CN1760556A - 带有再生功能的液压控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有再生功能的液压控制阀，包括：由流体供给通道、至少一个孔口、油箱流体通道和第一再生流体通道形成的主体，增压流体被供给到该流体供给通道，油箱流体通道用来将增压流体排出到外部存储油箱；滑阀，其可移动地安装在主体内用于控制增压流体的流动，并包括形成于其中的第二再生流体通道；和再生阀，用来仅仅将第一再生流体通道的增压流体的一部分返回到油箱流体通道，以将第一再生流体通道的压力维持在指定值，和用来将增压流体供给到第二再生流体通道，并且如果流体供给通道的压力高于预定压力，则根据流体供给通道的压力变化改变第一再生流体通道的压力。

Description

带有再生功能的液压控制阀

技术领域

本发明总的涉及一种用于重型施工设备如挖掘机的带有再生功能(regeneration function)的液压控制阀，更具体地，涉及一种液压控制阀，其能与液压泵的排出流量的变化、工作设备的位置、再生流量和返回流量无关地维持再生流体通道中的压力。

背景技术

传统上，在重型施工设备如挖掘机中使用的液压控制阀具有两种功能：第一，它控制从液压泵排出的增压流体的流动并将其供给到执行器，例如液压缸；和第二，它将在液压缸工作期间返回的增压流体送到油箱。由于技术进步，近年来的液压控制阀目前具有再生功能，以使得将返回到油箱的增压流体的一部分回供到液压缸。

如前所述，带有再生功能的液压控制阀将返回到油箱途中的增压流体送回到液压缸，结果，能增加工作速度和能量效率。除此之外，能防止所谓的气蚀现象，气蚀现象是由于工作设备的自重使液压缸的传输速度增加而导致供给到液压缸的腔中的流量不足而产生的。气蚀通常发生在向液压缸的腔中的流量的不足处，并导致每个部件的寿命缩短。当采取防止气蚀的行为时，能因其而延长部件的寿命。

图1是相关技术的带有再生功能的液压控制阀的横截面图；图2是图1中的再生阀的局部分解图；和图3是表示工作设备的操作的一个例子的示意图。下面将描述液压控制阀3的操作。

从液压泵1排出的增压流体通过供应管路(或供给管路)2供给到液压控制阀3。当液压控制阀3内的滑阀7切换到左侧或右侧时，液压泵1的增压流体经由流体供给通道6供给到第一孔口4或第二孔口5。

第一孔口4连接到液压缸8的大腔8a，第二孔口5连接到其小腔8b。因此，如果滑阀7切换到右侧，则增压流体通过第一孔口4供给到大腔8a，液压缸8向右侧伸出。同时，从小腔8b排出的增压流体通过第二孔口5和油箱流体通道10b返回到贮液器或存储油箱T。

如果滑阀7切换到左侧，则增压流体通过第二孔口5供给到小腔8b，液压缸8向左侧缩回。同时，从大腔8a排出的增压流体通过第一孔口4和油箱流体通道10a返回到油箱T。

当滑阀7切换到右侧时，如图3中所示，液压缸8伸出并执行“收臂”。这里，从液压缸8的小腔8b排出的增压流体通过再生阀12供给到流体供给通道6。因而，通过将该去往油箱途中的增压流体的一部分回供到供给侧(例如，液压缸)，增大能量效率变得可能。

从小腔8b排出的增压流体顺序经过第二孔口5、第一再生流体通道13、连接流体通道14、返回流体通道16和油箱流体通道10b。因为返回流体通道16的初始面积小，所以在第一再生流体通道13中造成一个压力，如果该压力高于第二再生流体通道15中的压力，则容纳在滑阀7中的提升阀9向右侧移动，第一再生流体通道13的增压流体通过第二再生流体通道15流入流体供给通道6的方向。

另一方面，如果需要很大的力操作液压缸8，则第二孔口5的压力应该低于第一孔口4的压力，即，第一再生流体通道13的压力越低，液压缸8的操作力越大。

再生滑阀22由弹簧23弹性地支承，且其前部与活塞21接触，通过来自流体供给通道6的压力使活塞21移动。因而，如果流体供给通道6的压力高于指定值，则来自流体供给通道6的压力挤压再生阀12的活塞21，再生滑阀22向右侧移动。结果，返回流体通道16的面积逐渐增加，从而第一再生流体通道13的压力降低，为液压缸8的操作提供更大的力。

