CN111322287A - 具有机械和电液控制的阀组件 - Google Patents

Abstract

一种液压阀组件，包括主控制阀，该主控制阀具有容纳阀构件的阀体，该阀构件可在第一阀位置和第二阀位置之间移动。该液压阀组件还包括机械接口和一个或多个电液致动器，该机械接口可操作地联接到该可移动阀构件上以便在该第一阀位置和该第二阀位置之间手动地移动该可移动阀构件，该一个或多个电液致动器可操作地联接到该可移动阀构件以响应于从控制器接收到控制信号而在该第一阀位置和该第二阀位置之间自动移动该可移动阀构件。

Description

具有机械和电液控制的阀组件

技术领域

本发明总体上涉及一种机器(例如建筑设备)上的液压控制系统，并且更具体地涉及一种具有带机械和电液控制的阀组件的液压控制系统。

背景技术

土方机械(例如自动平地机和轮式装载机)包括许多手动机械控制，以执行以下功能：将工具或刀片定位在几个方位上，铰接机械的框架，以及调节其它机械设置。在许多这些土方机械中、液压系统和液压致动器用于执行期望的功能，例如改变工具的位置。手动机械控制例如可以是打开机械阀以将液压流体引导至液压致动器的机械杆。

在一些情况下，可能希望使某些功能的机械控制自动化。为此，已知的是提供一种与机械阀并联的电控阀，该电控阀能够独立于机械阀自动操作以将液压流体引导至液压致动器。所需的附加阀、线路、控制器和液压管线使得机械控制系统以这种方式自动化是昂贵且复杂的。

中国实用新型CN203145084U描述了一种挖掘机防触电安全系统。该系统包括主液压泵、先导液压泵、接收先导液压泵输出的油驱动电磁阀、控制器和安装在挖掘机操纵杆端部附近用于检测强电缆存在的电力警告设备。如果警告设备检测到强电缆的存在，则警告设备向控制器发送信号，并且控制器致动螺线管以立即切断油驱动电磁阀的输出，这使得挖掘机停止操作。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种液压阀组件，包括主控制阀，该主控制阀具有容纳阀构件的阀体，该阀构件可在第一阀位置和第二阀位置之间移动。该液压阀组件还包括机械接口和一个或多个电液致动器，该机械接口可操作地联接到该可移动阀构件上以便在该第一阀位置和该第二阀位置之间手动地移动该可移动阀构件，该一个或多个电液致动器可操作地联接到该可移动阀构件以响应于从控制器接收到控制信号而在该第一阀位置和该第二阀位置之间自动移动该可移动阀构件。

本发明的另一方面涉及一种用于机器的液压系统。该系统包括液压泵，主控制阀，该主控制阀配置为接收来自液压泵的高压液压流体并将该高压液压流体引导至液压致动器、液压缸或液压马达中的一个。所述主控制阀包括阀体和阀构件，所述阀构件可在所述阀体内在第一阀位置和第二阀位置之间移动，机械接口，可操作地联接到该可移动阀构件上以便在该第一阀位置和该第二阀位置之间手动地移动该可移动阀构件，以及一个或多个电液致动器，可操作地联接到所述可移动阀构件以响应于控制信号在所述第一阀位置和所述第二阀位置之间自动移动所述可移动阀构件。控制器通信地联接到所述一个或多个电液致动器，并且被配置为选择性地将所述控制信号发送到所述一个或多个电液致动器。

本发明的又一方面涉及一种控制具有可移动阀构件的液压控制阀的方法。该方法包括将机械接口可操作地联接到可移动阀构件，将先导液压阀与阀构件流体联接，将电驱动螺线管可操作地联接到先导液压阀，以及通过以下之一：手动地将机械接口从第一接口位置移动到第二接口位置或者通过致动电驱动螺线管以打开先导液压阀以引导加压液压流体作用在可移动阀构件上，将可移动阀构件从第一阀位置移动到第二阀位置。

