具有壓力補償?shù)碾姳壤葘吞嵘y的制作方法
【專利摘要】一種常閉的電磁線圈致動的壓力補償?shù)谋壤簤毫鲃涌刂崎y（4），包括流體流動控制提升閥（5）、先導操作器（6）、電磁線圈操作器（7）和壓力補償器（8）。提升閥（5）包括提升閥芯（31）和底座（32）。先導操作器（6）包括導向器（36）和導向器底座（37）。電磁線圈操作器（7）包括電磁線圈管（42）和電樞（44）。壓力補償器（8）包括壓力平衡的壓力補償器閥芯（58）、較小直徑的壓差補償器控制活塞（64）以及平衡作用在補償器控制活塞（64）上的力的彈簧（61）。補償器控制活塞（64）移動補償器閥芯（58），以維持穿過提升閥（5）的大體恒定的壓差。閥（4）可用于許多液壓系統(tǒng)。還公開了類似的常開閥（104）。
【專利說明】具有壓力補償?shù)碾姳壤葘吞嵘y
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請主張2011年3月22日提交的美國臨時申請第61/466，163號的遞交日權(quán)益,其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及液壓控制閥的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及具有壓力補償?shù)囊簤毫髁靠刂崎y。仍然更具體地，本發(fā)明涉及具有整體低泄漏和最佳流動壓力補償特征、具有常開或常閉的構(gòu)造的盒式提升型電比例閥(cartridge style poppet typeelectro-proportional vlave)。
【背景技術(shù)】
[0004]液壓控制閥是眾所周知的并且適于多種應(yīng)用。電磁致動的液壓控制閥典型地具有圍繞電樞和端蓋或塞子的線圈。電樞和蓋由鐵磁性材料制成并且同軸地設(shè)置成在電樞與蓋之間具有氣隙。閥構(gòu)件從電樞延伸。當線圈被激勵時，電樞以及因此閥構(gòu)件因磁通力而移動通過氣隙。對于比例電磁致動液壓控制閥而言，閥構(gòu)件的運動與電磁線圈的輸入電流成比例。
[0005]一種比例電磁控制閥是先導型閥(pilot-operated valve),即具有先導閥構(gòu)件和主閥構(gòu)件的閥。這種閥中的電磁線圈控制電樞的位置，以將先導閥移動到致動位置，由此允許主閥構(gòu)件的運動。先導型閥大部分典型地用于必須平穩(wěn)控制流動的高壓情形。
[0006]電比例先導型提升式閥用來控制許多應(yīng)用中的流動。它們基于所施加的電量提供流動開口。這些能夠是常開或常閉式閥，流動根據(jù)所施加的電流增大或減小。提升閥的優(yōu)點是當完全關(guān)閉時提供低泄漏。這與短管閥(spool valve，柱形閥)相比，其可用于節(jié)流但是其可傾向于允許泄漏，這可允許保持在高位的載荷隨時間漂移。
[0007]在提升閥基于施加到電磁線圈的電流而控制流動時，穿過提升閥的壓差的任何變化會改變提升閥的任一指定大小的開口的流量。一種補救方法是使用具有維持穿過提升閥開口的恒定壓降的單獨的傳統(tǒng)壓力補償閥芯的電比例提升閥。該方法的問題是補償器閥芯本身泄漏并允許載荷漂移。在補償器閥芯上添加密封件能夠幫助控制泄漏，但是會增大閥的性能的磁滯現(xiàn)象。
[0008]另外，期望將補償器閥芯的直徑選擇為使得穿過補償器閥芯的流量最大但壓力損失最小。這意味著補償器閥芯的直徑應(yīng)選擇為與提升閥允許的尺寸一樣大。而且，為了使補償器閥芯維持穿過提升閥的恒定高壓降以便提供穿過提升閥的高流速，直徑相對大的傳統(tǒng)補償器閥芯需要相對高的預(yù)載荷補償器彈簧。這是因為穿過提升閥的壓降也存在于補償器閥芯上，補償器彈簧必須平衡由該壓差引起的傳統(tǒng)的補償器閥芯上的反作用力。當提升閥用于盒式液壓閥組件時，因至少部分地考慮到傳統(tǒng)的補償器閥芯的這些典型的設(shè)計，由盒式設(shè)計強加的固有空間限制可限制或排除使用高壓降的傳統(tǒng)壓力補償器閥芯以及與盒一體的補償器彈簧。