第一再生流体通道13中的压力变化、经过第一再生流体通道13和油箱流体通道10b的流量以及返回流体通道16的面积满足下面的等式：

$\mathrm{\ΔP}=C\×{\left(\frac{Q}{A}\right)}^2$

ΔP：第一再生流体通道13的压力变化；

C：流量系数；

Q：从第一再生流体通道13到油箱流体通道10b的流量；和

A：返回流体通道16的可变面积。

这里，流量Q涉及几个变量，例如，液压泵1的供给速度、图3中所示用于例子的工作设备的位置以及通过第二再生流体通道15再生的流动。

第一再生流体通道13的压力变化和流体供给通道6中的压力对流量Q和面积A敏感。由于差的液压稳定性，所以第一和第二孔口4、5中的压力变化使得液压缸的运动不自然且笨拙(该现象称为猎振(振荡))，因而，控制液压缸8的运动变得非常困难。

发明内容

因而，本发明的目标是提供一种带有再生功能的液压控制阀，其能与液压泵的排出流量的变化、工作设备的位置、再生流量和返回流量无关地维持再生流体通道中的压力。

为了实现上述目标，提供了一种配备有再生阀的液压控制阀，其中再生阀使来自液压缸的返回流体再生并将其供给到流体供给通道，和根据流体供给通道的压力变化将再生流体通道的压力维持在恒定水平。

因而，本发明提供了一种带有再生功能的液压控制阀，包括：由流体供给通道、至少一个孔口、油箱流体通道和第一再生流体通道形成的主体，来自外部的增压流体被供给到流体供给通道，所述至少一个孔口用来将流体供给通道中的增压流体供给到执行器或接收来自执行器的返回流体，油箱流体通道用来将来自执行器的返回流体排出到外部存储油箱，第一再生流体通道用来将来自执行器的返回流体的一部分供给到流体供给通道；滑阀，其可移动地安装在主体内用于通过分别打开/关闭流体供给通道、孔口、油箱流体通道和第一再生流体通道的连接来控制增压流体的流动，和包括第二再生流体通道，第二再生流体通道将第一再生流体通道的增压流体供给到流体供给通道；和再生阀，其安装在第一再生流体通道与油箱流体通道之间，用来仅仅将第一再生流体通道的增压流体的一部分返回到油箱流体通道，以将第一再生流体通道的压力维持在指定值，和用来将增压流体供给到第二再生流体通道；和如果流体供给通道的压力高于预定压力，则根据流体供给通道的压力变化改变第一再生流体通道的压力。

优选地，再生阀包括套管，该套管安装在第一再生流体通道和油箱流体通道之间，且由与第一再生流体通道连通的第一流体通道和与油箱流体通道连通的第二流体通道形成；主提升阀，其通过被第一弹簧弹性地支承而可移动地安装在套管内，用来改变第二流体通道的打开面积，和包括形成于其中的背压腔；先导提升阀，其通过被第二弹簧弹性地支承而可移动地安装在套管内，如果背压腔的压力超过预定值，则将背压腔的增压流体排出到油箱流体通道；先导活塞，其可移动地安装在形成于主提升阀前部中的活塞通道上，以与先导提升阀的前端部接触；和一活塞，其可滑动地安装在套管的前侧上，以便活塞的后端与先导活塞的前端部接触，如果施加到先导活塞前端部的流体供给通道压力超过为先导提升阀设定的预定压力，则使先导活塞和先导提升阀向后移动。

更优选地，本发明的液压控制阀还包括安装在再生阀后端上的压力调节器，用来帮助第二弹簧改变为先导提升阀设定的预定压力。

更优选地，通过从外部输入的信号压力操作压力调节器。

附图说明

从下面结合附图进行的详细说明，本发明的上述目标、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是相关技术的带有再生功能的液压控制阀的横截面图；

