CN1862031A - 抗急动阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抗急动阀。一种液压控制系统，该系统包括具有压力响应装置(15)的流体的源(11)和致动器。主控制阀(21)具有通过第一管道(41)和第二管道(43)与致动器端口连通的端口(27，29)，并具有产生负荷压力(45)的装置。压力峰值抑制阀(51)具有跨所述管道连接的端口，该阀包括可在阻挡端口间连通的第一位置和允许连通的第二位置间移动的滑阀(65)。阀(51)限定弹簧腔(67)，该腔包括将滑阀向第一位置偏压的弹簧(69)。该阀限定负荷信号通道(83)，以将负荷压力传递至腔并还将滑阀向第一位置偏压。该阀限定与源连通的压力腔(81)，其中的流体压力将滑阀向第二位置偏压。

Description

抗急动阀
技术领域
本发明涉及液压控制系统，更具体地涉及“负荷传感”型控制系统，即一种其中产生代表作用在回路上的液压负荷的负荷信号的液压控制系统，该负荷信号用于控制或者至少用于改变回路的加压流体源的流体输送速率。
背景技术
虽然本发明可以用于机动车辆或固定(或工业)液压系统的许多不同应用的液压控制回路中，但是当本发明与用于机动车辆的静液压动力转向系统结合使用时特别地有利，下文将结合这种应用进行描述。而且，当本发明作为静液压动力转向系统中的部件用于使车辆例如拖车转向时具有特殊的优点，其中作用在转向致动器上的负荷十分大，或者车辆的转向“惯性”很大。
使用本发明的类型的静液压动力转向系统典型地包括泵(固定泵或变量泵)和负荷传感优先流控制阀(“LSPV”)，该阀响应代表作用在优先负荷回路(在这种情况下为转向回路)上液压负荷的负荷信号的变化而在优先负荷回路和辅助负荷回路(另外的车辆液压功能)之间对流进行分配。从LSPV到转向致动器(典型地，是一个或更多的转向缸)的流由转向阀控制，该转向阀例如为本发明的受让人所经销的Orbitrol转向控制单元(SCU)。
如本领域技术人员所公知的，用于负荷传感回路类型的传统SCU限定了各个流控制孔口，在SCU处于中位状态(没有转向输入)时这些孔口关闭，并在操作员从中位状态向任一方向转动转向盘以选择右转或左转时各个流控制孔口开始打开。
已经注意到，在车辆例如大型拖车上，如果车辆操作员突然停止对SCU的转向输入或者突然逆转转向方向，一个可能发生的结果是在SCU和转向致动器互连的管道中出现相当大的压力峰值，这可能使车辆产生剧烈的急动(jerk)。这些需要被消除的压力峰值部分地源于转向致动器的动量以及由于SCU控制孔口关闭而导致的致动器和SCU之间管线中的流体受到限制。从操作员安全及舒适的角度，所产生的急动可能是极不期望的。
多年来，液压领域的技术人员使用通常被称为“气垫阀”的阀来解决液压管线中尤其是在控制阀和致动器之间的管线中出现的压力峰值问题。例如美国专利No.3,330,298和4,040,439中示出了这种气垫阀布置的示例，这两篇专利都转让给本申请的受让人且引用在此作为参考。虽然这种气垫阀布置已经成功地用于不同的应用之中，但是如气垫阀领域的技术人员所公知的，这种阀一般按照“压力上升速率”原则来工作，因此限制了其在会受到上述“突然停止”或“突然逆转”类型工况的液压系统(尤其是转向系统)中的有效性。气垫阀另外的不足是，在每个转向运动中，来自SCU工作端口的流被用于移动一个相当大尺寸的滑阀，因此导致某种空动。这种空动可能导致更高车速下的控制困难。而且，现有技术中已知的典型气垫阀非常复杂且昂贵，因此进一步限制了这种阀的商用潜力。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的前述类型的液压控制系统，其包括能够使液压控制系统克服上述现有技术缺点的压力峰值抑制阀。
更具体地，本发明的一个目的是提供这样一种改进的液压控制系统，在该系统中，压力峰值抑制阀不响应用于输送流入压力操作致动器和从压力操作致动器流出的流体的两个管道间的压力差或者压力差的上升速率而工作。
本发明的相关目的是提供这样一种改进的液压控制系统以及其中使用的压力峰值抑制阀，该阀能够很快地响应回路中其它地方的工况，如果不使用该阀，则这些工况会在与致动器连通的管道的一个中导致压力峰值，因此这样的工况起到即将来临的峰值或波动的“超前”指示器的作用。
