CN103261537A - 用于液压工具的压力安全阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压力安全阀(40)，该压力安全阀当流体压力入口(16)处的压力大于与预定的允许压力相等的第一触发压力时在液压工具(10)例如液压锤(10)的流体压力入口(16)和一低压区域(20)之间提供流体短路。这样可以避免由于在来自由运载车辆提供的液压流体的过量流量或过量压力下操作可能出现的对液压工具(10)的损害。该压力安全阀(40)可以维持流体压力入口(16)和低压区域(20)之间的流体连通，直到流体压力入口(16)处的压力降至一处于比第一触发压力小的预定的第二触发压力之下的压力，以防止工具(10)的进一步操作，直到流向流体压力入口(16)的流体的流动***作员停止。

Description

用于液压工具的压力安全阀
技术领域
本发明涉及一种液压工具，更具体地涉及一种用于液压锤和其他液压工具以防止该工具在过量的工作压力下操作的压力安全阀。
背景技术
流体驱动式冲击振动器、例如液压锤可以用于破碎石块、混凝土或其它建筑材料，也可以被用作运载机器的附属部分或附件，所述运载机器例如为挖掘机、装载机或其它建筑机器。
液压锤一般地包含冲击活塞，该冲击活塞布置成在油缸壳体内通过受控的液压流体压力进行往复运动。该冲击活塞驱动工作工具，例如凿子、刀片或石块破碎钻头。
通常冲击振动器可以被连接到流体驱动式挖掘机或其它运载机器的臂上，并且可以通过流体压力入口管路和回流管路连接到流体驱动式挖掘机的液压流体供给单元。所述流体压力入口管路提供高压的液压流体，而所述回流管路处于低压区域。
冲击活塞在操作行程方向或相反的回程方向上的运动可能受到与液压锤相关联或集成到液压锤的活塞控制阀的影响。特别地，该控制阀可包括作用到两个位于相反运动方向且尺寸不同的环形冲击活塞表面的滑阀，以使较小的环形表面(在回程方向有效)总是连接到入口压力管路，而较大的环形表面(在操作行程方向有效)通过滑阀交替地连接流体压力入口管路和回流管路。
由运载机器供给的液压流体是为运载机器本身的内部功率要求而设计的，而且对于附装的液压工具并不总是处在最佳压力或流量。来自运载机器的过量流体流量，或者来自运载机器上的液压套件装置的过量背压，或者液压锤上的不适当调整的控制阀都可能单独导致液压锤使用高于为该液压锤指定的液压压力运行。
已知提供与活塞控制阀联合起来的压力限制阀，以便当流体压力入口管路中的压力超过预设的最大压力时，该压力限制阀使活塞控制阀移动到操作行程位置，从而停止液压锤的运行。但只要流体压力入口管路处的压力还超出预设的最大压力，活塞控制阀就保持在操作行程位置。当流体压力入口管路中的压力降至低于预设的最大压力时，活塞控制阀就可以自由地返回到回程位置，从而恢复液压锤的运行。这可能造成液压锤的运行不受控制的重新起动。
本发明旨在克服如前所述的一个或多个问题。
发明内容
一方面，本发明涉及一种液压锤，它包括：布置成在油缸壳体内通过受控的流体压力进行往复运动的冲击活塞(撞击活塞)；可通过该冲击活塞操作的工作工具；用于控制所述冲击活塞的往复运动的活塞控制阀，该活塞控制阀与适于提供加压流体的流体压力入口管路流体连通；以及压力安全阀(压力保护阀)，该压力安全阀布置成当流体压力入口管路处的压力超过预定的第一触发压力时提供流体压力入口管路和低压区域之间的流体连通。该压力安全阀可以布置成保持流体压力入口管路和低压区域之间的流体连通，直到该流体压力入口管路处的压力降至低于预定的第二触发压力，该第二触发压力小于第一触发压力。
另一方面，本发明涉及一种用于具有流体压力入口的液压工具的压力安全阀，该压力安全阀适于当流体压力入口处的压力超过预定的第一触发压力时提供流体压力入口和低压区域之间的流体短路，其中该压力安全阀布置成当流体压力入口处的压力超过预定的第一触发压力时提供流体压力入口和低压区域之间的流体连通。该压力安全阀可以布置成保持流体压力入口和低压区域之间的流体连通，直到该流体压力入口处的压力降至低于预定的第二触发压力，所述第二触发压力低于第一触发压力。
