專利名稱：用于控制可變排量液壓泵的流量疊加系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于操作液壓動力機器的閥組件；并且更加特別地涉及產生控制可變排量液壓泵的壓力信號的閥組件。
背景技術：
液壓驅動機器上的工作元件的速度取決于液壓系統中原則上狹小的孔的橫截面積以及通過這些孔的壓降。為了便于控制，已經設計了壓力補償液壓控制系統來消除壓降。 這些先前的控制系統包括了負載感測導管，它們將閥進出口處的壓力傳遞給可變排量液壓泵的輸入端，該可變排量液壓泵將加壓的工作液體供給到系統中。所得到的這種對泵輸出的自調節提供了近似常數的通過控制孔的壓降，該控制孔的橫截面積能夠被機器操作者控制。這樣就有利于控制是因為，由于壓降被保持為常數，工作元件的運動速度就僅由孔的橫截面積來決定。在W). 5，715，865、名稱為“壓力補償液壓控制閥系統”的美國專利中公開了一種這樣的系統，其中一單獨的閥部件控制從泵到每個液壓致動器的工作流體流量，所述液壓致動器驅動工作元件。這些閥部件的類型是其中作用于液壓致動器的最大負載壓力被感測來提供負載感測壓力，該壓力被傳遞給泵的控制輸入端口。最大負載壓力由梭閥的菊花鏈決定，這些梭閥接收來自所有閥部件的負載壓力。每個閥部件包括控制閥和單獨的壓力補償閥，控制閥帶有可變的測流孔。來自泵的輸出壓力被施加到測流孔的一側和位于測流孔另一側的壓力補償閥上，響應負載感測壓力，從而將通過測流孔的壓降保持成基本為常數。雖然這個系統是有效的，但是除了具有測流孔的控制閥之外，每個閥部件中還都需要有單獨的壓力補償閥以及梭閥。這些額外的構件增加了液壓系統的成本以及復雜性， 這對不是十分昂貴的機器來說是重要的考慮因素。因此，需要有對執行這個功能的費用和復雜性都較低的技術。
發明內容
提供用于液壓系統的控制閥組件，其中來自可變排量泵的流體被提供到供應管中，用來操作多個液壓致動器。來自多個液壓致動器的流體進入回流管，流體經過該回流管流入儲槽。控制閥組件包括流量疊加節點和多個控制閥。流量疊加節點連接至可變排量泵的控制輸入端口。多個控制閥中的每一個被可操作地連接，從而當其打開時，流體從可變排量泵流向流量疊加節點的流量增加，流體從流量疊加節點分別流向多個液壓致動器的流量增加，并且流體從流量疊加節點流向回流管的流量減少。這個操作改變了作用于可變排量泵的控制輸入端口的壓力，該壓力通過增加提供給供應管的流體而進行響應，以便滿足用于操作各個液壓致動器而增加的流體需求。在本發明的一方面，每個控制閥進一步包括可變流量通路，流體經該可變流量通路而從相關聯的液壓致動器流向回流管。在本發明的另一方面，每個控制閥包括(1)連接在可變排量泵與流量疊加節點之間的可變流源孔(flow source orifice)，( 連接在流量疊加節點與相關聯的液壓致動器之間的測流孔，用于改變流量疊加節點與相關聯的液壓致動器之間的流量，以及(3)連接在流量疊加節點與回流管之間的可變旁路孔。其中，對于設定的控制閥，隨著測流孔擴大，可變流源孔也擴大，而可變旁路孔縮小；而隨著測流孔縮小，可變流源孔也縮小，而可變旁路孔擴大。
圖1是結合了本發明的液壓系統的圖；以及圖2是圖1液壓系統的示意圖，其帶有某些獨立于控制閥的內部構件，且為了更好地理解它們之間的功能關系而對這些內部構件進行了重新的排列。
