芯40、50上的负载或反馈压力。因此，先导压力用作PCV 10和系统的控制压力。事实上，先导压力可以选择性地相对于负载压力增加或降低或者保持不变，以控制回流和压力阀芯40、50的移位，并由此控制系统内的压力。先导压力的改变或变化可以非常快地进行，这使得PCV能像动态预定的固定压力调节器一样作用。

应该意识到，先导压力腔室28的尺寸可以随着先导压力的大小以及负载压力通过反馈系统作用来抵抗该先导压力而得到的回流阀芯40和压力阀芯50在阀体内的最终移动位置而变化。因此，先导压力腔室28的变化尺寸随先导压力与负载或反馈压力之间的关系而变化。还应该意识到，先导压力腔室28将会一直存在于PCV 10中，因为不管负载压力的大小如何，回流和压力阀芯40和50都被禁止相互接触。事实上，由于阀体12的端部以及在阀体的内腔60内精心布置的各种(限位)装置施加的限制，回流和压力阀芯40、50能够移动的距离受到限制。

限位装置用于控制回流和压力阀芯40和50中的每一个能在阀体12内行进的移位距离。更具体地，限位装置用于在PCV 10的各种运行状态或模式中为每个阀芯建立预定的运行位置。限位装置的一种示例形式是战略性地设置在阀体12的内腔60中的多个阀芯止档，用以防止阀芯在阀体12内的不希望有的移位。图1显示这些为阀芯止档34、44、54和58。由于阀芯止档34和54的存在，回流和压力阀芯40、50不能相互接触，其中，阀芯止档34约束/限制回流阀芯40的移动，从而回流阀芯40不能关闭先导口26，同样，阀芯止档54约束压力阀芯50的移动，使其不能关闭先导口26。因此，先导压力腔室28一直存在并且可以通过先导压力口26接收来自先导压力源的流体。

在阀体12的第一端成形的回流反馈口22有利于负载致动器(未示出)与回流反馈腔室62和用作反馈腔室62的一个边界的回流阀芯40的反馈压力侧46流体连通，所述负载致动器可以包括负载致动器例如液压致动器。因此，来自负载致动器的流体能流经回流反馈口22进入反馈腔室62，由此向回流阀芯40的反馈压力侧46传递反馈压力。反馈腔室62具有预定的直径或横截面积，其将负载压力转换成作用在回流阀芯40上的反馈力。

应该理解，当回流反馈腔室62中的反馈压力大于先导压力腔室28中的先导压力时，回流阀芯40将朝向先导压力腔室28的中央移位直至其接触阀芯止档34，由此打开回流入口和出口14、16，释放和降低致动器压力。回流阀芯40停留在该位置，直到负载压力与先导压力相等。反之，当反馈腔室62中的反馈压力小于先导压力腔室28中的先导压力时，回流阀芯40将远离先导压力腔室28朝向阀体12的端部移位，直至其接触阀芯止档44。在该位置，回流入口和出口14、16关闭，使系统压力增加。回流阀芯40维持该位置，直到反馈腔室62中的压力再次超过先导压力腔室28中的先导压力。

类似地，在阀体12的第二端成形的压力反馈口24有利于负载致动器(未示出)与压力反馈腔室68和用作反馈腔室68的一个边界的压力阀芯50的反馈压力侧56流体连通。因此，来自负载致动器的流体能流经压力反馈口24进入反馈腔室68，由此向压力阀芯50的反馈压力侧56传递反馈压力。反馈腔室68具有预定的直径或横截面积，其将负载压力转换成作用在压力阀芯50上的反馈力。

应该理解，当压力反馈腔室68中的反馈压力大于先导压力腔室28中的先导压力时，压力阀芯50将会朝着先导压力腔室28的中央移位直至其接触阀芯止档54，由此关闭压力入口18和压力出口20。压力阀芯50维持该位置，直到负载压力与先导压力相等。反之，当反馈腔室68中的反馈压力小于先导压力腔室28中的先导压力时，压力阀芯50将会远离先导压力腔室28，朝着阀体12的端部移位，由此打开压力入口18和压力出口20以增加系统压力。压力阀芯50维持该位置，直到反馈腔室68中的压力再次超过先导压力腔室28中的先导压力，此时，压力入口18和压力出口20被关闭。

如上所述，限位装置——即阀芯止档34、44、54和58——分别构造成限制回流阀芯40和压力阀芯50在阀体12的内腔60内的移动。更具体地，所述限位装置构造成确保回流阀芯40和压力阀芯50相对于回流入口14和回流出口16、压力入口18和压力出口20以及先导压力口26的正确移位和对准。如上所述，阀芯止档34和54限制回流和压力阀芯40、50的相向运动。具体而言，阀芯止档34定位成使回流阀芯40不能关闭先导压力口26。阀芯止档34还防止回流入口和出口14、16与回流反馈口22之间的流体连通。

阀芯止档44限制回流阀芯40朝着阀体12的端部的移位，如图所示。具体而言，阀芯止档44定位成当回流阀芯40接触阀芯止档44时回流入口和出口14、16闭合。还应该意识到，阀芯止档44的位置还防止回流入口和出口14、16与先导压力腔室28之间的流体连通。

阀芯止档54限制压力阀芯50朝着回流阀芯40和先导腔室28的移动。具体而言，阀芯止档54定位成使得当压力阀芯50接触阀芯止档54时压力入口18和压力出口20闭合。阀芯止档54防止压力入口和出口18、20与压力反馈口24流体连通。

阀芯止档58限制压力阀芯50朝着阀体12的端部的移位，如图所示。具体而言，阀芯止档58定位成使得当压力阀芯50接触阀芯止档58时压力入口和出口18、20闭合。还应该理解，阀芯止档58的位置还防止压力入口和出口18、20与先导压力腔室28之间的流体连通。

如上所述，PCV 10包括双独立阀芯，即回流阀芯40和压力阀芯50，它们优选自由地设置或支承在阀体12的内腔60内。自由地支承意味着所述阀芯不相互连接或者连接到其他任意结构或装置，例如机械致动或支承装置。换句话说，阀芯在阀体的内部浮动，仅通过作用在它们上面的压力或者位于阀体12内的任意限位装置来限制它们的运动或移位。一方面，回流阀芯40和压力阀芯50是轻质阀芯。但是，阀芯的质量可以根据应用而改变。

回流和压力阀芯40和50用于在阀体12内相互独立地操作。这里使用的术语“独立”或短语“独立地控制和操作”或任意其他类似的术语或措辞用于表示两个阀芯被单独或分开操纵或控制，它们彼此之间没有相互连接或相互依赖。这同样意味着回流和压力阀芯40和50在任意给定时间响应作用在系统内的内在压力参数而移位或被迫移位，而不是由任何机械或电子控制的致动装置或系统致动。更具体地，所述PCV用于根据PCV固有的压力反馈系统调节包含该PCV的系统内的压力，其中，使回流和压力阀芯根据系统内发生或作用的压差而移位，用于消除压差以及平衡先导压力和负载或反馈压力。在图1所示的实施例中，当作用在回流和压力阀芯的外表面上的负载或反馈压力与同时作用在回流和压力阀芯的内表面上的先导压力不同时，存在压差。由于同时作用在回流和压力阀芯的对立侧上的这两个压力不同，根据占据优势的压力，回流和压力阀芯将会移位以打开和关闭合适的口，这样促进或切断平衡整个系统压力所需的流体流动，或者试图平衡负载致动器上的负载压力和先导压力。