图2是图1中的再生阀的局部分解图；

图3是表示工作设备的操作的一个例子的示意图；

图4是根据本发明一个实施方式的液压控制阀的横截面图；

图5是图4中的再生阀的局部分解图；

图6用图表表示根据本发明一个实施方式的液压控制阀中的压力变化；

图7是根据本发明另一个实施方式的液压控制阀的再生阀的局部横截面图；和

图8是根据本发明又一个实施方式的液压控制阀中的再生阀的局部横截面图。

具体实施方式

这里，将在下面参考附图描述本发明的优选实施方式，在下面的说明中，不对众所周知的功能或构造进行详细描述，因为它们将使本发明在不必要的细节中变得模糊。

图4是根据本发明一个实施方式的液压控制阀的横截面图；和图5是图4的液压控制阀中的再生阀的局部分解图。

本发明的带有再生功能的液压控制阀将增压流体供给到液压缸8，液压缸8是执行器中的一个，并控制其操作。液压控制阀包括主体103，增压流体的流体通道形成于主体103中；可滑动地安装在主体103中的滑阀107，用来将增压流体供给到液压缸8；和再生阀112，用来使从液压缸8返回的增压流体的一部分再生。

形成于主体103中的流体通道的例子包括流体供给通道106，从液压泵1排出的增压流体被供给到该流体供给通道106；第一孔口104和第二孔口105，用来将流体供给通道106中的增压流体供给到液压缸8，或接收来自液压缸8的返回流体；和油箱流体通道110a、110b，用来将来自液压缸8的返回流体排出到存储油箱T(例如贮液器)。此外，主体103包括第一再生流体通道113，用来将从液压缸8返回的增压流体供给到流体供给通道106，和使返回流体再生。

滑阀107可滑动地安装(例如，在图上的横向方向上)在主体103内。滑阀107分别打开/关闭流体供给通道106、第一孔口104和第二孔口105、油箱流体通道110a、110b和第一再生流体通道113的连接，以便控制增压流体的流动。另外，第二再生流体通道115在滑阀107内，第二再生流体通道115将第一再生流体通道113的增压流体供给到流体供给通道106。提升阀109可滑动地安装在第二再生流体通道115的纵向方向上。如果第一再生流体通道113的压力高于第二再生流体通道115的压力，提升阀109就向右侧移动，从而使第一再生流体通道113的增压流体通过第二再生流体通道115流入流体供给通道106的方向。

再生阀112安装在第一再生通道113与油箱流体通道110b之间，以便仅仅第一再生通道113中的增压流体的一部分返回到油箱流体通道110b。结果，规则地维持再生通道113的压力，和实现将增压流体供给到第二再生通道115的再生功能。

再生阀112包括安装在第一再生流体通道113和主体103内的油箱流体通道110b之间的套管120；可滑动地安装在套管120中的主提升阀134；安装在主提升阀134后侧上的先导提升阀133；可滑动地安装的先导活塞136，其穿过主提升阀134；和可滑动地安装在套管120的前侧上的活塞135。

再生阀112的套管120由三个主体形成，即，顺序连接的第一主体121、第二主体122和第三主体123。与第一再生流体通道113连通的第一流体通道124和与油箱流体通道110b连通的第二流体通道125在第二主体122内。

由第一弹簧137弹性支承的主提升阀134可滑动地安装在套管120内。如果主提升阀134在套管120内横向平移，则第二流体通道125的打开面积改变。而且，主提升阀134具有朝着背面打开的背压腔132。

由第二弹簧138弹性支承的先导提升阀133可滑动地安装在套管120内。

来自流体供给通道106的压力使活塞135向右侧移动，由于这样，与活塞135接触的先导活塞136和先导提升阀133也向右侧移动。

因而，当先导提升阀133向后移动时，背压腔132的增压流体经过流体排出通道150，并通过单独的外部排液管151排出，或(虽然未示出)如果流体排出通道150与油箱流体通道110b连通，则背压腔132的增压流体能排出到存储油箱T。在这种情况下，主提升阀134也向右侧移动，第一再生流体通道113的增压流体移动到连接流体通道114和第二流体通道125，最后排出到油箱流体通道110b。

先导活塞136的后端部与先导提升阀133的前端部接触，而先导活塞136的前端部穿过形成于主提升阀134前部中的活塞通道134b，以使得先导活塞136能相对于主提升阀134滑动。

活塞135的后端部与先导活塞136的前端部接触，而活塞135的前端部可移动地插入套管120的第一主体121的前通道135b中。这样，流体供给通道106的压力施加到活塞135的前端部。当流体供给通道106的压力超过先导提升阀133的预定压力时，活塞135向后给先导活塞136和先导提升阀133施加压力。

