CN202923632U - 断挡控制装置和包括断挡控制装置的机器制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及断挡控制装置和包括断挡控制装置的机器制动系统。断挡控制装置包括压力气体源和气控截止阀，气控截止阀用于通过控制气路的断开和连通来控制机器的动力输出，其特征在于，断挡控制装置还包括与压力气体源和气控截止阀流体连接并通过控制装置控制通断的气动单向阀，其中，当来自压力气体源的加压气体使气动单向阀打开时，加压气体经由气动单向阀进入并开启气控截止阀，使得气控截止阀经由变速阀切断动力输出。利用该断挡控制装置能够在机器操作中实现操作者轻踩踏板（例如不超过踏板最大行程的50%）时在不切断动力输出的情况下制动，而在进一步踩下踏板时停止动力输出，由此在操作舒适性和工作效率及制动系统保护之间实现一种平衡。

Description

断挡控制装置和包括断挡控制装置的机器制动系统

技术领域

本实用新型涉及机器制动系统，更具体地涉及用于气顶油钳盘式制动系统的断挡控制装置。 

背景技术

用于建筑工程行业的机器、例如轮式装载机的行车制动系统大都采用气顶油钳盘式制动系统。装载机在装载过程中需要频繁地前进、倒退和转向，因此需要不断地进行行车制动。这样，制动系统的制动摩擦片将长时间处于制动状态，在制动过程中，由于摩擦发热可能使摩擦片的温度高达250℃。 

通常，在机器行车制动期间，当操作者踩下脚踏板超过一定行程（例如超过脚踏板最大行程的80%）时变速箱将会停止动力输出，从而使机器停止运转。停止动力输出时的脚踏板行程是固定、不可调节的。因此，在机器制动的大部分时间内一直保持动力输出，这导致产生过多的热量，会对制动系统产生不利的影响。 

为了保护制动系统，通常的做法是在气路制动系统中增加气控截止阀，以便在操作者踩下脚踏板时使变速阀切断动力（即断挡），避免在刹车制动的同时提供动力输出，从而减小摩擦和产生的热量。但是，对于装载机而言，操作者需要不停地轻踩脚踏板改变机器行驶的速度和方向，因此将不停地在切断动力和重新提供动力之间转换。由于离合器的重新接合需要一定的时间，因而导致工作效率降低。另外，目前装载机的变速箱仍然存在换挡冲击的问题，频繁换挡使得操作者的舒适度显著降低。因此，需要在操作舒适性和制动系统保护二者之间寻找一种平衡。 

本实用新型旨在解决以上问题。 

发明内容

一方面，本实用新型涉及一种用于机器制动系统的断挡控制装置，包括压力气体源和气控截止阀，所述气控截止阀用于通过控制气路的断开和连通来控制机器的动力输出，其特征在于，所述断挡控制装置还包括与所述压力气体源和气控截止阀流体连接并通过控制装置控制通断的气动单向阀，其中，当来自所述压力气体源的加压气体使所述气动单向阀打开时，所述加压气体经由气动单向阀进入并开启气控截止阀，使得所述气控截止阀经由变速阀切断动力输出。 

与现有技术的制动系统相比，本实用新型的断挡控制装置增加了与气控截止阀流体连接的气动单向阀，通过气动单向阀的开启与否来控制气控截止阀是否被触发以使变速箱断挡，从而切断机器的动力输出。 

气控截止阀可以是本领域已知的适用于控制气路制动系统的气路断开和连通的任何气控截止阀，其结构和工作原理对于本领域技术人员而言是已知的。 

在本实用新型中，用来控制气动单向阀的通断（即打开和关闭）的控制装置是机器的脚踏板。脚踏板与压力气体源和脚刹车阀流体连接。当操作者踩下脚踏板时，来自压力气体源的加压气体经由脚刹车阀流向气动单向阀。脚踏板移动的距离与流至气动单向阀的加压气体的压力近似为线性关系，优选二者成正比关系。这是通过设置在压力气体源和气动单向阀之间的节流口实现的。 

有利地，气动单向阀具有一定的打开压力，当来自压力气体源的加压气体的压力大于该打开压力时气动单向阀打开，反之则保持关闭。因此，根据本实用新型，仅当气动单向阀被打开时才触发气控截止阀以使变速箱断挡。 

可通过各种方式设定气动单向阀的打开压力。在一个实施例中，气动单向阀包括阀体、依次布置在阀体中的设置在阀体入口处的阀芯、弹簧、 以及设置在阀体出口处的用于调节弹簧压力的旋塞，所述弹簧与阀芯连接并将阀芯偏压成阻断阀体入口的流体连通。气动单向阀的打开压力与弹簧对阀芯施加的偏压力（即预载荷）成比例。也就是说，弹簧对阀芯施加的偏压力越大，打开压力越大。 

