CN102725541A

CN102725541A - 用于液压缸的液压装置

Info

Publication number: CN102725541A
Application number: CN2010800625741A
Authority: CN
Inventors: J·卢耶恩迪克
Original assignee: Caterpillar Work Tools BV
Current assignee: Caterpillar Work Tools BV
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: US9162297B2; EP2327884B1; CN102725541B; EP2327884A1; KR20120101697A; US20130068090A1; WO2011064344A1

Abstract

本发明涉及一种双作用液压缸（30）的操作方法，该方法包括以下步骤：在缸伸出的开始阶段期间，利用加速构件（14）使液压流体从所述缸的杆侧腔室（24）返回到活塞侧腔室（22）；在缸伸出的结束阶段期间，利用增压构件（12）增加流体的压力；允许流体从杆侧腔室流到储液器。本发明还涉及一种用于操作双作用液压缸的液压装置，该液压装置包括加速构件和增压构件，该加速构件设置成在缸伸出的开始阶段使液压流体从所述缸的杆侧腔室返回到活塞侧腔室，该增压构件设置成在缸伸出的结束阶段增加流体的压力。

Description

用于液压缸的液压装置

技术领域

本发明涉及一种用于操作活塞/缸组件——例如双作用液压缸——的液压装置，并涉及一种双作用液压缸的循环操作方法。更具体地，本发明涉及在破坏机械（demolition machine）中的双作用液压缸的循环操作。

背景技术

液压缸是可以用于产生线性力的机械执行机构。液压缸可具有广泛应用，并可用于工程车辆和例如破坏机具（demolition tool）的机械中，该机械包括可通过液压缸的致动打开和关闭的卡爪副。

来自压力流体——例如油——的液压压力作用在活塞上，以执行线性工作。压力流体可在储液器和液压缸的基体侧腔室或杆侧腔室之间流动，以便液压缸的循环操作。通常，压力油进入基体侧腔室的流动可以影响活塞杆的伸出，而压力油进入杆侧腔室的流动可以影响活塞杆的缩回。活塞杆伸出或缩回的循环时间可取决于多个因素，例如缸的尺寸。在某些工程活动中，希望可以缩短循环时间。

利用加速阀或再生阀可缩短液压缸的循环时间。

美国专利No.5996465公开了一种在压碎装置中的油压缸，该油压缸连接到压碎卡爪上，以致动压碎卡爪。缸延伸可造成压碎卡爪关闭并将物体压碎。在当压碎卡爪开始关闭而到达压碎卡爪触及物体的位置的卡爪关闭行程中，快速阀（加速阀或再生阀）可在缸的基体侧端口和杆侧端口之间产生连续的连通。可将使油从杆侧端口流到基体侧端口，这可增加在卸载间隔期间在卡爪关闭行程中杆的移动速度。当压碎卡爪触及物体时，基体侧端口到杆侧侧口的连通被中断。

美国专利No.7540231公开了一种用于控制双作用消耗装置（consumer）的控制阀装置。再生功能允许消耗装置的返回侧与消耗装置的进入侧连接。为了再生功能，形成消耗装置的返回侧的附加压力流体管路与储液器的连接可由位于消耗装置和控制阀之间的截止阀装置阻断。再生功能可通过截止阀装置向打开位置的作为在消耗装置的进入侧的进入压力的函数的致动而越控（override）。在需要高进入压力以获得高输出动力或提高的性能的操作条件下，再生功能可通过再生功能的越控被停用，以保证再生功能仅在需要实现消耗装置的运动速度增加时起作用。

虽然可以加快伸出活塞杆的时间，但是上述加速阀的缺点是，活塞杆缩回的时间相对较长。

美国专利No.5542180公开了一种重型剪切机，该剪切机包括固定的下卡爪和由液压缸驱动的可移动的上卡爪。为了克服卡住（jam），液压缸设置有增压器，该增压器将一部分液压流体加压到机械液压系统的最大压力以上。将处于较大压力的液压流体提供给缸，以利于卡爪的打开。选取增压器的输出压力以克服在活塞的杆侧的区域与在活塞的活塞侧的区域的压力差。

