CN102197181B - 用于过载保护的流量补偿限制孔 - Google Patents

Abstract

一种用于致动器(18)的液压回路(44，52，60)，致动器包括活塞(64)和在第一方向上移动负载并能够在相反方向被从外部加载的活塞杆(65)。液压回路包括在致动器和控制阀(52)之间的流量补偿阀(60)。当致动器(18)中的活塞(65)在外部负载状态下在第二相反方向上移动并且通过流量补偿阀(60)流出致动器(18)的流体的流动速度超出选定速度时，设在流动路径上的限制孔(62)限制从致动器(18)流出的流体。

Description

用于过载保护的流量补偿限制孔

技术领域

本发明涉及一种对流量敏感的阀装置，当管路内流体的流量超出选定的值时，该阀装置在液压管路内放置限制孔。流量敏感阀处于用于致动器的液压管路中，该致动器时常处于倾向于移动致动器的外部负载下。例如，当液压致动器被用于控制装载机的升降臂时，已装料的料斗可以被降低并且在重力作用下趋于快速下降，流量敏感阀的限制孔将起到限制料斗或其它工具的下降速度的作用。

背景技术

在一些滑移操纵式装载机的应用中，限流器置于到达升降臂致动器底座的管路中，压缩升降臂致动器来提升负载。当降低升降臂时，该管路起到回流管路并将升降臂致动器连接至箱体的作用。当料斗或其它工具被加载并且很重时，限流器不需单独消耗液压动力便允许降低升降臂，但当升降臂和空的料斗降低时(这是最常见的升降臂降低状态)，将要求泵在升降臂致动器的活塞杆端的压力下供给流体，从而克服限流器的流量限制，用于使致动器收缩，降低升降臂。利用回流管路中的限流器，降低空料斗可能消耗相当大的马力。当升降臂上具有很小或者没有负载时，必须通过机器的发动机提供用于降低升降臂的马力。

发明内容

本发明提供一种流量补偿阀，用于控制来自致动器的端部端口的流体的流动，所述端口被加压，用于通过从主控制阀向致动器的端部端口提供液动压力来提升或移动负载。当致动器被加压并移动以提升负载时，流量补偿阀几乎没有限制作用，但是当负载在重力或者其它外力的作用下动作以收缩致动器时，出现来自致动器的端部端口的通过控制孔的反向流动或者过载流动现象。当反向流动流速超过可接受的速度时，表明致动器的回缩或反向运动的速度太高，流量补偿阀转换或改变流动条件或状态，并且在管路中设置流量限制，以防止正在使致动器缩回或反转的负载的反向运动(下降)的速度过快。

流量补偿阀设置成使得其保持负载具有基本上相同的回缩或者反转的速度，而与负载的大小无关。当只有小的负载趋于缩回致动器时，流量补偿阀将不会转换并且致动器将以正常或可接受的速度回缩。但是，如果有大的负载趋于缩回致动器，通过流量补偿阀的流量变高，并且由控制孔产生的背压将转换或改变流量补偿阀的状态，以增强回缩或反转流量的限制并保持合理的致动器回缩和负载降低的速度。

对根据反转负载控制致动器的反转运动提供了额外的限制的流量补偿阀的使用有利于减少液压系统产生的热量，因为在轻载状态下回缩时限制最小，意味着会产生较少的热量。由于不再需要发动机的动力来降低或反转轻的负载，例如装载机的空料斗，提高了发电机的效率，也提高了发动机的性能，因为在轻载状态下将用于降低或者反转负载以及反转致动器的发动机马力可以用到其它功能上，例如用于装载机的驱动系统。

在装载机上具有平行阀系统的情况下，使用用于升降致动器和料斗倾斜致动器的平行阀装置，由于不需要使用来自驱动泵的处于压力状态下的液压流体来反转升降致动器，因而泵的尺寸可以减小。当油流出基座端时流动到致动器的活塞杆端的油能够通过标准的防空化阀进行提供，从而随着致动器回缩，使得补充油从箱体直接抽出，而不是从流量泵抽出。

附图说明

图1是具有升降臂的小型装载机的侧视图，所述升降臂与在液压回路中使用本发明的流量补偿阀的致动器一起操作；

图2是典型的液压回路中本发明的流量补偿阀的简要图示，液压回路使用用于装载机升降臂并在负载状态下有时回缩的致动器；

图3是流量补偿阀的一个实施例的纵向横截面视图；

图4是图3中所示流量补偿阀的透视图，其中部分为剖面图和部分为切除图。

具体实施方式

图1示出了包括小型装载机10的小型工具式搬运机。其是示出典型装载机的实例，本发明的流量补偿阀将与该装载机一起使用。装载机10具有变速箱壳体或框架12，其具有使车轮14在地面上移动的驱动部件。该装载机包括升降臂组件16，该升降臂组件16包括位于装载机框架的相对侧上的升降臂，并且通过操作机器的相对侧上的液压致动器18使升降臂组件以正常的方式在上升位置和下降位置之间绕枢轴20枢转，升降臂可以上升和降低。上升位置以虚线示出。

