專(zhuān)利名稱(chēng)：液壓振蕩裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)電控制系統(tǒng)，尤其涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用的液壓振蕩裝置。
在授權(quán)給Zeuner等人的美國(guó)專(zhuān)利4,280,396(下文簡(jiǎn)稱(chēng)396號(hào)專(zhuān)利)中已對(duì)液壓振蕩裝置進(jìn)行了介紹。該專(zhuān)利揭示了適用于刀桿機(jī)構(gòu)的振蕩裝置。這種刀桿在農(nóng)機(jī)設(shè)備中的使用很普遍，例如在聯(lián)合收割機(jī)或飼料收割機(jī)中。本發(fā)明特此將396號(hào)專(zhuān)利的內(nèi)容引用于此以為參考。
液壓振蕩裝置包括一個(gè)在活塞缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，活塞運(yùn)動(dòng)受伺服換向閥(如滑閥)控制。在396號(hào)專(zhuān)利中，活塞兩端的外表面上有一些邏輯槽。當(dāng)活塞達(dá)到回程位置時(shí)，活塞外表面上的邏輯槽對(duì)準(zhǔn)活塞缸內(nèi)壁上的相應(yīng)的溝槽或通孔，建立起液體通道，以提供壓縮流體來(lái)切換伺服閥，從而改變主活塞的運(yùn)動(dòng)方向，以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在396號(hào)專(zhuān)利中敘述的振蕩器有一些缺點(diǎn)，從而限制了它的工業(yè)應(yīng)用。第一個(gè)缺點(diǎn)是活塞外側(cè)的溝槽結(jié)構(gòu)妨礙了阻止活塞四周滲漏的液壓密封的有效利用；與活塞溝槽一起使用的活塞缸的溝槽可能切割密封件并減少其壽命。因此，液壓流體通過(guò)活塞時(shí)泄漏、發(fā)熱、并且把效率降低到大約80％。
396號(hào)專(zhuān)利敘述的振蕩器的第二個(gè)缺點(diǎn)在于它的機(jī)身和伺服閥的尺寸和機(jī)構(gòu)復(fù)雜，這要求為其設(shè)計(jì)提供特殊的加工方法。在396號(hào)專(zhuān)利中，伺服閥是一個(gè)四通滑閥，其長(zhǎng)度幾乎與活塞缸本身的實(shí)際長(zhǎng)度相當(dāng)。因此機(jī)體又大又重。
396號(hào)專(zhuān)利敘述的振蕩器的第三個(gè)缺點(diǎn)在于它是一個(gè)單頭的振蕩器，只有一個(gè)活塞，因此只能用于有限載荷。當(dāng)用于大載荷(如用于飼草或莊稼收割的大刀桿)時(shí)，與單頭刀桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的不平衡載荷變得太大，產(chǎn)生無(wú)法接受的機(jī)械振動(dòng)。
因此，該液壓振蕩裝置仍然不能在大多數(shù)通用的飼草和莊稼收割機(jī)械中使用。采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置仍然是常用的方法。例如，在一種農(nóng)用收割機(jī)中，往復(fù)運(yùn)動(dòng)是由皮帶驅(qū)動(dòng)的“擺動(dòng)箱”提供的。這種擺動(dòng)箱將驅(qū)動(dòng)皮帶的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
擺動(dòng)箱也有許多地方需要改進(jìn)?；蛟S最大的問(wèn)題是缺乏可靠性。擺動(dòng)箱在使用400至500小時(shí)后必須完全重新裝配或更換，這可能在收獲季節(jié)造成收割機(jī)故障，延長(zhǎng)收割時(shí)間，使收成受損失。
擺動(dòng)箱的第二個(gè)問(wèn)題涉及大型設(shè)備。例如，使用32英尺的鐮刀桿(在收獲季節(jié)通用的刀桿)時(shí)，刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)可能引起整個(gè)收割機(jī)抖動(dòng)、振動(dòng)或顛簸。
擺動(dòng)箱的第三個(gè)問(wèn)題在于不能使用多個(gè)擺動(dòng)箱和將鐮刀桿(刀桿)分成幾段，因?yàn)槎鄠€(gè)擺動(dòng)箱將失去同步性，從而引起不平衡振顫。
本發(fā)明是一種復(fù)式液壓振蕩裝置，它適用于驅(qū)動(dòng)農(nóng)機(jī)中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的刀桿機(jī)構(gòu)。
進(jìn)一步而言，本發(fā)明是一種液壓振蕩裝置，單頭或雙頭的液壓振蕩裝置，它由一個(gè)或多個(gè)活塞缸組成，每個(gè)活塞缸都有對(duì)置的第一端和第二端。在單頭或雙頭液壓振蕩裝置中，具有一個(gè)控制加壓流體流動(dòng)路徑的換向伺服閥，它控制加壓流體至少流入活塞缸的一端(第一和/或第二端)。伺服閥包括第一伺服通道和第二伺服通道，它們用于控制伺服閥換向動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，復(fù)式液壓振蕩裝置包括相對(duì)排列的第一活塞和第二活塞。換向伺服閥控制壓縮流體的流動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)第一活塞和第二活塞交替地伸縮。利用伸縮同步機(jī)構(gòu)使第一活塞和第二活塞伸縮同步?；钊诿總€(gè)活塞缸中的第一和第二位置之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊嫌幸粋€(gè)內(nèi)孔。內(nèi)孔中有第一和第二環(huán)形邏輯槽。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，伸縮同步機(jī)構(gòu)包括各自的第一流動(dòng)路徑和第二流動(dòng)路徑，它們分別輸送壓縮流體以變換伺服閥的操作狀態(tài)。只有當(dāng)?shù)谝缓偷诙钊麅烧咄瑫r(shí)處在回縮位置時(shí)，第一流動(dòng)路徑才鎖閉。反之，只有當(dāng)?shù)谝缓偷诙钊麅烧咄瑫r(shí)處在伸出位置時(shí)，第二流動(dòng)路徑才鎖閉。第一和第二流動(dòng)路徑穿過(guò)一條中心邏輯管。該中心邏輯管有第一和第二端，它們分別(滑合)裝配在第一和第二活塞中。


圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的液壓振蕩裝置的平面圖。
圖2是圖1所示液壓振蕩裝置沿2-2截線的剖面圖。
圖3是圖1所示液壓振蕩裝置沿3-3截線的剖面圖。
圖4是圖1所示液壓振蕩裝置的閥體沿4-4截線的剖面圖。
圖5是圖1所示液壓振蕩裝置活塞缸筒體的剖面圖。
圖6是圖1所示液壓振蕩裝置的閥體沿3-3截線的剖面圖。
圖7是圖1所示液壓振蕩裝置的作業(yè)邏輯框圖，其中活塞處于回縮位置。
圖8是圖1所示液壓振蕩裝置的作業(yè)邏輯框圖，其中活塞處于伸出位置。
圖9是圖3所示伺服滑閥滑塊的放大視圖。
圖10是農(nóng)用收割機(jī)的正面視圖，它的刀桿根據(jù)本發(fā)明第二方面的復(fù)式振蕩裝置驅(qū)動(dòng)。
圖11A是一幅邏輯框圖，說(shuō)明圖10所示復(fù)式振蕩裝置的運(yùn)作情況，其中兩個(gè)活塞均處于回縮位置。
圖11B是一幅邏輯框圖，說(shuō)明圖11A所示復(fù)式振蕩器的運(yùn)作情況，其中兩個(gè)活塞均處于伸出位置。
圖12是圖11A所示邏輯管的正面視圖。
圖13和圖14是圖12所示邏輯管的端面視圖。
圖15是圖11A所示復(fù)式振蕩裝置的活塞桿開(kāi)始伸出時(shí)的原理圖。
圖16是圖11B所示復(fù)式振蕩裝置的活塞桿開(kāi)始回縮時(shí)的原理圖。
圖17是圖7所示單頭振蕩裝置的活塞桿開(kāi)始伸出時(shí)的原理圖。
圖18是圖8所示振蕩裝置的活塞桿開(kāi)始回縮時(shí)的原理圖。
下面將詳細(xì)地介紹本發(fā)明的兩個(gè)主要方面I.復(fù)式液壓振蕩裝置它可以方便地用于驅(qū)動(dòng)農(nóng)用收割機(jī)的刀桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在具有大型刀具(其重量可達(dá)大約30磅)的系統(tǒng)中，使用單頭振蕩裝置驅(qū)動(dòng)刀具賦予設(shè)備相當(dāng)大的慣性，從而可能在系統(tǒng)中引起不平衡震顫。復(fù)式振蕩裝置提供了一對(duì)活塞，它們?cè)谙喾吹姆较蛏贤瑫r(shí)伸縮。這樣，復(fù)式振蕩器在驅(qū)動(dòng)大型刀具時(shí)就不會(huì)象單頭振蕩器那樣賦予系統(tǒng)不平衡載荷。
