CN107531466B - 流体流动调节器 - Google Patents

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Abstract

一种液压千斤顶，所述液压千斤顶包括负载缸体、泵、释放阀和流动调节器。所述泵构造为提供加压流体到负载缸体。所述释放阀与加压流体流体连通。所述流动调节器构造为反向根据横跨所述流动调节器的流体的压降来改变流经所述流动调节器的流体的流动路径，所述流动调节器与所述释放阀流体连通。

Description

流体流动调节器
技术领域
本发明涉及一种液压流动调节器，并且更具体地涉及一种调节器，所述调节器在流体的压力波动时(例如在千斤顶中)控制流体流动。
背景技术
液压缸是工业中使用的常见装置，并且用于使用顶托机构来顶起负载，所述顶托机构具有输入缸和输出缸。输出缸用于通过施加在移动输入缸的机械部分上的相当小的力将负载提升到预定高度。液压千斤顶系统的工作原理在于施加的小的力，所述力移动小横截面积的输入活塞并且将液压流体或液压油推入输出缸，这随后迫使大横截面积的输出活塞顶起负载。
当液压千斤顶的操作者需要降低已经被顶起的负载时，操作者通常操作释放阀以允许流体从负载缸体逸出。通常，释放阀是具有非常高的操作精度(resolution)的螺栓，并且当输出缸处于满负荷时所述流体将快速逸出到流体存储器，随后当所述负载接触支撑件由此降低由千斤顶支撑的负载时，负载缸体流体中的压力改变并且流体流动减慢。这因此不利地减小了负载的降低速率。
从另一角度来说，负载最初降低的速度通常太高。例如，在车辆处于抬高位置的情况下，当螺栓阀移动时，车辆将经常向下突然倾斜。这对于操作者来说能够存在潜在的危险，并且是所期望避免的情况。
在所述技术领域中需要的是一种容易操作并且制造成本低廉的流动调节器，所述流动调节器能够容易地集成到千斤顶中。
发明内容
本发明提供一种液压流动调节器，所述液压流动调节器通过改变流体的流动路径以在大的动态范围内控制液压系统(例如千斤顶)的流量。
本发明在一种形式中涉及液压千斤顶，所述液压千斤顶包括负载缸体、泵、释放阀和流动调节器。所述泵构造为提供加压流体到负载缸体。所述释放阀与加压流体流体连通。所述流动调节器构造为反向根据横跨所述流动调节器的流体的压降来改变流经所述流动调节器的流体的流动路径。所述流动调节器与所述释放阀流体连通。
本发明在另一形式中涉及液压泵，所述液压泵供应加压流体到负载缸体，所述负载缸体包括释放阀和流动调节器。所述释放阀与加压流体流体连通。所述流动调节器构造为反向根据横跨所述流动调节器的流体的压降来改变流经所述流动调节器的流体的流动路径。所述流动调节器与所述释放阀流体连通。
本发明在又一形式中涉及一种在负载下缩回液压缸的方法。所述方法包括释放阀和改变流体的流动路径的步骤。释放阀的步骤允许阀与液压缸中流动的加压流体流体连通。改变流体的流动路径为当横跨流动调节器的流体的压降变化时而改变流动调节器中的流体的流动。所述流动调节器与所述阀流体连通。
本发明的优点是流动调节器在大的动态范围上起作用。
本发明的另一优点是流动调节器包括很少的移动部件。
本发明的又一优点是所述设备制造起来廉价并且可以容易地适配到当前使用现有技术的设计的系统。
附图说明
通过参考结合附图的本发明的实施例的以下描述，本发明的上述特征和其它特征以及优点和实现所述特征和优点的方式将变得更显然，并且本发明将被更好地理解，其中：
图1是示出了为手动操作的液压千斤顶的形式的本发明的实施例的应用的透视图；
图2是图1的液压千斤顶的部分的透视图；
