CN102597538A - 控制方案 - Google Patents

Abstract

一种用于包括具有至少两个可移动元件(16，18)的控制阀的液压控制系统的控制方案，包括以下步骤：控制所述至少两个可移动元件(16，18)的位置，使得来自共同流体压力源的流体施加到致动器的形成有不同的有效区域的两个工作面，以驱动所述致动器移动。

Description

控制方案

技术领域

本发明涉及控制方案，尤其是一种对控制阀的操作进行控制的方法，所述类型的控制阀具有两个可移动或可滑动的元件(以下称作双阀芯控制阀)以允许与之相关联的致动器高速运动。

背景技术

液压控制系统广泛用于控制挖掘设备、起重机、吊臂及许多相似设备的操作。用于其中的所述控制系统通常包括呈现为可以在腔内滑动的阀芯形式的控制阀，该阀芯的位置决定着在任何设定的时间上一对排出阀口中的哪一个连接相对高压流体，哪一个连接低压。

近来，双阀芯控制阀已得到应用。由于能够独立地控制被该双阀芯占据的位置，这类装置比单阀芯装置占有一些优势。然而，通常用于驱动此类控制阀的控制方案与那些已经被成功运用的涉及所述单阀芯装置的方案非常相似。

发明内容

本发明的目的是提供用于此类控制阀的控制方案，允许利用所述控制阀增强受控设备的性能。

根据本发明，其提供一种用于包括具有至少两个可移动元件类型的控制阀的液压控制系统的控制方案，该控制方案包括以下步骤：控制所述两个可移动元件的位置，使得来自共同流体压力源的流体被施加到致动器的两个工作面，以驱动所述致动器移动，该两个操纵面形成有不同的有效区域。

上述操作模式的优点在于，当轻微加载时所述致动器能够相对迅速地移动，必需被施加到该致动器以实现所述移动的流体的净量相对较低，自该致动器返回的流体回到所述供流管路。由于净流体需求相对低，其可以通过关联的泵迅速得到满足。

还提出了在其中施加不同压力至所述致动器的第二操作模式，这样的操作模式允许在两个方向上有效地驱动该致动器，通常以更慢的速度运动。当以这种模式操作时由该致动器产生的力大于当根据第一操作模式进行操作时能够获得的力。

根据需要，所述控制方案可以方便地在这些操作模式之间转换。

当按照所述第一操作模式进行操作时，应认识到由于降低了所需的泵输出有时能够实现效能节约。然而，常常，其没有降低泵输出，却可实现更高速的致动。此外，由于所述返回流体只需要回流至所述控制阀而不是回流至例如流体箱及泵，可以减少所述系统内部的能量损失。

优选地，可利用表示施加于所述致动器的压力及/或该控制阀的可移动元件的位置的数据操作所述控制阀以允许以闭环的方式实施控制。

附图说明

参照附图，通过实例进一步描述本发明，其中：

图1是包含双阀芯控制阀的控制系统的示意图；以及

图2示出了使用中的上述系统的示意图。

具体实施方式

参见图1，概略地示出了用于控制一设备的控制系统的操作的双阀芯控制阀，所述设备比如有挖掘机，吊车，起重机，或类似设备，这些设备至少有部分功能是液压控制的。所述控制阀包括主阀体10，其中形成有阀腔12，14。每个阀腔12，14内设有相应的阀芯16，18(形成所述控制阀的所述双阀芯)。使用时，连接到主阀体10上的是分别与相应阀口20，22连接的供流及回流压力管路，该阀口通过供流及回流压力管路24，26连通腔12，14。腔12，14中的每一个进一步包括或具有与其关联的控制阀口28，应理解每个阀芯16，18在相应的腔12，14之内的位置决定了每个控制阀口28是否与所关联的供流阀口20或所关联的回流阀口22连通。根据图1中示出的所述位置，如果左侧的阀芯16移至升高的位置则该阀芯16会关闭供流阀口20，允许控制阀口28和回流阀口22之间以相对不受限的方式连通。相反，降低右侧阀芯引起回流阀口22被阀芯18关闭，允许控制阀口28和回流阀口22之间连通。应认识到阀芯16，18以相反方向运动要颠倒所述的连通。