在PCV 10中，当作用在回流和压力阀芯40、50的反馈压力侧上的反馈压力与作用在回流和压力阀芯40、50的先导压力侧上的压力大小不同时，则形成压差。所述压差可以有利于负载压力或先导压力。不管怎样，回流和压力阀芯40、50设计成响应该压差而移位，以使先导压力和负载或反馈压力恢复至平衡状态。但是，由于先导压力被特定地和选择性地控制，所述先导压力能在预定时间段内引起预定压差。因此，如果需要增加系统压力，则选择性地操纵先导压力使之超过负载或反馈压力，由此造成压力阀芯50移位以打开压力入口和出口18、20，并且使压力源的加压流体进入系统。同样，如果需要降低系统压力，则选择性地操纵先导压力使之低于负载或反馈压力，由此造成回流阀芯40移位以打开回流入口和出口14、16，并释放系统中的压力。应该注意到，可以通过操纵先导压力或负载而在系统中产生压差。不管怎样，产生的阀芯移位用于打开和关闭适当的入口和出口，从而调节系统内的压力。

回流和压力阀芯40、50都具有与阀体12的内腔60的几何构造或形状匹配或基本匹配或相一致的几何构造或形状。如图所示，回流和压力阀芯40、50总体为圆柱形，包括两个台肩和两者之间的凹槽，以及第一和第二侧。具体而言，在图1所示的实施例中，回流阀芯40包括先导压力侧42、反馈压力侧46、第一台肩72、第二台肩74、以及在台肩72和74之间延伸的凹槽82。压力阀芯50包括类似的几何构造或设计，其也包括先导压力侧52、反馈压力侧56、第一台肩76、第二台肩78、以及在台肩76和78之间延伸的凹槽84。

如上所述，回流阀芯40的反馈侧46与反馈腔室62流体连通，而先导压力侧42与先导压力腔室28流体连通。台肩72和74具有适当的直径或横截面积，从而能密封阀体12的内壁表面。在密封时，在回流阀芯40的移位过程中，台肩72和74防止反馈腔室62、凹槽82及先导压力腔室28之间的流体连通或流体串混。此外，由于凹槽82的直径小于台肩72和74的直径，台肩72和74与凹槽82一起用于促进流经回流入口14到出口16的流体正确流动。事实上，一旦这些口打开，流体通过回流入口14流入PCV 10，流经回流阀芯40的凹槽82，并流出回流出口16。

同样如上所述，压力阀芯50的反馈侧56与反馈腔室68流体连通，而压力阀芯50的先导压力侧52与先导压力腔室28流体连通。台肩76、78也具有适当的直径或横截面积，从而能密封阀体12的内壁表面。在密封时，在压力阀芯40的移位过程中，台肩76、78防止反馈腔室68、凹槽84及先导压力腔室28之间的流体连通或流体串混。此外，由于凹槽84的直径小于台肩76和78的直径，台肩76和78与凹槽84一起用于促进流经压力入口18到压力出口20的流体正确流动。事实上，一旦这些口打开，流体通过压力入口18流入PCV 10，流经压力阀芯50的凹槽84，并流出压力出口20。

根据下面紧接着的讨论，本发明PCV的一个独有特征在于其固有/内在反馈系统。与关注和用于控制流体流动的现有相关系统不同，该固有反馈系统用于使PCV能响应诱发条件或者以操纵方式自动地调节和控制伺服或伺服型系统内的压力，所有这些都不需要外部控制装置。该固有反馈系统是PCV的各种元件与先导和负载压力之间流体连通的函数。更具体地，该固有反馈系统是作用在独立的回流阀芯和压力阀芯的对立侧上的先导与反馈压力之间连通的函数，其中，反馈压力和先导压力相互对抗，并且反馈压力是负载压力的函数。可被看作阀体内的浮动阀芯的独立的回流阀芯和压力阀芯构造成相互呼应地动作，以便根据引发的压差系统地移位以打开适当的口，增加或降低整个系统的压力。由于在系统内精心布置的各种限位装置，以及回流入口和出口及压力入口和出口的相对定位，独立的回流和压力阀芯构造成相应地移位以使该伺服系统恢复成尽可能地接近平衡状态，所述移位仅受系统约束和/或选择性地和受控制的操作条件限制。本发明PCV固有反馈系统的各种示例在附图中示出，并且在下面参照PCV的各种运行状态加以描述。

回流和压力阀芯40、50将会响应先导压力移至特定位置，这是根据是否需要增加负载致动器内的压力、是否允许负载致动器释放、或者是否需要负载致动器保持持续负载来控制的。

最后，第一反馈口22和第二反馈口24分别与第一反馈管线192和第二反馈管线196流体连通，其中，第一和第二反馈管线192、196构造成接收来自主管线200的流体或者将流体传输至主管线200。主流体管线200通过负载供应管线210与负载致动器(未示出)流体连接。

尽管图1显示了PCV的一个示例性实施例，应该意识到，这里可以设想其他实施例。事实上，图1所示的PCV可以修改成具有不同构造或尺寸的回流和压力阀芯40和50。但是，很显然，阀体12将必须具有相应的直径差别以容纳不同尺寸的阀芯。因此，在其他实施例中，可以考虑阀体12以及在其中设置的独立阀芯具有一致或不一致的直径，以及不是圆形的其他几何横截面形状。此外，阀体12中的口14、16、18、20、22、24和26的尺寸可以改变，并且，可以预期到各种尺寸和形状的组合，以获取特定或给定应用所需要的特定压力-力-面积关系。

参照图2，显示了上面描述、并在图1中示出的示例性双独立阀芯压力控制阀(PCV)的沿纵向横截面截取的剖视图，其中，所述PCV 10可操作地包含在伺服或伺服型系统特别是液压致动器系统100内。具体而言，图2显示了处于致动状态的PCV 10，其中，压力入口和出口18、20打开。在这种情况下，伺服系统具有一先导压力，该先导压力超过了由致动器220内包含的致动器活塞240施加并作用在回流和压力阀芯40、50的反馈压力侧上的负载或反馈压力。为了实现这种状态，先导压力腔室28内存在的升高的先导压力作用在回流和压力阀芯40、50的先导压力侧42、52上。由于阀芯止档44的存在，回流阀芯40不能移位，由此回流入口14和回流出口16保持关闭。相反，由于作用在压力阀芯50的先导压力侧52上的先导压力克服作用在压力阀芯50的反馈压力侧56上的反馈压力，所述先导压力使压力阀芯50移位。由于克服了反馈和/或负载压力，压力阀芯50远离阀芯止档54移动，由此定位成打开压力入口和出口18、20。这样使压力源(未示出)的加压流体流经压力入口18，通过压力阀芯50的凹槽84，从压力出口20流出，并经由主流体管线200进入液压致动器220中。实质上，系统压力因加入的加压流体而增加，由此证明了PCV将系统100恢复到先导压力等于反馈压力的平衡状态的能力。压力源可以构造成根据期望的运行条件供应任意压力下的流体，但是，压力通常足以驱动致动器活塞240，以及随后的负载250。

