CN106536944A - 安全液压回路 - Google Patents

Abstract

液压安全回路(1)用于在掘土车辆(2)或农用车辆或一般液压机械中使用并包括：第一液压致动器(3)；先导泵(11)，其用于供给在先导压力下的先导工作流体；及发信号装置(4)，其受先导流体控制且可操作以发出报警信号；平衡阀(2)，其受到第一致动器(3)的压力并能够将先导流体分配为多个液压致动信号(S1，S2，S3)；液压分配装置(13)，其能够采取多个操作构型并且能够根据所采取的构型分配所述先导流体；及多个报警阀(14，15，16)，其由致动信号(S1，S2，S3)控制，多个报警阀中的至少一个布置在分配装置(13)的下游，每个报警阀(14，15，16)能够将先导流体提供给发信号装置(4)。

Description

安全液压回路

本发明涉及一种预定用于在诸如掘土机的液压机械中使用的的安全液压回路。

已知的是，挖掘机的稳定性是上部框架(“转台”)相对于机架的角位置和从铰接的挖掘机臂悬挂的悬挂负载的重量的函数。

挖掘机臂通常由铰接到远端臂的提升悬臂限定。

具体地，挖掘机臂和机架的纵向轴线所位于的平面离相互平行的状态越远，机器倾翻的风险就越大。

该风险随负载的重量一起增加。

目前，使用布置在悬臂的悬臂缸的活塞侧处的压力传感器来防止倾翻的风险。

当由传感器检测到的压力超过安全阈值时，在驾驶舱内部发出信号，例如声音警报，该信号通知驾驶员车辆不稳定的风险。

作为预防措施，所引用的阈值涉及当转台处于最危险的位置(即挖掘机臂垂直于机架的轴线的位置)时可以被提升的最大负载的值。

该系统具有效率低的缺点。

实际上，操作者知道危险信号也在不一定危险的条件下发出，即在由传感器检测到的压力是临界的但是臂的平面不垂直于机架的轴线时发出。

在上述情况下，操作者将使用公知的升降台来评估进行完全提升负载的风险；这是低效的，并且使得在车辆上设置自动安全系统的事实部分无用。

发明内容

因此，支撑本发明的技术目标是提供一种预定用于液压机械(特别是用于掘土的液压机械)液压安全系统，该液压安全系统消除现有技术中的缺点。

特别地，本发明的一个目的是提供一种安全回路，该安全回路能够评估与机器的稳定性相关的危险状况，该稳定性同时是待提升的负载和承载挖掘机臂的转台的角位置的函数。

所设定的技术目标和所设定的目的通过根据权利要求1实现的液压安全回路来实现。

通过如附图所示的液压安全回路的优选但非排他的实施例的非限制性示例，本发明的其他特征和优点将更充分地从以下描述中显现，其中：

-图1是可以应用本发明的掘土机的俯视图，该图示出了指示挖掘机臂相对于机架的可能的角位置的图；

-图1a是示出了例如通过使用在移动挖掘机臂的致动器中检测到的压力值并且根据转台的角位置发出报警信号的逻辑步骤的表格；

-图2和图3是图1的机器的侧视图，其以两种不同的操作构型示出；以及

-图4-图10是以不同的功能模式中示出的本发明的回路的示意图。

参考上述附图，附图标记1表示本发明的液压安全回路。

回路1特别预定用于掘土机或农业机器，目的是在提升负载期间发出装置稳定性的风险的信号。

更具体地，该回路可用于液压机械，该液压机械具有相对于装置的其余部分的移动部分，特别是旋转部分。

可以安装回路1的机器2的类型如下所述。

机器2包括例如有履带的机架21，转台22可旋转地安装在机架21上，该转台22围绕竖向轴线旋转(参见图1，2和3)。

铰接式挖掘机臂23，24容纳在转台22上，转台22还容纳控制驾驶舱。铰接式挖掘机臂23，24包括铰接到臂24的悬臂23(近端)，臂24配备有挖掘工具25，诸如铲斗或类似物。