如果主阀体10被安装在比如起重机上，与控制阀口28连接的控制管路30内的压力可以用于控制该起重机的起落臂的位置。例如，阀芯16，18至如前所述位置的移动可以引起所述臂升起，因为处于供流压力条件下的流体通过腔14被提供给用于控制所述臂的所述位置的活塞的一个端部，从所述活塞另一端部流出的流体能够经另一腔12返回。阀芯16的向下运动及阀芯18的向上运动会转换所述活塞的连通，导致所述臂降低。

被阀芯16，18所占据的位置由导阀块32控制，该导阀块32控制施加到阀芯16，18的另一端部的流体的容积，也就是控制其压力。导阀块32包含一对控制阀芯34，其位置通过控制施加到由每个控制阀芯34携带的线圈上的电流实现电磁控制，由此引起的磁场与所关联的永磁体36之间相互作用，从而驱动每个控制阀芯34移动至所需要的位置。控制单元40可用于控制施加到每个线圈上的电流，并由此控制每个控制阀芯34所占据的位置。

每个控制滑阀34包括一组环形肩，其用于控制与回流压力连接的阀口，中间操纵压力以及在每个阀芯16，18的每个端部处的室之间的连通。

从所示出的位置，左侧的控制阀芯34至左侧位置的移动引起左侧阀芯16上端部被施加回流压力，其下端部被施加操纵压力，其结果是阀芯16处于其升起位置。如果控制阀芯34参照图中示出的方位向右移动，那么阀芯16的所述下端部会受到回流压力，同时所述上端部将受到操纵压力，引起阀芯16向下运动。以相似的方式实现对被右侧阀芯18占据的位置的控制。应当理解，可以独立地控制阀芯34所处的位置。因此，阀芯16，18占据的位置同样可以彼此独立地受到控制。

每个控制管路30与压力传感器38连接，在使用中，该压力传感器向对应的控制单元40反馈表示作用于活塞的压力的信号。另外，位置传感器便利地监控每个阀芯16，18的位置，位置传感器的输出结果提供给控制单元40，从而实现对于阀芯16，18的闭环控制。在使用时，操作者使用例如控制杆形式的控制执行机构，以向控制单元40提供控制信号，该控制信号表明例如所述吊臂移动所需要的方向和速度，或者其他受到控制的参数。例如，如果他希望升起所述吊臂，他可以拉所述控制杆，推该杆以指示所述吊臂降低。因此可知，如果控制单元40感应到操作员拉操纵杆指示吊臂升高，该控制单元会向线圈输送电流以促使控制阀芯34向图示位置移动，从而使阀芯16，18向图示位置移动，进而往可以使吊臂升高的方向施加调节过的压力给活塞。相反地，如果所述控制杆被推动以指示所述吊臂降低，控制阀芯34占据的位置被切换，从另外的方向驱动阀芯16，18从而使吊臂降低。

在本发明的上文中，已经描述了阀芯16，18的极端位置，也就是使各个阀腔12，14的供流阀口或回流阀口20，22完全开启的位置。但是，应该认识到阀芯16，18通常会被驱动至中间位置。另外，由于阀芯16，18是独立于彼此的，其各自占据的位置也可以相互独立地控制，所以可以有一系列的操作方案。例如，如果操作者通过相对大的角度移动控制杆，就可以把阀芯16，18推至对应的极端位置，使吊臂产生相对高速的运动。如果操纵杆的拨动角度较小，那么控制单元40可以降低例如相应的回流阀口22的开启程度以引起所述吊臂以减小的速度移动。

如图2所示，所述控制阀用于控制致动器50的伸展与回缩，该致动器包括在其内部有可移动的活塞54的缸体52。活塞54及缸体52共同限定出通过控制管路30之一与控制阀口28连接的第一室，该控制阀口与腔12及阀芯16关联。活塞54及缸体52进一步限定出通过另一控制管路30与控制阀口28连接的第二室，该控制阀口与腔14及阀芯18关联。

输出杆60与活塞54连接，该活塞经过第二室58并伸出缸体52。应当认识到所述输出杆60的存在导致了活塞54暴露于第二室58内部的流体压力的有效区域明显小于其暴露于在第一室56内部的流体压力的有效区域。因此，如果如所述控制方案的第一操作模式中发生的那样向室56，58都施加来自于相同压力源的流体，在该流体压力作用下的所述有效区域差异会导致向活塞54施加力从而按如图所示方位向右推动该活塞54。只要所施加的力足够大以克服任何外部施加的负载，就将产生活塞54的运动。若如第二操作模式中发生的那样施加不同的压力，则所述致动器的延伸或回缩的发生取决于室56，58中的哪一个具有施加于其上的更高的压力流体。