另一方面，本发明涉及一种当为工具提供加压流体的流体压力入口管路中的流体压力达到或超过预定的工作压力时使液压工具失去作用(失效，停止运转，停用)的方法，该方法包括：
提供布置在流体压力入口管路和低压区域之间的压力安全阀；
使用该压力安全阀监测流体压力入口管路中的流体压力；
当流体压力入口管路中的流体压力超过与预定的工作压力相等的预定的第一触发压力时，打开压力安全阀以提供流体压力入口管路和低压区域之间的流体连通；
保持该压力安全阀打开，以便当流体压力入口管路中的流体压力降至低于预定的第一触发压力而高于预定的第二触发压力时，提供流体压力入口管路和低压区域之间的流体连通，以及
当流体压力入口管路中的流体压力降至预定的第二触发压力之下的压力时，关闭压力安全阀以阻止流体压力入口管路和低压区域间的流体连通。
上述实施例中的至少一个提供了一种或多种针对背景技术中所述问题和缺点的解决方案。从下面的说明和权利要求书中，本发明的其它技术优点对于本领域技术人员将会是显而易见的。本发明的各种实施例仅得到一部分的前述优点。没有一个优点对于实施例是关键的。任何要求保护的实施例都可以与其它要求保护的实施例在技术上结合起来。
附图说明
附图示出目前优选的本发明的示例性实施例，并且与上面给出的总体说明和下面给出的对优选实施例的详细描述一起用于以示例的方式解释本发明的原理。
图1是根据本发明的示例性实施例的液压锤的示意图；
图2是根据本发明的另一示例性实施例的用于液压工具的压力安全阀的示意图；
图3是正常运行中图1的液压锤中的压力随时间变化的示意图；以及
图4是在压力安全阀使液压锤失去能力时，图1的液压锤中的压力随时间变化的示意图。
具体实施方式
参照图1，其中以示例的方式仅示出液压工具10，该液压工具的形式为连接到运载机器(carrier machine)(未示出)上的液压锤。虽然该示例示出了液压锤10，但本发明的压力安全阀能够用于任何液压或气动工具。该液压锤具有冲击活塞12，该冲击活塞布置成在油缸壳体14内进行往复运动。流体压力入口管路16连接到运载机器上的加压液压流体源，以便为液压锤10提供加压流体。回流管路18类似地连接到运载机器上的低压管路，该低压管路以低压区域20简略示出。该活塞布置成与工作工具22例如凿子接触，但在图1所示的位置中，工作工具22和要处理的材料之间没有接触，因此来自流体压力入口管路16的液压流体通过自动关闭式操作排放回路24流经液压锤10进入到回流管路18。
当工作工具22接合要处理的材料时，该工作工具被推入液压锤10内，而活塞12被向上推向动，由此关闭自动关闭式操作排放回路24。液压锤中的液压流体压力升高，加压流体被储存在储液器26中。当储液器26中的压力达到预设的压力时，会使得压力控制阀28打开，从而活塞12顶部处的流体被排放到回流管路18，并且活塞12在返回行程中向上运动。活塞控制阀32的先导孔30暴露于高压下，这使得活塞控制阀32移动并且将高压力流体引向活塞12的顶部，从而开始活塞12的操作行程。在活塞12和工作工具22之间的冲击点，活塞控制阀32的先导孔30暴露于回流管路18的低压下，这导致活塞控制阀32回移，以再次使高压流体转移到储液器26并且开始活塞12的返回行程。
活塞控制阀32控制冲击活塞12的往复运动的布置不是本发明的组成部分，可以理解，任何合适的液压回路或布置都可被用于控制冲击活塞12的往复运动。
液压锤10上设置有压力安全阀40，该压力安全阀在图2中更详细地示出，该压力安全阀作为一个单独部件例如通过螺栓连接附装到液压锤10上，或者以与示例中的压力控制阀28和活塞控制阀32相似的方式作为一体式部件内置在液压锤体部中。该压力安全阀40布置用于当流体压力入口管路16处的压力高于预定的第一处触发压力时，提供流体压力入口管路16和低压区域20之间的流体连通。在图示实例中，压力安全阀40包括串联布置的第一滑阀(spool valve)42和第二滑阀44。所述第一滑阀42具有与流体压力入口管路16流体连通的第一滑阀输入部(入口)50、与第二滑阀44流体连通的第一滑阀输出部(出口)52、以及可移动的第一阀芯(滑柱)54。