臂23，24因此位于竖向平面P上，该平面相对于机架21的轴线A可旋转，并且该平面还识别机架的前进方向(参见图1)。

首先，所提出的回路1包括第一液压致动器3，该第一液压致动器3可以例如是控制悬臂23的运动的液压缸。

此外，回路1包括发信号装置4，发信号装置4例如可以是声学信号并且可以在驾驶舱中发出信号以警告操作者。

具体地，在本发明的优选实施例中，发信号装置4在通过使用本发明的回路检测到在机器2的稳定性方面产生危险情况的情况下发出警报。

在实践中，发信号装置4可以是在发信号装置4的入口处超过压力阈值后发出报警信号的类型。

例如，发信号装置4可以包括液压开关，该液压开关在在其入口处超过压力阈值后闭合致动信号发射器的电路。

本发明的液压回路1包括先导泵11，所述先导泵用于在给定的先导压力(例如，对于小型挖掘机，其可以是35巴)下供给先导工作流体(优选矿物油)。

在先导泵11的下游，回路1包括经受第一致动器的压力的平衡阀12。

在致动器包括液压缸的情况下，第一致动器的压力可以是在活塞侧达到的压力(如果如图2和图3所示那样安装)。

在实践中，平衡阀12是由第一致动器3的压力控制的液压致动换向阀，根据第一致动器3的压力，平衡阀12不同地分配先导流体。

这通过使用矿物油在第一致动器3的内部与平衡阀12之间流体动力学连通来实现。

具体地，来自平衡阀12的出口中的先导流体采用多个液压致动信号S1，S2，S3的形式，该液压致动信号S1，S2，S3控制下面描述的布置在位于平衡阀12下游的各个分支上的回路1的其他部件。

平衡阀12优选为常闭型，并且包括多个位置，例如四个位置，并且具有弹性型回程。

另外，平衡阀12在弹簧侧上显示出另一液压先导，该另一液压先导能够将弹簧的预负载改变用于得到下面详细描述的情况所需的量。

平衡阀12根据其入口处的压力值改变位置，入口处的压力值对应于在使用挖掘机臂23，24期间第一致动器3受到的压力差。

在解释本发明的功能时，将进一步探讨这个特性。

在本发明的另一方面，回路1包括液压分配装置13，液压分配装置13布置在先导泵11的下游、与平衡阀12并联、能够采取多个操作构型并且还用于根据采取的具体构型来分配先导流体。

分配装置13优选地被塑造成这样的装置，所述装置牢固地限制到或者在任何情况下连接到转台22并且能够根据转台22的角位置改变构型。

具体地，分配装置13可以包括与转台22同轴的旋转接头，该旋转接头是用于将在本发明的回路1的外部的工作流体从位于车辆2的框架上的一个或多个泵输送到位于机架21上的一个或多个致动器的类型。

在意大利专利申请No.MO2014A000102中描述了这种类型的旋转接头，其为了参考的目的并入本说明书。

在与本发明的功能相关的段落中将进一步详尽阐明该解决方案的原因。

更一般地，可以包括本发明的各种实施例，其中，分配装置13的各种构型对应于机器1的一部分(例如至少包括第一致动器)相对于机器的其余部分所采取的相应空间位置。

回路1包括在平衡阀12下游的多个报警阀14，15，16，多个报警阀14，15，16受由平衡阀12分配的相应的致动信号控制。

报警阀14，15，16彼此平行地布置并且优选地数量为三个。

报警阀14，15，16被预先设置成受控制以将先导流体输送到发信号装置4。

具体地，在本发明的优选方案中，第一报警阀14布置在先导泵11的正下游，而其余的阀15，16布置在分配装置13的下游。

在解释本发明的功能期间，将阐明这种结构选择的原因。

报警阀14，15，16可以是液压控制阀、两位置三通、单稳态和常闭型。

在实践中，一旦通过相对致动信号打开，每个阀14，15，16可以在先导压力下将入口中的先导流体输送到发信号装置4，以致动发信号装置4。

应注意，分配装置13预先设置在回路1中，以用于基于由此采取的特定操作构型来选择性地将先导流体输送到不同的报警阀15，16，所述特定操作构型如所述优选地对应于转台22的给定的角位置。