如上所述，先导压力同时作用在回流阀芯40上，该先导压力造成回流阀芯40与阀芯止档44持续接触，其中，回流阀芯40定位成关闭回流入口20和回流出口18，由此防止流体流出系统100。应当理解，由于先导压力超过反馈压力，因此在系统100内形成压差，从而造成压力阀芯50移位。还应当理解，压力阀芯50能在没有外部控制装置的情况下响应该压差，由此显示了本发明PCV的固有反馈性能。

此外，图2显示了与主流体管线200流体连通的第一和第二反馈口22和24。与主流体管线流体连通的还有回流入口14和回流出口16以及压力入口18和压力出口20。负载致动器220也通过负载供应管线210(或输出/负载压力口)与主流体管线200流体连通，这使流体能流入和流出致动器220(例如，允许加压流体流入致动器220以移动活塞240以及驱动负载250)。主流体管线200和负载供应管线210用作将PCV 10流体连接到致动器220从而使PCV 10能如所希望的起作用的装置。

如上所述，压力控制阀包括输出/负载压力口。在所示实施例中，主流体管线200也与输出/负载压力口或负载供应管线210流体连通，负载供应管线210使流体能在主流体管线200和负载致动器220之间流动。在图2中，负载致动器220是具有底部加载活塞的液压致动器，意味着负载供应管线210联接到活塞240下方的活塞缸筒230。增加液压系统中的压力，由此增加活塞240下方的活塞缸筒230的部分中的压力，使活塞240远离负载供应管线210移动，由此在负载250上施加力，负载250在图2中显示为轴向阻滞器(inline resistor)。

因此，负载致动器220能通过主供应管线200在回流和压力阀芯40、50的负载反馈压力侧46、56上施加可变负载或反馈压力。也就是说，当液压致动器220的负载转换成小于先导压力的反馈压力时，则形成压差。该压差造成压力阀芯50相应地移位，打开压力入口和出口18和20，以便消除压差并再次使系统平衡。打开这些口造成加压流体进入系统，由此造成活塞240在附接的负载250上施加一关联力。或者，当负载致动器220的负载转换成大于先导压力的反馈压力时，会形成不同类型的压差。该压差造成回流阀芯40相应地移位，打开回流入口和出口14和16，以便消除压差并使系统平衡。打开这些口，从系统中排出加压流体，由此降低整个系统的压力并使负载回缩。可以看出，相比于现有相关系统，固有反馈系统使本发明的PCV 10能以极大的优势起作用。

参照图3，显示了上面描述、并在图1中示出的示例性双独立阀芯压力控制阀(PCV)的也沿纵向横截面截取的剖视图，其中，所述PCV可操作地包含在液压致动器系统100内。具体而言，图3显示了处于压力释放状态的PCV 10，其中，负载或反馈压力超过先导压力腔室28中的先导压力。在这种情况下，回流阀芯40的负载反馈压力侧46上作用有反馈压力，使其远离阀芯止档44移动，由此定位成打开回流入口和出口14、16。这使回流流体流经回流入口14，通过回流阀芯40的凹槽82，流出回流出口16，并流回到回流流体容器(未示出)。同时，压力阀芯50的负载反馈压力侧56上也作用有反馈压力，迫使压力阀芯50靠在阀芯止档54上，由此关闭压力入口和出口18、20，从而防止加压流体流经液压系统100。

应该意识到，由于先导压力与负载或产生的反馈压力之间存在的压差，回流阀芯40在反馈压力的作用下移位。事实上，由于反馈压力超过先导压力，在浮动回流阀芯40的先导压力侧42和负载反馈压力侧46之间存在压差。类似压差作用在浮动压力阀芯50上。因此，当负载或反馈压力大于先导压力，并且回流阀芯40移位以打开回流入口和出口14、16时，压力阀芯50也被压靠在阀芯止档54上，由此关闭压力入口和出口14、16。打开回流入口和出口14、16用于使流体流出致动器220和PCV，从而释放系统100内的压力。

通过使先导压力降低到低于负载压力或反馈压力，由此使回流入口和出口14、16打开，实现了PCV 10的另一独特方面。在这种称作晃荡模式的情况下，响应于外力作用于其上而引起的负载250以及随后致动器活塞240的运动，回流流体能够通过PCV 10的回流口在PCV 10和致动器220以及可选地流体容器之间来回分流或晃荡。在晃荡模式下，负载能在系统没有任何主动驱动输入的情况下移动。换句话说，当PCV 10处于晃荡模式时，负载能在不需要主动输入以在任一方向移动负载的情况下自由摆荡或摇摆，而现有相关系统中主动输入是必需的。例如，随着先导压力降低以及回流阀芯40移位以打开回流入口和出口14、16，负载能在外部影响下例如响应重力而移动。

处于晃荡模式的PCV能实现的摇摆的另一方面是负载响应于当负载被主动驱动时在负载内诱发的动量而移动的能力。例如，可通过加压流体的快速和周期性输入以短脉冲驱动负载。根据负载的质量以及主动输入致动器220(例如，加压流体)驱动负载的程度，一旦切断加压流体的供应，则可在负载内诱发一定程度的动量。与这种动量将会被浪费掉的现有相关系统不同，本发明PCV能进入晃荡模式，这种模式使负载能利用所诱发的动量在没有任何主动输入的情况下移位额外的距离。一旦动量被耗尽且负载停止移动，则可增加先导压力以停止晃荡模式(例如，关闭回流入口和出口)。通过增加先导压力，使其超过负载或反馈压力，造成压力阀芯移位以打开压力入口和出口，从而再次向能驱动负载的系统供应加压流体，可以再次驱动负载。

当PCV处于晃荡模式时负载摇摆或自由摆荡的能力的优势在于实现了很大的能量节省，因为负载能在重力或其自身动量的作用下动作，由此降低了按期望操纵负载所需要的能量。晃荡模式及其优势对于机器人领域是特别重要的，因为各种机器人系统能制造成更准确地模仿人类运动，并且需要更少的动力输入。

这里使用的术语“晃荡”或短语“晃荡模式”应该理解或者应该指的是本发明的PCV的情形或状态，此时，先导压力一直小于作用在回流和压力阀芯上的负载或反馈压力，而不管负载致动器活塞的位置或致动器内的负载压力如何，从而致动回流阀芯以打开回流入口和出口，使流体能通过PCV特别是这些打开的口，在负载致动器(或者回流入口上游的其他类似装置)和回流出口下游的流体容器或管线之间来回分流或晃荡。这种状态的示例在图3中显示。

参照图4，显示了上面描述、并在图1中示出的示例性PCV的也沿纵向横截面截取的剖视图，其中，所述PCV 10仍然可操作地包含在液压致动器系统100内。具体而言，图4显示了处于未致动状态的PCV 10，其中，反馈压力等于先导压力。在这种情况下，使回流阀芯40停靠在阀芯止档44上，由此关闭回流入口和出口14、16，防止流体从液压致动器220中回流以及压力逸出系统100。此外，使压力阀芯50移动至停靠在阀芯止档54上，由此关闭压力入口和出口18、20，避免流体源(未示出)的加压流体流入系统100特别是液压致动器220中。在这种构型中，液压致动器220及其相联接的负载250是静态的。仅仅当回流浮动阀芯40和压力浮动阀芯50上形成压差时，负载250才能移动。可以通过增加或降低先导压力腔室28中的先导压力，或者通过增加或降低液压致动器220内作用的负载压力而形成压差。