本发明的上述和其它的目的通过提供一种改进的液压控制系统来实现，该系统包括加压流体源，所述压力流体源具有用于改变所述源的流体输送的负荷压力响应装置。流体压力操作致动器限定一对致动器端口。主控制阀具有与所述源流体连通的入口，并具有通过第一和第二管道与致动器端口流体连通的一对控制端口。主控制阀限定主可变流控制孔口，当主控制阀位于中位状态时主可变流控制孔口关闭以防止流体流过主控制阀。主控制阀包括可操作产生代表作用在致动器上的液压负荷的负荷压力的装置。压力峰值抑制阀具有分别连接到第一和第二管道的第一和第二端口，该压力峰值抑制阀包括可在第一位置和第二位置之间移动的阀构件，在第一位置阀构件阻挡第一和第二端口之间流体连通，在第二位置阀构件允许第一和第二端口之间流体连通。
改进的液压控制系统的特征在于，压力峰值抑制阀限定弹簧腔，该弹簧腔包括将阀构件向第一位置偏压的压缩弹簧。压力峰值抑制阀限定负荷信号通道，以将负荷压力传递到负荷信号腔，还将阀构件向第一位置偏压。压力峰值抑制阀限定与加压流体源流体连通的压力腔，并且压力腔内的流体压力将阀构件向第二位置偏压。
附图说明
图1是包括本发明的静液压动力转向系统的液压示意图；
图2是图1示意性示出的包含本发明一个重要方面的压力峰值抑制阀的轴向截面图；
图3是与图2类似的放大的局部轴向截面图，但其示出了本发明的压力峰值抑制阀的另一实施例。
具体实施方式
现在参照并非用来限制本发明的附图，图1是用于机动车辆液压控制系统的液压示意图，其包括能够有利地利用本发明的静液压(全流体连接)动力转向系统，并且该液压控制系统被示意性地示出为包括本发明。该系统包括流体泵11，该泵具有连接到系统储液器R的入口。泵11的出口通过管道13与负荷传感优先流控制阀(LSPV)的入口流体连通，该阀总体标识为15并具有美国专利No.3,455,210中所示出和说明的类型，该专利转让给本发明的受让人并引用在此作为参考。如本领域技术人员所公知的一样，LSPV包括通过管道17并经过止回阀18而连通到优先负荷回路的受控流流出端口(CF)和通过管道19连通到某种辅助液压负荷回路(在此未示出)的过量流流出端口(EF)。
在本实施例中且仅仅作为示例，管道17所连接到的优先负荷回路是总体标识为21的转向控制单元(SCU)，该转向控制单元包括流入端口23、回流端口25以及一对控制流体端口27和29。如动力转向领域的技术人员所公知的一样，SCU 21包括总体标识为31的控制器阀系，来自流入端口23的加压流体流可以通过该阀系并根据到控制器阀系31的转向输入(示意性示于“30”处)的方向而与控制端口27或29中任一个连通。通常，SCU 21包括流体测量表33，通过该表来测量(或“计量”)流过控制器阀系31的流体。另外，流体测量表33通过机械跟踪元件35提供对控制器阀系31的适合的跟踪运动，使得当对SCU 21的转向输入30停止时将阀系31返回到其中位状态。通过上文的描述应当清楚，本发明并不限于应用在优先负荷回路为静液压动力转向的液压回路中。
仍然主要参照图1，其中所示的静液压动力转向系统包括一对转向缸37和39，其每个都具有通过流体管道41与控制端口27流体连通的腔，并且其每个还具有通过流体管道43与控制端口29流体连通的相对的流体腔。本领域的技术人员将理解到本发明并不限于任何特定布置的缸37和39，也不限于具有超过一个缸的系统，甚至不要求流体压力操作致动器是缸，相反其可以包括任何形式的液压致动器或马达。仍然参照图1，按照本发明的一个重要方面，SCU 21为能产生代表作用在致动器(转向缸37和39)上的液压负荷的负荷压力的类型。因此，SCU 21包括负荷信号端口45，其从设置在主可变流控制孔口(如图1中“46”所示的示意性位置)下游的位置接收负荷信号，所述控制孔口由控制器阀系31以本领域技术人员所公知的方式限定。负荷信号从负荷信号端口45通过负荷信号管线47传输到LSPV 15，从而使LSPV向着管道17中的流更大且管道19中的流更小的位置偏压，这些也都是本领域技术人员所公知的。