同时，平衡阀12根据第一致动器3的压力水平采取不同的位置，并且在所有位置中，平衡阀12向特定的报警阀14，15，16发送致动信号。

为了精确起见，平衡阀12根据第一致动器3的压力而移动到各个打开位置，以顺序地打开报警阀14，15，16。

因此，在实践中，每个报警阀在致动报警信号中用作“与(AND)”逻辑运算符。

本发明的回路1还可以包括具有液压缸的第二液压致动器30，在本发明的优选形式中，所述液压缸安装在挖掘机臂23，24上并且致动悬臂的水平提升。

在这种情况下，如在上文部分地预期的那样，本发明还包括预加载阀17，预加载阀17布置在先导泵11的下游并且受制于第二致动器30。

在实践中，预加载阀17能够根据第二致动器30的压力而使得先导流体能够作为分配阀上的压力信号或者防止先导流体作为分配阀上的压力信号。

预加载阀17是常开的，并且如果预加载阀17没有被激励，则预加载阀17发送先导压力以增加平衡阀12的弹性回程，从而限定将被超过的预负载，以将平衡阀从打开位置移位。

预加载阀17优选地是两位置三通阀。

一旦已经接合负载，当臂24被水平地布置时，第二致动器30的压力增长到将预加载阀17切换到关闭构型的点，其具有以下所示的实际效果。

在本发明的优选实施例中，平衡阀12具有四个位置，所述四个位置为一个关闭位置和三个打开位置，其中，平衡阀12根据第一致动器3的压力移动，其具有在下面详细描述的价值。

在同一实施例中，分配装置13具有与转台22的三个角位置相对应的三个构型。

在解释另外的可选结构方案之前，将借助于图4至图10来描述本发明的回路1的优选实施例的功能。

应注意，在附图所示的液压回路1的图中，实线所示的分支是存在致动器3，30的先导压力或压力的分支，而虚线所示的分支是不存在致动器3，30的先导压力或压力的分支。

具体地，首先解释四个不同的操作状态，四个不同的操作状态的共同点在于挖掘机臂23，24处于正面位置，但是区别在于不同的负载状态(图4-图7)。

如果转台22的角位置使得臂23，24的平面P最多从包含机器2的机架21的纵向轴线A的竖向平面移位30°，则臂23，24处于正面位置。

应注意，界定臂23，24的正面状态的角度也可以不同于30°的优选值。

在任何情况下，在这种状况下分配装置13处于关闭构型。

在首先检查的四个操作状态中，臂24基本上竖向地布置，这意味着第二致动器30不工作。

在初始操作状态下，挖掘机臂23，24处于静止，或者在任何情况下，负责悬臂23的提升的第一致动器3的压力低于第一负载阈值。

在图1a中报告的示例中，第一阈值可以低于150巴。

在这种状态下，平衡阀12处于关闭位置。

在这种状况下，机器2的稳定性没有风险。

在这种情形下，回路1的功能在图4中示意性地表示。

在该初始状态下，先导流体仅到达第一报警阀14，同时其在到达第二或第三阀15，16之前停止在分配装置13处。然而，假定没有来自平衡阀12的致动信号到达第一报警阀14处，则第一报警阀14不从关闭位置切换，因此不将先导流体输送到发信号装置4，因此发信号装置保持不工作。

在随后的操作状态中，第一致动器3的活塞侧的压力增长到或超过第一负载值，该第一负载值可以大于150巴，例如160巴，并且无论如何小于190巴。

在这种状况中，回路1的功能如图5所示。在这种状态中，平衡阀12切换到其第一打开位置并且因此将致动信号S2发送到第二报警阀15，第二报警阀15进而切换到打开位置。

然而，假定分配装置13处于关闭位置，先导流体不能够通过包括第二报警阀的回路的分支，并且因此发信号装置4保持不工作。

实际上，上述机器2的状态在其稳定性方面没有风险，因为负载的值并不过高，并且臂23，24处于正面位置，即危险性最小的位置。

在第一致动器3中的压力增长到第二负载值(例如200巴或无论如何大于190巴)的情况下，达到图6的操作状态。

在这种情况下，平衡阀12移位到第二打开位置并且还将致动信号S3发送到第三加载阀16，从而保持第二阀15也打开。

尽管如此，假定分配装置13处于关闭位置，先导压力不会到达发信号装置4的入口，因此发信号装置保持“静默”。

实际上，这种操作状态也被认为不危险。

当第一致动器3的杆侧的压力例如达到240巴或者无论如何大于230巴或者为了该目的而选择的另一负载值时，即使挖掘机臂23，24处于臂24为竖向的正面位置，由于负载过高，仍然存在车辆1的稳定性存在风险的情况。