图3是图1和图2的液压千斤顶的输出缸的部分剖视图，其示出了本发明的流动调节器；
图4是图2和图3的输出缸的部分剖视图；
图5示出图3和图4的流动调节器的透视特写视图；
图6是图3-图5的流动调节器的另一视图，其中，弹簧被移除；
图7是图3-图6的流动调节器的部分的透视图；
图8是处于低压力流动构造或初始流动构造的图3-图7的流动调节器的剖视图；
图9是处于中间压力流动构造的图3-图8的流动调节器的透视图；
图10是处于中间压力流动构造的图3-图9的流动调节器的剖视图；
图11是处于近乎全压力流动构造的图3-图10的流动调节器的透视图；
图12是处于近乎全压力流动构造的图3-图11的流动调节器的剖视图；
图13是处于全压力流动构造的图3-图12的流动调节器的透视图；
图14是处于全压力流动构造的图3-图13的流动调节器的剖视图；
图15是图1-图14的流动控制系统的实施例的示意图；
图16是本发明的流动调节器的另一实施例的透视图；
图17是处于非流动构造的图16的流动调节器的剖视图；
图18是处于全压力流动构造的图16和图17的流动调节器的剖视图；并且
图19是本发明的流动调节器的另一实施例的剖视侧视图。
在整个多个视图中，相同的附图标记表示相同的部件。这里阐述的示例示出本发明的一个实施例并且这种示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
现在参考附图，并且更具体地参考图1，图中示出具有框架的液压千斤顶1和液压泵2。液压千斤顶1与当前使用的许多千斤顶系统的外侧的液压千斤顶类似。千斤顶1在例如车辆的装置下方滚动，并且其定位成使得举重臂将接合汽车的下侧的部分。把手(未示出)被上下泵压以致动液压泵2，这使得举重臂延伸且举起负载。
现在，另外参考图2-图15，其示出本发明的流动调节器7的实施例，所述流动调节器7的关联的结构包括外壳或本体3、释放阀4、举重臂5、举重臂腔5a、箱壳体6、箱壳体腔6a。流动调节器7自身包括弹簧8、柱塞9、释放O型环密封件10、柱塞O型环密封件11、端口12、端口13、端口14、端口15、流动通道16和腔17。
在举起操作期间，释放阀4如图8中所示被上紧以防止举重臂腔5a中的加压流体逸出，并且泵2被致动以使得流体流入举重臂腔5a。随着举重臂腔5a中的流体增加，举重臂5延伸以举起负载(未示出)。
当需要降低负载时，释放阀4如图10、图12和图14中所示被松开，这允许腔5a中的加压流体流经流动调节器7而到达压力较低的箱壳体腔6a(如图15中所示)。经过流动调节器7的流体流动将使得柱塞9(其也可以被看作套筒9)沿流体流动的方向(在这些图中向上的方向)并且逆着弹簧8(也称为偏压构件8)移动。随着柱塞9向上移动，端口12、13和14被密封以禁止流动，仅留下端口15打开以提供流体从腔5a到腔6a的流动。
柱塞9和弹簧8响应于腔5a中高压级别的流体的移动而移动的顺序可以被看作从打开阀4之前的图5和图8进展到打开阀4之后的图9和图10，随后进展到图11和图12，并且随后进展到图13和图14。通过横跨流动调节器7的高的压力差，可以非常迅速地实现柱塞9和弹簧8的位置的转变。这随后使得加压流体仅通过端口15从腔17流入流动通道16，并且随后流入箱壳体腔6a。
在举重臂5在负载下方缩回时，当负载减小时，腔5a中的流体上的压力将降低，并且因此横跨流动调节器7的压降将降低。这将允许弹簧8的偏压使得柱塞9下降，如从图13和图14中描绘的位置下降到图11和图12中示出的位置，这打开了经过端口14的额外流体路径，这增加了在横跨流动调节器7的压降降低的当前状态下流体能够流动经过的横截面积。这也可以被描述为通过从高压流动变为压力降低的流动时增加有效开口来改变流体流动路径。