仍然主要参照图1，可以看到在液压控制系统中包括有总体标识为51的压力峰值抑制阀。该阀51通过管道53与流体管道41流体连通，并通过管道55与流体管道43流体连通，使得压力峰值抑制阀51处于有效地“交叉连接”流体管道41与43的位置。另外，阀51通过系统压力信号管线57与主系统压力管道17相连通以传输系统压力，并最终通过信号管线59与负荷信号管线47流体连通。
现在主要参照图2，同时结合图1，图2中示出了包括本发明一个方面的压力峰值抑制阀51的一个实施例的轴向截面图。在图2中阀51包括在其“下”端具有外螺纹的主体部，从而阀51能够螺纹接合在由回路的歧管或某种其它结构或部分限定的孔中。也就是说，在一个优选实施例中，阀51为插装式阀，该术语是阀的技术领域所公知的。套筒阀63与主体部61的内部螺纹接合，滑阀65可滑动地设置于套筒阀63中。
主体部61限定弹簧腔67，压缩弹簧69设置于该弹簧腔67中。主体部61具有内螺纹且与可调弹簧座71螺纹接合，该可调弹簧座71通常在组装阀51时被调整，或者可以在最后组装并测试车辆时进行最终调整。无论哪种情况，图2中主体部61的上端将具有与主体部61螺纹配合的螺纹帽73，从而防止弹簧座71任何随后的运动。
弹簧座构件75位于压缩弹簧69的下端(如图2所示)，该弹簧座构件包括插入滑阀65的中心开口76内的一部分，使得滑阀65从所示位置沿图2中向上的方向的任何运动都必须克服弹簧69的偏压力。
仍然参照图2，套筒阀63限定一个或更多(优选是多个)与管道53(以及流体管道41)连通的径向端口77以及多个与管道55(以及流体管道43)流体连通的径向端口79。滑阀65的下端限定与系统压力信号管线57连通的面(下文以及权利要求书中也称之为“腔”)81。最后，套筒阀63限定几个与信号管线59流体连通的径向端口83，信号管线59连接到负荷信号管线47。在图2中应当注意，滑阀65和弹簧座构件75限定附加的流体通道(包括中心开口76)，由此径向端口83能够通过弹簧座构件75将负荷信号传输到弹簧腔67。为了所附权利要求书的目的，弹簧腔67也作为“负荷信号腔”，虽然如图2所示这种布置可能更为简单和紧凑，但是应当理解本发明不限于腔67既是弹簧腔又是负荷信号腔。
因此，将滑阀65偏压到其“第一”状态(如图2所示)的合力为压缩弹簧69的力和通过信号管线59传递的负荷信号压力的和。相反地，沿向上的方向将滑阀65向“第二”状态偏压的力是通过系统压力信号管线57从管道17传递来的系统压力。应当注意，在图2所示的滑阀65的第一位置中，滑阀65阻挡了径向端口77和径向端口79之间的流体连通，因此阻挡了管道53和55之间的连通，从而也防止了流体管道41和43之间的任何流体连通。
如本领域技术人员所公知的一样，在如图1所示类型的典型的液压控制回路中，在管道17中的系统压力与负荷信号管线47中的负荷压力之间具有“额定”的压力差。选择压缩弹簧69，使得由其施加在滑阀65上的力大致等于当滑阀65承受系统压力与负荷信号之间的“额定”压力差时施加在滑阀65上的力。因此，只要系统在保持系统压力和负荷信号之间所设计的压力差的额定条件下工作，则压力峰值抑制阀51就将保持在图2所示的第一位置，从而阻止流体管道41和43之间的任何流体连通。
然而，如果SCU 21被突然停止或逆转，从而关闭控制器阀系31中的包括主孔口46的所有各个流控制孔口，则管道17内的系统压力将受到限制并将持续升高，但是负荷信号管线47中存在的负荷信号将按照本领域技术人员所公知的方法通过SCU 21被排到储液器R，从而快速增大管道17和负荷信号管线47之间的压力差。
再参照图2，该增大的压力差朝着“第二”位置(实际上是某个范围内的位置)向上偏压滑阀65，从而允许从管道53到管道55(反之亦然)的流体连通。允许在管道53至管道55之间从而在流体管道41与43之间形成连通将防止在流体管道41或43的任何一个中可能建立的压力峰值。然而，按照本发明的一个重要方面，不是通过对流体管道41和43中压力间的差的传感和反应而允许连通，也不是通过管道41或43中任一个内的特定压力升高速率而允许连通。而是响应系统压力和负荷信号之间增大的压力差由阀51来打开流体管道41和43之间的连通，该增大的压力差可以被视为即将来临或逼近的压力峰值的“超前”指示器。