II.具有中心邏輯通道的液壓振蕩裝置它允許使用密封活塞，基本上不產(chǎn)生泄漏，并且經(jīng)受得起軸向載荷。
本發(fā)明提出的復(fù)式液壓振蕩裝置的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)情況參照中心邏輯通道設(shè)計(jì)和單頭振蕩器的運(yùn)作將非常容易解釋。復(fù)式振蕩器采用的主要零部件與單頭振蕩器相同，說(shuō)明如下。
I.具有中心邏輯通道的液壓振蕩裝置首先參照液壓振蕩裝置100和由液壓振蕩裝置100驅(qū)動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)說(shuō)明本發(fā)明。當(dāng)獨(dú)立的液壓源供給加壓流體時(shí)，液壓振蕩裝置100以非常高的體積效率提供連續(xù)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。典型的應(yīng)用可以包括驅(qū)動(dòng)谷物收割機(jī)和飼草收割機(jī)的刀桿。
圖17和圖18是一個(gè)第一示例振蕩裝置的示意圖。
伺服閥108起開(kāi)關(guān)作用，它控制液壓振蕩裝置100的活塞104的活塞桿104a伸縮。在全伸位置(見(jiàn)圖18)，伺服閥108切換到回縮設(shè)置，改變流體方向，以致活塞桿104a回縮。在全縮位置(見(jiàn)圖17)，伺服閥108再次切換，改變加壓流體的流動(dòng)方向而使活塞桿104a伸出。
如圖17和圖18所示，振蕩裝置包括兩部分方向控制閥108和單一的活塞桿，雙重作用液壓缸102。圖17表示活塞缸102中的活塞104開(kāi)始伸出時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)。加壓流體不斷地經(jīng)通道110d傳送到活塞104的104h側(cè)。該流體施加的力使活塞缸102的活塞桿104a回縮。
控制閥108控制加壓流體經(jīng)通道110s流向活塞104的另一側(cè)104i。在圖18所示位置，控制閥108提供流體使活塞缸102的活塞桿104a伸出。104i側(cè)的面積大于104h側(cè)的面積(在示范的實(shí)施例中的面積比為2∶1)。因此，在圖17所示狀態(tài)，一個(gè)較大的力加在104i側(cè)，迫使活塞缸102的活塞104伸出。
控制閥108受伺服控制通道110q和110r控制。在圖17和圖18中，這些口用A1-A5定義。在示范的實(shí)施例中，這些口由邏輯管106上的孔決定(下面將參照?qǐng)D1-圖9進(jìn)行介紹)。這些孔是相同的，其作用在于在任一方向上對(duì)控制閥108施加同樣大的力以施行控制。
當(dāng)伺服閥108處于這兩個(gè)位置之間時(shí)，泄放口108h和108j將控制通道110q和110r與儲(chǔ)罐(T)連通。
圖18表示控制閥108已經(jīng)切換到回縮位置時(shí)振蕩裝置100的狀態(tài)。加壓流體仍然不斷地經(jīng)過(guò)通道110d輸送到活塞104的104h側(cè)。
在圖18中，控制閥108控制流體，將活塞104的另一側(cè)104i通過(guò)通道110s連接到儲(chǔ)罐。加在104h側(cè)的壓力不再受到缸體102的另一側(cè)的加壓流體的反抗，于是活塞缸102的活塞104回縮。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖1是只有一個(gè)活塞104的液壓振蕩裝置100的平面圖。圖2是振蕩裝置100沿2-2截線的剖面圖，圖3是振蕩裝置100沿3-3截線的剖視圖。振蕩裝置100有三個(gè)主要部分閥體110，端蓋112，和活塞缸管102(此后簡(jiǎn)稱(chēng)活塞缸102)，活塞缸102安裝在閥體110和端蓋112之間?；钊?04滑動(dòng)地裝在活塞缸102中?；钊?04和軸104a形成一個(gè)整體，將往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳送給待驅(qū)動(dòng)的設(shè)備(圖中未表示)。加壓流體不斷地被加進(jìn)活塞104的軸側(cè)面104h(也稱(chēng)之為活塞的第一承壓面)?？苫瑒?dòng)的伺服滑閥108(也安裝在閥體110之內(nèi))控制來(lái)自外部壓力源的加壓流體，于是活塞104的第二表面104i交替地與加壓流體連通(滑閥108處于第一位置時(shí)(見(jiàn)圖8))和與儲(chǔ)罐連通(滑閥108處于第二位置時(shí)(見(jiàn)圖7))。
圖6是閥體110的剖視圖，它是沿著圖3中的3-3截線的剖視。110有一平底孔110a，其安裝活塞缸102的一端，和一縱向孔110b，其安裝邏輯管的一端?？?10b中有許多環(huán)形槽110j、110k、110l和110m。槽110j通過(guò)通道110n和110p與加壓流體連通(見(jiàn)圖4)。槽110k通過(guò)通道110q與伺服滑閥108的一側(cè)連通(見(jiàn)圖7)。槽110l與伺服滑閥108的另一側(cè)連通(見(jiàn)圖8)。槽110m通過(guò)流動(dòng)路徑110o(見(jiàn)圖4)和泄放口D連通。多個(gè)O形密封圈110e-110i將槽110j-110m彼此隔絕并且實(shí)現(xiàn)與平底孔110a和110b之間的密封。加壓通道110d總是通的，隨時(shí)將加壓流體供給活塞104的軸側(cè)(第一)面104h。
參照?qǐng)D2，端蓋112有一個(gè)平底孔112a?；钊?02的第一端102b安裝在這個(gè)平底孔112a內(nèi)，并用O形密封圈114密封。閥體110也有一平底孔110a?；钊?02的第二端102c安裝在這個(gè)平底孔110a中，并用O形密封圈114密封。一組螺栓116(或其他的緊固件)將閥體110、端蓋112、和活塞缸102連接在一起形成一個(gè)完整的部件，其中活塞缸102起分隔作用，保持閥體110和端蓋112之間的固定距離。連通管118在通道110d(它與加壓口P連通)和端蓋112上的通道112c之間提供一條流動(dòng)路徑。通道112c與平底孔112a相通。
端蓋112有一縱向孔112b。活塞104的104j段裝配在孔112b之中，成滑動(dòng)配合。在示范實(shí)施方案中，通過(guò)泄漏試驗(yàn)的密封系統(tǒng)由三部分組成，它們已經(jīng)成功地用于飛機(jī)支柱。環(huán)狀密封組合件120是一種壽命長(zhǎng)的低壓密封環(huán)，它可以阻止污物進(jìn)入端蓋112，使活塞104免受污物污染。該組合件120可以是加利福尼亞州的Busak+Shamban制造的TURCONEXCLUDER型密封環(huán)。第二道密封由零泄漏壓力密封圈122提供。密封件122是一種低摩擦，高耐磨，高速，單向密封圈，它可以是Busak+Shamban制造的TURCONSTEPSEALK型密封圈。第三道密封可以使用寬面積的耐磨襯套124，它可以采用由Busak+Shaniban制造的ZURCON型耐磨襯套。第二道承壓密封圈122可以是Busak+Shamban制造的TURCONSTEPSEALK型或者ZURCONSTEPSEALK型密封圈。最后是第二道耐磨襯套124。
選擇示例的密封件120，122，和襯套124是為了承受活塞104上的20-30磅(大約9到14公斤)的橫向載荷(例如，在安裝期間支撐刀桿的重量)。此外，優(yōu)選選擇示例的密封件120、122、和124，是因?yàn)樗鼈冇写蠹s2000小時(shí)的使用壽命，以每秒16個(gè)往復(fù)周期計(jì)算總共可以使用大約1,116億個(gè)周期。
圖5是活塞缸102的剖面圖?；钊?02的外徑102j與平底孔110a尺寸吻合。活塞缸102的兩端(102a和102b)是直徑較小的部分(102h和102i)。在孔110a的一部分和活塞缸102直徑較小的部分102h和102i之間形成環(huán)形區(qū)104k和104l。
活塞缸兩端102a和102b有多個(gè)孔102d-102g。孔102d和102e作為節(jié)流孔控制流體的流動(dòng)，并作為阻尼孔降低流體在活塞缸102內(nèi)側(cè)102a和環(huán)形區(qū)(104k或104l)之間的流動(dòng)速度?？?02d和102e呈軸向分布。在示范實(shí)施方案中，孔102d全部分布在距活塞缸端面102b的距離為第一距離的圓周上，而孔102e則全部分布在距活塞缸端面102b的距離為第二距離的圓周上。同樣地，孔102f和102g分別被配置在距端面102c不同的距離上。