有利地，可通过调节弹簧的预压缩程度来改变施加在阀芯上的偏压力，从而改变气动单向阀的打开压力。 

有利地，气动单向阀的打开压力可以在一定范围内连续可调。例如，打开压力可在0.3Mpa-0.85Mpa的范围内连续可调。 

根据本实用新型的断挡控制装置可设计成：当脚踏板移动到其最大行程的30%-80%、例如40%-80%时所述气动单向阀打开。此时，来自压力气体源的加压气体经过气动单向阀到达气控截止阀，使得变速箱断挡，从而停止动力输出。 

优选地，根据本实用新型的断挡控制装置可设计成：当脚踏板移动到其最大行程的50%时所述气动单向阀打开。 

本实用新型的断挡控制装置特别适合于实际操作中需要频繁地制动以便改变机器行驶速度和/或方向的情形，例如轮式装载机。利用本实用新型的断挡控制装置，在机器的实际操作中，当操作者轻踩脚踏板（例如不超过脚踏板最大行程的50%）时可以在不切断动力输出的情况下制动以改变机器行驶速度和/或方向，而在操作者进一步踩下脚踏板时停止动力输出，以避免在整个刹车过程中因始终有动力输出而产生过多热量。这可以显著改善机器的操作舒适性和工作效率，同时在一定程度上保护制动系统。 

另一方面，本实用新型还涉及一种包括如上所述的断挡控制装置的机器制动系统。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型更详细地进行说明，在附图中： 

图1示出根据本实用新型的一个实施例的断挡控制装置的截面图；以及 

图2是包括本实用新型的断挡控制装置的制动系统的示意性框图。 

具体实施方式

图1以截面图的方式示意性地示出根据本实用新型的一个实施例的断挡控制装置100。断挡控制装置100可以用于各种机器，例如装载机、平地机等。机器也可以是任何其他与执行特定工业的某种作业有关的任何机器类型，例如采矿、建筑、农业或者运输等。 

在图1所示的实施例中，断挡控制装置100包括可调式气动单向阀110和气控截止阀210。气动单向阀110包括阀体112和设置在阀体的内腔中的阀芯114。阀体112的第一端部111处例如通过螺纹连接安装有上接头116，第二端部113处例如通过螺纹连接安装有下接头126。连接螺母146用于将下接头126固定在阀体112上。上接头116和下接头126分别通过密封圈120和130实现与阀体112的密封接合。上接头116中设置有贯通上接头延伸的第一通道122，第一通道122能够与阀体112的内腔流体连通。上接头116的伸入阀体内腔中的一端包括外径逐渐减小的锥形部分128。下接头126和阀芯114之间设置有弹簧132，例如螺旋弹簧，该弹簧用于将阀芯114偏压在由上接头116的锥形部分128形成的阀座上。阀芯114与阀座之间的密封可通过设置在阀芯114上的诸如由橡胶制成的密封垫134实现。应当理解，阀芯与阀座之间的密封也可以通过本领域已知的任何其他适当方式实现。阀芯114包括具有减小的外径的第一部分136，第一部分136与阀体112的内壁之间形成环形空腔138。阀芯114的第一部分136中设置有横向贯穿阀芯的第二通道140，并且阀芯114还包括从第二通道140纵向延伸至阀芯114的下端的第三通道142。下接头126具有沿轴向贯穿其中的第四通道144。 

阀体112中还设置有从阀体内腔延伸到外部环境的横向通道，该横向通道包括截面较小的第一区段148和截面较大的第二区段150，并且通过旋拧到该横向通道中的堵头152经由密封圈与外部环境密封。在第二区段150中放置有例如由橡胶制成的密封件154，该密封件的截面大于第一区段 148的截面并且小于第二区段150的截面。该密封件能够在压力气体的作用下抵靠在第一区段148的端面上并且阻断第一区段和第二区段之间的流体连通。阀体112中还设置有从横向通道的第二区段150延伸到第一通道122的第五通道156。由此，阀体内腔能够经由横向通道和第五通道与第一通道122流体连通。 

气动单向阀110可通过下接头126连接（例如旋拧）到气控截止阀210上。气控截止阀210可以是本领域已知的适用于控制气路制动系统的气路断开和连通的任何气控截止阀。 

如图1所示的气控截止阀210包括相互连接的下部壳体211和上部壳体212，两个壳体之间设置有易于在压力气体作用下变形的隔膜213，一活塞杆214穿过隔膜213设置在下部壳体211的空腔中。下部壳体211的一个侧部开口中通过螺纹连接安装有空心接头219，该接头219设置有与下部壳体211的空腔流体连通的排气通道220，并且在靠近外部环境的一端处设置有防尘装置221。下部壳体211的底部开口中安装有具有进气通道225的进气接头223。在活塞杆214和进气接头223之间设置有阀门227。阀门227通过弹簧231被偏压在下部壳体211的锥形部分233上。上部壳体212具有与下部壳体211的空腔流体连通的控制气体通道235。下部壳体211还设有与进气通道225流体连通的另一侧向通道237，该侧向通道237经由变速阀（未示出）与变速箱（未示出）连接。 