在这种情况下，平衡阀12移位到第三打开位置，在该第三打开位置，平衡阀12也控制第一报警阀14的打开，如上所述，该第一报警阀14位于先导泵11的正下游。

因此，先导流体进入回路的从泵11离开遇到第一阀14并到达发信号装置4的分支中，因此使得到发信号装置4的入口中的压力升高(参见图7)。

发信号装置4发出并报警以警告操作者危险情况；因此操作者不会继续升高已被认为过度的负载。

应注意，可选地，在本发明的回路1中，存在至少一流体选择阀18，19，流体选择阀18，19被布置成介于报警阀14，15，16与发信号装置4之间；下面将详细描述这种结构选择的原因。

在一不同的操作状态下，挖掘机臂23，24处于倾斜位置，即，距离机架21的轴线A大于30°且小于60°的角度。

在这种情况下，上面所述的角位置值也是优选的而不是限制性的。

在这种情况下，如已知的，不稳定的风险相对于臂23，24的前部状态增加。

如果第一致动器3的压力(例如200巴或无论如何大于190巴)使得平衡阀移动到第二位置，则本发明的回路1采取图8所示的构型。

分配装置13采取第一打开构型，其中，分配装置13使得先导压力能够到达第三报警阀16，如上所解释的，该第三报警阀16通过平衡阀12的控制信号打开。

因此，在发信号装置4的入口中的压力被升高到先导压力的值，并因此产生报警信号。

实际上，在这种情况下，待升高的负载处于这样的值，所述值在臂23，24处于正面位置的情况下不构成危险，但是在转台22被旋转大于30°的角度的情况下是危险的。

因此，可以理解，本发明如何能够与现有技术不同地根据挖掘机臂23，24的角位置适应性改变待提升的负载的危险阈值。

以此方式，即使当臂23，24不处于与机架21的轴线A垂直的位置时，操作者不需要查阅任何表格并且可以进一步完全安全地使用装置来提升和移位在现有技术系统中作为预防措施被认为是危险的负载。

应注意，通过增加报警阀14，15，16的数量以及通过相应地增加平衡阀12和分配装置13的打开的位置/构型，能够根据转台22的角位置和待提升的负载值来得到危险负载阈值的更精细的调节。

返回到本发明的优选实施例的功能，现在描述下述情况，其中，臂23，24处于横向位置并且负载处于这样的值，所述值使得平衡阀在第一位置，该值例如大于150巴(见图9)。

臂23，24的横向位置例如通过相对于机架21的轴线A的包括在60°与90°之间的角度限定。

在该操作状态下，如上所述，第二负载阀15打开；另外，分配装置13移动到第二打开构型，在所述第二打开构型中，分配装置13使得先导流体能够进入包括第二阀15的分支。

因此，在发信号装置4的入口处检测到先导压力，并且相应地发出报警信号声音。

实际上，如已知的，挖掘机臂23，24的横向状态对于装置2的稳定性是最危险的，并且因此在示例中大于150巴的第一致动器3的活塞侧中的负载(对应于平衡阀的第一位置)构成潜在的危险。

目前为止这里未检查的另一种已知的危险因素由以下情况构成：在将负载施加到挖掘机臂23，24上之后，臂24被从竖向位置升高到水平位置(见图3)。

该动作通过致动上述第二致动器30而发生。

本发明有利地包括使用预加载阀17的细节，从而使得也能够考虑到这种可能性。

实际上，如图10所示，当第二致动器30中的压力达到识别臂24的升高的阈值时，常开的预加载阀17切换到关闭状态，从而禁止先导流体从泵进入到平衡阀12。

在这种情况下，平衡阀12在第一致动器3的压力阈值下切换到各个打开位置，这些压力阈值低于在前述示例中有效的压力阈值，因为这些压力阈值减少了考虑臂的新空间构型的量。

因此，例如，如果臂23，24处于横向位置并且第一致动器3的活塞侧压力刚好在120巴，然而，平衡阀12处于第一打开位置，在该第一打开位置中，平衡阀12控制第二报警阀15的切换。

假定分配装置13处于第二打开构型，则发信号装置4接收入口中的先导压力，并且因此发出警告操作者危险的报警信号。

因此，可以看出本发明如何消除现有技术的所有缺点以及提供新的和有利的用途。

实际上，操作者可以完全依靠本发明的回路1的报警信号；不需要使用表格或其他仪器，并且操作者知道当臂23，24处于正面位置时，他或她可以完全安全地使用挖掘机2提升甚至相当大的重量。