參照?qǐng)D2，活塞104有一個(gè)大直徑段104j，它在活塞缸102的內(nèi)腔102a中并能夠密封地滑動(dòng)?；钊?02兩端有兩個(gè)聚胺酯彈性墊(126a和126b)。聚胺酯彈性墊126a，126b充當(dāng)活塞制動(dòng)緩沖器以停止活塞104，并在行程的極限位置防止沖擊，隨后改變活塞104的運(yùn)動(dòng)方向。一對(duì)耐磨環(huán)104e安裝在大直徑段104j的外圓柱面上。耐磨環(huán)可以采用與上述耐磨襯套124同樣型號(hào)的產(chǎn)品。耐磨環(huán)104e確?；钊?04在活塞缸102內(nèi)無(wú)摩擦地滑動(dòng)。在耐磨環(huán)104e之間有一個(gè)長(zhǎng)壽命、低摩擦的密封圈104f。它可以是例如Busak+Shamban制造的TurconGlyd RingT型密封圈。
在活塞104的大直徑段有兩個(gè)承壓面104h和104i。在示范實(shí)施方案中，加壓流體總是將壓力施加在104h面(靠近軸104a的一面)上。當(dāng)活塞104伸出時(shí)，壓力才施加到第二承壓面104i上。在活塞縮進(jìn)期間，面104i與儲(chǔ)罐相通。為了保持活塞軸在縮進(jìn)和伸出期間的速度變化曲線相同，在伸出和縮進(jìn)期間施加給活塞104的軸向合力必須相等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，承壓面104i的面積是另一面104h的兩倍。
采用這個(gè)面積比的理由如下。假定內(nèi)腔P的壓強(qiáng)是P，第一承壓面104h的面積是A，第二承壓面104i的面積是2A，而且總有一個(gè)力AP作用在第一承壓面104h上。當(dāng)?shù)诙袎好?04i與儲(chǔ)罐相通的時(shí)侯，作用在第二承壓面104i上的力是零，所以作用在活塞104上的合力是AP。當(dāng)?shù)诙?04i與加壓流體相通時(shí)，在第二承壓面上的壓力是2AP(方向相反)，于是作用在兩個(gè)面上的合力是2AP-AP＝AP。因此，在兩個(gè)方向上合力總是相同的，所以加速度和速度變化也相同。
上述方法的好處是它允許使用如下所述的簡(jiǎn)單的三通伺服閥108。
活塞104有一個(gè)容納邏輯管106的內(nèi)孔104b?；钊?04還有一對(duì)切槽104c和104d，當(dāng)活塞104處于某些指定位置時(shí)，這一對(duì)切槽作為邏輯槽完成流動(dòng)邏輯路徑。下面將更詳細(xì)地陳述。
邏輯管106的一端用開(kāi)口環(huán)128固定在閥體110的內(nèi)腔110b之中，邏輯管106的另一端在活塞104的內(nèi)腔104b中密封地滑動(dòng)。
邏輯管106是一種提供位置信息反饋的裝置。當(dāng)邏輯管106中的邏輯孔對(duì)準(zhǔn)活塞104內(nèi)壁上的槽104c或104d時(shí)，則傳送出活塞軸全部伸出或全部縮進(jìn)的信息。邏輯管106有多個(gè)通道106a、106c、106j(見(jiàn)圖2)、和106b(見(jiàn)圖7)。邏輯孔106d和106e將通道106a與邏輯管106的外表面連通。邏輯孔106h和106i(見(jiàn)圖7)將通道106b與邏輯管106的外表面連通。如圖7所示，邏輯孔106d與槽110j對(duì)準(zhǔn)，而邏輯孔106i則與槽110k對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)活塞104處于全縮位置時(shí)(在這里稱(chēng)之為“第一位置”)，邏輯孔106e和106h兩者都與活塞104上的槽104c對(duì)準(zhǔn)，從而在槽110j和槽110k之間形成一流動(dòng)通道。
圖2和圖8示出了邏輯孔106f和106g，它們將通道106c與邏輯管106的外表面連通。如圖8所示，當(dāng)活塞104全部伸出時(shí)(在此稱(chēng)之為“第二位置”)，邏輯孔106e和106f與活塞104上的槽104d對(duì)準(zhǔn)，從而在槽110j和槽110l之間形成一流動(dòng)通道。
邏輯管106中的通道106j(見(jiàn)圖2)通過(guò)槽110m與排放口相通。當(dāng)活塞104從伸出位置回縮的時(shí)侯，活塞104內(nèi)腔104b中的流體通過(guò)通道106j、孔106k、槽110m和通道110o進(jìn)入排放口D(見(jiàn)圖4)。排放口D可以是常規(guī)的用O形圈密封安裝的彈簧加載的鋼球閥。
在單頭振蕩裝置100中，用終端塞130封堵平底孔110c。
圖3示出了伺服閥108。在示范實(shí)施方案中，伺服閥108是簡(jiǎn)單的三通閥。伺服閥108由滑動(dòng)定位在伺服閥孔108a中的滑塊108b限定(圖9是滑塊108b放大的剖面圖)。在圖3中，端蓋134a和134b將伺服閥內(nèi)腔108a密封并且限制滑塊108b的運(yùn)動(dòng)范圍。當(dāng)滑塊108b處于伺服閥內(nèi)腔108a的右端時(shí)(如圖3和圖8所示)，流體從加壓管口P流進(jìn)伺服閥腔108c。伺服閥腔108c不斷地將加壓流體注入閥體110的通道110d和110p。如圖2所示，通道110d不斷地將加壓流體通過(guò)導(dǎo)管118、通道112c、環(huán)形艙104k、和孔102d和/或102e注入活塞104的第一承壓面104h側(cè)。通道110p(圖4)不斷地將加壓流體經(jīng)通道110n(見(jiàn)圖4)、槽110j、和孔106d注入邏輯管106的通道106a。
再次參照?qǐng)D3，伺服閥108中的艙室108d總是和儲(chǔ)罐口T相連通。正如圖2和圖3所示，通道110s經(jīng)位于活塞缸102內(nèi)端面和平底孔110a之間的環(huán)形區(qū)104l與伺服閥108連通。當(dāng)伺服閥滑塊108b在最右端時(shí)(見(jiàn)圖3和圖7)，艙室108d與通道110s一起被放置在流動(dòng)路徑上，所以環(huán)形區(qū)104l處在與儲(chǔ)罐口T相連的流動(dòng)路徑上。當(dāng)伺服滑塊108b位于最左端時(shí)(見(jiàn)圖8)，艙室108c與通道110s同處于流動(dòng)路徑上，所以加壓流體進(jìn)入環(huán)形區(qū)104k。
伺服滑塊108b的一端有通道108g，其開(kāi)口對(duì)著滑塊108b右端的艙室108e。當(dāng)滑塊108b向右移動(dòng)時(shí)，泄流口108h將來(lái)自端部通道108g的流體泄放到儲(chǔ)罐。與之類(lèi)似，滑塊108b的另一端也有通道108i，其開(kāi)口對(duì)著滑塊108b左端的艙室108f。當(dāng)滑塊向左移動(dòng)時(shí)，泄流口108j將來(lái)自端部通道108i的流體泄放到儲(chǔ)罐。
通道110r(在圖3中用虛線表示)將左端艙室108f與邏輯槽110l(見(jiàn)圖4)連通。類(lèi)似地，通道110q(見(jiàn)圖4)將邏輯槽110k與右端艙室108e連通。
伺服滑塊108b有兩條應(yīng)急緩沖槽108p和108q。當(dāng)伺服滑塊108b在左側(cè)位置時(shí)，彈簧加載的緩沖球132a與伺服滑塊108b的緩沖槽108p銜接。同樣地，當(dāng)伺服滑塊108b在其右側(cè)位置時(shí)，彈簧加載的緩沖球132b與伺服滑塊108b的緩沖槽108q銜接。因此，加壓流體的壓力如若發(fā)生微弱瞬變，伺服滑塊108b不改變位置。另外，因?yàn)閮蓚€(gè)泄放口108h和108j總是向儲(chǔ)罐開(kāi)放，所以當(dāng)伺服滑塊108b處在其行程中間時(shí)，如若發(fā)生壓力瞬變，這兩個(gè)泄放口可確保滑塊108b不受影響。
如上所述，由于總有加壓流體輸送到活塞104的一端并且活塞104的第一和第二驅(qū)動(dòng)面積比保持為1/2(104h∶104i)，所以允許使用簡(jiǎn)單的三通伺服閥108。與早期的工藝實(shí)踐相比，這種伺服閥108簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。例如，在早期的振蕩裝置(美國(guó)專(zhuān)利4,280,396號(hào))中，伺服閥幾乎貫穿整個(gè)主振蕩裝置的長(zhǎng)度，從而導(dǎo)致其主機(jī)機(jī)身比較長(zhǎng)。按照本發(fā)明，伺服閥基本上比美國(guó)專(zhuān)利4,280,396號(hào)中使用的四通伺服閥短。伺服閥108可以相對(duì)主活塞104橫向放置。因此無(wú)需按照美國(guó)專(zhuān)利4,280,396那樣制作又長(zhǎng)又復(fù)雜的機(jī)身。按照本發(fā)明，閥體110可以用較小的機(jī)殼，并且振蕩裝置100可以分成三個(gè)部分閥體110、活塞缸102、以及端蓋112。
因?yàn)檎袷幯b置被分成三個(gè)部分，所以進(jìn)行機(jī)械加工比較容易，如果采用一個(gè)結(jié)實(shí)的機(jī)殼，所有部件都可以隱藏起來(lái)。裝配也得到簡(jiǎn)化。例如，三個(gè)部分可以用螺栓116固定在一起。
