CN105221504A - 再生失活(regeneration deactivation)阀和方法 - Google Patents

Abstract

利用选择性再生来提高液压回路的可控性和效率的系统和方法。当该功能在空气中并且存在气蚀作用的风险时候，或者当该功能做正功并且需要有效率的时候，再生失活阀能够对压差做出反应。当该功能存在气蚀作用的风险的时候，该再生失活阀能够对潜在的气蚀作用做出反应，并且该再生失活阀关闭以便该功能再生。当该功能不存在气蚀风险时候，再生失活阀同样能够做出反应，并且能够打开使得该功能以更大的功率和更高的效率来移动。

Description

再生失活(regeneration deactivation)阀和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年6月23日提交的，美国临时专利申请号为62/015,620的，题为“REGENERATIONDEACTIVATIONVALVE(再生失活阀)”的优先权，其内容通过参照合并于此。

关于联邦资助研究或研发声明

不适用。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及控制液压缸操作的液压系统，更具体地涉及包含控制液压缸的再生功能的阀装置和方法。

2.相关技术描述

在挖掘机和其它重型设备以及一般的液压控制设备中，可控性和效率是可用于量化设备工作能力和操作者对机器感觉的几个指标。

作为常规设备的指标，操作者可测试气蚀的作用。气蚀是在功能过载情况下出现的不希望情况。在挖掘机中，例如，当挖掘臂完全伸展的时候，由于挖掘臂具有大量的势能，用于控制挖掘臂的液压缸易受到气蚀，并且随着挖掘臂向挖掘机运动，液压缸有一个相当大的缸体面积来填充液压流体。

防止机臂被气蚀的一种方法是利用机臂液压缸的再生，随着顶端室的扩大，某些杆排出流体被推回缸顶端以有助于补充(再生)流体。这需要从缸体的有杆侧连接到液压缸的顶端侧，和从缸体的有杆侧到油箱的通常更小的连接。

然而，在挖掘机进行挖掘时，液压缸的顶端侧可比缸体的有杆侧的压力高，所述顶端侧不允许再生。因此，所有的杆流体通过较小杆侧与油箱的连接必须回到油箱。这就使得有一个很大的压差跨越控制阀，从而导致了杆侧高压。在挖掘时，杆侧压力妨碍了顶端侧压力，会使挖掘的力量和机器效率下降。

液压回路尝试通过感测流体源的压力来更好地控制再生功能以决定是否启动再生。基于流体源处检测到的压力，该回路能打开第二流道以减小控制阀两侧的压差。但是，这些回路依然不能提供更好的控制用于再生，因为流体源处感测到的压力不能一直提供合适的压力值，用于决定何时启动再生。

因此，需要提出一种包含用于控制上述液压缸的操作的再生功能的改进阀装置。

发明内容

本发明提供一种克服了上述缺陷的系统和方法，该系统和方法使用可选择的再生功能以提高液压回路的可控性和效率。反应当该功能在空气中并且具有该功能的缸存在气蚀作用的风险时候，或者当该功能做正功并且具有该功能的缸不存在气蚀作用的风险时候，本发明的再生失活阀都能够“感测”，即对压差作出反应。当缸存在气蚀的风险时，再生失活阀能够以关闭或打开流道的方式对潜在的气蚀有所反应，所以缸能够再生。在缸不存在气蚀风险时，再生失活阀同样能够作出反应，并能够打开或者关闭流道，允许该功能以更高的力量和效率运动。

按照本发明的一个具体实施例，公开了一种液压再生失活阀，用于液压缸的再生失活。所述的液压再生失活阀包括：包括连接到油箱的油箱返回节点的阀体；用于连接到液压缸的第一室的驱动工作口；连接液压缸第二室的返回工作口，第一室和第二室被活塞分隔开来；以及再生节点，该再生节点用于连接到驱动工作口和连接到返回工作口。流量控制阀容纳在阀体中，并具有位于再生节点和油箱返回节点之间的第一流道，第一流道在第一流量控制阀位置上基本上不受限制，而是在第二流量控制阀位置上受到限制。流量控制阀会响应于检测到的驱动工作口压力，而在第一流量控制阀位置和第二流量控制阀位置之间移动。

根据本发明的另一个实施例，公开了一种液压控制阀。所述液压控制阀包括：具有阀芯孔和连接到流体源的节点的控制阀体；连接到油箱的油箱返回节点；连接到液压缸第一室的驱动工作口；连接到液压缸第二室的返回工作口，第一室和第二室被活塞分隔开来；以及再生节点，所述再生节点用于连接到驱动工作口和返回工作口。阀芯可在阀芯孔内滑动，所述阀芯具有阀芯第一位置、阀芯第二位置和阀芯中性位置，在阀芯第一位置时形成位于节点和驱动工作口之间的第一流道；在阀芯第二位置时形成位于驱动工作口和返回油箱口之间的第二流道；位于阀芯中性位置时，将驱动工作口相对于节点和油箱返回节点都关闭。流量控制阀可在阀芯孔内滑动，并在阀芯位于阀芯第一位置时，在再生节点和油箱返回节点之间形成第一流道；第一流道在第一流量控制阀位置上基本上不受限制，而在第二流量控制阀位置上受到限制。且流量控制阀响应于驱动工作口到感测压力，以在第一流量控制阀位置和第二流量控制阀位置之间移动。