第一阀芯54可在图1和2中所示的第一滑阀42的关闭位置和该第一滑阀42的打开位置之间移动，在该关闭位置中，第一滑阀输出部52被处于上部高位置的第一阀芯54封闭，在该打开位置中，第一滑阀输出部52与第一滑阀输入部50流体连通。当第一滑阀输入部50处的压力超过预定的第一触发压力—该第一触发压力等于锤10的最大允许操作压力—时，由作用在第一阀芯54的区域(面积)A上的压力产生的力足以克服偏压部件56—该偏压部件通常是容纳在套筒58内的弹簧或类似物—的阻力，第一阀芯54远离第一滑阀输入部50地移动到打开位置，在该打开位置中第一滑阀输出部52与第一滑阀输入部50和流体压力入口管路16流体连通。
所述第二滑阀44具有与第一滑阀输出部52流体连通的第二滑阀输入部60，从而当第一滑阀42处于打开位置时，第二滑阀输入部60受到流体压力入口管路16的压力的作用。
该第二滑阀44还具有与回流管路18或低压区域20流体连通的第二滑阀输出部62、与流体压力入口管路16流体连通的第三滑阀输入部64和可移动的第二阀芯66。该第二阀芯66可以在图1和图2中所示的第二滑阀44的关闭位置以及该第二滑阀44的打开位置之间运动，在该关闭位置中，第三滑阀输入部64被第二阀芯66封闭，在该打开位置中，第三滑阀输入部64与第二滑阀输出部62流体连通。
当第一滑阀42处于打开位置时，由作用在第二阀芯66的区域B上的压力产生的力足以克服偏压部件68—该偏压部件通常是容纳在套筒70内的弹簧或类似物—的阻力，第二阀芯66远离第二滑阀输入部60地移动到一打开位置，在该打开位置中第三滑阀输入部64与第二滑阀输出部62和回流管路18或低压区域20流体连通。虽然来自第二滑阀输出部62的管路72被示出为连接到低压区域20，但该管路72也可直接连接到回流管路18。
该第二滑阀44包括阀芯表面C，当第二阀芯66处于关闭位置时该阀芯表面C与低压区域20流体连通，而当第二阀芯66处于打开位置时该阀芯表面C与低压区域20和流体压力入口管路16都流体连通。由第三滑阀输入部处的作用在第二阀芯66的阀芯表面C上的压力产生的力足以克服偏压部件68的阻力并保持第二阀芯66处于打开位置，只要该压力保持高于预定的第二触发压力就是如此。该第二触发压力可以接近于0。
可以设置附加的排放管路74和76，以用于使将偏压部件56和68约束到低压区域20的滑阀42和44的阀腔排干。
工业适用性
当为工具供应加压流体的流体压力入口管路16中的流体压力达到或超出预定的工作压力时，压力安全阀40通过使液压工具10失去作用来为该工具提供保护。压力安全阀40安装在流体压力入口管路16和回流管路18或另一低压区域20之间，以便当流体压力达到或超过预定的工作压力时，压力安全阀40打开以提供流体压力入口管路16和低压区域20之间的流体连通。
第一滑阀42被选择成当第一滑阀输入部50处的压力超过与预定工作压力相等的预定的第一触发压力时打开。这样，该压力安全阀40监测流体压力入口管路16中的流体压力。使第一滑阀42打开的触发压力的值取决于该阀的物理特征，例如区域A、孔径和由偏压部件56提供的偏压力。因此根据液压工具10的最大允许操作压力来选择该阀的物理特征。
当第一滑阀输入部50处的压力超出预定的第一触发压力时，由作用在第一阀芯54的区域A上的过量压力造成的力足以克服偏压部件56的阻力，第一阀芯54移至打开位置以便第一滑阀输出部52和第二滑阀输入部60也处于相同的过量压力下。由作用在第二阀芯66的区域B上的过量压力造成的力足以克服偏压部件68的阻力，第二阀芯66移至打开位置以便第三滑阀输入部64与第二滑阀输出部62流体连通。因此，流体压力入口管路16内的处于过量压力下的流体自由地通过第三滑阀输入部64，流至第二滑阀输出部62，并且从该处流至低压区域20。这有效地将液压工具10短路，以便使该工具失去作用。
如果流体压力入口管路16中的压力降至第一触发压力以下，第一偏压部件56的偏压力将足以克服由作用在区域A上的压力产生的力，第一滑阀42将关闭。当第一滑阀42关闭时，第一滑阀输出部52可以与低压区域20连通，从而第二滑阀输入部60和区域B不再承受流体压力入口管路16内的压力。然而，第二滑阀44的阀芯表面C继续承受流体压力入口管路16内的压力，只要该压力超过预定的第二触发压力，该情况就继续以克服偏压部件68的阻力，因此第二滑阀44保持打开，从而工具保持失去作用。