振蕩器的運(yùn)行過(guò)程現(xiàn)在參照?qǐng)D7和圖8介紹振蕩器100的運(yùn)行。圖7和圖8說(shuō)明了振蕩裝置100的邏輯關(guān)系，其中，伺服閥部分108被旋轉(zhuǎn)了90度，從而使伺服閥與主活塞104在同一平面上以便于說(shuō)明。事實(shí)上，在示范實(shí)施方案中，伺服滑閥108所處平面與主活塞104的縱軸線是正交的(橫向)。但是，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員都會(huì)理解按照本發(fā)明也可以設(shè)計(jì)出伺服滑閥與主活塞處于同一平面的振蕩裝置，基本上就象圖7和圖8所述的振蕩裝置。
圖7表明在活塞104完全縮進(jìn)的那一瞬間，也就是伺服滑塊108b抵達(dá)其最左端位置之前的一瞬間的振蕩裝置100的狀態(tài)。加壓流體在P口進(jìn)入，流向艙室108c。在艙室108c之中，流體壓力作用于滑塊108b的兩個(gè)對(duì)置的面108m和108n，這兩個(gè)面分別在艙室108c的左右兩側(cè)，這兩個(gè)壓力的合力等于零。因此，艙室108c中的壓力不使滑塊108b向任何方向移動(dòng)。艙室108c與通道110d相通，于是加壓流體通過(guò)通道110d、導(dǎo)管118、和通道112c進(jìn)入環(huán)形區(qū)域104k。區(qū)域104k中的流體穿過(guò)孔102d進(jìn)入活塞缸102的內(nèi)腔102a。這樣施力于活塞104的左側(cè)承壓面104h。艙室108d與儲(chǔ)罐相通。當(dāng)滑塊108b在其最右端位置時(shí)，艙室108d與通道110s相通，于是在活塞缸102右端的環(huán)形區(qū)104l與儲(chǔ)罐相通。作用于活塞104右側(cè)的(第二)承壓面104i上的任何壓力都被釋放到儲(chǔ)罐。于是，作用于活塞104的合力使活塞104向右移動(dòng)。
在圖7中，加壓流體還通過(guò)通道110p(在圖7中用虛線表示)從艙室108c輸送到槽110j，然后流體從槽110j穿過(guò)邏輯孔106d進(jìn)入邏輯管106的通道106a。在活塞104全部縮進(jìn)的一瞬間，邏輯通道106a的邏輯孔106e和邏輯通道106b的邏輯孔106h都正對(duì)著槽104c，從而在通道106a和106b之間形成流動(dòng)路徑。(注意除了振蕩裝置處于完全縮進(jìn)或完全伸出的那一時(shí)刻之外，在振蕩裝置100運(yùn)行周期中的任何時(shí)候，通道106a和106b之間的通道都是堵塞的，所以，沒(méi)有通過(guò)通道106a和106b的流動(dòng))。通道106b與邏輯孔106i相通，而邏輯孔106i通到邏輯槽110k。邏輯槽110k與通道110q(在圖7中用虛線表示)連通，該通道110q又依次接于右側(cè)的伺服艙108e。在艙室108e之中，壓力作用在滑塊108b的右側(cè)承壓面108k上。同時(shí)，原來(lái)在左艙室108f的加壓流體通過(guò)端艙108i和泄放口108j泄放到儲(chǔ)罐。因此，由于作用于108k面上的力，有推動(dòng)滑塊108b向左移動(dòng)的凈壓力存在。
滑塊108b啟動(dòng)并向左側(cè)位置移動(dòng)(這個(gè)滑塊位置見(jiàn)圖8)。當(dāng)滑塊108b移到左側(cè)時(shí)，左側(cè)端艙108f中的流體通過(guò)通道108i和泄放口108j泄放出去。泄放口108j限制來(lái)自端艙108f的流體流動(dòng)，所以在滑塊108b啟動(dòng)時(shí)不會(huì)引起沖擊。
當(dāng)滑塊108b移到左側(cè)位置時(shí)，加壓流體注入通道110s。加壓流體進(jìn)入環(huán)形區(qū)104l，然后通過(guò)孔102f進(jìn)入比鄰活塞104的104i面的艙室。流體繼續(xù)通過(guò)導(dǎo)管118、通道112c、環(huán)形區(qū)104k、孔102d、活塞缸102的內(nèi)腔104b進(jìn)入艙室108c和通道110d。承壓面104i的面積是104h面積的兩倍，所以活塞104開(kāi)始向左移動(dòng)。一旦活塞104開(kāi)始伸出，邏輯孔106d，106e，106f，106g，106h，以及106i都不再對(duì)著邏輯槽104c或104d；邏輯孔106d-106i都被內(nèi)腔104b的壁面堵住。在活塞104處于全部縮進(jìn)和全部伸出兩個(gè)位置之間時(shí)，沒(méi)有流體通過(guò)通道106a-106c。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候沒(méi)有加壓流體被輸送到右側(cè)端艙108e，所以艙室108e和通道108g中的流體通過(guò)泄放口108h泄放到儲(chǔ)罐。在此期間，伺服滑塊108b停在左側(cè)位置，直到活塞104達(dá)到圖8所示的全伸位置為止。
當(dāng)活塞104接近全伸出位置時(shí)，活塞104外表面104j堵住孔102d，但是孔102e還是敞開(kāi)的。這減少了環(huán)形區(qū)104k和活塞缸102的內(nèi)腔102a之間的流通面積，使活塞104的左移速度開(kāi)始變慢，以避免活塞104到達(dá)全部伸出位置并改變方向時(shí)的沖擊。這樣就形成了“液壓減震”。為了使活塞104平緩地減速并在抵達(dá)全伸位置時(shí)避免沖擊，借助于聚胺酯彈性緩沖墊126a進(jìn)一步為活塞104的左側(cè)承壓面104h減震。從而實(shí)現(xiàn)了活塞104的平緩的正弦移動(dòng)。
圖8表示活塞104處于全部伸出位置時(shí)振蕩裝置100的狀態(tài)，此刻恰好是在伺服滑塊108b再次移動(dòng)之前。在這個(gè)瞬間，通道106a的邏輯孔106e和通道106c的邏輯孔106f都對(duì)準(zhǔn)邏輯槽104d，從而在通道106a和通道106c之間形成流動(dòng)路徑。通道106c與邏輯孔106g相通，該邏輯孔又與邏輯槽110l相通。邏輯槽110l與通道110r相連(在圖8中用虛線表示)，該通道又依次連接到左側(cè)伺服艙108f。在伺服艙108f中，壓力作用在滑塊108b的左表面108l上。同時(shí)，在右側(cè)艙室108e中的加壓流體通過(guò)端艙108g和泄放口108h泄放到儲(chǔ)罐。因此有作用于108l的力，所以有推動(dòng)滑塊108b向右移動(dòng)的凈壓力。滑塊108b啟動(dòng)并移向右側(cè)位置(圖3表示伺服滑塊108b的這個(gè)位置)。
當(dāng)伺服滑塊108b移動(dòng)到右側(cè)位置時(shí)，艙室108d再次與通道110s相通，于是活塞缸102右端的環(huán)形區(qū)104l與儲(chǔ)罐連通。作用在活塞104右側(cè)(第二)承壓面104i上的壓力全部向儲(chǔ)罐釋放。此刻，作用在活塞104上的合力將活塞104向右移動(dòng)。當(dāng)活塞104回縮時(shí)，活塞104的內(nèi)腔104b中的流體通過(guò)由通道106j、邏輯孔106k、邏輯槽110m和通道110o組成的流動(dòng)路徑流出(見(jiàn)圖4)。一旦活塞104離開(kāi)全伸位置，邏輯孔106d-106i都被孔102a的內(nèi)壁面鎖閉。活塞104處于全伸位置和全縮位置之間的任何位置上的時(shí)候，沒(méi)有通過(guò)通道106a-106c的流體。因?yàn)榇藭r(shí)沒(méi)有加壓流體輸送到左側(cè)端艙108f，所以端艙108f和通道108i中的流體通過(guò)泄放口108j泄放到儲(chǔ)罐。在此期間，伺服滑塊108b保持在右側(cè)位置上，直到活塞104處于圖7所示的全縮位置為止。
當(dāng)活塞104接近全縮位置時(shí)，活塞104的外表面104j堵住孔102f(見(jiàn)圖5)，但是孔102g仍然是開(kāi)放的。這樣就減少了環(huán)狀區(qū)104l和活塞缸102的內(nèi)腔102a之間的流動(dòng)面積，從而使活塞104向右移動(dòng)的速度變慢，避免了活塞104到達(dá)全縮位置并改變方向時(shí)的沖擊，形成了有效的“液壓減震”。為了使活塞104平緩地減速并在抵達(dá)全部縮進(jìn)位置時(shí)避免沖擊，借助于聚胺酯彈性緩沖墊126b進(jìn)一步為活塞104右側(cè)承壓面減震。當(dāng)活塞104到達(dá)全縮位置時(shí)，振蕩裝置100的運(yùn)動(dòng)周期完成，振蕩裝置100再次處于圖7所示位置。