反应为了实现上述的效果，本发明的技术方案会在下文中进行详细描述。以下的描述和附图适用于详细解释本发明的技术方案。然而，这些方面都是指示性的，符合本技术方案原理的方案都可以使用。接下来的细节描述中，通过结合附图参考本技术方案的其他方面、优点和特点是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明实施例的包含再生失活阀的液压回路示意图。

图2是液压回路中的控制阀的示意图，控制阀包括根据本发明实施例的再生失活阀。

图3描述了图2实施例中再生失活阀的实施例的结构的剖面图。

图4-10描述了包括按照现有实施例的再生失活阀的替代实施例的液压回路的示意图。

虽然本技术内容具有许多种修改和替代形式，但其具体实施例将通过附图中的示例示出且将在本文中予以详细描述。然而应当理解，这里对具体实施例的描述并不旨在将本技术限于所公开的特定形式，相反，其示意图是覆盖在如所附权利要求所限定的本技术的精神和范围内的所有修改、等效方案以及替代方案。

具体实施方式

这里使用的术语“直接连接”指的是相关联的部件通过管道连接在一起，而不经过任何中间部件，比如阀、孔或者其他装置，这些中间部件在线路的固有约束之外会约束或控制流体流动。

这里使用的术语“液压缸”通常指的是包括缸体的液压致动器，活塞响应于被供给到缸体中或从缸体排出的液压流体而在该缸体中移动，并且，在该缸体中，活塞杆连接至活塞，从而随活塞的移动而从缸体延伸或被收缩到缸体中。

在这里对方向关系和移动的引用，例如上升和下降或左和右，指的是部件在附图中和所描述的发明的示例性应用上所示出的方位中的关系和移动，部件的其它的关系和方位可以存在于本发明的其它应用中。

虽然本发明概念在用于重型机械，如前端带有负载的挖掘机的液压系统为背景进行描述，但是这些概念在控制其它类型的机器上的液压装置方面具有广泛的适用性，如液压机，为非限制性的例子。

参照图1，本发明的示例实施例包括一个连接在液压回路中的再生失活阀20，该液压回路包括：缸22，流体源24，油箱26。缸22包括活塞28可滑动接纳在其中的内孔，并形成有杆腔30和在缸22内活塞28另一端形成的顶端腔32。再生失活阀20包括位于阀体49中的流量控制阀48，流量控制阀48会反应于节点33处的感测压力31与节点37处的参考压力36之间的压差，以根据正在进行的机械操作的类型起作用，节点33可直接连接到驱动工作口34；节点37在一些实施例中可直接或间接连接到再生通道38。例如，参考压力36能与返回工作口40的压力相同或更低。应当理解，大致关于再生失活阀20示出阀体49，但阀体49可呈任何可用形状。

当存在气蚀风险时，本功能就会发挥作用。在挖掘机臂上，例如，位于再生通道38上的参考压力36，可比驱动工作口34上检测到的压力31更高。在本例中，再生失活阀20会对更高的参考压力36有所反应，即将再生节点44和油箱返回节点46之间的流道实施节流或关闭。这样，通过允许流体从有杆腔30经过返回工作口40、再生流道42、驱动工作口34到达顶端腔32，实现了再生功能。再生流道42可包括止回阀43以防止流体从顶端腔32流入有杆腔30。在一些实施例中，再生流道还可包括可调孔66以计量(meter)来自返回工作口40的流量。

在挖掘时，诸如挖掘机的臂的情况下，例如，当驱动工作口34处检测到的压力31比参考压力36的更高时，再生失活阀20能够作出反应来打开或者实质上不限制再生节点44和油箱返回节点46之间的流道，从而允许跨越再生失活阀20中的限制单元50(见图1和3)的低压差，并形成返回工作口40处的低压和提高的挖掘效率。

如图1所示，在一些实施例中，流量控制阀48可包括弹簧52，所述的弹簧52的预载和弹性系数是可控制的，以帮助偏压再生失活阀20关闭并实现从打开到关闭过程的平稳过渡。同时，在一些实施例中，增加了设置在再生节点44和节点37处的参考压力36之间的孔54。这样能使从开到关或从关到开的过渡更平稳。除了孔54外，还可增加孔56(见图5和8)，用于连接参考节点37至油箱返回节点46，并形成分压器。在这种布置中，随着再生通道38的压力变化，参考压力36也随之改变，但基于孔54和56的相对大小低一个等级。