只有当卡住被清除时，才可以存在打开卡爪的高压力。

US 5415076公开了流体再生回路，该流体再生回路用于使用从另一侧排出的流体填充液压缸的膨胀侧。流量再生阀和压力增压阀可与出液量控制阀组合，用于当在头端部腔室内的流体压力小于在由压力增压阀的弹簧确定的通道中的流体的压力水平时，提供从头端部腔室到杆端部腔室的流量再生。压力增压阀可设置在所述通道内，并可定向成阻挡从排出管到出液量控制阀的入口的流体流动。增压阀通过弹簧偏压到关闭位置，以阻挡流体从入口流到排出管，直到在入口处的流体压力超过预先确定的水平。

压力增压阀可用于流体流到罐的控制，且可不用于改进液压缸的循环时间。

本发明旨在至少部分改进或克服现有技术系统中的一个或更多个方面。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种双作用液压缸的操作方法，该操作方法包括以下步骤：在缸伸出（cylinder extraction）的开始阶段期间，利用加速构件使液压流体从缸的杆侧腔室返回到活塞侧腔室；在缸伸出的结束阶段期间，利用增压构件增加流体的压力；允许流体从杆侧腔室流到储液器。

在第二方面，本发明提供了一种用于操作双作用液压缸的液压装置，该液压装置包括加速构件和增压构件，该加速构件设置成在缸伸出的开始阶段使液压流体从缸的杆侧腔室返回到活塞侧腔室，该增压构件设置成在缸伸出的结束阶段增加流体的压力。

当结合附图阅读下面对各实施例的描述时，可以清楚地发现本发明的其它特征和优点。

附图说明

当结合附图阅读下面对各实施例的描述时，可以更全面地理解本发明的上述特征以及其它特征和优点，其中：

图1是根据本发明的联接到液压缸上的液压装置的第一实施例的示意图；

图2是根据本发明的联接到液压缸上的液压装置的第二实施例的示意图；

图3是在破坏应用中破坏机具的卡爪副的循环时间的对比图，其中，由联接到根据本发明的液压装置的实施例上的液压缸致动的卡爪副的循环时间与由联接到加速阀和增压阀上的液压缸致动的卡爪副的循环时间相比较。

具体实施方式

本发明一般地涉及一种用于操作活塞/缸组件——例如液压缸，尤其是双作用液压缸——的液压装置10。

图1示出在第一实施例中的液压装置10和液压缸20之间的液压连接的示意图。可以适当地设置用于液压装置10和液压缸20的操作和控制的液压连接。可以通过对液压流体加压实现液压装置10和液压缸20的操作。

液压装置10可包括增压构件12、加速构件14和分配器40。

分配器40可控制液压流体进出储液器以及连接液压装置10和液压缸20的管路的流动。增压构件12可包括增压阀16，加速构件14可包括再生阀。在一个实施例中，再生阀18可包括在分配器40内。

增压构件12和加速构件14还可包括用于所述构件的压力控制的致动或停用的顺序阀50、52。在一个实施例中，可设置液压连接来顺序致动或停用增压构件12和加速构件14。当加速构件14被致动时，液压缸20可处在加速模式下，当增压构件12被致动时，液压缸20可处在增压模式下。

液压缸20可包括活塞侧腔室22、杆侧腔室24、杆26、活塞28和缸体30。当杆26可以从缸体30移出时，液压缸20可进行缸伸出或伸出行程，当杆26可以移入缸体30内时，液压缸20可进行缸缩回（cylinderretraction）或缩回行程。液压管路可连接到缸体30上，用于流体进入活塞侧腔室22和杆侧腔室24的通道。