现在参照图5，显示了其中支承有PCV 10的液压致动器系统100的另一示例性实施例。在该实施例中，PCV 10具有主压力管线204，该主压力管线204的一端通过负载供应管线210(或者输出/负载压力口)流体连接到致动器活塞240的一侧的致动器220的一部分上，另一端流体连接到压力入口和出口18、20以及反馈口24上。所述PCV 10还具有主回流管线208，该主回流管线208的一端通过回流负载管线214流体连接到致动器活塞240的对立侧的致动器220的一部分上，另一端流体连接到回流入口和出口14、16以及反馈口22上。

在运行过程中，PCV 10作用方式与上面描述并在图1-4中示出的实施例类似。但是，在本实施例中，PCV 10使回流口和压力口流体断开。因此，在先导压力腔室28中的先导压力超过作用在回流和压力阀芯40、50的反馈压力侧46、56上的负载或反馈压力的情况下，压力阀芯50移位以打开压力入口和出口18、20。这使压力源(未示出)的加压流体能进入系统100，并流经主压力管线204和负载供应管线210进入致动器220，驱动致动器活塞240，并随后驱动与其相联的负载250。另一方面，一旦先导压力降低到低于负载或反馈压力，则流体和压力通过回流入口和出口14、16从活塞240的对立侧排出系统100。由于先导压力低于负载或反馈压力，造成回流阀芯40移位以排出系统100中的加压流体。也可以相对于先导压力选择性地控制从压力源输入系统的压力，以使PCV 10能正确地运行。

图6-a-6-c显示了可以用在PCV 10内的几种不同类型限位装置示例。图6-a显示了形式为珠子54-a的多个阀芯止档，所述珠子从阀体12的内腔60的内壁表面突出并且围绕该内壁表面环向间隔布置。图6-b显示了形式为小块54-c的至少一个阀芯止档，所述小块从阀体12的内腔60的内表面突出并且设置在合适的位置。图6-c显示了形式为实心环的阀芯止档，所述实心环从阀体12的内腔60的内壁表面突出并且围绕该内壁表面环向延伸。本领域技术人员将会意识到，可以使用其他类型的限位装置来控制这里所描述的回流阀芯和压力阀芯的移位。

图7显示了包含在液压致动器系统100内的PCV 10的另一示例性实施例。在该实施例中，PCV 10具有非线性构造，其中，阀体被分成两部分，即阀体12-a和阀体12-b。尽管未明确讨论，其他非线性构造在这里也可以考虑。在该实施例中，阀体12-a中支承有回流阀芯40，并且在其中还成形有回流入口14和回流出口16以及反馈口22。阀体12-b中支承有压力阀芯50，并且在其中还成形有压力入口18和压力出口20以及反馈口24。

本实施例的一个特征在于机械先导系统300的存在，该机械先导系统使用机械能分别向回流和压力阀芯40、50的先导压力侧42、52提供先导力。如图所示，机械先导系统300包括偏压部件304，所述偏压部件304与回流阀芯40的先导压力侧42相互作用并且向该先导压力侧施加先导力。同样，机械先导压力系统300包括类似的偏压部件308，所述偏压部件308与压力阀芯50的先导压力侧52相互作用并且向该先导压力侧施加先导力。两个偏压部件304、308优选具有同样的刚度比，从而向回流和压力阀芯40、50中的每一个都提供相等的力。本领域已知的任何类型的施力系统或装置都能用来致动该机械先导系统300以向回流和压力阀芯40、50提供先导力，因此，这里不再详细讨论。

在运行过程中，如果需要先导力克服作用在回流和压力阀芯40、50的反馈压力侧46、56上的给定负载或反馈压力，那么致动系统300以施加所需要的先导力。在这种情况下，使压力阀芯50移位，由此打开压力入口和出口18、20，使PCV 10如上所述起作用。由于阀芯止档34的存在，回流阀芯40不能移位，而是保留在关闭位置。机械先导系统300能使压力阀芯50移动，同时，由于偏压部件304部分压缩，回流阀芯40被压靠在阀芯止档34上，由此使机械先导系统300能充分移位以打开压力入口和出口18、20。

另一方面，如果需要先导压力小于给定负载或反馈压力，则相应地致动系统300。在这种情况下，致动系统300使回流阀芯40移位，由此打开回流入口和出口14和16。在某些情况下，系统300能完全停止运转，其中，压力阀芯50因为与阀芯止档54接触而保持关闭。实质上，图7所示的系统与上面所述的那些系统工作原理相同，不同之处在于使用机械先导压力源而不是流体先导压力源。

图8显示了与上面描述的PCV 10相似的另一示例性实施例PCV 410，两者存在着一些区别。在这个特定的实施例中，PCV 410包括阀体412，阀体412中成形有回流入口414、回流出口416、压力入口418、压力出口420、第一和第二反馈口592和596、先导压力口426、以及输出/负载压力口610。PCV 410还包括双独立阀芯，即通常围绕阀体412的纵向轴线布置的回流阀芯440和压力阀芯450。回流和压力阀芯440、450自由地设置并通过支承部件413支承在阀体412内，支承部件413构造成便于阀芯440和450的移位，并且回流阀芯440和压力阀芯450的运动受到一个或多个限位装置例如阀芯止档434、444、454和455的约束/限制。可以看出，主流体管线600包含在阀体412内部，而不是如图1的示例性实施例那样在阀体412的外部。此外，第一和第二反馈口592和596都包含在阀体412内。

本具体实施例与图1中的实施例的另一不同之处在于回流入口414和回流出口416相互偏置。此外，压力入口418和压力出口420相互偏置。尽管偏置，但PCV 410与上述PCV 10的作用方式相似。

此外，另一不同之处在于存在第四限位装置或阀芯止档455，其限制阀芯450的运动或移位。

根据以上所述，本领域技术人员可以看出具有固有反馈系统和动态压力调节性能的本发明的双独立阀芯压力控制阀是如何解决常规或传统伺服系统中出现的很多问题的。

现在参照图9，显示了图8的PCV 410的示例性应用。如图所示，图9显示了压力控制系统700的剖面透视图，压力控制系统700包括多个PCV，即组装在一起的四个单独的PCV，显示为PCV 410-a、410-b、410-c和410-d。PCV 410a-d包括上面描述的所有特征和部件，它们中的一些分别显示为反馈压力口592和596、压力回流口414和压力供应口418、输出/负载压力口610、以及先导压力口426。

图10显示了使用图9的压力控制系统的示例性应用。在这种特定应用中，压力控制系统700被支承在负重机器人(未完全示出)、特别是该负重机器人的腿714内并可在其中操作。所述压力控制系统700用于控制一个或更多个致动器——示出为致动器720和724，每个致动器分别联接于钢缆(tendon)驱动系统。在所述钢缆驱动系统内，钢缆740和744的一端分别可操作地联接到滑轮750和754，而另一端分别联接到致动器720和724。致动器720和724通过输出/负载压力口流体联接到压力控制系统700，更具体地是联接到包含在压力控制系统700中的单独的压力控制阀上。输出/负载压力口的压力用于驱动致动器720、724的缸筒内的活塞(未示出)。通过使用压力控制系统700的压力控制，选择性地使致动器720和724启动以驱动与之相联的钢缆740、744，从而使滑轮750、754旋转，用于为负重机器人的肢或腿714提供动力。压力控制系统700内包含的任意一个或所有PCV都可以选择性地启动来控制所述钢缆驱动系统。

