CN1132320A - 液压控制*** - Google Patents

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Abstract

一种用于譬如小型挖掘机的流体动力控制***，其中一第一控制分段(S2)包括第一和第二控制阀，可分别连接于第一(2)和第二(4)执行功能并且彼此串联。一第一压力工作流体源，譬如一齿轮泵(P2)，向主要连接于第一机具(2)的驱动器供液；而一第二压力工作流体源(齿轮泵P3)向第一与第二控制阀之间的互联通道供应工作流体。这种设置的优点在于，通过在中性位置和选定相关功能的位置之间切换第一控制阀，可改变各执行功能之间的液流分配关系。

Description

液压控制***
本发明涉及一种用于能够同时操作几种功能的设备的液压控制***。
本发明特别，但并非唯一地，适用于可移动的机器，譬如挖土机械，为方便起见，主要结合这种机器予以说明。
一般，诸如挖掘机这样的挖土机械配备有三个定量排代齿轮泵，并具有由线性和/或转动液压驱动器提供的功能运动。本发明现在将就一种小型挖掘机予以说明。
小型挖掘机通常配置一液压控制回路或***，后者包括由一原动机驱动的三个定量排代齿轮泵以及一或两个液压控制阀组，其控制回路在三个不同点处接纳相应的各泵流。不过，这种控制装置的缺点在于对机器各项功能的控制不良，特别是：
1、不能不相互影响地同时操作各种动作；
2、操作速度低；
3、履带行走不均衡。
已知有一些经过改进的控制回路，它所致力于这种全部缺点的不同方面，但即使把这些改进都集中在一起，它们也不会导致一种控制回路或***而使其能够实现不相互影响地多种功能同时操作，或者能够显著地提高操作速度以减少整个机器循环时间。
本发明的目的是，提供一种能增大操作速度同时操作多种功能的控制***。
按照本发明的第一方面，提供一种流体动力控制装置，包括：
一第一控制分段，包括可前后连接的第一和第二控制阀，及第一和第二压力工作流体源，
第一流体源在操作上可连接于该对阀中具有较高优先性的控制阀，而第二流体源在操作上可连接于各个阀之间的互联通道，从而在从一中性位置(neutral position)切换第一阀时，所述各阀之间的关系逐渐从串联关系改变为其中各个阀分别由各相应流体源供液的关系。
最为可取的是，第一控制分段包括一第三控制阀，其在操作上可串联连接于第二控制阀，第二流体源在操作上可连接于第二与第三控制阀之间的互联通道。
在各优选实施例中，配置一第二控制分段，它具有可串联连接的一第四和第五控制阀和一第三压力工作流体源，第三流体源在操作上可连接于第四和第五控制阀中的具有较高优先性的阀，而第二流体源在操作上可连接于第四和第五阀之间的互联通道，从而在从一中性位置切换第四阀时，第四与第五阀之间的关系逐渐从串联关系改变为其中第四和第五阀分别由第三和第二流体源相应地供液的关系。在特别优选的实施例中，配置一第六控制阀，其可串联连接于第五控制阀和/或串联连接于第三控制阀，第六控制阀的一出口可选择地在操作上连接于一单作用式驱动器，其另一出口在操作上可连接到由一个或多个其他控制阀供液的另一驱动器来向其提供推力流体供应。
为方便起见，在第三与第五控制阀之间配置另一互联通道，第二流体源在操作上可连接于所述互联通道而向所述第三和第五控制阀供应工作流体。最为可取的是，第二流体源与第三和第五控制阀之间的互联通道是压力补偿式的，从而把液流偏压向第三和第五控制阀二者之中具有较低压力的那个阀。
此装置可选择地包括一第三控制分段，包含至少一个控制阀在内，在操作上连接在第二流体源与第一流体源之间的路径之中。第三控制分段可选择地包括在操作上并联的两个控制阀。