现在参照图3，示出了图1和2所示液压控制系统和压力峰值抑制阀51的另一实施例。在图3所示的实施例中，压力峰值抑制阀的所有部件与图2实施例中的压力峰值抑制阀具有相同的标号，因为所有的部件可能基本相同。一个不同是滑阀65限定了从系统压力信号管线57连通到中心开口76的轴向延伸的信号通道91。因此，在图3的实施例中，非常少量的流体从系统压力信号管线57穿过信号通道91传输到中心开口76和信号管线59中。负荷传感领域的技术人员会认识到，上述从信号管线57进入信号管线59的少量流起到“动态”负荷信号的作用，这与图1和2的实施例中的“静态”类型的负荷信号不同。
在使用图3实施例中的阀51时，图1的回路中所需作的唯一改变就是止回阀18的位置。在图1的具有静态负荷信号系统的回路中，止回阀18设置在管道17和系统压力信号管线57交叉点的下游。如果图2的阀51被图3的动态负荷信号形式的阀代替时，则止回阀18将被重新设置在管道17和信号管线57交叉点上游的位置，其原因是本领域技术人员所公知的。
以上说明书中非常详细地描述了本发明，相信本领域技术人员通过阅读和理解上述说明书将清楚本发明的各种变换和修改。只要这些变换和修改包含在所附权利要求书的范围内，则所有这些变换和修改都包含在本发明中。

Claims (5)

1.一种液压控制系统，包括：加压流体源(11)，该加压流体源具有用于改变其流体输送的负荷压力响应装置(15)；限定一对致动器端口的流体压力操作致动器(37，39)；主控制阀(21)，该主控制阀具有与所述源(11)流体连通的入口(23)以及通过第一管道(41)和第二管道(43)与所述致动器端口流体连通的一对控制端口(27，29)；所述主控制阀(21)限定主可变流控制孔口(46)，当所述主控制阀处于中位状态时所述主可变流控制孔口关闭以防止流体流过所述主控制阀，所述主控制阀还包括可操作产生代表作用在所述致动器(37，39)上的液压负荷的负荷压力(45)的装置；以及压力峰值抑制阀(51)，该压力峰值抑制阀具有分别连接到所述第一管道(41)和第二管道(43)的第一端口(53)和第二端口(55)，所述压力峰值抑制阀(51)包括可在第一位置和第二位置之间移动的阀构件(65)，在第一位置阀构件阻挡所述第一端口(53)和第二端口(55)之间的流体连通，在第二位置阀构件允许所述第一端口和第二端口之间的流体连通；所述液压控制系统的特征在于：
(a)所述压力峰值抑制阀(51)限定弹簧腔(67)，该弹簧腔包括将所述阀构件(65)向所述第一位置偏压的压缩弹簧(69)；
(b)所述压力峰值抑制阀限定负荷信号通道(83)，以将所述负荷压力(45)传递到负荷信号腔(67)，还将所述阀构件(65)向所述第一位置偏压；以及
(c)所述压力峰值抑制阀(51)限定与所述加压流体的源(11)流体连通的压力腔(81)，所述压力腔(81)内的流体压力将所述阀构件(65)向所述第二位置偏压。
2.如权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述流体压力操作致动器包括转向缸(37)，并且所述主控制阀包括转向控制单元(21)，该转向控制单元具有所述中位状态并可响应沿第一方向和第二方向的手动输入而操作将加压流体分别传输至所述第一管道(41)和第二管道(43)。
3.如权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述加压流体源包括泵(11)和负荷传感优先流控制阀(15)，该负荷传感优先流控制阀具有与所述泵(11)流体连通的入口以及与所述主控制阀(21)流体连通的受控流流出端口。
4.如权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述压力峰值抑制阀(51)包括主体部(61)，所述主体部适于与其它结构的带螺纹部分螺纹接合，从而所述压力峰值抑制阀包括插装式阀。
5.如权利要求4所述的液压控制系统，其特征在于，所述压力峰值抑制阀(51)包括一般为筒状的套筒阀(63)，所述可移动阀构件(65)包括可在所述套筒阀(63)内的所述第一位置和所述第二位置之间移动的滑阀(65)。
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