图11显示了本发明压力控制阀的另一示例性实施例。在这个特定实施例中，PCV 810包括分为回流阀体812-a和压力阀体812-b的阀体，与上面描述并在图7中显示的类似。但是，与图7的实施例(其中PCV阀调部件包含在同样的结构或壳体内)不同，图11的PCV 810的回流和压力阀体812-a和812-b涉及分开、独立的结构。

在该具体实施例中，回流阀体812-a包括内腔860-a，内腔860-a由回流阀芯840进一步分成先导压力腔室828-a和反馈腔室862-a，回流阀芯840与图1所示的回流阀芯类似。同样，压力阀体812-b包括内腔860-b，内腔860-b由压力阀芯850进一步分成先导压力腔室828-b和反馈腔室862-b，压力阀芯850与图1所示的压力阀芯类似。先导压力腔室828-a与先导压力口826-a流体连通，先导压力腔室828-b与先导压力口826-b流体连通。每一个先导压力口826-a和826-b彼此流体连通，以及通过连接这两个先导压力口的流体管线与先导压力源829流体连通。

在运行过程中，来自先导压力源829的先导压力如上所述起作用，不同之处仅仅在于代替PCT包括单个先导压力腔室、通过两个阀芯界定先导压力腔室的边界，并且代替将来自先导压力源的加压流体输入单个腔室，PCV 810包括分开的先导压力腔室828-a和828-b，各自从先导压力源829接收先导压力，所述先导压力用于分别操纵阀芯840和850的移位，以便使流体返回到回流(容器)829或者输入来自加压流体源819的流体，以控制或响应致动器(未示出)。每个先导压力腔室828-a和828-b内的先导压力都如上所述地引入其中并且类似地起作用。

除了构造上的不同——其中回流阀体812-a和压力阀体812-b各自的内腔860-a和860-b(包括先导压力腔室828-a和828-b，以及反馈腔室862-a和862-b)不是一体形成或者包含在同样的结构或壳体内——以及在这里另外描述的区别，图11的PCV实施例与图1-4和7-8所示的那些PCV以基本相同的方式起作用。由此，上面针对这些实施例中的每一个的描述都可以在可应用时和以适当的方式结合进PCV 810的描述中。

非对称阀调构型

本发明提出了具有与上述对称PCV构型不同的构型的PCV。具体而言，本发明提出了包括具有非对称构型的阀体的PCV，其中，第一阀调元件或阀体的内腔与第二阀调元件或阀体的内腔的尺寸不同。不同尺寸意味着，容纳和支承自由浮动阀芯的阀体的一个阀调元件的内腔的尺寸比容纳和支承不同自由浮动阀芯的阀体的另一阀调元件的内腔更大。尺寸更大是指具有这样的内腔的阀调元件，当从沿着容纳在该内腔中的阀芯的行进方向延伸的阀调元件的中心或纵向轴线径向向外测量时，该内腔的尺寸更大。换句话说，尺寸更大意味着阀调元件包含具有更大或增大的横截面积的内腔。例如，更大尺寸的阀调元件将包括具有增大的半径和/或直径的内腔。

非对称PCV通常包括调节回流流体的回流侧以及调节加压流体的压力侧。每一侧都分别代表或者可以表述成回流阀调元件或回流阀体以及压力阀调元件或压力阀体。还可以考虑将PCV的压力侧或回流侧的其中一个构造成比另一个的尺寸大。

同样，非对称PCV包括不同尺寸的自由浮动独立阀芯，其中，具有每个尺寸的阀调元件包含或支承具有相应尺寸的阀芯。此外，各种阀芯的尺寸应从阀芯的中心或纵向轴线径向向外测量(例如，它们的半径或直径)。

现在参照图10，显示了根据本发明另一示例性实施例的PCV。在该实施例中，PCV 910在很多方面与图1的PCV类似，但包括非对称的构型，其中，阀体912包括回流阀调元件或回流侧阀体912-a以及压力阀调元件或压力侧阀体912-b，阀体912-a相比于阀体912-b具有增大或更大的尺寸。此外，回流阀调元件或回流阀体912-a包含与较大尺寸回流阀调元件或阀体912-a的尺寸相应的自由浮动独立回流阀芯940，压力阀调元件或阀体912-b也包含与压力阀调元件或阀体912-b的尺寸相应的自由浮动独立压力阀芯950。换句话说，PCV 910包括非对称的阀体，在该实施例中，显示了界定和组成以及促进回流流体控制的元件比界定和组成以及促进加压流体控制的元件尺寸更大。如图所示，阀体912包括具有圆形横截面的内腔960。回流阀调元件或阀体912-a与回流阀芯940具有基本上相同的直径d₁，其显示为大于压力阀调元件或阀体912-b及其相应压力阀芯950的直径d₂。

同样，PCV 910包括邻接回流阀芯940的回流反馈腔室962，该腔室相比于邻接压力阀芯950的压力反馈腔室968具有增大的尺寸及与之相应的容积。先导压力腔室928构造成与上述腔室以相似的方式作用，但构造成通过非对称阀调结构运行。先导压力腔室928与先导压力源929通过先导压力口926流体连通，由此接收先导压力，先导压力如上所述作用在每个回流阀芯940和压力阀芯950上。

在所示实施例中，使回流阀芯940在阀芯止档944和934之间来回移位。阀芯止档可以是与阀体912分离的结构或部件，或者可以是阀体912的一部分，该部分的尺寸和构造设计成用作阀芯止档，例如如图所示的在先导压力腔室928内发生的阀体升高(step up)，这种升高与阀芯止档934的位置一致。

非对称PCV在很多方面与对称PCV的作用方式类似，但是具有一些明显的区别。而且，非对称PCV在某些运行条件下与对称PCV相比能提供许多明显的优势。如上所述，无论是对称还是非对称，PCV用作一种压力源。如果先导阀中的电流(例如，先导或控制压力)被设定，那么，不管其中的回流和压力阀芯的运动如何，都在PCV中获得给定压力。PCV的压力侧或者压力阀体的尺寸可小于PCV的回流侧或回流阀体的尺寸，因为与流体离开PCV时作用在回流侧的相对较低的压力(例如，200psi)相比，由于压力源(的存在)压力侧的压力相对较高(例如，3500psi)。PCV的回流侧可以更大，从而适应那里作用的更低压力。

可以使PCV的压力侧的尺寸小于PCV的回流侧，从而消除或降低遭遇到的很多问题的影响。例如，在某些情况下，相对于压力侧和回流侧尺寸不同的非对称PCV，使用对称PCV造成所述系统特别是致动器崩溃，因为可能有太多高压流体流经PCV并进入系统。事实上，在某些实施例中，或者在某些运行环境中，对称PCV的操作性能可在一个或多个方面受到限制。为了说明，已经发现对于产生一定范围先导或控制压力的某一先导阀，可以利用其操作和控制的对称PCV的尺寸可能受到限制，因为该先导阀通常仅能操作或控制这么大的对称PCV——因为当回流阀芯和压力阀芯因致动器的运动而移位时，先导阀必须通过控制或先导压力恰当地提供流动。事实上，在某些情况下，使用的特定先导阀可以决定PCV的尺寸和构造。在这些情况下，可以期待将先导阀与非对称PCV例如图12所示的非对称PCV结合操作。