附加的液壓減震可以通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)(1)恰好是在活塞104到達(dá)全伸位置以前，將流體輸送到活塞104的左側(cè)承壓面104h，從而使活塞104在到達(dá)全伸位置之前的移動(dòng)速度降下來(lái)；以及(2)恰好是在活塞104到達(dá)全縮位置以前，將流體輸送到活塞104的右側(cè)承壓面104i，使活塞104在到達(dá)全縮位置之前的移動(dòng)速度降下來(lái)。
基本上說(shuō)，這是調(diào)整流體施加到活塞104承壓面的時(shí)機(jī)，并以顛倒伺服滑塊的移動(dòng)方向來(lái)完成這一調(diào)整，這個(gè)時(shí)機(jī)恰好是在活塞104到達(dá)它的伸出或者縮進(jìn)行程的終點(diǎn)以前。因而，伺服閥108不必在活塞104精確地處于全伸位置時(shí)變換閥門(mén)108的導(dǎo)通方向，伺服閥108可以在活塞104接近全伸位置時(shí)變換閥門(mén)導(dǎo)通方向。同樣地，伺服閥不必在活塞104精確地處于全縮位置時(shí)變換閥門(mén)108的導(dǎo)通方向，伺服閥108可以在活塞104接近全縮位置時(shí)變換閥門(mén)的導(dǎo)通方向。
這個(gè)時(shí)機(jī)的變化受邏輯管106的孔的位置(如106e，106f和106h)和/或活塞104上的切槽104c和104d位置影響。例如，將孔106e的位置向閥體110方向移動(dòng)或讓切槽104d遠(yuǎn)離閥體110都將產(chǎn)生在活塞104全伸之前變換伺服閥108導(dǎo)通方向的效果。類(lèi)似地，向閥體110方向移動(dòng)切槽104c將會(huì)在活塞104全縮之前變換伺服閥108的導(dǎo)通方向。
顯然，改變邏輯孔106e的位置將會(huì)影響縮進(jìn)以及伸出期間變換方向的時(shí)機(jī)。為了提供更大的調(diào)整伺服閥倒向時(shí)機(jī)的靈活性，最好在邏輯管106上添加縱向的第二加壓通道。按照本發(fā)明，一條通道在活塞104伸出時(shí)輸送加壓流體，而另一條通道在活塞104縮進(jìn)時(shí)輸送加壓流體。這就使得在邏輯管106中時(shí)機(jī)變化的調(diào)整變得比較容易，因?yàn)橐粭l通道上的孔可以朝閥體方向110移，同時(shí)另一條通道上的孔卻遠(yuǎn)離閥體110。這種結(jié)構(gòu)的邏輯管將在如下所示的示范的雙頭振蕩裝置200中予以說(shuō)明。
II.雙頭液壓傳動(dòng)裝置圖10表示一種農(nóng)用收割機(jī)400。收割機(jī)400有一個(gè)大刀具402，跨度可以達(dá)到32英尺或更寬。刀具402被分成兩部分402a和402b。各部分(402a和402b)分別由雙頭振蕩裝置200的各自的活塞(204和304)驅(qū)動(dòng)(示于圖11A和11B)。分成兩半的活動(dòng)刀具部分(402a和402b)在相反的方向上移動(dòng)。雙頭振蕩裝置200是先進(jìn)的，因?yàn)橹灰钊?04和304同步，二個(gè)反向移動(dòng)的活塞204和304賦予收割機(jī)400的沖擊將相互抵銷(xiāo)。
圖15和16是雙頭液壓振蕩裝置的示意圖。在雙頭振蕩裝置200中，液壓活塞缸中的活塞桿204a和304a(軸)同時(shí)反方向伸出，然后同時(shí)縮進(jìn)，于是產(chǎn)生了所需的動(dòng)作。第二液壓活塞缸302中的活塞桿304a與第一活塞桿204a沿相同的軸線移動(dòng)，但是移動(dòng)方向相反。伺服閥閥門(mén)208充當(dāng)開(kāi)關(guān)，完成活塞桿204a和304a伸縮的切換控制。在全伸位置(見(jiàn)圖16)，伺服閥閥門(mén)208切換到縮進(jìn)設(shè)置，改變流體流動(dòng)方向，于是活塞桿204a、304a收縮。在全縮位置(見(jiàn)圖15)，伺服閥門(mén)208再次切換和改變加壓流體流動(dòng)路徑，于是活塞桿204a和304a伸出。按照本發(fā)明，每半個(gè)周期重新調(diào)整一次活塞桿204a，304a的同步運(yùn)動(dòng)。
如圖15和圖16所示，振蕩裝置200包括三部分方向控制閥門(mén)208、各自具有單根桿和雙重作用的液壓活塞缸202和302。圖15表示活塞缸開(kāi)始伸出時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)。加壓流體不斷的通過(guò)通道210d輸送到活塞204的承壓面204h，同時(shí)流體還不斷地通過(guò)通道310d輸送到活塞304的承壓面304h。這種流動(dòng)施加一個(gè)力推動(dòng)活塞204和304縮進(jìn)。
控制閥門(mén)208控制加壓流體通過(guò)通道210s向活塞204的第二承壓面204i的流動(dòng)和通過(guò)通道310s向活塞304的第二承壓面304i的流動(dòng)。在圖15所示位置，控制閥208提供流體，使活塞204和304伸出。承壓面204i和304i的面積比承壓面204h和304h的面積大(在示范實(shí)施方案中，204i和304i、204h和304h的面積比都是2∶1)。因而，在圖15所示狀態(tài)，一個(gè)較大的力作用于承壓面204i和304i，所以活塞204和304向伸出位置移動(dòng)。
閥門(mén)208的控制由伺服控制通道210q和210r完成。在圖15和圖16中，這些口被標(biāo)作A1-A5。在示范實(shí)施方案中，這些口由邏輯管206上的孔決定取舍(下面參照?qǐng)D12-圖14予以介紹)，這些孔是一致的。作用是在兩個(gè)方向上施加同樣大的力使伺服滑塊208移動(dòng)。
當(dāng)伺服閥閥門(mén)208處在中間位置時(shí)，泄放口208h和208j與通向儲(chǔ)罐的控制通道210q和210r連通。
圖16表示控制閥門(mén)208切換到倒向位置之后雙頭振蕩裝置200的狀態(tài)。加壓流體仍然不斷地通過(guò)通道210d輸送到活塞204的承壓面204h一側(cè)，同時(shí)流體也不斷地通過(guò)通道310d輸送到活塞304的承壓面304h一側(cè)。
現(xiàn)在控制閥208控制流動(dòng)，將活塞204的第二承壓面204i一側(cè)的流體經(jīng)通道210s輸送到儲(chǔ)罐，同時(shí)將活塞304的第二承壓面304i一側(cè)流體經(jīng)通道310s輸送到儲(chǔ)罐。作用于承壓面204h和304h的壓力不再受到活塞204和304的另一個(gè)承壓面(204i和304i)上的加壓流體的抵抗，于是活塞204和304回縮。
雙頭振蕩裝置200在大系統(tǒng)中可能特別有用。例如，單頭振蕩裝置100(見(jiàn)圖1-圖9)可以用在刀具長(zhǎng)達(dá)21英尺(大約七米)的農(nóng)用收割機(jī)上，而雙頭振蕩裝置200更適合大刀具(可以達(dá)到32英尺，甚至更長(zhǎng))。
雙頭振蕩裝置的構(gòu)造圖11A和11B是圖15和圖16所示的雙頭液壓振蕩裝置200的邏輯圖。振蕩裝置200產(chǎn)生的動(dòng)作是反向液壓活塞204和304各自同時(shí)伸出然后同時(shí)縮進(jìn)。在本發(fā)明的示范實(shí)施方案中，雙頭振蕩裝置200每個(gè)半周期重新調(diào)整一次兩個(gè)活塞204和304的同步(下面將予以介紹)。
在圖11A和圖11B中，伺服部分208被旋轉(zhuǎn)到活塞缸202和302的平面之中。本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員都懂得示范的伺服閥208實(shí)際上與活塞缸202和302所在平面正交。
示范的雙頭振蕩裝置200可以采用與單頭振蕩裝置100相同的零部件制造，但是有兩點(diǎn)例外即采用改進(jìn)過(guò)的閥體210和全然不同的邏輯管206，下面將詳細(xì)敘述。雙頭振蕩裝置200所有其他的零部件都與單頭振蕩裝置100一樣。除了左右兩邊活塞開(kāi)槽尺寸可能不同之外，雙頭振蕩裝置左右兩邊的液壓活塞缸和活塞是相似的。
為了容易理解，圖11A和圖11B中的參考數(shù)碼最后兩個(gè)數(shù)字與圖1-圖9中對(duì)應(yīng)部件(即，活塞缸202，活塞204，邏輯管206等)的數(shù)字一致。此外，除了機(jī)身210和伺服閥208以外，雙頭振蕩裝置200左右兩邊完全對(duì)稱(chēng)。還是為了容易理解，左右兩邊的驅(qū)動(dòng)器件的代碼的最后兩位也是一樣的(例如，左右活塞缸分別為202和302、左右活塞分別為204和304等)。閥體210、邏輯管206以及雙頭振蕩裝置200的操作在這里詳細(xì)地?cái)⑹?。其它的零部件的結(jié)構(gòu)與圖1-圖9所介紹的相同，在此不再重復(fù)。