本发明还被认为是体现在以再生(regenerative)方式连接于一双作用式驱动器的一控制阀上，其中驱动器活塞的面积减小一侧在驱动器沿一个方向运动期间可连接于液罐，从而允许在驱动器沿所述方向运动期间把此控制阀中的压力施加于驱动器活塞一侧的基本上整个工作面积。可供选择的是，此控制装置可以包括一排放孔口，用于选择性地把所述活塞的面积减小一侧连接于液罐。
上述各种特性可以优先地纳入前述的一种控制装置之中。
按照本发明的第三方面，配置一种车辆，包括前述一种控制装置和/或一种控制阀。为方便起见，这种车辆设计成一小型挖掘机。
按照本发明的另一方面，提供一种控制多个双作用式驱动器的方法，包括：
(i)从一第一流体源向一流体动力回路的一第一控制分段供应压力工作流体，第一控制分段包括在操作上可分别连接于第一和第二驱动器并彼此形成串联关系的第一和第二控制阀，从而第一控制阀优先从第一流体源获得供应；
(ii)从一第二流体源向第一与第二控制阀之间的互联通道供应压力工作流体，从而在从一中性位置切换第一阀时，所述各阀之间的关系逐渐从串联关系改变为其中各阀分别由相应流体源供液的关系。此方法可选择地包括一个或多个以下步骤：
(iii)从第二流体源向第二控制阀和一与之在操作上串联连接的第三控制阀供应压力工作流体；
(iv)从一第二流体源向一流体动力回路的一第二控制分段供应压力工作流体，第二控制分段包括在操作上可分别连接于第四和第五驱动器并彼此形成串联关系的第四和第五控制阀，以致第四控制阀优先从第三流体源获得供液；
(v)从第二流体源向第四和第五控制阀之间的互联通道供应压力工作流体，从而在从一中性位置切换第一阀时，第四与第五阀之间的关系逐渐从串联关系改变为其中第四和第五阀分别由第三和第二流体源相应地分别供液的关系；
(vi)从第二流体源向第五控制阀与一与之在操作上串联连接的第六控制阀之间的互联通道供应压力工作流体；
(vii)从第六控制阀的一个出口向一单作用式驱动器供应压力流体；以及
(viii)从第六控制阀的另一出口向另一由一个或多个其它控制阀供液的驱动器供应压力工作流体作为推力流体。
本发明也被认为是体现在一种控制一双作用式驱动器的方法之中，此驱动器在操作上以再生关系连接于一控制阀和一压力工作流体源，此方法包括以下步骤：
a)在驱动器沿一个方向上运动期间选择性地把驱动器活塞的面积减小的一侧连接于液罐，以及
b)选择性地在遍及活塞一侧的基本上整个工作面积上供应压力工作流体，以使驱动器沿所述方向运动。
本发明的各项实施例因而包括一种用于具有多个功能的机器的液压控制***，此***包括至少两个独立的控制分段，各自具有一后随一个或多个功能的入口以及一可连接于液罐的出口。
可取的是，各独立的控制分段组合在一起把各入口和/或各出口结合起来而并不干扰独立特性。
各串联回路可以用于一个或多个控制分段之中，以使泵流优先供给该或各分段的第一功能。
各控制分段可以互联起来。譬如在一部挖土机械中，在控制推土铲和转台的分段与控制吊杆和挖斗的分段之间可以有一连接通道，对于后一分段的连接最好是在吊杆与挖斗控制部分之间的某一位置处。
一均衡连接通道也可设置在譬如两个履带分段之间，以及/或者一种连接装置可以并联于譬如挖斗功能。
此均衡连接通道可以包括一压力补偿式均衡阀。
本发明将通过以举例方式参照附图较为详细地予以说明，附图中：
图1是一种小型挖掘机的示意图；
图2是一种用于图1中小型挖掘机的典型的液压控制回路；
图3是一种用于图1中小型挖掘机的经过改进的已知液压控制回路；以及
图4是一种用于图1中小型挖掘机的本发明液压控制回路。
小型挖掘机一般都设计成如图1所示那样，并配置一种如图2所示的液压控制回路。此液压***包括有：一组三台定量排代齿轮泵P1、P2、P3，由一原动机1驱动；以及一或两部液压控制阀组，其在***中不同点P1′、P2′、P3′处共同接纳泵流。