采用非对称PCV可以解决对称PCV带来的一些约束，通过使增大尺寸的回流侧能容纳系统中的流体，由此保持系统稳定。相比于上述对称PCV，在PCV内提供不同尺寸或非对称的压力阀调结构和回流阀调结构使供应先导或控制压力的先导源能够更好地提供经过系统和PCV的流动，并且解决或适应作用在PCV的压力侧和回流侧内的不同压力。此外，增加回流侧相对于压力侧的尺寸可有助于降低系统内的泄漏量。

非对称PCV的回流侧和压力侧之间的尺寸差别可以根据需要在PCV设计之间改变。本领域技术人员可以根据任意数量的因素，例如需要或预期的运行参数、运行条件、系统限制、环境因素、效率、成本等确定预期或所需的差别。

在另一实施例中，与图7和图11所示的实施例非常相像，非对称PCV包括两个阀调结构或元件(例如，相互不共线或者不共轴的阀调结构或元件(例如图7所示)，或者相互独立的阀调结构或元件(例如图11所示))，即压力元件和回流元件，其中，回流元件或回流侧比压力元件或压力侧尺寸更大，原因与上面所述的相同。尽管相互独立或不同轴，并且尽管非对称，压力元件和回流元件各自与先导阀流体连通，用于接收先导或控制压力，如同本文所教导的。图13显示了根据一个示例性实施例的非对称PCV，其中，回流元件或回流侧独立于压力元件或压力侧。如图所示，PCV 1010包括阀体1012，阀体1012具有回流元件或回流阀体1012-a以及压力元件或压力阀体1012-b。所述回流阀体1012-a的尺寸大于压力阀体1012-b的尺寸，回流阀体1012-a的直径d₁大于压力阀体1012-b的直径d₂，与图12所示的非对称构型类似。此外，PCV 1010包括的回流阀芯1040相比于压力阀体1012-b内的压力阀芯1050，具有与回流阀体1012-a的增大尺寸相应的增大尺寸。

在该具体实施例中，回流阀体1012-a包括内腔1060-a，内腔1060-a由回流阀芯1040进一步分成先导压力腔室1028-a和反馈腔室1062，这与图11所示的那个类似。同样，压力阀体1012-b包括内腔1060-b，内腔1060-b由压力阀芯1050进一步分成先导压力腔室1028-b和反馈腔室1068，这与图11所示的那个类似。先导压力腔室1028-a与先导压力口1026-a流体连通，先导压力腔室1028-b与先导压力口1026-b流体连通。每一个先导压力口1026-a和1026-b彼此流体连通，并且通过连接这两个先导压力口的流体管线与先导压力源1029流体连通。

在运行过程中，来自先导压力源1029的先导压力如上所述起作用，不同之处仅仅在于代替PCV包括单个先导压力腔室、通过两个阀芯界定先导压力腔室的边界，并且代替将来自先导压力源的加压流体输入单个腔室，PCV 1010包括分开的先导压力腔室1028-a和1028-b，各自从先导压力源1029接收先导压力，所述先导压力用于分别操纵阀芯1040和1050的移位，以便使流体返回到回流(容器)1029或者输入来自加压流体源1019的流体，以控制或响应致动器(未示出)。每个先导压力腔室1028-a和1028-b内的先导压力都如上所述地引入其中并且类似地起作用。

应该注意到，图12和13的那些PCV与图1-4和图7-9中所示的那些PCV中的至少其中一个作用方式基本上相同。事实上，因为可以预见到上面针对图1-4和图7-9的其中一个PCV实施例的描述可以在可应用时和以适当的方式结合到非对称PCV 910和PCV 1010的描述中，故这里没有详细指出非对称PCV 910和非对称PCV 1010的许多元件和具体功能。

尽管没有具体指出并在这里描述，应该注意到，图12和13所示的非对称PCV可以结合有固有机械反馈系统，例如在2005年12月1日提交、名称为“Pressure Control Valve Having Intrinsic Mechanical FeedbackSystem(具有固有机械反馈系统的压力控制阀)”的美国专利申请No.11/293,726中所指出的固有机械反馈系统，该申请文献通过引用结合于此。对于本领域技术人员而言，在阅读了本说明书以及上面结合的申请的说明书的情况下，显然知道如何用机械反馈系统修改本发明的非对称PCV。

前面的详细说明参考具体示例性实施例描述了本发明。但是，应该理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下可以进行各种修改和改变。详细说明和附图应当看作仅仅是描述性而非限制性的，并且所有的这些修改和改变(如果有的话)都将落入在这里描述和限定的本发明的范围内。

更具体地，尽管这里已经描述了本发明的说明性示例性实施例，但本发明不限于这些实施例，而是包括本领域技术人员在前面详细说明的基础上可以预见的进行了修改、省略、合并(例如，各个实施例的不同方面合并)、适应和/或替代的任意和所有实施例。权利要求的限定应该根据权利要求所采用的语言从宽解释，而不限于在前面详细说明或本申请的审查过程中所描述的示例，这些示例应解释为非排他性的。例如，在本说明书中，术语“优选”是非排他性的，其意味着“优选，但不限于”。任意方法或工艺权利要求中记载的任意步骤都可以按任意顺序执行，而不限于权利要求中所描述的顺序。装置+功能或步骤+功能限定仅仅用在特定的权利要求限定中，在这种限定中满足所有的下列条件：a)明确记载了“用于…的装置”或“用于…的步骤”；b)明确记载了相应的功能；以及c)除了在说明书中之外，没有明确记载结构、支持该结构的材料或动作。相应地，本发明的范围应该仅由所附权利要求以及它们的法定等同物限定，而不是由上面给出的说明和示例限定。

本专利要求权利和请求保护的是：

Claims (31)

1.一种用于调节伺服系统内压力的非对称压力控制阀，包括：

阀体，该阀体具有非对称构型，所述阀体的回流阀调元件的尺寸大于所述阀体的压力阀调元件的尺寸，所述阀体中成形有用于与所述阀体的内腔流体连通的回流入口和回流出口以及压力入口和压力出口；

回流阀芯，该回流阀芯自由支承在所述阀体的所述回流阀调元件的内腔内，并且构造成调节流经所述回流入口和回流出口的流体流动；以及

压力阀芯，该压力阀芯独立于所述回流阀芯，并自由支承在所述阀体的所述压力阀调元件的内腔内，所述压力阀芯构造成调节流经所述压力入口和压力出口的流体流动，

所述回流阀芯的尺寸大于所述压力阀芯的尺寸并且与所述回流阀调元件的尺寸相对应，所述压力阀芯的尺寸与所述压力阀调元件的尺寸相对应。

2.根据权利要求1所述的非对称压力控制阀，其特征在于：还包括固有压力反馈系统，该固有压力反馈系统构造成响应于同时作用在所述回流阀芯和压力阀芯上的先导压力与反馈压力之间的压差而移动所述回流阀芯和压力阀芯，所述固有压力反馈系统用于消除所述压差，从而平衡所述先导压力和所述反馈压力。