以类似的方式，在举重臂5在负载下方继续缩回时，并且当负载进一步减小时，腔5a中的流体上的压力也将进一步降低，并且因此横跨流动调节器7的压降将进一步降低。这允许弹簧8的偏压来进一步移动柱塞9，如从图11和图12中描绘的位置移动到图9和图10中示出的位置，这打开了经过端口13的又一流体路径，这进一步增加了在当前压力进一步降低的状态下流体能够流动经过的横截面积。如上面讨论的，这通过随着流体的压力的降低增加有效开口来改变流体流动路径，由此改变流动路径尺寸和横跨流动调节器7的流体的压降之间的反比关系。
如现在可以理解的，随着横跨流动调节器7的流体的压降继续降低，柱塞9将达到如图8中示出的低位置(虽然阀4仍然打开)，并且流体可以进一步流动经过端口12。端口12、13、14和15的尺寸可以全部不同或者一些端口的尺寸可以相同。例如，端口14和端口15的尺寸可以相同，并且端口13的尺寸可以更大，其中端口12的尺寸是最大的。
在柱塞9经过每一个O型环11时，取决于柱塞9行进的方向，O型环11基本上密封通向相应的端口12-14的路径或打开通向相应的端口12-14的路径。这可以被看作打开每一个高度的端口(arrangement)。还想到在每一高度具有多于一个端口，使得在每一个高度打开多个端口。
如在图7中可以非常详细地看到的，柱塞9(其实际上是滑动缸体)可以具有表面特征(例如滚花)。柱塞9和包围所述柱塞9的外壳的内表面之间的空隙连同所述表面特征的组合用于提供使得柱塞9逆着弹簧8的反向偏压定位柱塞9自身的力的大部分。流体沿柱塞9的侧部的流动可以被看作流体摩擦力，并且正是这个摩擦力导致了如上面详细描述的弹簧8的压缩。
如上面讨论的，端口12-15在尺寸上可以彼此不同。在本发明的一个实施例中，端口15具有0.006英寸的直径，端口14具有0.006英寸的直径，端口13具有0.013英寸的直径，并且端口12具有0.094英寸的直径。另外，在柱塞9滑动时，并且在经过每一个密封件11时，为了允许一些流体流动经过相应的孔，在柱塞9的边缘越过每一个密封件时存在过渡(transition)使得对于短的行进距离来说，通过密封件11和柱塞9之间的间隙略微减小了流经对应于新流动路径的孔的流体。这种效果是过渡性的，但增强了流动调节器7的整体功能。
现在，另外参考图16-18，其示出本发明的另一实施例。在这个实施例中，没有密封件11，并且是间隙18用于充当孔口的一个。如在图18中可以看到的，柱塞9完全向上逆着弹簧8(为了清楚起见所述弹簧在这个视图中被省略)移动，并且流体的流动被基本上限制到流经间隙18或空隙18而到达孔口12、13和14。设想到在柱塞9的内侧上以及沿柱塞9所穿过的表面可以存在表面特征，所述表面特征将用于提供流动限制以使得柱塞9移动并且因此调节流动调节器7中的流体流动。这里如在上述实施例中，随着横跨柱塞9的压降降低，弹簧8向下移动柱塞9，以由于随着横跨柱塞9的压降变化而递增地将孔口14、随后孔口13、随后孔口12打开到流体流动而由此暴露更大的有效通路。
现在，另外参考图19，其示出本发明的另一实施例。在这个实施例中，柱塞9具有台阶式的有倒钩的外形，其中，成角度的倒钩的直径按顺序地依次不同(sequentiallydiffering diameters)。该实施例在液体流动中产生显著的湍流，以由此允许柱塞9的更大的移位，并且允许流动的冲击更显著地影响柱塞9。设想到，还可以实现倒钩结构的图案和形状的变型。