下面将说明带有再生功能的液压控制阀的操作。

从液压泵1排出的增压流体通过流体供给通道2供给到液压控制阀103。当滑阀107向右侧或向左侧切换时，液压泵1的增压流体通过流体供给通道106供给到第一孔口104或第二孔口105。

如果滑阀107向右侧切换，则增压流体通过第一孔口104供给到大腔8a。结果，液压缸8向右侧伸出，从小腔8b排出的增压流体经由第二孔口105和油箱流体通道110b返回到存储油箱T。这里，再生阀112使返回流体的一部分再生，并使其流入流体供给通道106中。

如果在流体供给通道106中形成的压力高于由第二弹簧138预先确定的先导提升阀133的压力，则先导提升阀133将向右移动，以致背压腔132朝着油箱通道部110b打开，这意味着使再生通道113的压力下降。因而，能以更大的动力用供给通道106的压力移动液压缸8，液压缸8与一个附件相连。

在另一种情况下，当流体供给通道106的压力低于预定压力时执行再生过程。例如，从液压缸8的小腔8b排出的增压流体经由第二孔口105供给到第一再生流体通道113，然后，它顺序通过再生阀112的第一和第二流体通道124、125，并通过油箱流体通道110b返回到存储油箱T。

因为第二通道125最初被主提升阀134阻塞，所以在第一再生流体通道113中引起压力。如果该压力高于第二再生流体通道115的压力，则安装在滑阀107内的提升阀109向右侧移动，这样，第一再生流体通道113的增压流体通过第二再生流体通道115流入流体供给通道106中。

在再生过程期间，如果朝背压腔132施加的压力高于由第二弹簧138为先导提升阀133设定的预定压力，则先导提升阀133向右侧移动。因而，背压腔132的压力降低，同时，先导活塞136向左侧移动，主提升阀134向右侧移动。结果，第一再生流体通道113的增压流体排出到存储油箱T。

由于再生功能，第一再生流体通道113的压力不会由于流量变化受到很大的影响，而是维持在恒定水平。因而，不会发生猎振，能平缓地控制液压缸8的运动。

当液压缸8达到需要高负荷的工作时，再生阀112降低第一再生流体通道113的压力，以便以更大的动力用供给通道106的压力移动液压缸8，液压缸8与一个附件相连。

先导提升阀133由第二弹簧138弹性地支承，这使得设定压力被预先确定。同时，流体供给通道106的压力被施加到活塞135的前端部。如果流体供给通道106的压力超过先导提升阀133的预定压力，则活塞135向后给先导活塞136和先导提升阀133施加压力。

因而，当先导提升阀133向后移动，因而背压腔132的增压流体排出到油箱流体通道110b时，在第一再生流体通道113中产生的压力与流体供给通道106的压力增加成比例地减小。结果，连接到第一再生流体通道113的流体供给通道106的压力变化变得很小，使液压缸8的运动稳定，而不是不自然的或笨拙的(即，猎振)。

图6用图表表示根据本发明一个实施方式的液压控制阀中的压力变化。在图中，PR表示向第一再生流体通道施加的压力；Px表示从外部输入的信号压力；P表示流体供给通道的施加压力；和A、B和C表示来自外部的任意输入值(A＜B＜C)。

如能在图6(a)中看到的，能依据活塞135和先导提升阀133之间的尺寸相互关系控制流体供给通道106的压力与第一再生流体通道113的压力之比。

有时，需要将一个由液压驱动的工作设备的操作与另一个工作设备联合起来。在这种情况下，强制增加液压泵供给侧的压力以实现很大的工作负荷。这能分别由图7和图8中所示的本发明的其它实施方式实现。

图7是根据本发明另一个实施方式的液压控制阀的再生阀的局部横截面图。

在该实施方式中，另外通过从外部输入的信号压力Px操作液压控制阀的再生阀212。当通过信号入口242从外部输入信号压力Px时，压力活塞243给先导提升阀133的后端施加压力，以使得活塞243与第二弹簧138一起改变为先导提升阀133设定的预定压力，其中压力活塞243的后侧由第三弹簧241支承。

根据本发明的另一个实施方式，当第一再生流体通道113的压力由于施加的信号压力Px而增加时，流体供给通道106的压力也增加。照这样，能实现与另一个大负荷工作设备的联合操作。图6(b)简要地表示流体供给通道106的压力和第一再生流体通道113的压力之间的关系。