根据以下描述和附图，本发明的其它特征和方面将显而易见。

附图说明

通过使用附图对实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。在附图中：

图1是机器的示例性实施例的侧视图；

图2是用于机器的电液控制系统的示例性实施例的示意性框图；

图3是图2的电液控制系统的液压阀装置的示例性实施例的液压示意图；并且

图4是图3的液压阀装置的剖视图。

具体实施方式

参照附图，图1示出了机器10的示例性实施例。术语“机器”可以指执行与诸如采矿、建筑、耕作、运输的工业或本领域已知的任何其他工业相关联的某种类型的操作的任何机器，诸如固定式或移动式机器。例如，机器10可以是运土机器，例如自动平地机(如图1所示)、反铲挖土机、装载机、物料搬运机或任何其它运土机器。

机器10可以包括动力源12，由动力源12驱动的联动装置14，以及用于控制动力源12和/或联动装置14的操作员站16。动力源12用于驱动和/或致动机器10。动力源12可以体现为发动机，例如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力发动机或本领域已知的任何其他类型的内燃机。可以设想，动力源12可替代地体现为非燃烧动力源，例如燃料电池、动力存储设备或本领域已知的另一动力源。动力源12可以产生机械或电力输出，该机械或电力输出然后可以被转换成用于移动联动装置14的液压气动动力。

机器10包括前框架20，后框架22和具有顶部25和切削刃26的刀片24。前框架20和后框架22由多个轮胎28支撑在地面27上方。安装在前框架20上的操作员站16包括用于操作机器10的各种控制器，包括方向盘30和多个手动控制器32，例如杠杆。动力源12安装在后框架22上。刀片24(有时称为模板)用于移动土方并安装在联动装置14上。

联动装置14允许刀片24相对于机器10移动到各种不同的位置。联动装置14包括经由球接头枢转地安装到前框架20的拉杆34。拉杆34的位置由三个液压缸控制。具体地，右提升缸38、左提升缸(未示出)和中心移动缸42。联接器44将右提升缸38、左提升缸(未示出)和中心移动缸42连接到前框架20。联接器44可在刀片重新定位期间移动，但在运土操作期间固定静止。刀片24相对于机器10下方的地面27的高度主要由右提升缸38和左提升缸(未示出)控制。右提升缸38和左提升缸(未示出)中的每一个用于升高和降低刀片24的相关端部。因此，右提升缸38升高和降低刀片24的右端，左提升缸(未示出)升高和降低刀片24的左端。中心移动缸42使拉杆34相对于前框架20从一侧移动到另一侧。

联动装置14包括圆齿轮48和配置为使圆齿轮48旋转的液压马达驱动器50。圆齿轮48的旋转使刀片24绕固定在拉杆34上的轴线A枢转。刀片24通过支架(未示出)安装在圆齿轮48上的铰链(未示出)上。液压刀片尖端缸46用于使支架向前或向后倾斜，从而使刀片24的顶部25相对于切削刃26向前和向后倾斜。刀片24安装到支架中的滑动接头，允许刀片24相对于支架从一侧滑动或移动到另一侧。

图2-3示出了用于机器10的示例性电液控制系统60。控制系统60设计成操作上述机器10的各种液压控制。控制系统60可以包括多个液压阀和/或液压阀组件。为了简单起见，图2示出了包括主液压阀62和一个或多个电液致动器63的单个液压阀组件61。然而，应当理解，控制系统60可以包括附加的液压阀和/或附加的液压阀组件。

主液压阀62可以以多种方式配置。可以使用能够被手动和自动控制以选择性地将液压流体引导至机器10的部件、系统、工具等的任何合适的阀。例如，在图3所示的实施例中，主液压阀62是既杠杆操作又电磁先导操作的三通阀。参见图2，主液压阀62包括可移动阀构件64。可移动阀构件64的移动调节通过主液压阀62的液压流体的流动。

控制系统60的液压部分提供高液压和低先导压力。高液压由一个或多个液压泵66提供，液压泵66与贮存器67或其它液压流体源流体连通。一个或多个液压泵66可以由机器10的动力源12驱动。可以使用能够提供期望的高液压和体积的任何合适类型的液压泵66。低先导压力由液压减压阀68提供，该液压减压阀68从液压泵66接收高液压并将压力减小到用作先导液压的期望压力。可替代地，可以使用一个或多个低压液压泵来提供低先导压力。