参阅图1可见，各阀组控制进入各线性液压驱动器(未画出)的液流方向，各驱动器操纵一第一臂杆2(吊杆)、一第二挖掘臂杆3(杓杆)、一枢转式安装在杓杆3端部上的挖斗功能4、一用以使吊杆围绕一装在机器上部结构的铅直固定枢轴转动的摆转功能5和一装在机器前方的推土功能6。各阀组也控制几部转动驱动器(未画出)，这些驱动器又操纵两部履带驱动马达7和另一摆转装置8，此装置的摆转动作是按照以下方式完成的：一部马达刚性连接于机器上部结构而顶靠在固定于机器底盘的一转环上转动，并设置得可使机器上部结构相对于底盘转动。还配置一辅助设备9以控制某一单一动作功能，诸如所示的锤击功能或者许多可供代换的装置。
图1的一般性***对机器多功能操纵不良，具体地说如前所提及：
1、不能不相互影响地进行各种功能的同时操纵；
2、操作速度低；
3、履带行走不均衡。
图2的一般***线路具有第一泵流P1′，连接于一组合阀的一端并处于一中性阀态。这一液流穿过杓杆3和右侧履带7R分段并流向夯锤分段9处的液罐T。第二泵流P2′连接于组合阀的另一端，这一液流穿过吊杆2、铲斗4和右侧履带7R分段并接着通过夯锤分段9流向液罐T。第三泵流P3′在穿过一供给控制阀L之后连接于一第二阀，然后穿过推土铲6和转台分段5再返回液罐T。
有几种广为人知的改型可以用于图1中的一般***以改进某些上述的缺点，但它们无法提供譬如说5项功能的同时操作，并同时显著地增大机器循环的速度。一种具有这些改进过的特性的***示于图3。
一种可能的修改是，使用一种不经加压和分流至液罐的泵流，以便向***的另一部分补充液流。图3表明此原理的一项实施方案，其中夯锤分段9采用单通接头9a只为操作夯锤功能。另一出口9b则向外通过一止回阀11连接至吊杆液缸(未画出)。采用这种配置，就有可能从泵P1将液流引向吊杆液缸而其潜力可将其流率加倍。这一点用来实现机器中吊杆快速升起动作。
此一般***设计得在三个并联的阀组的每一个之中具有各自的功能，即吊杆和挖斗功能2、4，如图3所示。
在同时使两个并联功能承受不同载荷压力状况时，供向并联回路每一分支的液流按照每一分段中对流动的阻力来分配。因而在载荷压力在机器某一操作循环中变动时，流量会相应地变化，而各功能彼此相互影响。
避免这种现象的一种途径是，两种功能前后相联，譬如如图3所示的杓杆和左侧履带功能3、7L。串联回路可使泵流优先通向串联组合的第一分段，从而防止该组合中各功能之间的相互影响。通常在各功能装置要求依次运动时采用串联回路。主要的缺点是，此***不能使两种功能同时操作，而总是第一功能优先于随后的各功能。
使用封闭中心阀可对功能相互影响进行某些改进，其结果是，有可能引用各个功能补偿器来均衡在不同载荷压力的阀门处工作的各分段之间的液流分配。不过，封闭中心阀，无论与定量还是变量排代泵一起使用，都比目前使用的相当的敞开中心阀件复杂而又昂贵。
每一种上述改进措施，分别采取和施用于一般并联回路后，可以对于它们所施用的功能提供速度或控制方面的改进。不过，即使上述所有的改进措施真的结合在一起，它们也不能同时操作譬如五种功能而无相互影响，而且也不会显著地增加功能执行速度以减少整个机器循环时间。
本发明的一种液压控制阀***或回路可以实现用以控制机器各项功能的线性差分面积(linear differential area)的和转动类型的多种驱动器的双向、流量和压力控制。图1的小型挖掘机是一种典型的应用。
本发明的一种阀路示于图4，并布置成三个独立分段S1、S2、S3，每一分段带有一后接有几种机具控制器的入口以及一输送液流至液罐T的出口装置。这样的阀可以组合在一起，把各入口或各出口结合起来以实现结构紧凑，但仍然还是三个独立的***。
一部小型挖掘机中的各功能控制的一种典型配置示于图4之中。
阀分段S1控制或部分控制杓杆3/右侧履带7R/和辅助功能，比如夯锤9。
阀体分段S2控制或部分控制吊杆2/挖4斗/左侧履带7L和譬如夯锤9。