具體實施例方式這里使用的術語“直接連接”的意思是相關聯的構件之間被管道連接在一起而沒有任何中間元件，比如閥、孔或其它裝置，而這些元件對對流體流動的限制或者控制超出任何管道的固有限制。如果構件被描述為在兩個點或兩個元件之間“直接連接”，則該構件是直接連接于每個這樣的點或元件。首先參考圖1，液壓系統10具有三個液壓功能元件11，12和13，而在實踐本發明的其它液壓系統中可以使用更多或更少的液壓功能元件。每個液壓功能元件11，12和13 分別包括閥單元14、15或16以及諸如活塞-氣缸之類的液壓致動器21、22或23，不過，也可使用其它類型的致動器。這三個閥單元14、15和16相組合而形成控制閥組件17。這些閥單元可以是物理上分離的組件或者是單個的集成構件。第一個閥單元14具有第一控制閥M，第二閥單元15具有第二控制閥25，以及第三閥單元16具有第三控制閥26。每個控制閥M、25和沈控制流體在相互關聯的液壓致動器21、22或23與可變排量泵20及儲液槽18之間的流動。泵20將加壓流體提供給供應管觀并且該泵的類型是輸出壓力等于供給控制輸入端口 19的壓力加上被稱為“泵余量(pump margin)”的固定的預定值。為了保持“泵余量”，泵20增加或減少其排量。例如，如果出口壓力與控制輸入端口壓力之間的壓差小于泵余量，該泵將增加排量。如果出口壓力與控制輸入端口壓力之間的壓差大于泵余量，則該泵的排量將被減小。公知的是，通過孔的流量可被表示為與流動面積和壓差平方根之間成比例。因為這個泵控制方法提供了 “泵余量”的恒定壓差，所以流出泵20的流量與泵出口和控制輸入端口 19之間的流動面積成線性比例關系。流體還通過回流管30流入儲槽18。供應管28及回流管30延伸至閥單元14-16的每一個。每個控制閥對、25和沈是一個中心開口的三位閥，并且例如可以是滑閥。盡管在示例性的液壓系統10中，控制閥M-沈被指示為由電磁線圈操作，但它們中的一個或更多也可通過先導壓力或機械杠桿或聯動裝置所操作。將對第一控制閥M進行詳細描述，該描述也適用于另外兩個控制閥25和26。第一控制閥對具有供應端口 32，該供應端口連接于來自泵20的供應管觀。控制閥內部的可變流源孔34提供供應端口 32與流量出口 36之間的流體流通。為了便于理解液壓系統10的后續操作描述，用于每個控制閥對、25和沈的可變流源孔分別使用標記34a、34b和3 來分別表示。第一控制閥的流量出口 36直接連接于管道，該管道連接于所有閥單元14-16 中的流量出口并形成流量疊加節點44。因此，控制閥中的每個變流源孔34a、b和c直接連接在供應管觀與流量疊加節點44之間并且在它們之間提供了獨立的可變流體通路。由傳統的負載單向閥38將流量出口 36連接到控制閥的測流孔入口 40處，這樣當有大的負載作用在相關聯的液壓致動器21上時，流體就不能夠從測流孔返回到供應管。第一控制閥M內的可變測流孔45將流量出口 36連接到兩個工作端口 46和48中的一個上， 這取決于第一控制閥從中心、空檔位置移動的方向。兩個工作端口 46和48連接到相應的第一液壓功能元件11內的第一液壓致動器21的不同端口上。控制閥對在正常情況下被偏壓到中心位置中，而在該中心位置，工作端口 46和48都被關閉。第一控制閥M還有旁路孔50a，該旁路孔直接連接在控制閥的旁路入口 51與旁路出口 52之間。用于其它控制閥25和沈的每一個的旁路孔用標記50b和50c來分別表示。 旁路孔50a、50b和50c被串聯起來以提供疊加節點44與回流管30之間的流體通路。尤其是對于示例性液壓系統10，第三控制閥沈的旁路入口 51直接連接于疊加節點44。該控制閥26的旁路出口 52直接連接于第二控制閥25的旁路入口 51，第二控制閥25的旁路出口直接連接于第一控制閥M的旁路入口 51。第一控制閥M的旁路出口 52直接連接于回流管30。