主液压阀62接收来自液压泵66的高液压，并选择性地将高液压传送到一个或多个液压致动器、缸和马达70，例如提升缸38和液压马达驱动器50或返回到贮存器67。液压致动器、缸和马达70从主液压阀62接收高液压并产生机械力以移动机器或工具72的一部分，例如机器10的前框架20、联动装置14和刀片24或其它工具。

主液压阀62既可以手动控制又可以自动控制。对于手动控制，主液压阀62配置为通过机械接口74致动，例如手柄、杠杆、脚踏板或其它合适的手或脚控制。机械接口74可操作地联接到可移动阀构件64以改变可移动阀构件64的位置，以便选择性地将液压流体引导到一个或多个液压致动器、缸和马达70或返回到贮存器67。机械接口74可以以本领域已知的任何合适的方式可操作地联接到可移动阀构件64。例如，机械接口74可以机械地连接到可移动阀构件64。

为了自动控制，控制系统60包括电连接到一个或多个电液致动器63的控制器76。控制器76可以是任何合适的处理设备。控制器76可以是电液控制系统60的一部分，其适于监测各种操作参数并调节影响机器操作的各种变量和功能。或者，控制器76可以是与电液控制系统60分离的专用控制器。控制器76可为经设计以执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其任何组合。通用处理器可以是微控制器，但在替代方案中，控制器76可以是任何处理器、控制器、微处理器或状态机。控制器还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微控制器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微控制器，或任何其它这样的配置。控制器76可以包括保存在任何类型的计算机可读介质中并从任何类型的计算机可读介质执行的功能、步骤、例程、数据表、数据映射、图表等，所述计算机可读介质诸如存储器设备(例如，随机存取、闪存等)、光学介质(例如，CD、DVD、

等)、固件(例如EPROM)或任何其他存储介质。

液压致动器、缸和马达70中的一个或多个和/或机器部分或工具72中的一个或多个可以包括电子位置传感器80。电子位置传感器80将关于其相应的液压致动器、缸或马达70，或机器部分或工具72的位置的信息传输到控制器76。以此方式，控制器76可以例如确定机器10的刀片24的当前角度并且改变刀片24的位置。

一个或多个电液致动器63中的每一个可以包括电驱动螺线管82和先导液压阀84。螺线管82接收来自控制器76的控制信号并产生一个或多个电液致动器63的电枢(未示出)的受控机械移动。先导液压阀84接收电液致动器63的电枢(未示出)的受控机械移动和来自液压减压阀68的低先导压力，并将受控先导液压引导至主液压阀62或返回至贮存器67。先导液压被引导至主液压阀62以作用在可移动阀构件64上以改变可移动阀构件64的位置，从而选择性地将液压流体引导至一个或多个液压致动器、缸和马达70。

图4是包括主液压阀62和一对电液致动器的液压阀组件61的示例性实施例的截面图。主液压阀62包括阀体90。阀体90可以以多种方式配置，包括具有多个内部通道，用于选择性地引导高压液压流体通过阀体90。在所示实施例中，阀体90包括空腔92，该空腔92沿着阀体90的纵向轴线A从第一侧93延伸到与第一侧93相对的第二侧94。阀构件64设置在空腔92内，用于在其中沿纵向轴线A轴向移动。

阀体90包括经由第一高压入口通道96与空腔92流体连通的高压入口95。排放通道98将第一高压入口通道96流体连接到贮存器67。阀体90还包括经由第一高压出口通道102与空腔92流体连通的第一高压出口100和经由第二高压出口通道108与空腔92流体连通的第二高压出口104。

阀体90还包括第一先导压力入口110和第二先导压力入口112。在所示实施例中，第一先导压力入口110定位成与阀体90上的第二先导压力入口112相对。然而，在其他实施例中，第一先导压力入口110可以不与第二先导压力入口112相对。

在所示实施例中，一个或多个电液致动器63是一对电液致动器63。然而，其它实施例可包括多于或少于两个电液致动器63。每个电液致动器63可固定地连接到阀体90。出于本发明的目的，短语固定连接可以包括螺栓连接、整体形成或以其他方式刚性邻接。然而，在其他实施例中，每个电液致动器63可以与阀体90分离并流体连接。