除了向右側(cè)活塞304的承壓面304h和304i提供加壓流體的兩條附加通道310d和310s之外，閥體210類(lèi)似于單頭振蕩裝置100的閥體110。通道310d不斷地通過(guò)導(dǎo)管318、通道312c、環(huán)形區(qū)304k、孔302d和活塞缸內(nèi)腔302b向活塞304的承壓面304h一側(cè)提供加壓流體，與此同時(shí)通道210d也不斷地通過(guò)導(dǎo)管218、通道212c、環(huán)形區(qū)204k、孔202d和活塞缸內(nèi)腔202b向活塞204的承壓面204h一側(cè)提供加壓流體。
通道310s通過(guò)環(huán)形區(qū)3041、孔302f和活塞缸302的內(nèi)腔302a向活塞304的第二承壓面304i一側(cè)提供加壓流體。同樣，通道210s通過(guò)環(huán)形區(qū)204l、孔202f，和活塞缸202a的內(nèi)腔202a向活塞204的第二承壓面204i一側(cè)提供加壓流體。
除了兩條通道310d和310s之外，閥體210的結(jié)構(gòu)與圖1-圖9所示的閥體110的結(jié)構(gòu)是相同的。值得注意的是除了兩邊的活塞槽可能不同之外，閥體210中的平底孔310c與210b是類(lèi)似的。
圖12-圖14表示在雙頭振蕩裝置200中使用的邏輯管206。邏輯管206包含多條限定流體邏輯路徑的通道，這些通道每半個(gè)周期調(diào)整一次活塞204和304的同步。邏輯管206中有五條邏輯通道252b、254b、256b、258b、260b和一條由通道262b1和262b2組成的泄放通道。這些通道全部平行于邏輯管206的縱軸。
第一通道252b上有邏輯孔252a和252c。邏輯孔252c將通道252b與邏輯槽210j連通，邏輯槽210j總是通過(guò)通道210p與加壓流體相通。當(dāng)活塞204處于回縮位置時(shí)，邏輯孔252a對(duì)準(zhǔn)邏輯槽204c(見(jiàn)圖11A)，當(dāng)活塞204處于伸出位置時(shí)，該孔對(duì)準(zhǔn)邏輯槽204d(見(jiàn)圖11B)。當(dāng)活塞204處于其他位置時(shí)，邏輯孔252a被活塞204內(nèi)表面鎖閉。
邏輯通道254b上有邏輯孔254a和254c。當(dāng)活塞204和304處于回縮位置時(shí)，邏輯孔254a將通道254b與邏輯槽204c連通，而且邏輯孔254c將通道254b與邏輯槽304c連通。當(dāng)活塞204和304在任何其它位置時(shí)，邏輯孔254a和254c兩者分別被活塞204和304的內(nèi)表面堵塞。
邏輯通道256b上有邏輯孔256a和256c。當(dāng)活塞204和304處于伸出位置時(shí)，邏輯孔256a將通道256b與邏輯槽204d連接起來(lái)，而且邏輯孔256c將通道256b與邏輯槽304d連接起來(lái)(見(jiàn)圖11B)。當(dāng)活塞204和304在任何其它位置時(shí)，邏輯孔256a和256c兩者分別被活塞204和304的內(nèi)表面堵塞。
邏輯通道258b上有邏輯孔258a和258c。邏輯孔258a將通道258b與邏輯槽210k連接起來(lái)，邏輯槽210k總是通過(guò)通道210q(圖11A用虛線表示)與伺服閥右端艙208e連通。當(dāng)活塞304處于回縮位置時(shí)，邏輯孔258c對(duì)準(zhǔn)邏輯槽304c(見(jiàn)圖11A)。當(dāng)活塞304處于任何其他位置時(shí)，邏輯孔258c被活塞304的內(nèi)表面堵塞。
邏輯通道260b上有邏輯孔260a和260c。邏輯孔260a將通道260b與邏輯槽210l連接起來(lái)，邏輯槽210l總是通過(guò)通道210r(圖11B用虛線表示)與伺服閥左端艙208f連通。當(dāng)活塞304處于伸出位置時(shí)，邏輯孔260c對(duì)準(zhǔn)邏輯槽304d(見(jiàn)圖11B)。當(dāng)活塞304處于任何其他位置時(shí)，邏輯孔260c被活塞304的內(nèi)表面堵塞。
泄放管262b1和262b2貫穿邏輯管206的長(zhǎng)度。泄放管262b1和262b2借助于連通管(圖中未表示)相互連通，所以形成一條有效的泄放通道。泄放管262b2與孔262a相通，孔262a始終對(duì)準(zhǔn)泄放槽210m，允許流體通過(guò)。當(dāng)活塞204和304回縮時(shí)，在活塞204和304的中心孔204b和304b中積累的流體經(jīng)過(guò)泄放管262b1和262b2返回到泄放口D。
雙頭振蕩裝置的操作首先參照?qǐng)D11A介紹雙頭振蕩裝置200的運(yùn)行情況。圖11A表示當(dāng)活塞204和304兩者同時(shí)回縮時(shí)雙頭振蕩裝置200的狀態(tài)，此刻恰好在伺服閥滑塊208b啟動(dòng)并開(kāi)始向左移動(dòng)之前。隨著活塞回縮，邏輯管206上的邏輯孔252a和254a與邏輯槽204c對(duì)準(zhǔn)，形成完整的流動(dòng)路徑(圖中用箭頭表示)。在邏輯管206的另一端，邏輯孔254c和258c與邏輯槽304c對(duì)準(zhǔn)。如上所述，邏輯孔252c總是通過(guò)通道210p和邏輯槽210j與加壓口P相通，而邏輯孔258a總是通過(guò)通道210q和邏輯槽210k與伺服閥208的右端艙室208e相通。
這樣，形成了一條閉合的流動(dòng)路徑，通過(guò)通道210p、邏輯槽210j、邏輯孔252c、通道252b、邏輯孔252a、邏輯槽204c、邏輯孔254a、通道254b、邏輯孔254c、邏輯槽304c、邏輯孔258c、通道258b、邏輯孔258a、邏輯槽210k、和通道210q，加壓口P與右側(cè)艙室208e連通。于是，在端艙208e中建立起壓力，驅(qū)動(dòng)伺服閥滑塊208b完成切換。一旦伺服閥完成切換，加壓流體通過(guò)通道210s和310s進(jìn)入環(huán)形區(qū)204l和304l，然后經(jīng)過(guò)活塞缸的孔進(jìn)入活塞缸202和302并最終將壓力施加給承壓面204i和304i，從而推動(dòng)活塞缸204和304伸出，伸出方式與圖7所介紹的內(nèi)容相同。
按照?qǐng)D11A的實(shí)施方案，當(dāng)兩個(gè)活塞204和304同時(shí)完全縮進(jìn)時(shí)才能在加壓口P和右側(cè)艙室208e之間形成閉合的回路。如果由于某種原因活塞204和304中的一個(gè)被卡住或慢下來(lái)，那么，流體回路就是斷開(kāi)的，直到兩個(gè)活塞到達(dá)全縮位置為止。由于在兩個(gè)活塞204和304全部回縮之前這條回路不會(huì)形成，所以在兩個(gè)活塞全部回縮之前伺服閥208也不會(huì)進(jìn)行切換。因此，每當(dāng)活塞全部縮進(jìn)時(shí)，振蕩器200自動(dòng)地恢復(fù)兩個(gè)活塞204和304同步(下面說(shuō)明兩個(gè)活塞204和304全部伸出時(shí)也發(fā)生再同步)。
如上所述，當(dāng)活塞204在全伸位置和全縮位置之間移動(dòng)時(shí)，邏輯孔252a、254a、和256a全被活塞204的內(nèi)壁堵塞。因此，在加壓口P和艙室208e之間不能形成流體回路。同樣地，如果活塞304處在全伸位置和全縮位置之間，邏輯孔254c、256c、258c和260c被活塞304內(nèi)壁堵塞。因此，在加壓口P和艙室208e之間不能形成流體回路(而且伺服閥208不能切換)。一個(gè)內(nèi)邏輯機(jī)構(gòu)安裝在活塞的內(nèi)孔中，并且能在內(nèi)孔中輕輕地滑動(dòng)。內(nèi)邏輯機(jī)構(gòu)有第一和第二耦合通道。當(dāng)活塞處在第一位置時(shí)，第一耦合機(jī)構(gòu)借助于第一邏輯槽與第二耦合機(jī)構(gòu)溝通，而且第二耦合機(jī)構(gòu)與第一伺服通道溝通。當(dāng)活塞處在第二位置時(shí)，第一耦合機(jī)構(gòu)借助于第二邏輯槽與第二耦合機(jī)構(gòu)溝通，而且第二耦合機(jī)構(gòu)與第二伺服通道溝通，這樣交替地變換伺服閥的動(dòng)作、改變流體的流動(dòng)使流體至少流入活塞缸的一端，從而產(chǎn)生活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下一個(gè)感興趣的系統(tǒng)狀態(tài)是圖11B所示的狀態(tài)。
圖11B表示活塞204和304都處于全伸位置時(shí)振蕩裝置200的狀態(tài)，此刻恰好是伺服滑塊208b完成切換開(kāi)始向右移動(dòng)。隨著活塞伸出，邏輯管206上的邏輯孔252a和256a對(duì)準(zhǔn)邏輯槽204d，形成箭頭所示流動(dòng)回路。在邏輯管206的另一端，邏輯孔256c和260c對(duì)準(zhǔn)邏輯槽304d。如上所述，邏輯孔252c是總是通過(guò)通道210p和邏輯槽210j與加壓口P相通，而邏輯孔260a又總是通過(guò)通道210r和邏輯槽210l與伺服閥208的左艙室208f相連。