阀体分段S3控制或部分控制推土铲8和转台6/挖斗4/左侧履带7L/右侧履带7R。
这种布置可使每一阀分段中的一种功能连接于一部专用泵，并因而可消除作业上的相互影响。
各阀分段，如图4所示，通过引用串联***于
          杓杆3、右侧履带7R与夯锤9
          挖斗4、左侧履带7L与夯锤9
          吊杆2与挖斗4之间而予以进一步改进。
各串联回路使泵流优先通向每一阀分段中的一第一功能，而在三个功能前后连接起来的一些分段中，有先后的优先顺序。如果未选用第一功能，则优先性转向第二滑阀并相继转向第三滑阀。
此控制***在各阀门分段之间还包括某种内联装置，以获得较好的回路流量分配而承担各种使用要求。不过，实现该目标并打乱为每一泵所建立的优先顺序。一种互联是从阀分段S3至吊杆与挖斗分段2、4之间位置14处的阀门分段S2的连接通道13。
另一种改进是，在两个履带分段7R、7L之间引用一条均衡管线15以及一连接通道16，其从阀分段S3引出而并联于挖斗功能4。
出自阀分段S3的液流允许进入穿过一止回阀16a的每一管线。
均衡管线15还包括一压力补偿式均衡阀16b，其确保在B1处进入该阀的液流能够在入口B2和B3之间均匀分配。
均衡阀16还允许液流从B2通向B3，反之亦然。
为了提高某一功能的速度，利用其线性驱动器的面积比以重新生成从其环形端至活塞端的液流，按照本发明，通过引用从活塞杆端至液罐的一放泄孔口12，一再生回路进一步待以改进。该孔口12允许一停顿或接近停顿的驱动器在全速再生动作期间通过把其全部压力降施加在液缸活塞面积上而不是仅仅在活塞杆面积上而发挥其全载荷潜力。图3表明这一特性用于杓杆功能3，而再生液流使沿其延伸方向驱动器速度急剧增大。再生功能特性的另一好处是，它能够消除当驱动器在重力载荷下移动时活塞一侧的气穴现象。
这种***还包括一从辅助功能9穿过止回阀18到吊杆提升管线的一条累积液流管线17，也示于图4之中。该回路中包含这一点是为了获得上述的各项好处。
回路中每一泵流的优先顺序如下：优先性       泵1(P1)                 泵2(P2)           泵3(P3)1          杓杆3                   吊杆2             推土铲8/转台62          左侧履带7L/             挖斗4             挖斗4/左侧和右
         右侧履带7R                                侧履带7L、7R3          辅助功能9/              右侧履带7R        辅助装置9/吊杆
         吊杆推力                /左侧履带         推力4                                  辅助装置9/
                                 吊杆推力
在一典型的机器挖掘循环期间，需要以下各种功能的组合，括号中的数字表示向每一分段供输液流的主泵：
1、沟槽底部挖掘：构杆(P1)、吊杆(P2)和挖斗(P3)。串联回路使来自泵机P2的液流优先通向吊杆功能，挖斗则由来自泵机P3的传送管线供液，再加上来自吊杆功能的一切多余液流。杓杆功能由泵机P1供液，而三个功能全能彼此独立地工作。
2、从沟槽提升：吊杆(P2)、杓杆(P1)和转台(P3)。在提起吊杆时，来自夯锤分段的外部累积回路把泵P1的液流和泵P3的液流送往吊杆液缸，而挖斗4处于中性状态并不消耗泵P3的液流。主吊杆泵流P2添加上来，向该功能提供很大的液流并达到很高的速度。在挖斗离开沟槽时，逐渐造成转台与杓杆的配合动作。转台将优先采用泵P3的液流，杓杆将优先采取泵P1的液流，而吊杆提升的总速度则相应地降低。除了吊杆速度降低之外，三个功能仍然是彼此独立的。