第二滑阀44仅当流体压力入口管路16中的压力不再超过第二触发压力时关闭，此时阀芯表面C上的力不再足以克服偏压部件68的阻力，并且偏压部件迫使第二滑阀关闭。然后由于流体回路不再被短路，工具10能再次运行。使第二滑阀44关闭的第二触发压力的值取决于该阀的物理特征，例如区域B与C、孔径和由偏压部件68提供的偏压力。因此根据在工具能再次运行之前流体压力入口管路16处所需降至的压力来选择该阀的物理特征。压力安全阀的典型操作将要求在液压锤可重新起动之前流向液压锤的流量***作员完全停止，因此第二触发压力典型地低于5巴(bar)或接近0巴。
图3示出在结合有本发明的压力安全阀40的典型液压锤10的正常操作期间，该液压锤10中的流体压力入口管路16和回流管路18处的压力随时间的变化，其中压力控制阀28设置为160巴，流体压力入口管路16被以310升/分的设计流量供应来自运载机器的液压流体，并且回流管路18和低压区域20具有3巴的背压。每个峰值代表活塞12的一个冲程。
图4示出在同一液压锤10的非正常操作期间，该液压锤10中的流体压力入口管路16和回流管路18处的压力随时间的变化，其中压力控制阀28仍设置为160巴，但流体压力入口管路16被以325升/分的过量流量供应来自运载机器液压流体。该过量流量引起流体压力入口管路16内的过量压力，从而压力安全阀40打开，使得锤中的液压压力能在小于2秒内降至50巴。预定的第一触发压力可以设置为超过160巴的值，例如170巴，并且预定的第二触发压力可以设置为低于20巴的值，例如5巴，以便直到向液压锤10的流动***作员停止后工具才不能运行。
本发明的压力安全阀40防止由于在来自由运载车辆提供的液压流体的过量流量或过量压力下操作而对液压工具10的损害。该压力安全阀能被改装到已有的工具10上。由于所述压力安全阀的操作完全与活塞控制阀32的操作分离，所述压力安全阀的操作不干扰活塞控制阀32的操作。因此该压力安全阀能与任何液压工具和任何形式的活塞控制一起使用。
如果输入压力降至第一触发压力以下，由于供给工具10的液压流体保持短路直到加压流体向流体压力入口16的流动***作员停止，本发明的压力安全阀40防止工具10的操作的不必要的重新开始。直到重新开始时压力安全阀40才返回其最初的关闭位置，使得工具10能够正常操作。
第一和第二触发压力均可以设定成适应特定的工具10和运载车辆液压流体供给的要求。
明显地，本领域技术人员可以对本发明所述的压力控制阀和方法进行各种修改和变化。各独立的滑阀42、44可以具有不同的结构。压力安全阀40可以被构造为一个单独部件或者作为其将被用于的工具的集成部分。根据所公开的压力控制阀和使液压工具失去作用的方法的说明和实践，对于本领域技术人员来说，其它实施例是很明显的。本说明书和实例应当认为仅是示例性的，真正的范围由下面的权利要求书及其等效方案限定。

Claims (10)

1.一种用于具有流体压力入口(16)的液压工具(10)的压力安全阀(40)，该压力安全阀(40)适于当流体压力入口(16)处的压力超过预定的第一触发压力时在该流体压力入口(16)和一低压区域(20)之间提供流体短路，
其中，该压力安全阀(40)布置成当流体压力入口(16)处的压力超过预定的第一触发压力时在流体压力入口(16)和低压区域(20)之间提供流体连通。
2.根据权利要求1的压力安全阀(40)，其中，该压力安全阀(40)布置成维持流体压力入口(16)和低压区域(20)之间的流体连通，直至该流体压力入口(16)处的压力降至位于预定的第二触发压力之下的压力，该预定的第二触发压力小于该第一触发压力。
3.根据权利要求2的压力安全阀(40)，包括串联布置的第一滑阀(42)和第二滑阀(44)，
该第一滑阀(42)具有适于与流体压力入口管路(16)流体连通的第一滑阀输入部(50)和与第二滑阀(44)流体连通的第一滑阀输出部(52)，
该第一滑阀(42)能在关闭位置和打开位置之间移动，在该关闭位置中，当第一滑阀输入部(50)处的压力未超出预定的第一触发压力时，该第一滑阀输出部(52)被封闭，在该打开位置中，当第一滑阀输入部(50)处的压力超出预定的第一触发压力时，该第一滑阀输出部(52)与该第一滑阀输入部(50)流体连通。