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明提供一種允許補償器彈簧的尺寸減小同時維持高壓降和高流速的壓力補償器。進一步，本發(fā)明的壓力補償器最小化通過壓力補償器的泄漏以最小化載荷的漂移。壓力補償器包括壓力平衡的補償器閥芯以及壓力不平衡或存在壓差的補償器控制活塞。補償器控制活塞作用于補償器閥芯，補償器彈簧作用于補償器閥芯并抵靠補償器控制活塞。補償器控制活塞包括提升閥，當穿過提升閥無流動并且載荷保持在固定位置時，該提升閥關(guān)閉并最小化通過補償器的泄漏。
[0010]更具體地，壓力補償器控制穿過閥區(qū)域的壓差。壓力補償器包括補償器閥芯和補償器控制活塞。補償器閥芯限定可變的流體流動孔口，流體流動區(qū)域由補償器閥芯的位置確定。補償器控制活塞作用于補償器閥芯，以移動補償器閥芯并改變補償器閥芯的位置，從而控制穿過閥區(qū)域的壓差。
[0011]補償器閥芯是壓力平衡的，補償器控制活塞是壓力不平衡的。補償器控制活塞具有暴露于閥區(qū)域一側(cè)的流體壓力的第一側(cè)向橫截區(qū)域和暴露于在閥區(qū)域另一側(cè)的流體壓力的相對面向的第二側(cè)向橫截區(qū)域。補償器控制活塞的第一側(cè)向橫截區(qū)域和第二側(cè)向橫截區(qū)域基本上相等。補償器閥芯具有暴露于閥區(qū)域的一側(cè)的流體壓力的第一和第二相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域，補償器閥芯的第一和第二側(cè)向橫截區(qū)域基本上相等。補償器控制活塞的每個第一和第二側(cè)向橫截區(qū)域小于補償器閥芯的每個第一和第二側(cè)向橫截區(qū)域。
[0012]補償器控制活塞沿一個縱向方向作用于補償器閥芯。補償器還包括彈簧，彈簧沿著與所述一個縱向方向相反的縱向方向作用于補償器閥芯或補償器控制活塞。補償器閥芯具有暴露于來自閥區(qū)域的下游側(cè)的流體壓力的相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域，從而設(shè)置壓力平衡補償器閥芯。補償器控制活塞具有相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域，其區(qū)域中的一個暴露于來自閥區(qū)域的上游側(cè)的流體壓力，其區(qū)域中的另一個暴露于來自閥區(qū)域的下游側(cè)的流體壓力，從而形成壓差控制活塞。因作用在控制活塞上的壓差所產(chǎn)生的不平衡力由彈簧平衡。
[0013]位于上游側(cè)與下游側(cè)之間的控制活塞周圍存在泄漏流路。補償器控制活塞包括閥表面，當補償器控制活塞沿一個縱向方向移動時，所述閥表面基本上完全關(guān)閉補償器控制活塞周圍的泄漏流體流路。
[0014]閥區(qū)域由提升閥和閥底座限定。補償器包括彈簧，該彈簧沿著與控制活塞作用于補償器閥芯的方向相反的縱向方向作用于補償器閥芯。補償器閥芯的側(cè)向橫截區(qū)域包括相對面向的基本上相等的側(cè)向橫截區(qū)域，其暴露于來自閥區(qū)域的上游側(cè)的基本上相等的流體壓力。補償器控制活塞的側(cè)向橫截區(qū)域包括基本上相等的相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域，其區(qū)域中的一個暴露于來自閥區(qū)域的上游側(cè)的流體壓力，其區(qū)域中的另一個暴露于來自閥區(qū)域的下游側(cè)的流體壓力。補償器控制活塞包括閥表面，當補償器控制活塞沿一個縱向方向移動時，所述閥表面基本上完全關(guān)閉補償器控制活塞的位于相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域之間的補償器控制活塞周圍的流體泄漏通路。