为了缸缩回，分配器40可通过管路42将液压流体从流体储液器泵送到杆侧腔室24，同时可以允许流体从活塞侧腔室22通过管路44返回到储液器。

在缸缩回期间，增压构件12和加速构件14可设置成保持不工作，而不考虑作用在顺序阀50、52上的液压压力。

为了缸伸出，分配器40可通过管路44将液压流体从流体储液器泵送到活塞侧腔室22，同时可以允许流体从杆侧腔室24通过管路42返回到储液器。

在伸出行程中，在液压流体流入管路44时，加速构件14可设置成被致动。在伸出行程期间，如果作用在顺序阀52上的液压压力超过预先确定的压力，加速构件14可设置成被停用。之后，在伸出行程期间，如果作用在顺序阀52上的液压压力下降至预先确定的压力以下，加速构件14可设置成被重新致动。在一个实施例中，在加速构件14中的顺序阀52的致动压力和停用压力可以是相同的。

在伸出行程期间，如果作用在顺序阀50上的压力超过预先确定的压力，增压构件12可设置成被致动；如果作用在顺序阀50上的压力下降至预先确定的压力以下，增压构件12可以被停用。在一个实施例中，在增压构件12中的顺序阀50的致动压力和停用压力可以是相同的。

图2示出在第二实施例中的液压装置10和液压缸20之间的液压连接的示意图。

在第二实施例中，增压构件12可包括增压阀16、顺序阀50、转向阀54和附加顺序阀56。

在伸出和缩回行程期间，增压构件12都可设置成被致动和停用。液压装置10可具有与液压缸20的附加液压连接。增压构件12可通过液压管路42、44连接到活塞侧腔室22和杆侧腔室24。增压构件12可通过转向阀54连接到液压管路42、44。转向阀54可设置成根据伸出行程或缩回行程使来自液压缸20的活塞侧腔室22或者杆侧腔室24的液压流体的流动转向通过增压构件12。

在缩回行程中，转向阀54可设置成使来自杆侧腔室24的液压流体的流动转向通过增压构件12。在伸出行程中，转向阀54可设置成使来自活塞侧腔室22的液压流体的流动转向通过增压构件12。

为了缸缩回，分配器40可通过管路42将液压流体从流体储液器泵送到杆侧腔室24，同时可以允许流体从活塞侧腔室22通过管路44返回到储液器。在缩回行程期间，如果作用在顺序阀56上的压力超过预先确定的压力，增压构件12可设置成被致动。在缩回行程期间，如果作用在顺序阀56上的压力下降至预先确定的压力以下，增压构件12可设置成被停用。在一个实施例中，在增压构件12中的顺序阀56的致动压力和停用压力可以是相同的。

为了缸伸出，分配器40可通过管路44将液压流体从流体储液器泵送到活塞侧腔室22，同时可以允许流体从杆侧腔室24通过管路42返回到储液器。在伸出行程期间，如果作用在顺序阀50上的压力超过预先确定的压力，增压构件12可设置成被致动，如果作用在顺序阀50上的压力下降至预先确定的压力以下，增压构件12可被停用。在一个实施例中，在增压构件12中的顺序阀50的致动压力和停用压力可以是相同的。

加速构件14可以像第一实施例中描述的那样运行。

液压装置10可使液压缸20在其整个操作循环中接合。液压缸20的循环可包括延伸（伸出）行程和缩回行程。联接到液压装置10上的液压缸20的缩回行程可具有单个阶段，该阶段具有高缩回速度。在液压缸20的缩回行程期间，液压装置10的加速构件14和增压构件12可以不工作。

在一个实施例中，如果在缩回行程中发生卡住，增压构件12可在缩回行程中变成致动的。增压构件12的致动可降低缩回速度。一旦卡住清除，增压构件12就可以被停用，从而增加缩回速度。在缩回行程期间，液压缸20可不受到载荷作用。

在一个实施例中，当受到载荷作用时，与液压装置10结合的液压缸20可具有三阶段伸出行程。

在第一阶段，液压装置10的加速构件14可以被致动，且增压构件12可保持不工作。液压缸20可处在加速模式下，并可具有高伸出速度和低力输出。在第一阶段期间，液压缸20可以仍然不受到载荷作用。

在第二阶段，液压装置10的加速构件14可以不被致动，且增压构件12可以不工作。液压缸20可具有中等伸出速度和中等力输出。在第二阶段期间，液压缸20可受到载荷作用。