在所示实施例中，阀体90包括第一致动器安装表面114，其适于将电液致动器63中的一个安装到阀体90上，使得一个电液致动器63上的先导液压阀84与第一先导压力入口110流体连通。类似地，阀体90包括适于将另一电液致动器63安装到阀体90上的第二致动器安装表面116，使得另一电液致动器63上的先导液压阀84与第二先导压力入口112流体连通。

第一先导压力入口110经由第一先导压力通道120与空腔92流体连通。阀构件64包括面向阀体90的第一侧93的第一接合表面122。第一接合表面122可以多种方式配置。可以使用先导压力可作用以使阀构件64朝向第二侧94轴向移动的任何表面。在所示实施例中，第一接合表面122是阀构件64上邻近或靠近第一侧93的环形肩部。第一先导压力通道120配置为将先导压力引导至第一接合表面122以作用于其上。

第二先导压力入口112经由第二先导压力通道124与空腔92流体连通。阀构件64包括面向阀体90的第二侧94的第二接合表面126。第二接合表面126可以多种方式配置。可以使用先导压力可作用以使阀构件64朝向第一侧93轴向移动的任何表面。在所示实施例中，第二接合表面126是阀构件64上邻近或靠近第二侧94的环形肩部。第二先导压力通道124配置为将先导压力引导至第二接合表面126以作用于其上。

工业实用性

当前公开的电液控制系统60可以应用于各种应用，包括机器，例如挖掘机、反铲挖土机、装载机和自动平地机。例如，自动平地机可以包括各种液压致动器、缸和马达70，其接收高液压以产生机械力来移动机器或工具72的一部分。所公开的电液控制系统60包括配置为用于手动控制和自动控制的液压阀组件61。在所公开的实施例中，主液压阀62配置为由机械接口74和液压先导压力两者致动，从而在最少或没有附加阀、线路、控制器和液压管线的情况下提供操作灵活性。

对于示例性实施例，在操作中，主液压阀62可在第一状态、第二状态和第三状态之间切换。在第一状态下，当第二高压出口通道108和排放通道98被阻塞时，高压液压流体通过第一高压出口通道102被引导至第一高压出口100。在第二状态下，当第一高压出口通道102和第二高压出口通道108被阻塞时，高压液压流体通过排放通道98返回到贮存器67。在第三状态下，当第一高压出口通道102和排放通道98被阻塞时，高压液压流体通过第二高压出口通道108被引导至第二高压出口104。为了在第一状态、第二状态和第三状态之间切换，阀构件64分别在第一阀位置、第二阀位置和第三阀位置之间移动。在说明性实施例中，阀构件64在最靠近第一侧93时处于第一阀位置，阀构件64在最靠近第二侧94时处于第三阀位置，阀构件64在居中地位于第一阀位置和第三阀位置之间时处于第二阀位置。然而，其它布置也是可能的。

如上所述，机械接口74机械地连接到可移动阀构件64以改变可移动阀构件64的位置。参照图4，机械接口74沿箭头B所示的顺时针和逆时针方向枢转。在所示实施例中，顺时针枢转机械接口74使阀构件64朝向第一侧93轴向移动，逆时针枢转机械接口74使阀构件64朝向第二侧94轴向移动。机械接口74可具有对应于不同阀位置的不同位置。例如，机械接口74可以具有对应于第一阀位置的第一接口位置，对应于第二阀位置的第二接口位置，以及对应于第三阀位置的第三接口位置。

为了主液压阀62的先导控制，电液致动器63中的一个安装到阀体90的第一致动器安装表面114，使得先导液压阀84在打开时可以将低先导压力液压流体引导到第一先导压力通道120中。电驱动螺线管82可操作地联接到先导液压阀84以选择性地打开和关闭先导液压阀84。

类似地，第二电液致动器63安装到阀体90的第二致动器安装表面116，使得第二电液致动器63的先导液压阀84在打开时可以将低先导压力液压流体引导到第二先导压力通道124中。第二电液致动器63的电驱动螺线管82可操作地联接到相应的先导液压阀84，以选择性地打开和关闭先导液压阀84。