3.根据权利要求1所述的非对称压力控制阀，其特征在于：还包括位于所述阀体内的限位装置，该限位装置构造成分别在所述阀体的所述回流阀调元件和压力阀调元件内确定所述回流阀芯和压力阀芯的极限位置。

4.根据权利要求1所述的非对称压力控制阀，其特征在于：所述阀体的一部分形成用于所述回流阀芯的限位装置，该限位装置确定所述回流阀芯在所述回流阀调元件内的极限位置。

5.根据权利要求2所述的非对称压力控制阀，其特征在于：还包括先导压力腔室，该先导压力腔室与所述回流阀芯和压力阀芯相邻并且与先导压力源流体连通，该先导压力源用于将先导压力通过形成于所述阀体中的先导压力口引入所述先导压力腔室，所述先导压力和所述反馈压力作用在所述回流阀芯和压力阀芯上。

6.根据权利要求1所述的非对称压力控制阀，其特征在于：所述阀体的所述压力阀调元件和所述回流阀调元件是物理上分开的结构，相互之间没有一体形成，所述压力阀调元件和回流阀调元件的每一个都具有相互流体连通的先导压力腔室，以及相互流体连通的反馈系统。

7.根据权利要求1所述的非对称压力控制阀，其特征在于：所述回流阀芯和压力阀芯的几何尺寸和构造分别与所述阀体的所述回流阀调元件和压力阀调元件的内腔的几何尺寸和构造基本一致。

8.根据权利要求1所述的非对称压力控制阀，其特征在于：还包括与所述回流入口和所述压力出口、以及第一和第二反馈口流体连通的主流体管线，所述主流体管线构造成通过负载供应管线将负载致动器流体连接到所述非对称压力控制阀。

9.根据权利要求2所述的非对称压力控制阀，其特征在于：还包括由所述非对称压力控制阀中的压差条件限定的压力释放模式，其中，先导压力小于反馈压力，由此造成所述回流阀芯移位并且打开所述回流入口和回流出口，以从所述伺服系统中释放压力并消除所述压差。

10.根据权利要求1所述的非对称压力控制阀，其特征在于：还包括由所述非对称压力控制阀中的压差条件限定的致动模式，其中，先导压力大于反馈压力，由此造成所述压力阀芯移位并且打开所述压力入口和压力出口，以允许来自加压流体源的加压流体进入以消除所述压差，从而增加所述伺服系统内的压力以实现工作。

11.根据权利要求1所述的非对称压力控制阀，其特征在于：还包括由所述非对称压力控制阀中的压差条件限定的晃荡模式，其中，先导压力维持小于反馈压力，由此造成所述回流阀芯移位并且打开所述回流入口和回流出口，以允许流体在低能量状态下来回分流。

12.根据权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于：所述阀体包括非线性构型，其中，所述回流阀调元件偏离于所述压力阀调元件。

13.根据权利要求2所述的压力控制阀，其特征在于：所述回流阀芯和压力阀芯各自包括先导压力侧和反馈压力侧，其中，所述先导压力侧与所述先导压力流体连通并且构造成接收所述先导压力，所述反馈压力侧与所述反馈压力流体连通并且构造成接收所述反馈压力。

14.根据权利要求5所述的压力控制阀，其特征在于：所述先导压力源包括机械压力源。

15.根据权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于：所述先导压力用作控制压力以便形成所述压差。

16.根据权利要求2所述的压力控制阀，其特征在于：可以根据需要改变所述先导压力，以控制和操纵所述压力控制阀的状态及其操作。

17.一种用于调节伺服系统内压力的非对称压力控制阀，包括：

具有非对称构型的阀体，该阀体包括：

第一和第二阀调元件，所述第一阀调元件的尺寸大于所述第二阀调元件的尺寸；

成形于所述阀调元件中的各种入口和出口，所述入口和出口用于与所述阀体的内腔流体连通；

第一阀芯，该第一阀芯自由支承在所述阀体的所述第一和第二阀调元件的其中一个内，并构造成调节流经选定的成形于所述阀体中的所述入口和出口的流体流动；以及

第二阀芯，该第二阀芯独立于所述第一阀芯，自由支承在所述阀体的所述第一和第二阀调元件中没有支承所述第一阀芯的另一个内，所述第二阀芯构造成调节流经选定的成形于所述阀体中的所述入口和出口的流体流动，

所述第一和第二阀芯的尺寸不同，各自的尺寸与它们的相应支承阀调元件相对应。

18.一种非对称压力控制阀，包括：

浮动回流阀芯，该浮动回流阀芯构造成在阀体的回流阀调元件内自由移动；

浮动压力阀芯，该浮动压力阀芯构造成在所述阀体的压力阀调元件内自由移动，所述回流阀芯的尺寸比所述压力阀芯的尺寸大，所述回流阀调元件的尺寸比所述压力阀调元件的尺寸大；

所述浮动回流阀芯和浮动压力阀芯在结构上相互独立并且独立于所述阀体，所述压力控制阀构造成通过固有反馈系统调节压力，该固有反馈系统构造成响应于作用在每个所述回流阀芯和压力阀芯的对立侧上的先导压力和反馈压力之间的压差，内在地和系统地移动所述回流阀芯和压力阀芯中的至少一个，用以消除所述压差并且平衡所述先导压力和所述反馈压力。

19.根据权利要求18所述的压力控制阀，其特征在于：所述先导压力由可变先导压力源供应，所述可变先导压力源通过成形于所述阀体内的先导压力口与所述浮动回流阀芯和浮动压力阀芯流体连通，所述先导压力由先导阀调节，该先导阀构造成控制作用在所述浮动回流阀芯和浮动压力阀芯上的所述先导压力，所述先导压力可变化以便选择性地形成并控制所述压差。

20.根据权利要求18所述的压力控制阀，其特征在于：所述反馈压力由可变负载压力供应，所述可变负载压力通过成形于所述阀体的所述阀调元件内的反馈口与所述浮动回流阀芯和浮动压力阀芯流体连通，所述负载压力可变化以便选择性地形成并控制所述压差。

21.根据权利要求18所述的压力控制阀，其特征在于，所述固有反馈系统包括：

第一和第二反馈腔室，该第一和第二反馈腔室与所述浮动回流阀芯和浮动压力阀芯的各自的反馈压力侧流体连接；

第一和第二反馈口，该第一和第二反馈口成形于所述回流阀调元件和压力阀调元件内并且分别与所述第一和第二反馈腔室流体连通，以及分别与第一和第二反馈管线流体连通；

主流体管线，该主流体管线与所述第一和第二反馈管线流体连通；

负载供应管线，该负载供应管线与所述主流体管线和负载能量转换系统流体连通，该负载能量转换系统构造成将来自负载的力转换成负载压力，所述负载压力决定作用在所述浮动回流阀芯和浮动压力阀芯的所述反馈压力侧上的所述反馈压力；