3、排放土石：挖斗(P2)、杓杆(P1)和转台(P3)。当吊杆抵达最大高度时，挖斗功能可从泵P2和P3得到液流，并且能够获得放开挖斗的高速度。在这一阶段中泵P1始终有液流来操作杓杆。在所有三种功能一起被全部选定时，它们依然是彼此独立的。
4、返回沟槽：转台(P3)、吊杆(P2)和杓杆(P1)。在这种作业中，要求一起操作杓杆、转台、吊杆和挖斗，而且如果各个功能只是部分地予以选定，可以使用串联回路。挖斗必须依靠转台或吊杆功能的剩余液流。
两条履带7L、7R是互联的，这就使两条履带都由同一泵机供液。
譬如，如果杓杆是完全选定的，则防止泵P1的液流抵达右侧履带功能7R。不过，均衡管线15可使泵P2的液流在两条履带之间分享。
这样，现在就有可能与其它选定的多功能并联地向各履带供液。在选定杓杆的情况下，履带由泵P2供液。在选定吊杆和杓杆的情况下，履带由泵P3供液。在选定挖斗和杓杆的情况下，挖斗溢出液流(泵P2和P3)可以供向履带。
若没有这种特性，综合选定各履带和杓杆就会导致右侧履带与杓杆分用其液流，同时左侧履带则接受全部泵流。这就造成液流失衡，机器导向方式难以预料而取决于每一分段中的载荷压力。
如果只是部分选定任何最优先的各功能，则未被此功能使用的多余液流会溢到次优先功能。
这样就可能一起操作杓杆、吊杆、挖斗和转台，即使一般泵流在转台与挖斗之间分用，或者挖斗由吊杆和转台二者的溢出液流供液。这种同样的原理可使所有四种挖掘功能在部分液流下与两条履带一起运作。这可赋予机器更好的机动性，特别是在爬行、推土或者从打滑地面挣脱时而挖掘臂杆用来增大牵引作用来移动车辆的场合。
本发明提供一种***，通过液流的有效分配大大地提高了各种功能。主要的一些好处是，功能速度增大、三个功能无载荷相互影响而同时操作、以及在各种部分选定状况下有可能同时控制较多的功能。后一种作业本来只有要么使用比较复杂和昂贵的封闭中心阀方案，要么由非常熟练的操作工使用敞开中心阀才能实现。
本***在较低成本下而达到高效能，并只需要操作工具有基本技能就能作业良好。

Claims (22)

1、一种流体动力控制装置，包括：
一第一控制分段，包括可前后连接的第一和第二控制阀以及第一和第二压力工作流体源，
第一流体源在操作上可连接于该对阀中具有较高优先性的控制阀，而第二流体源在操作上可连接于该阀之间的互联通道，从而在从一中性位置切换第一阀时，所述各阀之间的关系逐渐从串联关系改变为其中各阀分别由相应流体源供液的关系。
2、按照权利要求1所述的流体动力控制装置，其中，第一控制分段包括一第三控制阀，后者在操作上可串联于第二控制阀，第二流体源在操作上可连接于第二与第三控制阀之间的互联通道。
3、按照权利要求1或2所述的流体动力控制装置，其中包括一第二控制分段，它具有可串联连接的第四和第五控制阀和一第三压力工作流体源，第三流体源在操作上可连接于第四和第五控制阀中具有较高优先性的那个阀，而第二流体源在操作上可连接于第四与第五阀间的互联通道，从而在从一中性位置切换第四阀时，第四与第五阀之间的关系逐渐从串联关系改变为其中第四和第五阀分别由第三和第二流体源相应供液的关系。
4、按照权利要求2或3所述的流体动力控制装置，其中包括一第六控制阀，在操作上可串联连接于第五控制阀和/或串联连接于第三控制阀。
5、按照权利要求4所述的流体动力控制装置，其中第六控制阀的一出口在操作上可连接于一单作用式驱动器，其另一出口在操作上可连接成向由一个或多个其他控制阀供液的另一驱动器供应推力流体。
6、按照权利要求3或4或5所述的流体动力控制装置，其中还在第三与第五控制阀之间包括另一互联通道，第二流体源在操作上可连接于所述互联通道，从而向所述第三和第五控制阀供应工作流体。