每个电驱动螺线管82可通信地联接到控制器76，使得控制器76可以发送信号以选择性地给电驱动螺线管82通电，从而致动电液致动器63的先导液压阀84。控制器76可以被配置为响应于各种因素而致动电驱动螺线管82。在一个实施例中，控制器76可以响应于接收到来自一个或多个电子位置传感器80的信号而致动螺线管。例如，液压阀组件61可以控制对右提升缸38的高压液压以升高和降低刀片24的右端。第一高压出口100可以流体地联接到右提升缸38上以使缸伸出，并且第二高压出口104可以流体地联接到右提升缸38上以使缸缩回。控制器76可以从与右提升缸38或刀片24相关联的电子位置传感器80接收指示刀片24的位置的信号。然后，控制器76可以基于保存在任何类型的计算机可读介质中的功能、步骤、例程、数据表、数据映射、图表等，致动电液致动器63中的一个以打开先导液压阀84中的一个，从而引导先导压力液压流体以移动阀构件64。阀构件64的移动导致主液压阀62将高压液压流体引导至右提升缸38以伸出或缩回缸。

一个或多个电液致动器63和机械接口74都可操作地联接到阀构件64以选择性地移动阀构件64。因此，电液致动器63和机械接口74可被描述为可操作地串联连接到阀构件64，使得可移动阀构件64通过一个或多个电液致动器63在第一阀位置和第二阀位置之间的自动移动也将机械接口74从第一接口位置移动到第二接口位置。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的液压系统和液压阀组件进行各种修改和变化。通过考虑在此公开的液压阀组件的说明和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本说明书和示例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。

应当理解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，预期本发明的其它实现可在细节上不同于前述示例。对本发明或其示例的所有引用旨在引用在该点讨论的特定示例，并且不旨在暗示对本发明范围的更一般的任何限制。关于某些特征的区别和不利的所有语言旨在指示对这些特征没有偏好，但不完全将其排除在本发明的范围之外，除非另有指示。

Claims (20)

1.一种液压阀组件，包括：

主控制阀，具有容纳阀构件的阀体，所述阀构件能够在第一阀位置和第二阀位置之间移动；

机械接口，可操作地联接到所述可移动阀构件上以便在所述第一阀位置和所述第二阀位置之间手动地移动所述可移动阀构件；以及

一个或多个电液致动器，可操作地联接到所述可移动阀构件以响应于从控制器接收到控制信号而在所述第一阀位置和所述第二阀位置之间自动移动所述可移动阀构件。

2.如权利要求1所述的液压阀组件，其中所述一个或多个电液致动器中的每一个包括电驱动螺线管和先导液压阀。

3.如权利要求2所述的液压阀组件，其中所述电驱动螺线管可操作地联接到所述先导液压阀以打开所述先导液压阀。

4.如权利要求1所述的液压阀组件，其中所述一个或多个电液致动器包括第一电液致动器和第二电液致动器，所述第一电液致动器可操作地联接到所述可移动阀构件以将所述可移动阀构件从所述第一阀位置移动到所述第二阀位置，所述第二电液致动器可操作地联接到所述可移动阀构件以将所述可移动阀构件从所述第二阀位置移动到所述第一阀位置。

5.如权利要求4所述的液压阀组件，其中所述阀体包括流体通道并且所述阀构件包括接合表面，并且其中所述第一电液致动器被布置成经由所述流体通道引导液压流体以作用在所述接合表面上以将所述阀构件从所述第一阀位置移动到所述第二阀位置。

6.如权利要求5所述的液压阀组件，其中所述阀体包括第二流体通道并且所述阀构件包括第二接合表面，并且其中所述第二电液致动器被布置成经由所述第二流体通道引导液压流体以作用在所述第二接合表面上以将所述阀构件从所述第二阀位置移动到所述第一阀位置。

7.如权利要求1所述的液压阀组件，其中当手动地将所述可移动阀构件从所述第一阀位置和所述第二阀位置移动时，所述机械接口从第一接口位置移动到第二接口位置，并且其中通过所述一个或多个电液致动器使所述可移动阀构件从所述第一阀位置和所述第二阀位置的自动移动使所述机械接口从所述第一接口位置移动到所述第二接口位置。