因此，形成一條閉合的流動(dòng)路徑，通過(guò)通道210p、邏輯槽210j、邏輯孔252c、通道252b、邏輯孔252a、邏輯槽204d、邏輯孔256a、通道256b、邏輯孔256c、邏輯槽304d、邏輯孔260c、通道260b、邏輯孔260a、邏輯槽210l、和通道210r，加壓口P與左艙室208f連通。于是，在端艙208f建立起壓力，引起伺服滑塊208b切換。一旦伺服閥完成切換，通道210s和310s與儲(chǔ)罐連通，依次釋放環(huán)形區(qū)204l和304l、活塞缸202和302、最后是承壓面204i和304i的壓力。這將引起活塞204和304的回縮，回縮方式與前面結(jié)合圖8介紹的單頭振蕩裝置相同。
按照?qǐng)D11A和11B的另一種情況，只在活塞204和304同時(shí)完全伸出時(shí)，在加壓口P和左端艙208f之間才能形成閉合的流動(dòng)路徑。如果活塞204或者304之中有一個(gè)被卡住或者慢下來(lái)，流動(dòng)路徑仍然是斷開(kāi)的，直到兩個(gè)活塞都達(dá)到全伸位置為止。由于這條流動(dòng)路徑只在兩個(gè)活塞204和304都處于全伸狀態(tài)時(shí)才形成，所以伺服閥208在兩個(gè)活塞都達(dá)到全伸位置之前不切換。只要伺服閥208不切換，兩個(gè)活塞都不回縮。因此，活塞每次全伸，振蕩裝置200都自動(dòng)地重新調(diào)整一次活塞204和304的同步。
對(duì)于采用雙頭振蕩裝置驅(qū)動(dòng)大載荷，恢復(fù)同步的特性是重要的；不能維持同步將引起不受歡迎的振動(dòng)和共振問(wèn)題。自同步特性允許動(dòng)態(tài)力存在，這些動(dòng)態(tài)力在每個(gè)伸或縮行程結(jié)束時(shí)將被重新調(diào)整過(guò)來(lái)。應(yīng)用如上所述，單頭振蕩裝置100和雙頭振蕩裝置200可以用于驅(qū)動(dòng)適合各種應(yīng)用的切割刀片。這些應(yīng)用包括(但不限于)農(nóng)用聯(lián)合收割機(jī)、飼草收割機(jī)、草坪修整機(jī)、和雜草切除機(jī)。這些刀具可以在機(jī)動(dòng)車(chē)輛上使用，其應(yīng)用范圍可以從較小的擺動(dòng)切削刀具(用于整理高爾夫球場(chǎng)或大的草坪)到重達(dá)若干噸的大型收割機(jī)。通過(guò)使用原來(lái)為飛機(jī)起落架研制的密封件120、122和耐磨環(huán)124，按照本發(fā)明制造的振蕩裝置能夠適應(yīng)橫向載荷。就發(fā)明者所知，這種能力超過(guò)任何早期技術(shù)支持的液壓振蕩裝置。因此，示范振蕩裝置能在安裝期間支持切削刀具的重量。同時(shí)，密封件120、122確保低滲漏和高效率(在活塞104的平底孔內(nèi)也允許用它密封中心邏輯管106)。
示范振蕩裝置在入口壓力大約是每平方英寸3000磅、入口流動(dòng)速度介于每分鐘22和32加侖的環(huán)境下可以運(yùn)行。典型的切削刀具重量預(yù)計(jì)在20-30磅左右。振蕩裝置100和200每個(gè)行程輸出很大的力，動(dòng)態(tài)力大約是1000磅，靜態(tài)力可能達(dá)到1500至3000磅。系統(tǒng)中包括一個(gè)小型儲(chǔ)油箱可能是有利的，它的儲(chǔ)存能力大約是三升(大約3/4加侖)。
本發(fā)明可以在其它類(lèi)型的往復(fù)運(yùn)動(dòng)設(shè)備上使用。例如，單頭振蕩裝置可以與鑿巖機(jī)配套，使鉆孔設(shè)備自動(dòng)化(這需要采用比往復(fù)式收割機(jī)慢的周期速率運(yùn)行)。
按照本發(fā)明生產(chǎn)的振蕩裝置還可以作為動(dòng)力源用于高壓增強(qiáng)器。比如，可以將本發(fā)明的振蕩裝置用作于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓錘或打樁機(jī)的動(dòng)力源。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照示范實(shí)施方案作了敘述，但是并不僅限于此。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的真締和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)和改型，本發(fā)明的內(nèi)容受附加的權(quán)利要求的保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)農(nóng)機(jī)刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)的雙頭液壓振蕩裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙頭液壓振蕩裝置包括位于相對(duì)方向的第一和第二活塞；以及用于控制加壓流體的流動(dòng)，從而控制所述第一和第二活塞交替伸縮的換向伺服閥。
3.一種用于農(nóng)用收割機(jī)的刀具組合件，包括根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙頭液壓振蕩裝置，以及由所述的第一或第二活塞驅(qū)動(dòng)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第一和第二刀具。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙頭液壓振蕩裝置，還包括用于同步所述第一和第二活塞伸出的同步機(jī)構(gòu)；以及用于同步所述第一和第二活塞回縮的同步機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙頭液壓振蕩裝置，其中，所述伸出同步機(jī)構(gòu)包括一個(gè)第一流動(dòng)路徑，它用于輸送加壓流體以改變所述伺服閥的導(dǎo)通方向，只要所述第一和第二活塞不同時(shí)逼近回縮位置，所述第一流動(dòng)路徑就是堵塞的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙頭液壓振蕩裝置，其中所述回縮同步機(jī)構(gòu)包括一個(gè)第二流動(dòng)路徑，它用于輸送加壓流體以改變所述伺服閥的導(dǎo)通方向，只要所述第一和第二活塞不同時(shí)逼近伸出位置，所述第二流動(dòng)路徑就是堵塞的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙頭液壓振蕩裝置，其中所述的第一和第二流動(dòng)路徑穿過(guò)一個(gè)中心邏輯管，所述中心邏輯管有第一端和第二端，所述第一端和第二端分別滑合安裝在所述第一和第二活塞中。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙頭液壓振蕩裝置，其中所述的回縮同步機(jī)構(gòu)包括一流動(dòng)路徑，它用于輸送加壓流體以改變所述伺服閥的導(dǎo)通方向，只要所述第一和第二活塞不同時(shí)逼近伸出位置，所述流動(dòng)路徑就是堵塞的。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液壓振蕩裝置，其中所述的每個(gè)活塞分別在各自的活塞缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且每個(gè)活塞的外圓表面都是密封的，以防止所述活塞在所述活塞缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)活塞兩側(cè)的流體滲漏。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液壓振蕩裝置，其中所述伺服閥是一個(gè)三通定位滑閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液壓振蕩裝置，還包括一個(gè)容納所述伺服閥的閥體，所述伺服閥的縱軸線與每個(gè)活塞縱軸線垂直。
12.一種用于農(nóng)用收割機(jī)的刀具組合件，包括根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙頭液壓振蕩裝置，以及由所述的第一和第二活塞驅(qū)動(dòng)的第一和第二往復(fù)運(yùn)動(dòng)刀具。