气动单向阀110通过下接头126与气控截止阀210连接。在图1示出的实施例中，气动单向阀110通过设置在下接头126的外表面上的螺纹旋拧到气控截止阀210的控制气体通道235中。应当理解，可通过本领域已知的任何其他方法将气动单向阀与气控截止阀连接。例如，下接头126可以卡扣接合在控制气体通道235中。当压力气体进入气动单向阀110的第一通道122时，气体压力作用在阀芯114的上端面上，同时部分压力气体经过第五通道156进入阀体112中的横向通道，促动并偏压密封件154以使其阻断阀体内腔经由横向通道和第五通道156与第一通道122的流体连通。当第一通道122内的气体压力足以克服弹簧132施加在阀芯114上的 偏压力时，阀芯114在阀体内腔中沿轴向向下移动，使得第一通道122与环形空腔138流体连通。进入环形空腔138的压力气体经由第二通道140和第三通道142流入阀体内腔，进而通过下接头126中的第四通道144流入气控截止阀210的控制气体通道235。压力气体作用在隔膜213上，使得活塞杆214向下移动并且抵靠在阀门227上。当通过活塞杆214作用在阀门上的力足以克服弹簧231的偏压力时，阀门227向下移动并且阻断进气通道225与侧向通道237之间的气体路径，由此经由变速阀（未示出）使得变速箱（未示出）断挡，从而停止动力输出。此时，侧向通道237中的气体经由阀门227与下部壳体211的锥形部分233之间的空隙通过排气通道220排出到大气中。 

当与气动单向阀110连接的压力气体源停止供应压力气体时，第一通道122中的压力气体通过本领域已知的适当的排放装置排出，第一通道122内的气体压力减小，阀芯114在弹簧132的偏压下返回到与锥形部分128密封接合的位置。同时，阀体内腔中的压力气体促动密封件154远离第一区段148，使得阀体内腔中的压力气体经过阀体中的横向通道、第五通道156进入第一通道122，然后通过所述排放装置排出。此时，隔膜213带动活塞杆214复位，阀门227在弹簧231的作用下偏压到下部壳体211的锥形部分233上，进气通道225与侧向通道237之间的气体路径恢复流体连通。 

根据本实用新型的气动单向阀的开启压力是可调的。这可以通过更换弹簧来实现，也可以借助于诸如旋塞之类的元件通过改变弹簧的预压缩程度来实现。在图1所示的实施例中，松开连接螺母146，然后旋拧下接头126，通过调节下接头126伸入阀体内腔的程度而改变弹簧132被压缩的程度，从而改变弹簧132施加在阀芯114上的偏压力。这样，气动单向阀110的打开压力相应地改变。该打开压力能够在一定范围内连续可调。在一个实施例中，打开压力能够在0.3Mpa-0.85Mpa的范围内连续可调。例如，在一个实施例中，可将打开压力设定为0.5Mpa。仅当进入第一通道122的压力气体的压力大于设定的打开压力时，单向阀110被打开，气控截止 阀210被触发，变速箱断挡，停止动力输出。反之则保持动力输出。 

工业适用性 

本实用新型的断挡控制装置可以用于各种机器，例如轮式装载机等。 

下面参照附图2说明包括本实用新型的断挡控制装置的制动系统的操作。以装载机中使用的气顶油钳盘式制动系统为例。制动系统10通常包括依次连接的空气泵12、油水分离器14、储气罐16和脚刹车阀18。脚刹车阀18一方面通过前、后加力器22、24与前、后制动钳26、28连接，另一方面通过气动单向阀110、气控截止阀210与变速箱30相连接。储气罐16与驻车制动开关20连接。驻车制动开关20还与气控截止阀210连接。 

经空气泵12压缩的气体经由油水分离器14进入储气罐16。在机器操作过程中，当操作者踩下脚踏板、打开脚刹车阀18时，制动气体从储气罐16输送到脚刹车阀18。然后，制动气体从脚刹车阀18输送到前、后加力器22、24，加力器将气压转换成液压并放大后输出到前、后制动钳，从而产生制动力。另外，制动气体从脚刹车阀18输送到气动单向阀110。到达气动单向阀110的气体的压力与脚踏板的行程大致成线性关系，优选成正比关系。气动单向阀的打开压力可设计为，当脚踏板移动到其最大行程的30%-80%时气动单向阀打开，优选地当脚踏板移动到其最大行程的50%时气动单向阀打开。因此，当操作者轻踩脚踏板（脚踏板移动距离例如不超过其最大行程的50%）时，进入气动单向阀110的气体的压力小于设定的气动单向阀110的打开压力，气动单向阀110保持关闭，此时气控截止阀210没有被触发，变速箱30不断挡，而是保持动力输出。当操作者进一步踩下脚踏板使得进入气动单向阀110的气体的压力超过设定的气动单向阀110的打开压力时，气动单向阀110被打开，制动气体经过气动单向阀110到达气控截止阀210，气控截止阀210被触发，使得变速箱断挡，从而停止动力输出。 