如图2和3所示，再生失活阀20包含于典型的控制阀62。但应当理解为再生失活阀20是一个如图1所示的在阀体49中的独立设备，或者可将再生失活阀20与控制阀62整合为一体。示出控制阀62包括具有阀芯孔72的控制阀体70，阀芯74设置在阀芯孔72内；还包括位于阀芯74上的可调节孔64、66、68(见图3)。可调节孔64用于计量从流体源24到驱动工作口34的流量。可调节孔66用于计量从返回工作口40流出的流量，可调节口68用于计量流向油箱26的流量。当再生失活阀20是一个独立设备时，如图1所示，可调节孔64、66、68被包括在液压回路中，用于控制缸22，如图1可见。

如图3所示，再生失活阀20处于非再生的打开位置，使得再生通道38通过包括再生节点44和油箱返回节点46的流道连接至油箱26(未在图3中示出)。

图4-10示出连接到缸22、流体源24和油箱26的再生失活阀20的替代实施例。每个再生失活阀可与再生失活阀20相同，只是增加或减少液压回路中的限制性元件以影响性能。

图4与图1类似，只是将孔54去除。孔54(没有孔56，下同)用作阻尼孔。换句话说，当阀从某一位置向下一位置过渡时，所述孔54用于使流动控制阀的流速下降。

图5与图1类似，只是增加了孔56。串联的这两个孔(54和56)建立了从参考节点37到油箱返回节点46之间的流道，并形成分压器。在一些实施例中，当各孔都被固定后，从再生通道38到参考压力36之间的压降是比例度量关系，即实现了再生通道38与油箱返回节点46之间的压降功能。换句话说，随着再生通道38的压力变化，参考压力36也随之改变，但基于孔54和56的相对大小低一个等级。

图6与图1类似，除了示出参考节点37连接至返回工作口40。参考压力36比供给再生流道42的、再生节点44处压力更高。这种布置中，流量控制阀48能检测到的压差更接近有缸体杆腔30和顶端腔32之间的压差。当驱动工作口34处的压力变得高于再生节点44处压力时，止回阀43会关闭以阻止再生流动，但再生失活阀20直到返回工作口40处的压力比驱动工作口34的压力更高时才会移位。这种布置能够在再生失活阀移位时形成延迟，从而有助于液压回路的稳定。综上所述，孔54可用作阻尼孔。

图7与图6类似，只是没有阻尼孔54。

图8与图5类似，只是示出参考节点37不是从再生通道38处连接返回工作口40。本液压回路有着与图5、6中液压回路相同的优点。

图9与图1类似，只是示出参考压力36连接至油箱返回节点46。在这种结构下，当驱动工作口34和油箱返回节点46之间的压差产生的力超过弹簧52的预载时，再生失活阀20会移位。

图10与图9类似，只是没有阻尼孔54。

再生失活阀20能够用于任何可能时刻缸的再生，包括在缸伸出或缩回时。

虽然已经示出了一些本发明的各种变化方案，本领域技术人员可以从现有公开了本发明实施例中认识到其他额外的变化方案是可以预见的。相应的，本发明的保护范围应由权利要求来确定，而不是由上述公开的技术方案来确定。

Claims (27)

1.—种对压力有所反应且使液压缸的再生失活的液压再生失活阀，所述液压再生失活阀包括：

阀体，所述阀体包括：用于连接到油箱的油箱返回节点，用于连接到所述液压缸的第一室的驱动工作口，用于连接到所述液压缸的第二室的返回工作口，以及再生节点，其中所述第一室和所述第二室被活塞分隔开来，所述再生节点用来连接到所述驱动工作口和连接到所述返回工作口；

流量控制阀，所述流量控制阀接纳于所述阀体中，并具有位于所述再生节点和所述油箱返回节点之间的第一流道，所述第一流道在第一流量控制阀位置基本上不受限制，而所述第一流道在第二流量控制阀位置受到限制；以及

流量控制阀，所述流量控制阀响应于所述驱动工作口的感测压力，以在所述第一流量控制阀位置和所述第二流量控制阀位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的液压再生失活阀，其中，在所述第二室和所述第一室之间的再生流道包括止回阀，以防止流体从所述第一室倒流入所述第二室。

3.根据权利要求1所述的液压再生失活阀，其中，还包括阀弹簧，所述阀弹簧偏压所述流量控制阀。

4.根据权利要求1所述的液压再生失活阀，还包括计量从所述流体源到所述驱动工作口的流量的可调孔、计量来自所述返回工作口的流量的可调孔、计量流入所述油箱的流量的可调孔中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的液压再生失活阀，其中，所述阀体和所述流量控制阀被定位在控制阀的阀芯孔中。