13.一種液壓振蕩裝置，該裝置的特征在于包括一個(gè)活塞缸，它有對(duì)置的第一端和第二端；一伺服閥換向裝置，用于控制加壓流體向所述的第一端和第二端之一的流動(dòng)，該伺服閥換向裝置包括用于控制所述伺服閥換向的第一和第二伺服通道；一個(gè)在所述活塞缸內(nèi)的第一位置和第二位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，所述活塞有一內(nèi)孔，所述內(nèi)孔中有第一和第二環(huán)形邏輯槽；以及位于由所述內(nèi)孔滑動(dòng)地接受的內(nèi)邏輯裝置，所述內(nèi)邏輯裝置有第一和第二耦合裝置，只有當(dāng)上述活塞逼近上述的第一位置時(shí)，所述第一耦合裝置借助于上述的第一邏輯槽與所述第二耦合裝置溝通，而且所述第二耦合裝置與所述第一伺服通道溝通，以允許流體通過(guò)，以及只有當(dāng)上述活塞逼近上述的第二位置時(shí)，所述第一耦合裝置借助于上述的第二邏輯槽與第二耦合裝置溝通，第二耦合裝置與第二伺服通道溝通，以允許流體通過(guò)，借此交替地變換所述伺服閥裝置的導(dǎo)通方向以改變流體流動(dòng)方向，使流體流向所述第一和第二活塞缸的至少一端，從而實(shí)現(xiàn)所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種液壓振蕩裝置，其中所述的第二耦合裝置包括第一和第二邏輯通道，當(dāng)上述活塞逼近上述的第一位置時(shí)，所述第一邏輯通道與上述的第一邏輯槽和第一伺服通道連通，以允許流體通過(guò)；當(dāng)所述活塞逼近上述的第二位置時(shí)，所述第二邏輯通道與上述的第二邏輯槽和第二伺服通道連通，以允許流體通過(guò)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述一種的液壓振蕩裝置，其中所述活塞的外圓表面是密封的，以防止在所述活塞缸的第一端和第二端之間流體滲漏。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種液壓振蕩裝置，其中所述活塞缸有多個(gè)限流孔，用于釋放所述活塞缸的第一端或第二端中的流體，上述限流孔被安排在適當(dāng)位置上，以致當(dāng)所述活塞在所述活塞缸內(nèi)固定的距離上移動(dòng)時(shí)，所述活塞將所述限流孔堵塞，以便限制流體從活塞缸的那一端流出，以此降低所述活塞的速度。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種液壓振蕩裝置，其中所述的加壓流體不斷地被輸送到上述活塞的第一承壓面，該承壓面面對(duì)活塞缸的一端，而且面對(duì)活塞缸另一端的第二承壓面承受加壓流體壓力的面積比所述活塞的第一承壓面的面積大。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種液壓振蕩裝置，其中所述的伺服閥機(jī)構(gòu)是三通定位滑閥。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種液壓振蕩裝置，其中所述活塞的第二承壓面的面積大約是該活塞第一承壓面面積的兩倍，因此，加壓流體單獨(dú)作用于該活塞第一承壓面的力(第一力)與加壓流體同時(shí)作用于該活塞第一和第二承壓面時(shí)產(chǎn)生的合力(第二力)大小基本相等但方向相反，并且所述的伺服閥裝置是一個(gè)三通伺服滑閥，它有一個(gè)關(guān)閉位置以及第一和第二開(kāi)啟位置，在第一開(kāi)啟位置處，加壓流體只施力于第一承壓面，而在第二開(kāi)啟位置，加壓流體同時(shí)施力于第一和第二承壓面。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種液壓振蕩裝置，其中，當(dāng)所述伺服閥裝置換向時(shí)，所述第二承壓面交替地與加壓流體或儲(chǔ)罐連通。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種液壓振蕩裝置，還包括是一個(gè)容納伺服閥裝置的閥體，所述伺服閥裝置的縱軸線與所述活塞缸的縱軸線垂直。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的一種液壓振蕩裝置，還包括是一個(gè)安裝到所述閥體上的端蓋，所述活塞缸安裝在所述閥體和所述端蓋之間，所述端蓋包括在所述活塞缸一端相對(duì)于所述活塞表面的不斷輸送加壓流體的裝置。
23.一種刀具組合件，包括一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓振蕩裝置，以及由該液壓振蕩裝置驅(qū)動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的刀桿。
24.一種雙頭液壓振蕩裝置，其特征在于包括第一和第二活塞缸，每個(gè)活塞缸都有對(duì)置的第一端和第二端；伺服閥換向裝置，該裝置用于控制加壓流體流向每個(gè)活塞缸兩端之中的至少一端，該裝置包括用于控制所述伺服閥裝置換向的第一和第二伺服通道；第一和第二活塞，兩個(gè)活塞分別在各自的活塞缸中的第一和第二位置之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且每個(gè)所述活塞都有一內(nèi)孔，所述第一活塞的所述內(nèi)孔中有第一和第二環(huán)形邏輯槽；以及內(nèi)邏輯裝置，分別滑合裝配在所述第一和第二活塞的所述內(nèi)孔中，所述內(nèi)邏輯裝置有第一和第二耦合裝置，只有當(dāng)所述第一和第二活塞都逼近所述的第一位置時(shí)，借助于所述第一活塞的第一邏輯槽，所述的第一耦合裝置與第二耦合裝置溝通，并且第二耦合裝置與第一伺服通道溝通，以允許流體通過(guò)；只有當(dāng)所述第一和第二活塞都逼近所述的第二位置時(shí)，借助于所述第一活塞的第二邏輯槽，所述的第一耦合裝置與第二耦合裝置溝通，并且第二耦合裝置與第二伺服通道溝通，以允許流體通過(guò)；這樣交替地變換所述伺服閥裝置的導(dǎo)通方向以改變流體流動(dòng)方向，使流體流向每個(gè)活塞缸的所述第一和第二端中的至少一端驅(qū)動(dòng)第一和第二活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的一種雙頭液壓振蕩裝置，其中所述的第二耦合裝置包括第一、第二、第三、和第四邏輯通道，其中當(dāng)所述第一和第二活塞逼近所述第一位置時(shí)，所述第一邏輯通道與所述第一活塞的所述第一邏輯槽和所述第二活塞的所述第一邏輯槽耦合，而所述第二邏輯通道與所述第二活塞的所述第一邏輯槽和所述第一伺服通道耦合；以及當(dāng)所述第一和第二活塞逼近所述第二位置時(shí)，所述第三邏輯通道與所述第一活塞的所述第二邏輯槽和所述第二活塞的所述第二邏輯槽耦合，而所述第四邏輯通道與所述第二活塞的所述第二邏輯槽以及所述第二伺服通道耦合，從而在第一和第二位置處對(duì)所述第一和第二活塞的運(yùn)行進(jìn)行再同步.
26.一種制造雙頭液壓振蕩裝置的方法，其特征在于包括下述步驟提供第一和第二活塞缸，每個(gè)活塞缸都有對(duì)置的第一和第二端；將每個(gè)活塞缸的第一端插入閥體，該機(jī)身中裝配有換向伺服閥裝置用于控制加壓流體流到活塞缸的第一和第二端中的至少一端；將內(nèi)邏輯裝置插入所述的閥體；將活塞分別插入各自的活塞缸，該活塞缸適合活塞在其中的第一和第二位置之間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)活塞都有一個(gè)內(nèi)孔，每個(gè)內(nèi)孔中都有第一和第二環(huán)形邏輯槽，上述的內(nèi)邏輯裝置滑合裝配在每一內(nèi)孔中，所述的內(nèi)邏輯裝置有用于交替地變換伺服閥裝置導(dǎo)通方向的耦合裝置，伺服閥裝置改變流體流動(dòng)方向，使之流向第一和第二活塞缸的至少一端，以驅(qū)動(dòng)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)；將每個(gè)活塞缸的第二端分別插入端蓋的平底孔中，每個(gè)端蓋上都裝有向裝配在該端蓋上的活塞缸的第二端輸送加壓流體的裝置；以及然后將每個(gè)端蓋都和所述機(jī)身固定好，形成所述的雙頭液壓振蕩裝置。
全文摘要
一種用于驅(qū)動(dòng)農(nóng)用機(jī)械刀具的雙頭液壓振蕩裝置。該裝置有兩個(gè)在相反方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞；以及在每個(gè)振蕩周期完成兩次恢復(fù)同步作業(yè)的伺服閥。所述伺服閥內(nèi)部的構(gòu)造交替地變換伺服閥導(dǎo)通反向，改變流體流動(dòng)方向，使流體至少流入活塞缸的一端，以使活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F03C1/007GK1164954SQ97104230
公開(kāi)日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1997年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月9日
發(fā)明者肯納斯·W·澤勒 申請(qǐng)人:索爾-桑得斯特雷德-控制概念公司