[0015]補償器閥芯和補償器控制活塞同軸地布置在階梯孔中。階梯孔具有布置補償器閥芯的較大直徑部和布置補償器控制活塞的較小直徑部。彈簧將補償器閥芯推靠于補償器控制活塞。彈簧布置在補償器閥芯的與補償器控制活塞相對的一側(cè)的階梯孔中。銷側(cè)向延伸到孔中，而且彈簧作用在銷與補償器閥芯之間。[0016]閥區(qū)域與補償器是一體的并布置在閥盒罩中。閥盒罩具有入口、出口和位于入口與出口之間的中間室。閥區(qū)域打開并關(guān)閉位于入口與中間室之間的流體壓力連通。補償器閥芯打開并關(guān)閉中間室與出口之間的流體壓力連通。補償器維持穿過入口與中間室之間的閥區(qū)域的基本上恒定的壓差。
[0017]彈簧作用于補償器閥芯的力等于中間室的壓力對補償器控制活塞的一個側(cè)向橫截區(qū)域產(chǎn)生的力與入口壓力對補償器控制活塞的另一側(cè)向橫截區(qū)域產(chǎn)生的力之差。先導操作器可操作地連接至提升閥，電磁線圈電樞可操作地連接至先導操作器。提升閥相對于閥底座的位置與供應(yīng)到電磁線圈操作器的電力成比例，入口與中間室之間的穿過閥區(qū)域的壓差基本上恒定。
[0018]補償器控制活塞可操作為感測穿過閥區(qū)域的壓差。補償器控制活塞的一端暴露于閥區(qū)域的上游的入口壓力，作用在補償器控制活塞上的入口壓力迫使補償器控制活塞表面密封地接合補償器控制活塞底座。
[0019]外殼具有孔，補償器構(gòu)件布置在孔中，在孔與構(gòu)件之間限定泄漏流路。補償器包括閥，當閥區(qū)域處于基本上關(guān)閉的位置時，該閥基本上關(guān)閉控制活塞的上游側(cè)向橫截區(qū)域與下游側(cè)向橫截區(qū)域之間的泄漏流路。
[0020]本發(fā)明還單獨或組合地提供以下提出的權(quán)利要求書中描述的各種特征、結(jié)構(gòu)和方法之一，權(quán)利要求書以引用方式并入
【發(fā)明內(nèi)容】
。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]現(xiàn)在將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具有壓力補償?shù)暮惺匠ｉ]的電比例的先導型提升閥在沒有施加入口壓力的情況下的縱向剖視圖；
[0023]圖2是圖1的閥的位于施加入口壓力的靜止操作位置的縱向剖視圖；
[0024]圖3是安裝有圖1的閥的閥組(valve block)在圖1的閥被提升的情況下的縱向首丨J視圖;
[0025]圖4是圖1的閥的電路原理圖；
[0026]圖5是可使用圖1的閥的液壓回路的第一示例的電路原理圖；
[0027]圖6是可使用圖1的閥的液壓回路的第二示例的電路原理圖；以及
[0028]圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例的具有壓力補償?shù)暮惺匠ｉ_的電比例的先導型提升閥位于施加入口壓力的靜止操作位置的縱向剖視圖。
【具體實施方式】
[0029]現(xiàn)在更詳細地參照附圖，本發(fā)明的原理、實施例與操作在附圖中被示出并在本文被具體地描述。這些附圖和描述并非解釋為限制所公開的本發(fā)明的特定示例形式。因此對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，能夠?qū)Ρ疚闹械膶嵤├M行各種更改。
[0030]圖1-4示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的常閉的閥4的優(yōu)選實施例。圖5和6示意性示出組裝在各種液壓回路中的閥4。圖7和8示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的常閉的閥104的優(yōu)選實施例。閥4和104的所有部件是根據(jù)壓力、溫度、流體類型和使用閥4和104的應(yīng)用的其它要求而選擇的合適的材料制成，在所示實施例中，金屬部件可以是視情況而定的表面硬化的碳鋼。O形密封環(huán)可以是其它合適的材料，例如碳氟化合物材料，備份環(huán)可以是非橡膠的熱塑性物質(zhì)。