因此串聯的旁路孔50a、50b和50c直接連接在疊加節點44與回流管30之間的。圖2是液壓系統10的示意圖，其中可變流源孔34a、b和c以及旁路孔50a、b和c 被排列成更加具有功能性的組，那些實際上位于控制閥對、25和沈的孔被顯示為位于相應的控制閥對、25和沈外側。這個功能圖顯示了三個可變流源孔34a、b和c是直接并聯在來自泵20的供應管觀與流量疊加節點44之間。這種并聯形成了可變流量部分56。三個旁路孔50a，b和c在流量疊加節點44與連到儲液槽18的回流管30之間串聯并且形成了液壓系統10的旁路部分58。首先假設所有控制閥2446是位于中心位置，在該中心位置中工作端口 46和48 都被關閉。在這樣的情形下，來自泵20而供給到供應管28的輸出，流過可變流源孔34a-c， 所有這些可變流源孔現在都收縮成相對小的流通面積。因此，來自泵20的相對較小量的流體流經可變流量部分56而到達疊加節點44。這時，旁路部分58內的所有旁路孔50a-c被擴大，以提供相對較大的流通面積，從而允許進入疊加節點44中的流體容易地進入回流管 30。結果，流體疊加節點44處的壓力處于相對較低的水平，該壓力穿過泵控制管60而被傳遞到可變排量泵20的控制輸入端口 19。或者，當一個控制閥M、25或沈處于中心位置時，它的可變流源孔34a、b或c能夠被完全關閉，從而沒有流體能在供應管28與流量疊加節點44之間流過那一個控制閥。在這種形式的系統中，可以增加單獨的小固定節流孔35來將供應管觀連接到可變流量部分 56內的流量疊加節點44上，從而當所有控制閥處于中心位置時，一些來自供應管的流量進入流量疊加節點。與第一液壓功能元件11相關地描述本發明的控制技術的操作，其它液壓功能元件12和13也以同樣的方式操作。第一控制閥M從中心位置沿著兩個方向中的任意一個所做的打開運動將測流孔入口 40經可變測流孔45而連接到工作端口 46或48中的一個上， 這取決于該運動的方向。第一控制閥M的打開還將另一個工作端口 48或46連接到出口42上，該出口 42通向回流管30。同時，可變流源孔3 擴大了與控制閥的運動距離相關的量，因此使得泵增加從供應管觀到流量疊加節點44的流體流量，以保持如前所述的“泵余量”。同時，旁路孔50a的尺寸縮小，使得疊加節點44處的壓力增加。因此，當第一控制閥 23打開流體所通過而被供應到第一液壓致動器21的通路，經過可變流量部分56而進入疊加節點44的流量就增加了，而同時，也增加了因旁路孔50a而產生的對從節點出來到儲槽回流管30流量的限制，由此造成了在流量疊加節點44處的壓力增加。當流量疊加節點壓力大到足夠克服作用在第一致動器21上的負載壓力時，流體開始流過第一控制閥M的測流孔45而驅動第一致動器。在第一控制閥M打開的同時，其它控制閥25或沈中的一個或多個也可以被打開。它們各自的可變流源孔34b和3 也同樣將流體從供應管觀傳輸到流量疊加節點44 中。因為這三個可變流源孔34a-3k被相互并聯，所以通過這些孔中每一個的壓差都相同。 該壓差以及每個流源孔的橫截面積決定了穿過所述孔的流量。進入流量疊加節點的總流量是分別流經每個可變流源孔34a-34c的流量的總和。結果，每個變流源孔所打開的面積總和決定了進入流量疊加節點44的合計流量，因而控制了來自可變排量泵20的輸出流量。在每個控制閥M、25J6內的測流孔45的各自流通面積以及分別作用在致動器21、22和23 上的負載壓力決定了每個致動器從流量疊加節點44接收的流量。當第一液壓致動器21到達預期的位置，通過任何一種控制第一控制閥M的裝置來使該第一控制閥M返回到中心位置。在中心位置，兩個工作端口被重新關閉，從而切斷了從流量疊加節點到第一液壓致動器21的流體流。