图8是根据本发明又一个实施方式的液压控制阀中的再生阀的局部横截面图。

再生阀312与图7中所示的实施方式相似，但与信号入口342相连的断流阀345安装在用来供应外部信号压力Px的信号通道344上。

如果将信号压力Py输入到断流阀345，则断流阀345切换，比如说，如图8中所示地向上切换，以切断信号压力Px向信号入口342的输入。同时，如果信号压力Py没有输入到断流阀345，则断流阀345切换，比如说，如图8中所示地向下切换，并允许信号压力Px输入到信号入口342。结果，压力活塞343的前端部与第二弹簧138一起给先导提升阀133的后端部施加压力，并改变为先导提升阀133设定的预定压力。

根据本发明的又一个实施方式，如果一直向工作应用大负荷，则信号压力Px总是能在任何时候施加到信号入口342，以增加流体供给通道106的压力。并且，当使用另一个需要大负荷的工作设备时，切断信号压力Px，确保信号压力Px不被输入到信号入口342。照这样，流体供给通道106的压力将不会很高。

如上所述，根据本发明的带有再生功能的液压控制阀能与液压泵的排出流量的变化、工作设备的位置、再生流量和返回流量无关地维持再生流体通道中的压力，所以执行器的猎振很少发生。

尽管已经结合各种实施方式描述了本发明，但它们仅仅是说明性的，因而，考虑到前述详细的说明，对于本领域技术人员来说很明显有许多替换、改变和变化。前述说明是用来包含全部这种替换和变化，这些替换和变化落入所附权利要求的精神和广泛的范围内。

Claims (4)

1.一种带有再生功能的液压控制阀，包括：

由流体供给通道、至少一个孔口、油箱流体通道和第一再生流体通道形成的主体，来自外部的增压流体被供给到所述流体供给通道，所述至少一个孔口用来将该流体供给通道中的增压流体供给到执行器或接收来自执行器的返回流体，油箱流体通道用来将所述来自执行器的返回流体排出到外部存储油箱，所述第一再生流体通道用来将所述来自执行器的返回流体的一部分供给到流体供给通道；

滑阀，其可移动地安装在所述主体内，用于通过分别打开/关闭所述流体供给通道、孔口、油箱流体通道和第一再生流体通道的连接来控制增压流体的流动，并包括第二再生流体通道，该第二再生流体通道将所述第一再生流体通道的增压流体供给到所述流体供给通道；和

再生阀，其安装在所述第一再生流体通道与油箱流体通道之间，用来仅仅将所述第一再生流体通道的增压流体的一部分返回到油箱流体通道，以将所述第一再生流体通道的压力维持在指定值，并用来将增压流体供给到所述第二再生流体通道；和如果所述流体供给通道的压力高于预定压力，则根据所述流体供给通道的压力变化改变第一再生流体通道的压力。

2.如权利要求1所述的液压控制阀，其中所述再生阀包括：

套管，其安装在所述第一再生流体通道和油箱流体通道之间，且由与所述第一再生流体通道连通的第一流体通道和与所述油箱流体通道连通的第二流体通道形成；

主提升阀，其通过被第一弹簧弹性地支承而可移动地安装在所述套管内，用来改变所述第二流体通道的打开面积，并包括形成于其中的背压腔；

先导提升阀，其通过被第二弹簧弹性地支承而可移动地安装在所述套管内，如果所述背压腔的压力超过预定值，则将背压腔的增压流体排出到所述油箱流体通道；

先导活塞，其可移动地安装在形成于所述主提升阀前部中的活塞通道上，以便与先导提升阀的前端部接触；和

活塞，其可滑动地安装在所述套管的前侧上，以便该活塞的后端与所述先导活塞的前端部接触，如果施加到所述先导活塞前端部的流体供给通道的压力超过为先导提升阀设定的预定压力，则使先导活塞和先导提升阀向后移动。

3.如权利要求1或权利要求2所述的液压控制阀，还包括：

安装在所述再生阀后端上的压力调节器，用来帮助第二弹簧改变为所述先导提升阀设定的预定压力。

4.如权利要求3所述的液压控制阀，其中，通过从外部输入的信号压力操作所述压力调节器。

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