正如上文所述，所述控制阀控制施加到控制阀口28并因而施加到室56，58的压力。当该控制阀根据第二操作模式运作时，可以施加高供流压力至第二室58，同时第一室56连接到较低的回流压力。结果，活塞54移动至如图中所示方位的左侧，从所述供流管路流出的流体经供流阀口20及控制阀流至第二室58，自第一室56流出的流体流经所述控制阀至回流阀口22并从那里流至流体箱。转换所述控制阀的阀芯16，18的位置将驱动活塞54至如图中所示方位的右侧。

根据本发明，在一些操作条件下，通过根据再生操控模式(此处指所述第一操作模式)控制所述控制阀，可以获得更高速的操作，在该模式中其不是依赖于所述将室56，58连接到不同的压力源意义上的差压去驱动所述致动器，而是利用了差异面积。在这个操作模式中，当需要如图中所示方位向右侧移动活塞54时，施加供流压力至如图2示出的所述致动器的两个室56，58上。由于所述活塞54的受到压力的有效区域存在差异，施加来自共同压力源的流体压力至两个室56，58将引起所需要的所述致动器的移动，只要由施加到所述不同面积的压力产生的力能够克服任何外部施加的负载。活塞54的移动引起流体被排出第二室58。该流体并非流回至所述箱，而是流入所述供流管路以补充泵的输出，从而允许以降低的流量输出驱动该泵。或者，所述泵输出不是以降低的流量输出操作，而是其可以保持在较高水平，并且通过发明获得的再生流量可用于实现所述致动器伸展率的增加。

由于这个操作模式只能用于在一个方向上驱动所述致动器，应当理解除非施加适当的外部负载以在相反的方向上驱动该致动器，所述操作模式需要被转换回所述第二模式以实现致动器在相反的方向上的移动。

如前描述的所述控制阀的闭环控制利用了阀芯位置和压力信息，使得该系统可高效运行同时保证获得所需的运行速度。进一步，通过利用简单系统结构即可实现的流体流动路径长度的减少，导致了能量损失的减少。

在这样的再生流期间流回至所述供流管路的所述流体的体积很容易确定，所述控制单元可以利用如此流回的所述体积计算来控制所述泵的运行以优化系统效能。

如前所述，除了本文所提及的所述阀芯，所述控制阀可以具有其他形式的可移动的或可滑动的零件，且本发明可以同样适用于这类阀。

典型的单阀芯控制阀的再生操作是已知的，但是通常需要将阀或管道系统形式的额外组件增加至控制系统以实现再生流动。例如，包括典型单阀芯控制阀的系统的再生操作可以通过提供导阀控制止逆阀实现，当再生移动发生时该止逆阀能够开启以允许来自所述活塞一侧的流体流动至另一侧，或是通过提供例如螺线管操作阀以执行这项功能并且允许使用者控制是否再生运行。其他的方案要求所述活塞的一个端部始终连接高压，即使并不在使用中时也如此，但是这样并不好，且在一些应用中是不适宜使用的。

相比而言，本发明的所述方案简单地通过适当地控制所述控制阀的运行方式就能实现再生，不要求额外的阀和管道或类似物。因此，可以简单、方便地实现再生，不会引起大量的的附加成本，也不要求额外的零件及由此涉及的维修等。

前述方法可以进行许多改变及变形而不超出本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于包括控制阀的液压控制系统的控制方案，所述类型的控制阀具有至少两个可移动元件，所述方案包括以下步骤：控制所述至少两个可移动元件的位置，使得来自共同流体压力源的流体被施加到致动器的具有不同的有效区域的两个工作面而驱动所述致动器移动。

2.根据权利要求1所述的方案，其特征是其可转换至第二操作模式，在此模式中施加至所述致动器的压力不同。

3.根据权利要求1或2所述的方案，其特征是可利用表示施加于所述致动器的压力及/或所述控制阀的所述可移动元件的位置的数据操作该控制阀，以允许闭环方式的控制。

4.根据上述任一权利要求所述的方案，其特征是还包括泵，该泵的运行流量根据所述操作模式进行控制。

5.一种液压控制系统，其包括具有至少两个可移动元件的控制阀及控制该可移动元件位置的控制单元，所述控制单元控制所述至少两个可移动元件的位置，使得来自共同流体压力源的流体被施加到致动器的两个形成有不同的有效区域的工作面上，以驱动所述致动器移动。

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