有利地，流动调节器7用于保持流动在大范围的输入压力上是缓和的。柱塞9、弹簧8和孔12-15的组合通过在横跨流动调节器7的压降变化时改变流动的横截面面积来补偿压力改变。
流动调节器7将允许与压力无关的油的近乎恒定的流动。作为参考，对于200:1或23dB的比率，千斤顶中的油压在加载后的大约12000psi至卸载后的小于60psi之间变化。在现有技术中无法找到将能够用于在接近于该巨大的动态范围的任何范围的压力下进行操作的压力调节器。
注意到，最大的孔的面积是最小的孔的面积的245倍，因此接近上面讨论的压力比。以这种方式，在负载减小时所述流动是缓和的，并且所述流动甚至可以被认为是近乎恒定的并且与引起流动的压降无关。
本发明的目标是在封闭系统中在大范围的流体压力下保持平均恒定的流量。本发明的目标具体地但不限于提供与千斤顶的额定载荷内的负载无关的液压千斤顶的恒定的下降速率。该装置还是安全装置，所述安全装置消除了操作者过快地打开释放阀使得千斤顶的不受控制的快速下降的错误的可能性。该装置是经济的进油管路(inline)压力补偿流动控制阀，其使用柱塞、弹簧和具有一系列端口的杆以在大范围的压力下保持平均流量。液压流体的流量是穿过所述孔口的流体的压降和流体所流经的孔口尺寸之间的关系。随着在给定孔口尺寸下压降增加时，流量也将增加。因此通过改变孔口尺寸来匹配给定的压力能够在变化的压降下保持恒定的流量。所述系统中的压力由正在由千斤顶支撑的重物的大小确定。所举起的重物越重，举重臂室5a中的流体的压力就越大。
本发明有利地使用柱塞，所述柱塞由弹簧控制以根据所述系统中的压力打开或关闭一系列孔口。多个孔口的面积组合为单个孔口面积尺寸以确定流量。在孔口被封闭时，其减小了流体能够流经的面积，因此减小流量。
当千斤顶悬置负载时，其在举重臂腔5a中产生压力。为了降低重物，转动释放阀4以打开用于使流体从举重臂腔5a行进到箱壳体腔6a的路径。所悬置的重物越重，举重臂腔5a中的压力就越大。由于所述压力，当释放阀4打开时，流体将随后行进到柱塞腔17中。所述流体随后将在柱塞9周围朝向端口12-15行进。所述压力越高，流体将流动越快。所述流体流动越快，流体就更多地向上推压柱塞9以压缩弹簧8。弹簧8的尺寸根据所期望的流量而被设计。在柱塞9向上行进时，柱塞9将封闭端口以减小可以流入箱壳体腔6a上的流体的量。当柱塞9已经封闭足够的端口以建立与弹簧8的偏压的平衡时，流体随后可以自由地流动经过剩余的端口。一旦重物不再增加压力到所述系统，则柱塞9将向下行进以打开更多端口，从而允许流体在较低压力下以相同的流量流动到箱壳体腔6a。
现有技术的压力补偿流动调节器使用针阀，所述针阀通过使用弹簧和压力旁路而被操纵。随着流体中的压力增加，所述阀关闭以允许更少流体穿过。这些已有装置的不足之处在于其仅在窄的压力范围上工作。
现有技术的液压千斤顶通过拧开所述阀来手动控制释放阀的打开从而控制下降速率。这种情况的问题是该系统依赖于操作者打开所述阀时要十分小心(不会打开所述阀过大(far)并且不会使得重物以不安全的速率下降)。本发明用于消除该问题。不管操作者多快或多大地打开所述阀，无论是多重的重物正在被下降，所述重物将仅以安全的速率下降。
虽然已经参考至少一个实施例描述了本发明，但在本公开的精神和范围内还可以修改本发明。因此，本申请意图涵盖使用其一般原理的本发明的任何变例、用途、或变型。此外，本申请意图涵盖位于本发明所属技术领域的已知或惯常实践的范围内的本公开的偏离方案，并且所述偏离方案落入所附权利要求的限定内。