当操作者松开脚踏板时，气动单向阀110中的压力气体（包括第一通道122、阀体内腔和第四通道内的压力气体）通过上文所述的排放装置排 出，各通道内的气体压力降低，隔膜213返回原位，使得活塞杆214向上移动，阀门227在弹簧231的作用下与进气接头223分离，进气通道225和侧向通道237之间的气体路径恢复连通，从而使得变速箱重新输出动力。 

使用本实用新型的断挡控制装置100，通过调节气动单向阀的开启压力，可根据需要调节断挡时脚踏板的行程，在保证断挡前机器操作和运行舒适度的同时，减少热量的产生，避免过热对机器的损害。 

当操作者轻踩脚踏板（例如不超过脚踏板最大行程的50%）时，机器制动减速，此时气动单向阀110保持关闭，变速箱不断挡；当操作者进一步踩下脚踏板时，机器进一步减速的同时气动单向阀110被打开，变速箱断挡。这尤其适合于实际操作中需要频繁地制动以便改变机器行驶速度和/或方向的情形，例如轮式装载机。对于轮式装载机而言，当操作者频繁地轻踩脚踏板以改变机器的速度和方向时，机器在保持动力输出的情况下制动，能够显著提高操作者的操作舒适度以及机器的工作效率。此时，由于制动力较低，制动系统产生的热量较少，对于制动系统而言是可以接受的。而在操作者进一步踩下脚踏板时则停止动力输出，以避免在整个刹车过程中因始终有动力输出而产生过多热量。本实用新型在操作舒适性和工作效率以及制动系统保护之间实现了一种平衡。利用脚踏板控制切断或不切断动力输出的角度可基于操作者的习惯进行调节。 

上文通过具体实施例对本实用新型进行了说明。应当理解，本文给出的气动单向阀的构造仅仅是示例性的，本领域技术人员在不脱离权利要求所述的发明特征的精神或范围的情况下，可以对气动单向阀的结构进行各种修改和改变，只要能够实现在一定气体压力下打开气动单向阀，使得控制气体能够到达气控截止阀来控制气路的通断即可。例如，代替预压缩的弹簧132，可以使用预拉伸的弹簧或类似结构将阀芯114偏压在阀座上。另外，用于在松开脚踏板后释放阀体内腔中的压力气体的结构（包括阀体112中的横向通道，第五通道156）也可替代地设置在下接头中。 

对本领域技术人员来说，通过考虑本说明书和附图以及此处所公开的装置的实践，另一些实施例将显而易见。本说明书和所公开的实施例仅是 示例性的，实际发明范围和精神由所附的权利要求书及其等同方案限定。 

Claims (8)

1.一种用于机器制动系统的断挡控制装置，包括： 

压力气体源和气控截止阀，所述气控截止阀用于通过控制气路的断开和连通来控制机器的动力输出，其特征在于，所述断挡控制装置还包括： 

与所述压力气体源和气控截止阀流体连接并通过控制装置控制通断的气动单向阀，其中，当来自所述压力气体源的加压气体使所述气动单向阀打开时，所述加压气体经由气动单向阀进入并开启气控截止阀，使得所述气控截止阀经由变速阀切断动力输出。 

2.根据权利要求1所述的断挡控制装置，其特征在于，所述气动单向阀为开启压力可调的气动单向阀。 

3.根据权利要求1或2所述的断挡控制装置，其特征在于，所述气动单向阀包括阀体，依次布置在阀体中的设置在阀体入口处的阀芯、弹簧、以及设置在阀体出口处的用于调节弹簧压力的旋塞，所述弹簧偏压阀芯以阻断阀体入口的流体连通。 

4.根据权利要求1或2所述的断挡控制装置，其特征在于，所述控制装置为所述机器的脚踏板。 

5.根据权利要求4所述的断挡控制装置，其特征在于，当脚踏板移动到其最大行程的30%-80%时所述气动单向阀打开。 

6.根据权利要求5所述的断挡控制装置，其特征在于，当脚踏板移动到其最大行程的50%时所述气动单向阀打开。 

7.根据权利要求1或2所述的断挡控制装置，其特征在于，所述机器是轮式装载机。 

8.一种机器制动系统，包括根据权利要求1-7中任一项所述的断挡控制装置。 

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