升降臂的前端22设有在枢轴26处可枢转地安装在升降臂前端处的倾斜连接板24。通过由适当的阀进行操作的倾斜致动器或者气缸28控制连接板的倾斜。倾斜致动器28是一种液压缸，并且可以伸出和缩回，以使装载机料斗38倾斜。装载机料斗以正常的方式保持在倾斜连接板24上，例如被应用在以BOBCAT为商标出售的滑移操纵式装载机上的料斗。料斗具有用于挖掘和用泥土等类似物装载料斗的前缘平铲40，典型的负载以虚线42示出。当负载是泥土和石头时，负载是相当重的。

装载机10的上面安装有操作人员驾驶室32，并在操作人员驾驶室内部设置用于操控装载机的控制器。

这种类型的装载机一般具有液压驱动马达，其中一个液压驱动马达用于装载机每一侧的前后轮。此外，装载机发动机驱动用于为升降缸和倾斜缸提供液压动力的泵。

在图2中示出用于操纵包括本发明的流量补偿阀的升降致动器或者气缸18的液压系统的简要图示。由简要示出的装载机发动机48驱动简要图示的液压泵44。还示出了液压储存室50。典型的四通滑阀52用来控制升降致动器，以及单独的阀用来控制倾斜致动器28。

如简要图示的，在滑阀52的一个位置上，对齐第一部分54使得泵44的压力侧或者管路与致动器基座端口的流动管路56连接，用于提升致动器18的活塞杆端流动管路58往回连接至储存室或者箱体50。连接管路56，以提供流过根据本发明的流量补偿阀60的流量。图2以实线示出的流量补偿阀60处于其正常位置，在这种位置下，管路56通过简要图示的控制孔62进行连接，该控制孔允许以可接受的流动速率(例如泵44的额定泵送流量)基本上自由地流动。控制孔62的出口侧连接至管路56A，管路56A连接至位于致动器18的基座端处的第一端口57，第一端口位于致动器18的活塞64的基座侧。活塞64移动活塞杆65。管路58连接至在致动器18的活塞杆端部处的第二端口59，并且该管路不连接至流量补偿阀60。在某些情况下，缩回致动器来提升负载，在这些情况下，来自泵44的连接线路将加压流体引到活塞杆端来提升负载。

当滑阀52移动到使简要示出的阀部分54中的连接与管路56和管路58对齐以便将来自泵44的加压流体引入管路56的位置时，致动器18的活塞杆65将伸出，升降臂16将同料斗38一起被提升，如图1大致示出的其虚线位置。在被提升或者部分提升的位置，料斗通常被倾卸。

当以虚线42所示的负载被倾卸时，料斗将为空的，并且当转换滑阀52，使简要示出的在滑阀部分68中的连接与管路56和管路58的连接对齐时，流体的流动将从致动器18的基座端或者负载端的端口排出，通过管路56A、控制孔62和管路56流回箱体或者储存室50。加压流体将通过管路58从泵44提供到致动器18的活塞杆端，或者从连接至储存室50并且在管路58中提供流体的防空化阀70(一种单通止回阀)供给补充(makeup)液压油到致动器18的活塞杆端，而不会在致动器或管路中引起空化现象。

当装载机臂16处于负载下、料斗38至少部分地装填、并且料斗38将被降低时，阀52将转换到其下降位置，同时简要示出的阀部分68与管路58和管路56对齐。活塞64在处于来自料斗的负载情况下趋于快速地回缩，在管路56A中引起流体高速回流。控制孔62的大小允许以额定速率流动，例如与额定的泵送流速一致，在管路56A中产生的压力比在管路56中要大，并且这种由流量比可接收的或者希望的流量更大的流量引起的较大的压力起到导致承载着控制孔62的阀构件74进行转换。连接至管路56A的管路76简要表示将管路56A中的压力施加在阀构件74上。阀构件74具有开向管路56中的低压的一个部分或者一个侧开口，所述部分或者侧开口允许流量补偿阀构件74转换或者改变状态，并且当阀构件74转换时，在管路56A和管路56之间引入流量限制孔82。管路80表示阀构件74的低压侧。流量限制孔82减少通过管路56和管路56A的流量，并且甚至在重负载的情况下也控制活塞64能够回缩的速率。根据活塞杆回缩的需要，致动器18的活塞杆端可以填充从储存室50通过防空化阀70供给的油。