在第三阶段，液压装置10的增压构件12可以被致动，而加速构件14可以不工作。液压缸20可具有低伸出速度和高力输出。在第三阶段期间，液压缸20可承受较高载荷。如果在回路中的压力降至预先确定的压力以下，增压构件12可以被停用。

每个阶段各自的时间和各阶段的顺序可以取决于液压缸20的载荷。

三阶段伸出可允许液压缸20适当地满足可导致更有效的载荷循环的工作应用的需求。根据工作应用的需求，增压构件12或加速构件14可以工作或不工作，以便适应环境。在缸伸出期间，如果不需要载荷，加速构件14可以被致动。在缸伸出期间，根据所需要的力输出，增压构件12可以被致动或被停用。增压构件12和加速构件14也可以不工作，这可提供具有最少能量损失的有效率的操作模式。切换能力允许提供短暂工作需求所需要的正确量的力输出。

在某些工作应用中，当受到载荷作用时，液压装置10可使液压缸20具有两阶段伸出行程，其中，第三阶段紧接着第一阶段。当液压缸20承载非常大的载荷时，可以进行液压缸20的两阶段伸出行程。

各阶段之间的过渡可以作为液压装置10内的压力变化的函数发生。在液压缸20的伸出行程和缩回行程期间，液压装置10内的液压压力可影响加速构件14和增压构件12的致动和停用。在另一个实施例中，各阶段之间的过渡可以作为液压装置10内的压力和液压流体流动方向的变化的函数发生。

液压装置10通过缩短缸缩回所需的时间以及缩短缸伸出所需的时间可以为联接到其上的液压缸20提供短循环时间。缸缩回时间可由增压构件12通过限制液压缸20的尺寸缩短。缸伸出时间可由加速构件14缩短。

图3是在破坏应用中破坏机具的卡爪副循环时间的对比图。破坏机具的卡爪副可打开，以使材料能够插入其内。为了压碎、切割、粉碎或对材料进行其它加工，卡爪副可以关闭，其内容纳有材料。

由联接到液压装置10的一个实施例上的液压缸20致动的卡爪副的循环时间如线100所示。由联接到增压阀上的液压缸致动的卡爪副的循环时间如线102所示。由联接到加速阀上的液压缸致动的卡爪副的循环时间如线104所示。

i.缸缩回

在缸缩回期间，破坏机具的卡爪副可从关闭位置移至打开位置。在液压装置10中的增压构件12和加速构件14可以不工作。液压缸20可像标准的双作用缸一样运作。液压流体可流到液压缸20的杆侧腔室24，压力可施加在杆侧腔室24的活塞28上。

联接到液压装置10上的液压缸20可以具有比联接到加速阀上的液压缸小的直径。当液压缸20中的和联接到加速阀上的液压缸中的液压流体的流量保持恒定时，由于液压缸20的容积较小，液压缸20的较小的直径可使得在缸缩回期间液压流体的流速较快。由于缸容积较小，由联接到液压装置10上的液压缸20致动的破坏机具的卡爪副可以在较短的时间内打开。

破坏机具的卡爪副完全打开的时间可以独立于由材料产生的载荷。打开时间可取决于液压缸和作用在液压缸上的构件。在图2中，线100示出联接到液压装置10上的液压缸20能够在t₁-t₀秒内从完全关闭（由P₁表示）移至完全打开（由P₂表示）。线102示出联接到增压阀上的液压缸能够在相同时间内移动，这是因为液压缸具有相同的直径尺寸。线104示出联接到加速阀上的液压缸能够在t₅-t₀秒内从P₁移至P₂。

ii.缸伸出（阶段1）

在缸伸出期间，破坏机具的卡爪副可从打开位置移至关闭位置。在液压装置10中，增压构件12可以被停用，并且加速构件14可以被致动。液压缸20可在加速模式下运行。液压流体可流到液压缸20的活塞侧腔室22，压力可施加到活塞侧腔室22的活塞28上。来自杆侧腔室24的液压流体的回流可被重新定向到活塞侧腔室22，以增加缸伸出的速度。