閥4和104是稱為插裝閥的通用類型。更具體地，閥4和104是整體壓力補償?shù)暮惺诫姳壤葘吞嵘y。液壓插裝閥是包括沒有整體外殼的閥的內(nèi)部整體活動元件的液壓流動控制裝置。插裝閥插入具有適當?shù)牧鲃油ǖ赖耐鈿さ目涨唬缙绻?，所產(chǎn)生的組合體如同傳統(tǒng)的液壓閥那樣工作。術(shù)語整體的意思是組裝兩個或兩個以上功能不同的協(xié)作部件，不外露流體連接并用作整體，使得至少一個部件是完成另一個的必需部分。例如，整體的插裝閥可包括提升閥、閥底座和相對于閥底座控制提升閥的致動器。術(shù)語壓力補償或壓力補償器包括后補償和預(yù)補償。關(guān)于可移動液壓構(gòu)件的術(shù)語平衡指的是在相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域上受到沿反方向作用的基本上相等的液壓的裝置。關(guān)于可移動液壓構(gòu)件的術(shù)語不平衡或不同的壓力指的是在相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域上受到沿反方向作用的不均液壓的裝置。
[0031]首先參照圖1-圖4，圖1示出未施加入口壓力的閥4，圖2示出施加入口壓力的閥
4。圖3中示出閥4組裝在閥組或歧管中，圖4示意性示出施加入口壓力的閥4。閥4包括主流體流動控制閥5、先導操作器6、電磁線圈致動器7和壓力補償器8。流體流動控制閥5通過閥4控制液壓流體的流速。先導操作器6控制流體流動控制閥5的位置，電磁線圈致動器7控制導向器6的位置。壓力補償器8維持穿過主控制閥5的基本上恒定的壓降或壓差。電源(圖中未示)連接至電磁線圈致動器7。如以下進一步描述的，主控制閥5的開口和通過閥4的流速都與電源供應(yīng)到電磁線圈致動器7的電流成比例。這些部件彼此一體，并沿縱軸線11同軸布置。
[0032]閥4包括液壓流體入口 12和液壓流體出口 13。入口 12和出口 13各自是閥罩14中的多個在周向上分隔開的徑向鉆孔的通路。閥罩14的外表面包括O型環(huán)和備用環(huán)封組件15。閥4的部件被組裝為一體的盒，其被組裝到在歧管17中加工出的直徑呈階梯狀的開口 16 (圖3)，密封組件15將入口 12與出口 13分隔開。閥4通過螺口接合器18固定在開口 16中，螺口接合器18通過其內(nèi)表面上的螺紋19支承罩14，并通過其外徑上的螺紋20連接到開口 16。O型密封圈21密封接合器18的外表面與歧管17之間。階梯孔或中央通路22沿縱向方向從端部到端部地延伸通過罩14。流體從歧管17的入口端口 30進入罩14的橫向鉆出的入口孔12。主閥5包括大體柱形的提升閥芯31和支承在罩14的內(nèi)表面上的關(guān)聯(lián)的環(huán)狀閥底座32。當閥4處于其常閉位置時，來自主閥5的上游的入口孔12和入口端口 30的入口流體被接合閥底座32的提升閥芯31阻擋。
[0033]閥4的先導操作器6包括延伸通過提升閥芯31的一側(cè)的縱向通路33。通路33允許流體從入口孔12向上(如圖1中觀察的)行進到提升閥芯31的頂側(cè)34。來自提升閥的頂側(cè)34的流體隨后通過柱形的導向器36中的中央縱向延伸通路35向下行進。通路35的下端終止在徑向通路，該徑向通路將中央通路35連接到導向器36的外部。通過通路35向下行進的流體被導向器36的與提升閥芯31的背側(cè)的導向器底座37接合的底端阻擋。提升閥芯31與閥底座32的接合以及導向器36與導向器底座37的接合防止流體從入口孔12和入口端口 30向下游輸送到出口孔13和出口端口 38。彈簧39在導向器36與提升閥芯31之間發(fā)揮作用。