Claims (13)

1.一种液压千斤顶，所述液压千斤顶包括：
负载缸体；
泵，所述泵构造为提供加压流体到所述负载缸体；
释放阀，所述释放阀与所述加压流体流体连通；和
流动调节器，所述流动调节器构造为反向根据横跨所述流动调节器的流体的压降来改变流经所述流动调节器的流体的流动路径，所述流动调节器与所述释放阀流体连通，所述流动调节器包括多个端口，所述多个端口中的供流体通过的选定端口数量取决于压降，其中当所述压降更高时，所述选定端口数量更少，
其中所述流动调节器还包括滑动装置，所述滑动装置构造为取决于所述压降而暴露所述选定端口数量的所述端口，从而在大范围的流体压力下保持平均恒定的流量。
2.根据权利要求1所述的液压千斤顶，其中所述多个端口具有多于一个开口尺寸。
3.根据权利要求1所述的液压千斤顶，其中所述多个端口中的剩余数量的端口与加压流体相隔离，所述剩余数量等于所述多个端口的总数减去所述多个端口中的所述选定端口数量。
4.根据权利要求1所述的液压千斤顶，其中所述滑动装置是套筒。
5.根据权利要求4所述的液压千斤顶，其中所述流动调节器还包括作用于所述套筒上的偏压构件，当所述压降更高时所述偏压构件被更多地压缩，并且在所述压降降低时所述偏压构件被更少地压缩。
6.一种用来提供加压流体的释放的液压系统，所述液压系统包括：
释放阀，所述释放阀与所述加压流体流体连通；和
流动调节器，所述流动调节器构造为反向根据横跨所述流动调节器的流体的压降来改变流经所述流动调节器的流体的流动路径，所述流动调节器与所述释放阀流体连通，所述流动调节器包括多个端口，所述多个端口中的供流体通过的选定端口数量取决于压降，其中当所述压降更高时，所述选定端口数量更少，
其中所述流动调节器还包括滑动装置，所述滑动装置构造为取决于所述压降而暴露所述选定端口数量的所述端口，从而在大范围的流体压力下保持平均恒定的流量。
7.根据权利要求6所述的液压系统，其中所述多个端口具有多于一个开口尺寸。
8.根据权利要求6所述的液压系统，其中所述多个端口中的剩余数量的端口与加压流体相隔离，所述剩余数量等于所述多个端口的总数减去所述多个端口中的所述选定端口数量。
9.根据权利要求6所述的液压系统，其中所述滑动装置是套筒。
10.根据权利要求9所述的液压系统，其中所述流动调节器还包括作用于所述套筒上的偏压构件，当所述压降更高时所述偏压构件被更多地压缩，并且当所述压降减小时所述偏压构件被更少地压缩。
11.一种在负载下缩回液压缸的方法，所述方法包括以下步骤：
释放与所述液压缸中的加压流体流体连通的阀；和
当横跨流动调节器的所述加压流体的压降变化时，改变经过所述流动调节器的所述加压流体的流动路径，所述流动调节器与所述阀流体连通，所述流动调节器包括多个端口，所述多个端口中的供流体通过的选定端口数量取决于压降，其中当所述压降更高时，所述选定端口数量更少，
其中所述流动调节器还包括滑动装置，所述滑动装置构造为取决于所述压降而暴露所述选定端口数量的所述端口，从而在大范围的流体压力下保持平均恒定的流量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个端口具有多于一个开口尺寸。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个端口中的剩余数量的端口与所述加压流体相隔离，所述剩余数量等于所述多个端口的总数减去所述多个端口中的所述选定端口数量。
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