当液压装置10受到低压力至中压力时，液压流体的回流可以被重新定向。在缸伸出的该阶段中，可容纳有待加工的材料的卡爪副可仍然不受到工作载荷作用。当卡爪副的两个卡爪都与待加工的材料接触时，在液压装置10中的压力可以达到尖峰（spike）（用P₃表示）。

破坏机具的卡爪副从P₂移至P₃的时间可独立于材料的载荷。阶段1的时间可取决于液压缸和作用在液压缸上的构件。在图2中，线100示出联接到液压装置10上的液压缸能够在t₂-t₁秒内从P₂移至P₃。线102示出联接到增压阀上的液压缸能够在t₃-t₁秒内从P₂移至P₃。线104示出联接到加速阀上的液压缸能够在约t₆-t₅秒内从P₂移至P₃。

iii.缸伸出（阶段2）

当卡爪副开始在材料上工作时，液压缸20中的压力可以增加。在预先确定的压力值，液压装置10的加速构件14可以被停用，且增压构件12保持不工作。联接到液压装置10上的液压缸20可从在加速模式下运行过渡到像标准的双作用缸一样运行。

液压流体可流到液压缸20的活塞侧腔室22，且压力可施加到活塞侧腔室22的活塞28上。来自杆侧腔室24的液压流体的回流可流到流体储液器。

在缸伸出的该阶段期间，当卡爪副开始在材料上工作时，可包含有待加工的材料的卡爪副可受到工作载荷作用。随着在材料上加工的进行，在液压装置10中的压力可进一步增加。

破坏机具的卡爪副从P₃（即，在停用加速构件14时卡爪的位置）移至P₄的时间可取决于材料的载荷、液压缸和作用在液压缸上的构件。在图2中，线100示出联接到液压装置10上的液压缸20能够在t₄-t₂秒内从P₃移至P₄。

线102和线104分别示出，在缸伸出期间，联接到增压阀上的液压缸和联接到加速阀上的液压缸不具有阶段2，而是直接从阶段1过渡到阶段3。

iv.缸伸出（阶段3）

当卡爪副在材料上继续工作时，液压缸20中的压力可增加。在预先确定的压力值，液压装置10的增压构件12可以被致动，且加速构件14保持不工作。联接到液压装置10上的液压缸20可从像标准的双作用缸一样运行过渡到在增压模式下运行。

液压流体可流到液压缸20的活塞侧腔室22，且压力可施加到活塞侧腔室22的活塞28上。液压流动和压力可施加到增压构件12上，该增压构件12使工作压力增加一定的比例。该比例可取决于增压轴和液压缸20的相对直径。来自杆侧腔室24的回流以及来自增压构件12的过量流体流可重新定向到流体储液器。

在缸伸出的该阶段期间，当卡爪副在材料上继续工作并从而导致液压装置10中的压力继续增加时，容纳有待加工的材料的卡爪副可受到工作载荷作用。增压构件12可使卡爪副的关闭力增加到最大级别。

破坏机具的卡爪副从P₄（即，在增压构件12致动时卡爪副的位置）移至P₁（即，卡爪副完全关闭的位置）的时间可取决于材料的载荷、液压缸和作用在液压缸上的构件。在图2中，线100示出联接到液压装置10上的液压缸能够在t₇-t₄秒内从P₄移至P₁。

线102和线104分别示出联接到增压阀上的液压缸和联接到加速阀上的液压缸直接从阶段1过渡到阶段3。线102示出联接到增压阀上的液压缸能够在t₉-t₃秒内从P₃移至P₁。线104示出联接到加速阀上的液压缸能够在约t₈-t₆秒内从P₃移至P₁。

图2示出线100的整个循环时间分别比线102和线104的循环时间短。因此，由联接到液压装置10上的液压缸20致动的卡爪副能够比由联接到增压阀或加速阀上的液压缸致动的卡爪更快地打开和关闭。