[0034]仍然參照圖1-圖4，接合器18的上部支承電磁線圈致動器7。電磁線圈致動器7包括電磁線圈管42。電磁線圈管42的外螺紋部靠近其底部區(qū)域，即連接至接合器18的內(nèi)螺紋部的區(qū)域。電磁線圈塞或蓋43通過蓋43上的外螺紋固定到管42，該蓋43的外螺紋嚙合管42的頂部區(qū)域的內(nèi)螺紋。電樞44可滑動地布置在管42內(nèi)以進行縱向運動，氣隙45設(shè)置在電樞44與蓋43之間?？?6沿縱向方向從端部到端部地延伸通過蓋43，孔47沿縱向方向從端部到端部地延伸通過電樞44。桿48可滑動地布置在孔46與47中，孔46的頂端由定位螺釘49與防拆卸螺釘50封閉。彈簧51在桿48的底端與導向器36之間發(fā)揮作用，以使導向器36朝向其底座37向下偏置。定位螺釘49調(diào)整沿向下方向作用于導向器36的彈簧載荷。徑向延伸的銷52提供電樞44與導向器36之間的萬向接頭連接，這允許電樞44與導向器36之間存在不對齊，同時固定它們以一起縱向運動。
[0035]電磁線圈53 (圖1和圖3中未示但圖2中示出)圍繞蓋43和電樞44。當電磁線圈被供電時，電樞44向上移動以與所施加的電流成比例地封閉氣隙45。電樞44的向上移動使導向器36提升而離開導向器底座37，這允許流體從入口孔12通過通路33并到達提升閥芯31與底座32的下游側(cè)。提升閥芯31的側(cè)面中的允許流動到導向器36的通路33通過孔口 33a連接至入口 12，該孔口 33a從通路33徑向延伸到提升閥芯31的外圍表面。當導向器36到導向器底座37的開口面積因為給予的入口壓力而增大時，提升閥芯31之后的壓力(如圖1看到的提升閥芯31的頂部34的壓力)減小。來自入口孔12的作用在提升閥芯31的底部的不同區(qū)域(即，提升閥芯31的底部的位于提升閥芯31的外徑與提升閥芯31接合底座32處的底座直徑之間的環(huán)形區(qū)域)的入口壓力提供提升力，以沿向上或開口方向移動提升閥芯31。以此方式，提升閥芯31移動以平衡作用于其上的力，提升閥芯31的位置與導向器36的位置成比例并與施加于電磁線圈53的電流成比例。
[0036]閥4的壓力補償器8包括大體柱狀的構(gòu)件，也就是壓力補償器閥芯58。補償器閥芯58可滑動地布置在罩14的中央開口 22中。補償器閥芯58和出口通路13限定可變的孔口，補償器閥芯58設(shè)置成覆蓋并暴露出口通路13，以增大和減小孔口的大小。當壓力補償器閥芯58在圖1所示的位置時，出口通路13被壓力補償器閥芯58暴露。側(cè)向延伸的銷59被設(shè)置在罩14的橫向鉆孔中，彈簧保持件60接合銷59以保持彈簧保持件60抵制相對于罩14的縱向運動。同心的彈簧61作用在銷59 (穿過彈簧保持件60)與壓力補償器閥芯58之間。通過導向器36、然后通過提升閥底座32的流體接著暴露于彈簧側(cè)或補償器閥芯的頂部?？v向延伸的中央通路62延伸通過閥芯58。流體經(jīng)過閥芯58的中心的通路62和位于閥芯58的底端上的徑向凹槽。以這種方式，流體與壓力補償器閥芯58的兩側(cè)開放連通。流體壓力在閥芯58的相對側(cè)58a和58b上相等，相對兩側(cè)具有相同的側(cè)向橫截區(qū)域，以平衡沿反方向作用在閥芯58上的力。
[0037]縱向通路63在入口通路12、歧管階梯孔16的底端與中央通路22的底端之間延伸。另一大體柱形的壓力補償器構(gòu)件是壓力補償器控制活塞64，其可滑動地布置在中央通路22的底端。通路63形成入口通路12與補償器控制活塞64的底端64b之間的開放或無限制的液壓連通。壓力補償器控制活塞64沿向上方向作用于壓力補償器閥芯58的底端。補償器閥芯58的相對側(cè)或頂側(cè)上的彈簧61沿向下方向作用于閥芯58并將補償器閥芯58與控制活塞64推壓在一起。罩14的中央通路22的底端和控制活塞64的底端64b通過開放通路63暴露于入口通路12的入口壓力。歧管17的端口 65 (圖3)被螺紋塞(圖中未示)阻塞。端口 65未用作入口或出口，而是通過通路63暴露于入口流體壓力的壓力補償控制端口。可選地，通過歧管17中的縱向通路被加工為盲孔而不是通孔的設(shè)計(圖中未示)，所描述的螺紋塞可以省略。