8.一种用于机器的液压系统，所述系统包括：

液压泵；

主控制阀，所述主控制阀配置为接收来自所述液压泵的高压液压流体并将所述高压液压流体引导至液压致动器、液压缸或液压马达中的一个，所述主控制阀具有阀体和阀构件，所述阀构件能够在所述阀体内在第一阀位置和第二阀位置之间移动；

机械接口，可操作地联接到所述可移动阀构件上以便在所述第一阀位置和所述第二阀位置之间手动地移动所述可移动阀构件；

一个或多个电液致动器，可操作地联接到所述可移动阀构件以响应于控制信号在所述第一阀位置和所述第二阀位置之间自动移动所述可移动阀构件；以及

控制器，通信地联接到所述一个或多个电液致动器上并且被配置为选择性地将所述控制信号发送到所述一个或多个电液致动器上。

9.如权利要求8所述的液压系统，其中所述一个或多个电液致动器中的每一个包括电驱动螺线管和先导液压阀。

10.如权利要求9所述的液压系统，其中所述电驱动螺线管可操作地联接到所述先导液压阀以打开所述先导液压阀。

11.如权利要求8所述的液压系统，其中所述一个或多个电液致动器包括第一电液致动器和第二电液致动器，所述第一电液致动器可操作地联接到所述可移动阀构件以将所述可移动阀构件从所述第一阀位置移动到所述第二阀位置，所述第二电液致动器可操作地联接到所述可移动阀构件以将所述可移动阀构件从所述第二阀位置移动到所述第一阀位置。

12.如权利要求11所述的液压系统，其中所述阀体包括流体通道并且所述阀构件包括接合表面，并且其中所述第一电液致动器被布置成经由所述流体通道引导液压流体以作用在所述接合表面上以将所述阀构件从所述第一阀位置移动到所述第二阀位置。

13.如权利要求12所述的液压系统，其中所述阀体包括第二流体通道并且所述阀构件包括第二接合表面，并且其中所述第二电液致动器被布置成经由所述第二流体通道引导液压流体以作用在所述第二接合表面上以将所述阀构件从所述第二阀位置移动到所述第一阀位置。

14.如权利要求8所述的液压系统，其中当手动地将所述可移动阀构件从所述第一阀位置和所述第二阀位置移动时，所述机械接口从第一接口位置移动到第二接口位置，并且其中通过所述一个或多个电液致动器使所述可移动阀构件从所述第一阀位置和所述第二阀位置的自动移动使所述机械接口从所述第一接口位置移动到所述第二接口位置。

15.如权利要求8所述的液压系统，其中所述控制器响应于接收到来自一个或多个位置传感器的信号而发送所述控制信号。

16.如权利要求15所述的液压系统，其中所述一个或多个位置传感器配置为发送指示液压致动器、液压缸、液压马达或机器工具中的一个的位置的信号。

17.一种控制具有可移动阀构件的液压控制阀的方法，包括：

将机械接口可操作地联接到可移动阀构件；

将先导液压阀与所述阀构件流体联接；

将电驱动螺线管可操作地联接到所述先导液压阀；以及

通过以下之一：手动地将所述机械接口从第一接口位置移动到第二接口位置或者通过致动所述电驱动螺线管以打开所述先导液压阀以引导加压液压流体作用在所述可移动阀构件上，将所述可移动阀构件从第一阀位置移动到第二阀位置。

18.如权利要求17所述的方法，进一步包括将第二先导液压阀与所述阀构件流体联接，将第二电驱动螺线管可操作地联接到所述第二先导液压阀，以及通过致动所述第二电驱动螺线管以打开所述第二先导液压阀以引导加压液压流体作用在所述可移动阀构件上来将所述可移动阀构件从所述第二阀位置移动到所述第一阀位置。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一先导液压阀引导加压液压流体作用在所述可移动阀构件的第一接合表面上，并且所述第二先导液压阀引导加压液压流体作用在所述可移动阀构件的第二接合表面上。

20.如权利要求17所述的方法，其中所述电驱动螺线管响应于来自控制器的控制信号而自动致动。

Images