6.根据权利要求1所述的液压再生失活阀，其中，所述流量控制阀响应于驱动工作口的感测压力和参考压力之间的压差。

7.根据权利要求6所述的液压再生失活阀，其中，所述参考压力连接至所述返回工作口。

8.根据权利要求7所述的液压再生失活阀，还包括直接连接到所述流量控制阀的参考节点，和位于所述返回工作口和所述参考节点之间的第一孔，所述参考压力来自所述参考节点。

9.根据权利要求8所述的液压再生失活阀，还包括位于所述参考节点和所述油箱返回节点之间的第二孔。

10.根据权利要求6所述的液压再生失活阀，其中，参考压力连接可调节孔的下游，所述可调节孔连接至所述返回工作口。

11.根据权利要求10所述的液压再生失活阀，还包括直接连接到所述流量控制阀的参考节点、位于所述可调孔和所述参考节点之间的第一孔，所述参考压力来自所述参考节点。

12.根据权利要求11所述的液压再生失活阀，还包括位于所述参考节点和所述油箱返回节点之间的第二孔。

13.根据权利要求6所述的液压再生失活阀，其中，所述参考压力连接至所述油箱返回节点。

14.根据权利要求13所述的液压再生失活阀，还包括：直接连接至所述流量控制阀的参考节点、以及位于所述参考节点和所述油箱返回节点之间的第一孔，所述参考压力来自所述参考节点。

15.一种液压控制阀，包括：

控制阀体，所述控制阀体具有：所述控制阀体内的阀芯孔和连接到流体源的节点、连接到油箱的油箱返回节点、连接到液压缸的第一室的驱动工作口、连接到液压缸的第二室的返回工作口、以及再生节点，所述第一室和所述第二室被活塞分隔开来，所述再生节点用于连接到所述驱动工作口并用于连接到所述返回工作口；

阀芯，所述阀芯可滑动地接纳在所述阀芯孔内，并具有阀芯第一位置、阀芯第二位置和阀芯中性位置，在所述阀芯第一位置，形成位于所述节点和所述驱动工作口之间的第一流道；在所述第二阀芯位置，形成位于所述驱动工作口和所述返回油箱节点之间的第二流道；在所述阀芯中性位置，将驱动工作口相对于所述节点和所述油箱返回节点都关闭；

流量控制阀，所述流量控制阀可滑动地接纳在所述阀芯孔内，并当所述阀芯位于阀芯第—位置时，在所述再生节点和所述油箱返回节点之间具有第一流道；所述第一流道在第一流量控制阀位置基本上不受限制，而在第二流量控制阀位置上受到限制；和

流量控制阀响应于所述驱动工作口内的感测压力，以在所述第一流量控制阀位置和所述第二流量控制阀位置之间移动。

16.根据权利要求15所述的液压控制阀，其中，在所述第二室和所述第一室之间的再生流道包括止回阀，以防止流体从所述第一室倒流入所述第二室。

17.根据权利要求15所述的液压控制阀，还包括阀弹簧，所述阀弹簧用于偏压所述流量控制阀。

18.根据权利要求15所述的液压控制阀，其中，所述阀芯还包括计量从所述流体源到所述驱动工作口的流量的可调孔、计量来自所述返回工作口的流量的可调孔、计量流入所述油箱的流量的可调孔中的至少一个。

19.根据权利要求15所述的液压控制阀，其中，所述流量控制阀响应于所述驱动工作口内的感测压力和参考压力之间的压差。

20.根据权利要求19所述的液压控制阀，其中，所述参考压力连接至所述返回工作口。

21.根据权利要求20所述的液压控制阀，还包括直接连接到所述流量控制阀的参考节点，和位于所述返回工作口和所述参考节点之间的第一孔，所述参考压力来自所述参考节点。

22.根据权利要求21所述的液压控制阀，还包括位于所述参考节点和所述油箱返回节点之间的第二孔。

23.根据权利要求19所述的液压控制阀，其中，所述参考压力连接到所述可调节孔的下游，所述可调节孔连接至所述返回工作口。

24.根据权利要求23所述的液压控制阀，还包括直接连接到所述流量控制阀的参考节点，和位于所述可调孔和所述参考节点之间的第—孔，所述参考压力来自所述参考节点。

25.根据权利要求24所述的液压控制阀，还包括位于所述参考节点和所述油箱返回节点之间的第二孔。

26.根据权利要求19所述的液压控制阀，其中，所述参考压力连接至所述油箱返回节点。

27.根据权利要求26所述的液压控制阀，还包括直接连接至所述流量控制阀的参考节点，以及位于所述参考节点和所述油箱返回节点之间的第一孔，所述参考压力来自所述参考节点。