[0038]罩14中的中央通路22呈階梯狀，并包括布置有較大直徑的壓力補償器閥芯58的較大直徑部和布置有較小直徑的壓力補償器控制活塞64的減小或較小直徑部。控制活塞64的頂部側(cè)向端面64a提供側(cè)向橫截區(qū)域，側(cè)向橫截區(qū)域通過通路62暴露于提升閥芯31與底座32的下游的液壓?？刂苹钊?4的頂部側(cè)向端面64b提供相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域，該側(cè)向橫截區(qū)域通過通路63暴露于提升閥芯31與底座32的上游的較高液壓。由此，控制活塞64受到作用在其相對且相等的側(cè)向端表面區(qū)域的壓差?？刂苹钊?4的底端具有擴大直徑頭部66，罩14中的中央階梯通路22包括環(huán)狀閥底座67。
[0039]當閥4未將液壓流體壓力施加于入口端口 30和入口通路12時，閥4處于圖1示出的位置。在此位置，彈簧61向下偏置壓力補償器閥芯58和控制活塞64，直到控制活塞64接合定位環(huán)68。壓力補償器閥芯58打開出口通路13。在此位置的彈簧51和39使提升閥芯31偏置到其抵靠底座32的常閉位置。
[0040]當沒有致動電流通到電磁線圈53而液壓流體壓力被施加于入口通路12時，閥4保持第一操作位置或圖2所示的靜止操作位置。在此位置，提升閥芯31保持抵靠其底座32而關(guān)閉。入口通路12中的流體入口壓力通過通路63連通到壓力補償器控制活塞64的底部。補償器控制活塞64的頂部64a位于出口處或通過通路62向下游排出壓力，更大的入口壓力克服彈簧61的偏置力而向上移動補償器控制活塞64和壓力補償器閥芯58，直到壓力補償器控制活塞64的頭部66接合底座67。端口 65的入口壓力使活塞64保持在該位置，其頭部66的圓錐形安置面接合底座67。補償器控制活塞64的外表面與階梯孔67之間以及補償器閥芯58的外表面與階梯孔67之間具有正常泄漏流路。補償器控制活塞64的頭部66與底座67的接合基本上封閉了該泄漏流路。補償器閥芯58覆蓋或封閉出口通路13，而且穿過補償器閥芯58和活塞64沒有壓降，因為活塞頭部66與其底座67的接合造成沒有流動。由于在該位置下穿過補償器控制活塞64和提升閥芯31基本上沒有流體泄漏，所以連接成接收來自出口通路13和出口端口 38的出口流動或連接到入口通路12和入口端口 30的例如液壓缸(圖1-3中未示)等液壓馬達將基本上固定不動并且基本上不會傾向于漂移或移動。由此，在這樣的運轉(zhuǎn)方式期間，由閥4控制的載荷將基本上不會向下泄漏。在圖4中，補償器8被示出處于如果施加入口壓力并保持閥4的常閉式的載荷的轉(zhuǎn)移位置。
[0041]閥4的穩(wěn)定狀態(tài)下的常閉的第一位置或情形或方式繼續(xù)，直到提升閥芯31因電流施加到電磁線圈53而打開，從而如圖2中看到的那樣使導向器36向上移動遠離底座37，以降低提升閥芯31的頂部的流體壓力。然后流體開始從提升閥芯31和底座32的上游側(cè)向下游側(cè)流動。這使得在室69處的提升閥芯31和底座32的下游的壓力增大,該增大的壓力通過通路62連通到補償器控制活塞64的頂端64a。作用在補償器控制活塞64的頂端的該增大的壓力所產(chǎn)生的力會添加到彈簧61的力，該合力向下移動補償器控制活塞64和補償器閥芯58，以打開通路13并允許流經(jīng)閥4。隨著補償器控制活塞64和補償器閥芯58作為一個單元移動而打開通路13，補償器控制活塞64和補償器閥芯58作為正常壓力補償裝置而操作，以維持穿過提升閥芯31到底座32的開口的恒定壓降。該恒定壓降由作為一個單元操作的補償器閥芯58和控制活塞64實現(xiàn)，以平衡沿反方向作用于該單元上的力。補償器8提供了中間室69中的提升閥芯31的出口側(cè)與出口通路13之間的可變壓降，以維持穿過提升閥芯31到底座32的開口的基本上恒定的壓降。[0042]作為一個單元的補償器閥芯58和補償器控制活塞64的力平衡于是表示為:
[0043]P1A1=P2A2+F ;而且
[0044]彈簧彈力表示為:
[0045]P1A1-P2A2=F,
[0046]其中:
[0047]Pl是提升閥芯31的上游到底座32的開口的流體壓力；