技术人员应理解，可以对上述实施例进行修改以获得本发明的设备。

工业适用性

本发明公开了一种用于循环操作双作用液压缸20的液压装置10。

在液压装置10的操作中，液压装置10可用于操作用于致动破坏机具的双作用液压缸20。破坏机具可具有卡爪副，并可用于压碎、切割或粉碎材料。液压装置10可以改善卡爪副的打开和关闭时间。

在液压缸20的缩回行程中，液压装置10可使卡爪快速打开。在液压缸的伸出行程中关闭卡爪副时，液压装置10可切换到加速模式以使卡爪以更快的速度关闭，直到卡爪触及容纳在卡爪中的材料的位置。卡爪与材料的接触可导致在液压装置10中产生压力尖峰，该压力尖峰使液压装置10切换到正常模式。在正常模式下，液压装置10可使得液压缸20能够为卡爪提供足够的力，以压碎、切割或粉碎材料。如果需要更大的力，液压装置10可切换到增压模式，以便可将高压力送至液压缸以增加卡爪的压碎、切割或粉碎力。

从上述描述中，本文所述的液压装置10的工业适用性变得容易理解。

因此，本发明包括可适用法律所允许的所附权利要求书中所述的主题的所有修改和等同方案。而且，除非本文另外指出，否则本发明包括上述元素的所有可能变化的任何组合。

在任何权利要求中所提及的技术特征后有附图标记时，附图标记仅用于增加权利要求的可理解性，因此有无附图标记都不会对上述技术特征或任何权利要求元素产生任何限制作用。

本领域技术人员应意识到，本发明可体现为其它具体形式，而不脱离本发明或其本质特征。因此，上述实施例在所有方面都应认为是示例性，而不是对本文所述的本发明的限制。因此，本发明的范围由所附的权利要求表示，而不是上述描述，因此落在权利要求的等同方案内的含义以及范围内的所有变化都包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种双作用液压缸（20）的操作方法，该方法包括以下步骤：

在缸伸出的开始阶段期间，利用加速构件（14）使液压流体从所述缸（20）的杆侧腔室（24）返回到活塞侧腔室（22）；和

在缸伸出的结束阶段期间，利用增压构件（12）增加流体的压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在缸缩回期间利用所述增压构件（12）增加流到所述缸的流体的压力的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，增加在杆侧腔室（24）处的流体压力。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在缸伸出的结束阶段期间增加流体的压力的步骤包括增加在活塞侧腔室（22）处的流体压力。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在缸伸出的中间阶段期间使流体从杆侧腔室（24）返回到储液器的步骤。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，各阶段之间的过渡由液压压力的变化控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，各阶段之间的过渡还由流体流动方向的变化控制。

8.一种用于操作双作用液压缸（20）的液压装置（10），该液压装置包括：

加速构件（14），该加速构件（14）设置成在缸伸出的开始阶段使液压流体从所述缸（20）的杆侧腔室（24）返回到活塞侧腔室（22）；和

增压构件（12），该增压构件（12）设置成在缸伸出的结束阶段增加流体的压力。

9.根据权利要求8所述的装置（10），其特征在于，所述增压构件（12）设置成在缸缩回期间增加流到所述缸（20）的流体的压力。

10.根据权利要求9所述的装置（10），其特征在于，所述增压构件（12）设置成增加流到杆侧腔室（24）的流体的压力。

11.根据权利要求8、9或10所述的装置（10），其特征在于，所述增压构件（12）设置成在缸缩回的开始阶段期间增加在活塞侧腔室（22）处的流体的压力。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置（10），其特征在于，所述加速构件和所述增压构件设置成在缸伸出的中间阶段是不工作的。

13.根据权利要求7至10中任一项所述的装置（10），其特征在于，该装置构造成在液压压力的控制下在缸伸出的各阶段之间过渡。

14.根据权利要求13所述的装置（10），其特征在于，该装置构造成在流体流动方向的进一步控制下在缸伸出的各阶段之间过渡。

15.一种由联接到根据权利要求8至14中任一项所述的装置（10）上的液压缸（20）致动的破坏机具。