7、按照权利要求6所述的流体动力控制装置，其中第二流体源与第三和第五控制阀之间的互联通道是压力补偿式的，从而把流体向第三和第五阀中以较低压力工作的阀门偏压。
8、按照前述任一权利要求所述的流体动力控制装置，其中包括一第三控制分段，后者包含至少一个控制阀在内，在操作上连接在第二流体源与第一流体源之间的通道之中。
9、按照权利要求8所述的流体动力控制装置，其中第三控制分段包括在操作上并联的两个控制阀。
10、按照权利要求3至9中任一项所述的流体动力控制装置，其中第四控制阀用一再生回路连接于一双作用式驱动器，其中驱动器活塞的面积减小一侧在驱动器沿一个方向运动期间可连接于液罐，从而允许在驱动器沿所述方向运动期间把第四控制阀中的压力施加于驱动器活塞一侧的基本上整个工作面积。
11、按照权利要求10所述的流体动力控制装置，其中第四控制阀包括一排放孔口，用于可选择性地把所述活塞的面积减小的一侧连接于液罐。
12、按照前述任一权利要求所述的流体动力控制装置，其中包括在来自第二流体源的路径之中的一压力分流口，从而为各控制阀提供液压辅助控制。
13、一种以再生方式连接于一双作用式驱动器的控制阀，其中驱动器活塞的面积减小的一侧在活塞沿一个方向运动期间可连接于液罐，从而允许在驱动器沿所述方向上运动期间把此控制阀中的压力施加于驱动器活塞一侧的基本上整个工作面积。
14、按照权利要求13所述的控制阀，其中包括一排放孔口，用于选择性地把所述活塞的面积减小的一侧连接于液罐。
15、一种包括按照权利要求1至12中任一项所述装置和/或按照权利要求13或14所述控制阀的车辆。
16、一种按照权利要求15设计成小型挖掘机的车辆。
17、一种控制多个双作用式驱动器的方法，包括：
(i)从一第一流体源向一流体动力回路的一第一控制分段供应压力工作流体，第一控制分段包括在操作上可分别连接于第一和第二驱动器并彼此形成串联关系的第一和第二控制阀，第一控制阀优先从第一流体源获得供液；
(ii)从一第二流体源向第一与第二控制阀之间的互联通道供应压力工作流体；从而在从一中性位置切换第一阀时，所述各阀之间压关系逐渐从串联关系改变为其中各阀分别由相应流体源供液的关系。
18、按照权利要求17所述的方法，其中还包括步骤：
(iii)从第二流体源向第二控制阀和一与之在操作上串联连接的第三控制阀供应压力工作流体。
19、按照权利要求17或18所述的方法，其中包括以下各步骤：
(iv)从一第三流体源向一流体动力回路的一第二控制分段供应压力工作流体，第二控制分段包括在操作上可分别连接于第四和第五驱动器并彼此形成串联关系的第四和第五控制阀，第四控制阀优先从第三流体源获得供液；
(v)从第二流体源向第四与第五控制阀之间的互联通道供应压力工作流体；从而在从一中性位置切换第一阀时，第四与第五阀之间的关系逐渐从串联关系改变为其中第四和第五阀分别由第三和第二流体源相应地分别供液的关系。
20、按照权利要求17至19中任一项所述的方法，其中包括步骤：
(vi)从第二流体源向第五控制阀与一与之在操作上串联连接的第六控制阀之间的互联通道供应压力工作流体。
21、按照权利要求20所述的方法，其中包括以下步骤：
(vii)从第六控制阀的一出口向一单作用式驱动器供应压力工作流体；以及
(viii)从第六控制阀的另一出口向另一由一个或多个其他控制阀供液的另一驱动器供应压力工作流体作为推力流体。
22、一种以再生关系在操作上连接于一控制阀和一压力工作流体源的双作用式驱动器的控制方法，包括以下步骤：
a)在驱动器沿一个方向运动期间选择性地把驱动器活塞的面积减小的一侧连接于液罐；以及
b)选择性地在遍及活塞一侧的基本上整个工作面积上供应压力工作流体，而使驱动器沿所述方向运动。
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