另外，可變流源孔3 收縮到相對較小的尺寸，這減少了從供應管觀到流量疊加節點44的流量。使第一控制閥M返回到中心位置也擴大了旁路孔50a的尺寸。現在，如果其它控制閥25和沈也同樣位于中心位置，所有它們的旁路孔50a-c都相對較大，從而將流量疊加節點處的壓力釋放到回流管30。或者，在每個閥單元11-13內的可變旁路孔50a_c的位置處可以用單個相對較小的固定節流孔替代。所述單個固定旁路節流孔的尺寸可以被選擇成在一個或多個控制閥 24,25或沈打開時對流量疊加節點處的壓力建立沒有一點影響，但是當所有控制閥關閉時，仍然能釋放節點處的壓力。前面所述主要是關于本發明的優選實施方式。盡管對在本發明的范圍內的不同替換方式進行了一些關注，但是可以預期本領域技術人員會實現不明顯脫離本發明所公開具體實施方式
的其它替換實施方式。因此，本發明的范圍由所附的權利要求所確定而不是由上述公開內容所限定。
權利要求
1.一種用于液壓系統的控制閥組件，其中，來自可變排量泵的流體被提供給供應管，用來操作多個液壓致動器，并且，來自多個液壓致動器的流體進入回流管，所述控制閥組件包括流量疊加節點，該流量疊加節點與可變排量泵的控制輸入端口流體連通；以及多個閥單元，每個閥單元與多個液壓致動器中的一個相關聯，并且包括測流孔以及可變流源孔，該測流孔連接在流量疊加節點與相關聯的液壓致動器之間，用于改變上述兩者之間的流體流量；其中，多個閥單元的可變流源孔被并聯在可變排量泵與流量疊加節點之間。
2.如權利要求1所述的控制閥組件，其中在多個閥單元的每一個中，隨著測流孔擴大， 可變流源孔也擴大，而隨著測流孔縮小，可變流源孔也縮小。
3.如權利要求2所述的控制閥組件，其中多個閥單元的每一個還包括連接在流量疊加節點與回流管之間的可變旁路孔，其中可變旁路孔隨著測流孔擴大而縮小，而且可變旁路孔隨著測流孔縮小而擴大。
4.如權利要求1所述的控制閥組件，其中多個閥單元的每一個還包括連接在流量疊加節點與回流管之間的可變旁路孔。
5.如權利要求4所述的控制閥組件，其中多個閥單元內的可變旁路孔串聯在流量疊加節點與回流管之間。
6.如權利要求4所述的控制閥組件，其中在每個閥單元內，可變流源孔、測流孔以及可變旁路孔被集成單個的控制閥。
7.如權利要求6所述的控制閥組件，其中控制閥是滑閥。
8.如權利要求4所述的控制閥組件，其中控制閥包括第一工作端口，多個液壓致動器中的一個連接至該第一工作端口 ；并且其中控制閥具有a)第一位置，在該第一位置處，第一工作端口被關閉，可變流源孔具有第一尺寸，而可變旁路孔具有第二尺寸，以及b)第二位置，在該第二位置處，第一工作端口被測流孔連接至流量疊加節點，可變流源孔具有大于第一尺寸的第三尺寸，并且可變旁路孔具有小于第二尺寸的第四尺寸。
9.如權利要求8所述的控制閥組件，其中控制閥還包括第二工作端口，多個液壓致動器中的一個連接至該第二工作端口 ；并且其中控制閥具有c)第三位置，在該第三位置處，第二工作端口被測流孔連接至流量疊加節點，可變流源孔具有大于第一尺寸的第五尺寸，并且可變旁路孔具有小于第二尺寸的第六尺寸。
10.如權利要求1所述的控制閥組件，其中多個閥單元中的每一個還包括單向閥，該單向閥阻止流體從測流孔向供應管方向流動。
11.一種用于控制從可變排量泵向多個液壓致動器施加流體的控制閥組件，其中流體也從多個液壓致動器流向通向儲槽的回流管，所述控制閥組件包括流量疊加節點，該流量疊加節點與可變排量泵的控制輸入端口流體連通；以及可操作地連接的多個控制閥，其中對多個控制閥中任一個的打開控制通路，從可變排量泵至流量疊加節點的流體流量經該通路而增加，提供從流量疊加節點分別到多個液壓致動器中的一個的流體通路，并且減少從流量疊加節點至回流管的流體流量。