[0048]Al是補償器控制活塞64的暴露于壓力Pl的區(qū)域64a ；
[0049]P2是提升閥芯31的下游到底座32的開口的流體壓力；
[0050]A2是補償器控制活塞64的暴露于壓力P2的區(qū)域64b (在本示例中等于Al);以及
[0051]F是彈簧61的力。
[0052]充當一個單元的壓力補償器閥芯58和較小直徑的壓力補償器控制活塞64的這種配置允許較小的彈簧彈力(因此彈簧小)和較大的閥芯58 (其是應(yīng)對較高流量所必需的)結(jié)合使用。這樣有助于減小閥4的尺寸，當閥4是可用空間有限的插裝閥時尤其如此。這使得閥4能夠提供在一體式插裝閥中同軸對齊的主閥5和一體式壓力補償器8，同時通過相對小的彈簧力來適應(yīng)穿過主閥5的高壓降和高流速。雖然閥4可選擇任何壓力和尺寸，但是補償器閥芯58的直徑可選擇為允許最大流量以最小壓力損耗通過閥芯室。換言之，可選擇閥芯58的直徑與閥4允許的尺寸一樣大。
[0053]圖1-圖4中所示的實施例提供了一種補償器單元8，其包括壓力平衡的補償器閥芯58和直徑較小的單獨的不平衡的補償器控制活塞64，該補償器控制活塞64用以感測壓差。補償器控制活塞64的直徑能夠像期望的那樣小(也就是，以上描述的區(qū)域Al和A2能夠像期望的那樣小)，使得根據(jù)上面描述的公式，相對較小的彈簧將適應(yīng)相對較大的壓差。而且，雖然傳統(tǒng)的壓力補償閥芯可允許一定量的泄漏流動，除非它們設(shè)有彈性密封件(這會提供不期望的磁滯現(xiàn)象效果)，但是附圖中示出的補償器閥芯和控制活塞阻止了補償器構(gòu)件周圍的任何實質(zhì)流動并最小化或基本上消除了載荷漂移。進一步，附圖中示出的單獨件的補償器閥芯和補償器控制活塞最小化制造期間的同心問題。在圖1-圖4所示的實施例中，為了力F使用了不止一個彈簧(使用了兩個同心的彈簧61 )。使用同心彈簧能夠進一步減小彈簧的尺寸，這是提供穿過提升閥芯31和底座32的期望的大壓降以提供期望的大流量所必需的。
[0054]現(xiàn)在參照圖5，示出液壓回路中的閥4，液壓回路可以例如是叉車的用來提升的工程車輛(圖中未示)的載荷75的提升機構(gòu)的回路。液壓泵76在壓力下將液壓流體供應(yīng)到液壓缸或其它液壓馬達77以提升載荷75。當控制閥78使泵76連接到排放設(shè)備或槽79時，邏輯止回閥80關(guān)閉，來自缸77的流體被指引到閥4。如果載荷75保持基本上固定，則不向電磁線圈53供電。于是閥4處于圖1-4示出以及以上描述的其常閉位置，壓力補償器閥芯58和控制活塞64使從缸77到排放設(shè)備79的泄漏流動基本上消除或基本上減小到零，以基本上消除載荷75的漂移。當載荷75下降時，向電磁線圈53供電以開始使提升閥芯31移動離開底座32與所施加的電流成比例的距離。在該運轉(zhuǎn)方式期間，壓力補償器閥芯58和壓力補償器控制活塞64維持穿過提升閥芯31和底座32的恒定壓降，使得通過閥4的流動跟提升閥芯31與底座32之間的開口成比例，而且跟供應(yīng)到電磁線圈53的電流成比例。由此，載荷75的下降速度由供應(yīng)到電磁線圈53的電流控制并與該電流成比例，而基本上與載荷75的重量無關(guān)。
[0055]現(xiàn)在參照圖6，其示出示意性液壓回路圖，其中多個閥4a_4d被用來控制進入和離開液壓馬達77的兩側(cè)的流體流動。液壓馬達77可以例如是任何類型的線性或旋轉(zhuǎn)式液壓執(zhí)行機構(gòu)，而且例如是圖6示意性示出的液壓缸。閥4a-4d與以上描述的閥4基本上相同。當流體從泵76供應(yīng)到馬達77的活塞側(cè)(即圖5中觀察的左側(cè))時，電流被施加于閥4a的電磁線圈53，流體以閥4a確定的流速流經(jīng)邏輯止回閥80a而到達馬達77的活塞側(cè)。從馬達77的桿側(cè)(即馬達77的右側(cè))返回槽79的流體流動由閥4d控制。該運轉(zhuǎn)模式期間的閥4b和4c保持在它們的常閉位置，沒有電流供應(yīng)到它們的電磁線圈。當液壓馬達77的行進方向反轉(zhuǎn)時，電流只供應(yīng)到閥4c和4b，閥4a和4d保持在它們的常閉位置。在該運轉(zhuǎn)模式下，來自泵76的流體流經(jīng)閥4c和邏輯止回閥80b而到達液壓馬達77的桿側(cè)，來自液壓馬達77的活塞側(cè)的流體流經(jīng)閥4b而到達排放設(shè)備79。