先导腔室，该先导腔室与所述浮动回流阀芯和浮动压力阀芯的各自的先导压力侧流体连通；以及

先导口，该先导口成形于所述阀体中并与先导压力源流体连通，该先导压力源构造成向所述先导腔室供应所述先导压力。

22.根据权利要求18所述的压力控制阀，其特征在于：当所述压差是使得所述反馈压力超过并克服所述先导压力时，所述回流阀芯移位。

23.根据权利要求18所述的压力控制阀，其特征在于：当所述压差是使得所述先导压力超过并克服所述反馈压力时，所述压力阀芯移位。

24.一种非对称压力控制阀，包括：

阀体，所述阀体中成形有压力入口和压力出口以及回流入口和回流出口，所述阀体包括：

具有内腔的回流阀调元件；以及

具有内腔的压力阀调元件，所述回流阀调元件的所述内腔的横截面积大于所述压力阀调元件的所述内腔的横截面积；

回流阀芯，所述回流阀芯设置在所述回流阀调元件的所述内腔内并且构造成调节流经所述回流入口和回流出口的流体流动，所述回流阀芯具有先导压力侧和负载反馈压力侧；

压力阀芯，所述压力阀芯设置在所述压力阀调元件的所述内腔内，与所述回流阀芯相对并且独立于所述回流阀芯，所述回流阀芯比所述压力阀芯的径向尺寸大，所述压力阀芯构造成调节流经所述压力入口和压力出口的流体流动，所述压力阀芯也具有先导压力侧和负载反馈压力侧；以及

位于所述回流阀调元件和压力阀调元件内的限位装置，所述限位装置构造成确定所述回流阀芯和压力阀芯的极限位置，

所述回流阀芯和压力阀芯能够响应于分别在所述回流阀芯和压力阀芯的所述先导压力侧和负载压力侧上同时作用的先导压力和反馈压力之间的压差而移位，以内在地和系统地打开和关闭所述回流入口和回流出口以及压力入口和压力出口，用以消除所述压差。

25.一种非对称压力控制阀，包括：

阀体，所述阀体中成形有压力入口和压力出口以及回流入口和回流出口，所述阀体包括：

具有内腔的回流阀调元件；以及

具有内腔的压力阀调元件，所述回流阀调元件的所述内腔的横截面积大于所述压力阀调元件的所述内腔的横截面积；

回流阀芯，所述回流阀芯构造成调节流经所述回流入口和回流出口的流体流动，所述回流阀芯具有先导压力侧和反馈压力侧；

压力阀芯，所述压力阀芯独立于所述回流阀芯，并且具有比所述回流阀芯小的横截面积，所述较小的横截面积相应于所述压力阀调元件，所述压力阀芯构造成调节流经所述压力入口和压力出口的流体流动，所述压力阀芯也具有先导压力侧和负载反馈压力侧；

先导压力腔室，所述先导压力腔室限制在所述回流阀芯和压力阀芯的所述先导压力侧之间并由所述先导压力侧定界，所述先导压力腔室与先导压力源流体连通，所述先导压力源构造成在所述先导压力腔室内提供可变先导压力，以作用在所述回流阀芯和压力阀芯的所述先导压力侧上；

成形于所述阀体中并与所述回流阀芯的所述反馈压力侧流体连通的反馈口；

成形于所述阀体中并与所述压力阀芯的所述反馈压力侧流体连通的反馈口；

主流体管线，所述主流体管线与所述回流出口和压力出口以及所述反馈口流体连通；

负载供应管线，所述负载供应管线与所述主流体管线和负载能量转换系统流体连通，所述负载能量转换系统中包括可变负载压力，用于在所述回流阀芯和压力阀芯的所述反馈压力侧上施加可变反馈压力，其中，所述反馈压力可以不同于所述先导压力，由此形成压差导致所述回流阀芯和压力阀芯移位，从而选择性地打开所述压力入口和压力出口以及回流入口和回流出口以消除所述压差，用以平衡所述先导压力和负载压力；

回流阀芯止档，所述回流阀芯止档联接于所述阀体的所述回流阀调元件上并设置在所述回流阀芯的所述反馈压力侧上，所述回流阀芯止档构造成限制所述回流阀芯的移位位置，从而当所述先导压力大于所述反馈压力时，所述回流入口和回流出口至少部分关闭；以及

压力阀芯止档，所述压力阀芯止档联接于所述阀体的所述压力阀调元件上并设置在所述压力阀芯的所述先导压力侧上，所述压力阀芯止档构造成限制所述压力阀芯的移位位置，从而当所述先导压力小于所述反馈压力时，所述压力入口和压力出口至少部分关闭。

26.一种用于调节和控制伺服型系统内压力的方法，所述方法包括：

提供非对称压力控制阀，该压力控制阀包括非对称阀体，其中，回流阀调元件的尺寸设计成与压力阀调元件不同，所述压力控制阀还包括自由设置在所述阀体内的不同尺寸的独立的回流阀芯和压力阀芯，所述回流阀芯和压力阀芯各自包括先导压力侧和反馈压力侧，并且各自构造成分别调节流经成形于所述阀体中的回流入口和回流出口以及压力入口和压力出口的流体流动；

向所述回流阀芯和压力阀芯的相应的所述先导压力侧供应先导压力；

向所述回流阀芯和压力阀芯的相应的所述反馈压力侧供应反馈压力；以及

在所述回流阀芯和压力阀芯的所述先导压力侧和反馈压力侧之间形成压差，由此使所述回流阀芯和压力阀芯中的至少一个响应所述压差而移位，用以消除所述压差并且平衡所述先导压力和所述反馈压力。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：所述形成压差包括操纵所述先导压力超过所述反馈压力，由此使所述压力阀芯打开所述压力入口和压力出口输入加压流体，用以平衡所述先导压力和所述反馈压力。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：所述形成压差包括操纵所述先导压力使其小于所述反馈压力，由此使所述回流阀芯移位以打开所述回流入口和回流出口排出加压流体，用以平衡所述先导压力和所述反馈压力。

29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于：还包括保持所述先导压力低于所述反馈压力，由此使所述回流阀芯打开所述回流入口和回流出口，以使所述压力控制阀能进入低能量晃荡模式，该晃荡模式构造成允许流体通过所述回流入口和回流出口来回分流，用于使流体联接于所述压力控制阀的可致动负载自由摆荡。

30.一种用于在伺服或伺服型系统内引入被动致动的方法，包括：

提供负载致动器，该负载致动器联接到负载上并构造成来回转换负载压力和力；

提供与所述负载致动器流体连通的非对称压力控制阀，所述压力控制阀包括具有不同尺寸的阀调元件的非对称阀体，以及分别自由设置在所述不同尺寸的阀调元件中的不同尺寸的独立的回流阀芯和压力阀芯，所述回流阀芯和压力阀芯各自包括先导压力侧和反馈侧，并且各自构造成根据固有机械反馈系统分别调节流经成形于所述阀体中的回流入口和回流出口以及压力入口和压力出口的流体流动；

向所述回流阀芯和压力阀芯的相应的所述先导压力侧供应先导压力；

向所述回流阀芯和压力阀芯的相应的所述反馈侧供应反馈压力，所述反馈压力与由所述负载致动器提供的所述负载压力相对应；以及

操纵所述先导压力使其低于所述反馈压力，以使所述压力控制阀进入被动致动或晃荡模式，其中，所述压力阀芯关闭，所述回流阀芯打开，由此使流体通过所述回流入口和回流出口直接在所述压力控制阀和所述负载致动器之间来回分流。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于：还包括在预定时间段维持所述先导压力低于所述反馈压力，从而维持所述压力控制阀处于所述晃荡模式。

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