图3和图4示出用于由图2中的简要图示示出的用途的流量补偿阀的实施例。流量补偿阀60包括：阀体90，该阀体具有用于连接至管路56的带螺纹的端孔92；和用于连接至管路56A的第二端94。阀体包括内部通道96，形成围绕内部通道96的阀座98。图2中简要图示的阀构件74示出在大孔102内，并且阀构件74包括在形成于阀体90内的孔102内滑动的基座套筒100。基座套筒100具有支撑阀杆106的端壁104，阀杆106的外部末端具有阀头108。端壁104具有多个由110表示的通孔，这些通孔110形成控制孔62。具有选定数量的通孔110，这些选定数量的通孔110提供一定尺寸的流动通道，使得通过管路56和通道96进入阀孔102的正常、可接收的流量基本上不受限制地(没有实质性的背压)流过形成控制孔62的通孔110。设置弹簧112，在流体从管路56通过流量控制阀60流动到管路56A时，在用于提升致动器的升降臂的流动期间，弹簧112用于如图3中的实线所示推动阀头108远离阀座98。

阀头108具有形成限制孔82的十字槽114。当阀头108座于阀座98上时，图4中可以观察到的这些十字槽的大小设置成使得孔的流动通道具有适当的尺寸，以限制通过通道或通道孔96的流量，从而当如图4中虚线所示阀头抵靠阀座98就坐时，例如通过降低已装料的料斗使致动器回缩的速度保持在所希望的水平。

当从管道56A通过阀孔102和控制孔开口110向管路56的逆向流动在管路56A内引起足够的背压时，阀构件74进行转换，使得阀头108就坐于阀座98上，而且仅允许通过由十字槽114形成的限制孔82流动。

通过通孔110的大小和弹簧112控制阀构件74的转换，并通过形成限制孔82的十字槽114的大小控制致动器的回缩或者负载下降的速度。

作为一种变换功能，限制孔可设计成改变状态或者增加限制，也就是说，随着背压从过载情况下增加，管路中的孔变小。换种说法，流量限制随着背压的增加而增强。还可以具有一系列孔，每一个不同尺寸的孔都将随着背压的增加在回流管路中顺序起作用。因此改变流量补偿阀的状态并不局限于针对所有超过可接受流量的回流使用一种尺寸的孔。

此外，升降臂致动器18图示为控制装载机的升降臂，但是流量补偿阀可以与任何类型的致动器一起使用，所述致动器有时在外部负载(过载)下被缩回，而在其它时候，利用轻的外部负载缩回。还应说明的是，致动器的定位可以颠倒，从而在力的作用下在活塞杆端部端口处于加压状态下的流体提升或者移动负载。在这种情况下，活塞杆端部端口59将被看作是用于接收用于提升或移动负载的处于加压状态下的流体的第一端口。

可以看出，当阀部分68中简要示出的连接件连接管路56和管路58时，提升致动器18还可在压力状态下缩回。

从防空化阀提供用于在致动器的活塞杆端进行补充(make up)的液压油削弱了对至活塞杆端的泵送流量的需求，并且不牺牲使用本发明的流量补偿阀的负载控制。不再需要发动机的动力来降低轻负载或者空的料斗，从而相对于在提升致动器系统中具有固定限制的现有系统，尤其是在倾卸料斗或其它负载之后降低升降臂时，具有改进的机械效率。不需要使用液压压力来降低或者翻转升降臂和卸载的料斗，导致不受用于驱动车辆或者装载机的可用马力的限制，从而当从倾倒部位回到装载部位时可以增大地面移动速度。通过对致动器增压来移动并可以引起致动器的相对移动的负载可以是任何类型的负载。

尽管参照上述优选实施例对本发明进行了阐述，但是本领域的技术人员将会知悉，不脱离本发明的精神和保护范围，可在形式和细节进行修改。

Claims (13)

1.一种用于控制来自于致动器的最大流量的流量控制器，所述致动器在第一端口处从压力源接收处于压力状态下的液压流体，以抵抗趋于在与第一方向相反的第二方向上移动致动器的力在第一方向上移动负载，流量补偿阀设在从压力源连接到第一端口的管路内，所述流量补偿阀具有两种流动状态，第一种流动状态是将流体的基本上未受限制的流动从压力源运送到第一端口和从第一端口提供基本上未受限制的流动，以及所述流量补偿阀被改变成第二种流动状态，以当从第一端口回流到流量补偿阀的流体的流量超出选定量时，限制从第一端口回流到流量补偿阀的流量，所述选定量被检测为流量补偿阀上的压力下降。