4.根据权利要求3的压力安全阀(40)，其中，该第二滑阀(44)具有与第一滑阀输出部(52)流体连通的第二滑阀输入部(60)、适于与低压区域(20)流体连通的第二滑阀输出部(62)以及适于与流体压力入口管路(16)流体连通的第三滑阀输入部(64)，
该第二滑阀(44)能在一关闭位置和一打开位置之间移动，在该关闭位置中，当第二滑阀输入部(60)处的压力未超过预定的第一触发压力时，第二滑阀输出部(62)不与第三滑阀输入部(64)连通，在该打开位置中，当第二滑阀输入部(60)处的压力超出预定的第一触发压力时，第二滑阀输出部(62)与第三滑阀输入部(64)流体连通。
5.根据权利要求4的压力安全阀(40)，其中，第二滑阀(44)包括阀芯表面(C)，该阀芯表面当第二滑阀(44)位于打开位置时与第三滑阀输入部(64)流体连通，该阀芯表面(C)适于当第三滑阀输入部(64)处的压力超过预定的第二触发压力时将第二滑阀(44)保持在打开位置。
6.根据权利要求4的压力安全阀(40)，其中，第一滑阀(42)包括适于朝向关闭位置推动该第一滑阀(42)的第一偏压部件(56)，以及，第二滑阀(44)包括适于朝向关闭位置推动该第二滑阀(44)的第二偏压部件(68)。
7.一种使液压工具(10)失去作用的方法，该方法当为该工具(10)供应加压流体的流体压力入口管路(16)中的流体压力达到或超过预定的工作压力时使该液压工具失去作用，该方法包括：
提供压力安全阀(40)，该压力安全阀布置在流体压力入口管路(16)和低压区域(20)之间；
使用该压力安全阀(40)监测流体压力入口管路(16)中的流体压力；
当流体压力入口管路(16)中的流体压力超过与预定的工作压力相等的预定的第一触发压力时，打开该压力安全阀(40)以在流体压力入口管路(16)和低压区域(20)之间提供流体连通；
当流体压力入口管路(16)中的流体压力降至处于预定的第一触发压力之下并且处于预定的第二触发压力之上的压力时，维持压力安全阀(40)打开以在流体压力入口管路(16)和低压区域(20)之间提供流体连通；
当流体压力入口管路(16)中的流体压力降至处于预定的第二触发压力之下的压力时，关闭压力安全阀(40)以防止流体压力入口管路(16)和低压区域(20)之间的流体连通。
8.根据权利要求7的方法，其中，该压力安全阀(40)包括串联布置的第一滑阀(42)和第二滑阀(44)，其中，提供压力安全阀(40)的步骤包括：
将第一滑阀(42)的第一滑阀输入部(50)布置成与流体压力入口管路(16)流体连通；
将第一滑阀(42)的第一滑阀输出部(52)布置成与第二滑阀(44)的第二滑阀输入部(60)流体连通；
将第二滑阀(44)的第三滑阀输入部(64)布置成与流体压力入口管路(16)流体连通；
将第二滑阀(44)的第二滑阀输出部(62)布置成与低压区域(20)流体连通。
9.根据权利要求8的方法，其中，打开压力安全阀(40)的步骤包括：
使第一滑阀(42)从关闭位置移至打开位置，在该关闭位置中该第一滑阀输出部(52)被封闭，在该打开位置中该第一滑阀输出部(52)与流体压力入口管路(16)流体连通；以及
使第二滑阀(44)从关闭位置移至打开位置，在该关闭位置中该第二滑阀输出部(62)不与第三滑阀输入部(64)流体连通，在该打开位置中该第二滑阀输出部(62)与该第三滑阀输入部(64)流体连通。
10.根据权利要求9的方法，其中，维持压力安全阀(40)打开的步骤包括：
使用第一偏压部件(56)来克服第一滑阀输入部(50)处的降低的流体压力而朝向关闭位置推动该第一滑阀(42)；以及
将来自第三滑阀输入部(64)的流体压力施加到第二滑阀(44)的阀芯表面(C)，以将该第二滑阀(44)保持在打开位置，
其中，关闭压力安全阀(40)的步骤包括：
使用第二偏压部件(68)来克服来自第三滑阀输入部(64)并作用在阀芯表面(C)上的降低的流体压力而朝向关闭位置推动第二滑阀(44)。
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