应注意，本发明的回路1具有基本上为液压型的功能，并且因此不需要使用增加了复杂性、成本并需要频繁更新和控制的电子和软件。

在本发明的回路1的优选形式中，限定用于液压信号的“或(OR)”逻辑的流体18，19的两个选择阀彼此串联放置并且介于报警阀14，15，16与发信号装置4之间。

具体地，第一选择阀18在入口中接收第一和第二报警阀的出口，而第二选择阀19在入口中接收第一选择阀的出口和第三报警阀的出口。

第二“或(OR)”阀的出口连接到发信号阀4的入口。

当报警阀14，15，16中的一个报警阀打开并且接收到先导压力(即，在阀的“与(AND)”逻辑中验证两个同意条件)时，可以肯定的是，出口中的先导压力将到达发信号装置4，并且没有通过其他报警阀14，15，16的出口分支的负载损失。

实际上，“或(OR)”阀限定用于使得先导流体流向发信号装置4的强制路径，这防止先导流体返回上游。

Claims (11)

1.一种用于在掘土车辆(2)或农用车辆或一般的液压机械中使用的液压安全回路(1)，所述液压安全回路包括：至少一第一液压致动器(3)；至少一先导泵(11)，所述先导泵用于供给在先导压力下的先导工作流体；以及至少一发信号装置(4)，所述发信号装置受所述先导流体控制并且可操作以发出报警信号，其特征在于，所述液压安全回路还包括：

至少一平衡阀(2)，所述平衡阀受到第一致动器(3)的压力并且能够以多个液压致动信号(S1，S2，S3)分配所述先导流体(S1，S2，S3)；

液压分配装置(13)，所述液压分配装置能够采取多个操作构型并且能够根据所采取的操作构型分配所述先导流体；以及

多个报警阀(14，15，16)，所述多个报警阀(14，15，16)由致动信号(S1，S2，S3)控制，所述多个报警阀(14，15，16)中的至少一个报警阀布置在所述分配装置(13)的下游，每个报警阀(14，15，16)能够将所述先导流体提供给所述发信号装置(4)。

2.根据前述权利要求所述的回路(1)，其中，所述报警阀(14，15，16)是两位置液压控制阀。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的回路(1)，其中，第一报警阀(14)布置在先导泵(11)的正下游，而其余的一个或者多个报警阀(15，16)布置在分配装置(13)的下游。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的回路(1)，其中，所述平衡阀(12)根据所述第一致动器(3)的压力采取多个位置，在每个位置中，所述平衡阀(12)向相应的报警阀(14，15，16)发送不同的致动信号(S1，S2，S3)。

5.根据前述权利要求中的至少一项所述的回路(1)，其中，所述分配装置(13)根据所采取的操作构型向不同的报警阀(14，15，17)提供先导流体。

6.根据前述权利要求中的至少一项所述的回路(1)，其中，所述第一致动器(3)控制安装在机器(2)上的铰接臂(23，24)的运动，并且第一致动器(3)的压力是作用在所述臂(23，24)上的负载的函数。

7.根据前述权利要求中的至少一项所述的回路(1)，其中，所述分配装置(13)的构型对应于由所述第一致动器采取的相应空间位置。

8.根据前述权利要求所述的回路(1)，其中，所述臂(23，24)安装到机器(2)的旋转转台(22)上，所述分配装置(13)以根据所述转台(22)的角位置改变构型的方式连接到所述转台(22)。

9.根据权利要求2和4所述的回路(1)，其中，所述平衡阀(12)是常闭的并且包括多个打开位置，其中，所述平衡阀(12)根据所述第一致动器(3)的压力以顺序地打开报警阀(14，15，16)的方式运动。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的回路(1)，包括至少一第二液压致动器(30)和受制于所述第二致动器(30)的预加载阀(17)，其中，所述分配阀具有液压返回流路，所述预加载阀(17)能够根据所述第二致动器(30)的压力而使得所述先导流体能够作为所述分配阀上的预加载压力或防止所述先导流体作为所述分配阀上的预加载压力。

11.根据权利要求3至10中的任一项所述的回路(1)，其中，流体选择阀(18，19)介于报警阀(14，15，16)与发信号装置(4)之间。