2.根据权利要求1所述的流量补偿阀，其中当负载在第一方向上移动时，所述致动器被连接以提升由装载机的升降臂承载的负载。

3.根据权利要求2所述的流量补偿阀，其中流量补偿阀可操作，以当从流量补偿阀到第一端口的第一管路部分中的压力为比来自连接至排放管的压力补偿阀的第二管路部分中的压力大的选定量时，将流量补偿阀的流动状态改变为第二种流动状态。

4.一种液压系统，用于向具有能够延伸和收缩的活塞杆的致动器提供处于压力状态下的流体，所述致动器连接至液压流体压力源，从而使活塞杆在第一方向上移动，以在负载上施加力，而且致动器在负载下动作以在与第一方向相反的第二方向上移动活塞杆；控制阀用于从压力源向致动器的第一端口引导处于压力状态下的流体，以移动活塞杆；流量补偿阀将流体的流动从控制阀运载到致动器的第一端口并且具有至少两种流动状态，流量补偿阀的第一种流动状态在第一流动速度以下将基本上未受限制的流动提供至致动器的第一端口和从致动器的第一端口提供基本上未受限制的流动，以及当来自致动器的第一端口的流动速度超出了选定流动速度时，流量补偿阀具有第二种流动状态，以基本上限制来自致动器的第一端口的流动，所述选定流动速度被检测为流量补偿阀上的压力下降。

5.根据权利要求4所述的液压系统，在液压储存室和致动器的第二端口之间连接有防空化阀。

6.根据权利要求4所述的液压系统，其中流量补偿阀具有将第一流动从控制阀运载到致动器的第一端口的控制孔，当从第一端口至控制阀的流动超出选定的流动速度时，控制孔产生背压以将流量补偿阀移动到第二种流动状态。

7.根据权利要求4所述的液压系统，其中流体压力源包括液压泵，该液压泵连接到控制阀，以将处于压力状态下的流体提供到致动器。

8.根据权利要求6所述的液压系统，其中所述流量补偿阀具有压力敏感控制器，所述压力敏感控制器响应于控制孔上的压力差而在流量补偿阀的第一种流动状态和第二种流动状态之间改变流量补偿阀。

9.根据权利要求6所述的液压系统，其中流量补偿阀包括可转换构件，所述可转换构件在处于可转换构件的第一位置的第一种流动状态和处于可转换构件的第二位置的第二种流动状态之间转换，在第一位置控制孔将管路内的流动运送到第一端口，其中选定尺寸的限制孔运送来自第一端口的流动。

10.根据权利要求4所述的液压系统，所述致动器连接至提升和降低负载承载单元的机构，当控制阀定位成允许活塞杆在与第一方向相反的第二方向上移动时，所述负载承载单元在重力作用下降低。

11.一种为小型料斗装载机提供过载保护的方法，所述小型料斗装载机具有提升降臂、连接至升降臂的料斗、用于升高升降臂和料斗的液压致动器，所述致动器具有内部活塞和活塞杆，并且致动器具有压力进口，所述方法包括下述步骤：

将控制阀连接至泵，用于可选地将处于压力状态下的流体通过管路引导到压力进口来提升升降臂；

在控制阀和压力进口之间的管路中连接流量补偿阀；

在流量补偿阀内提供用于使处于压力状态下的流体从泵到压力进口以第一流动速度基本上未受限制的流动通过的第一流动通道；

当升降臂降低时，在从压力进口通过流量补偿阀的流体的流动速度超出大于第一流动速度的选定流动速度时，在管路内连接限制孔，以在流量补偿阀内形成用于从压力进口到控制阀的流动的第二流动通道。

12.根据权利要求11所述的方法，包括在流动通道内提供通过流量补偿阀的控制孔，控制孔具有限定的尺寸，使得当管路部分中的背压超出了选定的背压时，以第一流动速度通过来自压力进口的处于压力状态下的流体，并引起限制孔的连接，以形成第二流动通道。

13.根据权利要求11所述的方法，包括在所述流量补偿阀内提供可转换的阀构件，同时将可转换的阀构件定位于第一位置，可转换的阀构件通过控制孔在流量补偿阀的第一部分中形成第一流动通道；当由管路部分中的流动在控制孔上引起的差力压比以第一流动速度引起的差力压大时，将可转换的阀构件移动到第二位置以使限制孔移动到管路中。