12.如權利要求11所述的控制閥組件，其中多個控制閥中的每一個還包括可變流量通路，流體經該可變流量通路從各液壓致動器向回流管流動。
13.如權利要求11所述的控制閥組件，其中多個控制閥中的每一個包括可變流源孔， 當閥打開時，該可變流源孔增加了從可變排量泵至流量疊加節點的流體流量。
14.如權利要求11所述的控制閥組件，其中多個控制閥中的每一個包括可變測流孔， 從流量疊加節點分別流向多個液壓致動器中的一個的流體流經該可變測流孔。
15.如權利要求11所述的控制閥組件，其中多個控制閥中的每一個包括可變旁路孔， 當閥打開時，該可變旁路孔減少流體從流量疊加節點至回流管的流體流量。
16.如權利要求11所述的控制閥組件，其中多個控制閥中的每一個包括可變流源孔，該可變流源孔與可變排量泵和流量疊加節點流體連通；測流孔，該測流孔與流量疊加節點和各液壓致動器流體連通；以及可變旁路孔，該可變旁路孔與流量疊加節點和回流管流體連通。
17.如權利要求16所述的控制閥組件，其中多個控制閥中的每一個包括a)第一狀態，在該第一狀態中，第一工作端口被關閉，可變流源孔具有第一尺寸，而可變旁路孔具有第二尺寸，以及b)第二狀態，在該第二狀態中，多個液壓致動器中每一個分別被測流孔連接至流量疊加節點，可變流源孔具有大于第一尺寸的第三尺寸，而可變旁路孔具有小于第二尺寸的第四尺寸。
18.一種用于液壓系統的控制閥組件，其中來自可變排量泵的流體被提供給供應管，用來操作液壓致動器，并且其中來自液壓致動器的流體進入與儲槽連通的回流管，所述控制閥組件包括流量疊加節點，該流量疊加節點與可變排量泵的控制輸入端口流體連通；以及控制閥，該控制閥包括(1)連接在供應管與流量疊加節點之間的可變流源孔，(2)連接在流量疊加節點與液壓致動器之間的測流孔，用于改變上述兩者之間的流量，以及(3) 連接在流量疊加節點與回流管之間的可變旁路孔；其中，當測流孔擴大時，可變流源孔也擴大而可變旁路孔縮小；而當測流孔縮小時，可變流源孔也縮小而可變旁路孔擴大。
19.如權利要求18所述的控制閥組件，其中控制閥是滑閥。
20.如權利要求18所述的控制閥組件，其中控制閥包括第一工作端口，液壓致動器連接至該第一工作端口 ；并且其中控制閥具有a)第一位置，在該第一位置中，第一工作端口被關閉，可變流源孔具有第一尺寸，并且可變旁路孔具有第二尺寸，以及b)第二位置，在該第二位置中，第一工作端口被測流孔連接至流量疊加節點，可變流源孔具有大于第一尺寸的第三尺寸，并且可變旁路孔具有小于第二尺寸的第四尺寸。
全文摘要
一種閥組件將多個液壓致動器連接至可變排量泵以及儲槽。單獨的閥與每個液壓致動器相關聯，并且包括位于供應管與和泵的控制端口相連接的疊加節點之間的可變流源孔，位于疊加節點與相關聯的液壓致動器之間的可變測流孔，以及位于疊加節點與儲槽之間的可變旁路孔。隨著閥操作而擴大了測流孔，流源孔也擴大，而旁路孔縮小。當閥操作而縮小了測流孔，流源孔也縮小而旁路孔擴大。這些操作改變了流入和流出疊加節點的流體流量，這改變了施加于于泵控制裝置的壓力，因而使得泵的輸出按需求而改變，以驅動相關聯的液壓致動器。
文檔編號F15B13/08GK102444640SQ20111037253
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月29日 優先權日2010年10月8日
發明者E·P·哈姆金斯, J·L·普法弗 申請人:胡斯可國際股份有限公司