[0056]現(xiàn)在參照圖7，示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的常開閥104的優(yōu)選實施例。圖7示出施加了入口壓力的處于靜止操作位置的閥104。圖7示出的結(jié)構(gòu)或功能類似于圖1-4示出和以上描述的部件的結(jié)構(gòu)或功能的那些部件使用與圖1-圖4相同但是數(shù)量增大100的附圖標記來指示。圖7示出的實施例與圖1-圖4示出的不同之處在于，圖1-圖4的實施例中是常閉閥，而圖7的實施例是常開閥。術(shù)語常閉和常開指的是當施加入口壓力但是沒有施加電來移動導向器36、136時提升閥芯31、131相對于其各自的底座32、132的構(gòu)造。除了如下所述或?qū)Ρ绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員明顯的之外，圖7的實施例示出的流體控制閥105、先導操作器106、電磁線圈操作器107和壓力補償器108以類似于圖1-圖4的實施例中示出的其對應(yīng)的部件的方式操作。
[0057]當閥104處于圖7和圖8示出的靜止常開位置時，入口壓力被施加于入口通路112。作用在提升閥131的底部的入口壓力使提升閥131保持在其相對于其底座132的開口位置。彈簧139維持導向器136相對于其導向器底座137的打開位置，以降低通過通路133連通的提升閥131的頂側(cè)的壓力。在該位置，電磁線圈致動器107未通電，閥104處于其常開位置。當電磁線圈致動器107通電時，電樞144開始向下移動以封閉氣隙145。電樞144的該向下運動向下按壓桿148，以相對于其底座137關(guān)閉導向器136。提升閥131的頂部的壓力增大，從而導致提升閥131朝向其底座132向下運動，以與施加于電磁線圈致動器107的電流成比例地封閉提升閥131與底座132之間的距離。閥104可用在例如圖3示出的歧管17等歧管中。
[0058]如上所述，本發(fā)明的一個方案使用常閉或常開的先導型電比例提升閥4或104并組合獨特的壓力補償器，該壓力補償器在先導型提升閥芯31、131處于關(guān)閉位置時，提供低泄漏。這樣被組合成單個插裝閥4、104。發(fā)明人已知的當前市場上的比例提升閥不包括一體式的壓力補償。補償器8、108由兩個元件而非通常的單閥芯制成。第一元件是閥芯58、158，其用在調(diào)節(jié)模式中，以維持穿過先導型提升閥芯31、131和底座32、132的恒定壓降。處于靜止位置的閥芯58、158具有關(guān)閉的計量通路13、113。閥芯58、158移動以打開套管14、114中的橫向鉆孔13、113，從而維持流速。閥芯58、158相對于孔13、113的位置與閥入口12、112到出口 13、113的壓差成比例。第二元件是活塞64、164。活塞64、164用來感測提升閥芯31、131的下游壓力和提升閥芯31、131之前入口到閥的壓力。閥芯/活塞的組合體的一個獨有的特征在于，較小直徑的活塞64、164允許彈簧61、161保持小于通過較高流速所需的較大的閥芯58、158。這允許更緊湊的設(shè)計?；钊?4、164的附加特征在于，活塞的暴露于作用在活塞上的入口壓力的一端將活塞提升閥端推靠于內(nèi)置到套管14、114中的底座67、167。底座的設(shè)計提供低泄漏，并允許閥比滑閥更長時間地將載荷保持就位。
[0059] 以上示出并詳細描述了本發(fā)明的當前優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明不限于這些具體實施例。在不背離其教導內(nèi)容的情況下，能夠進行各種改變和更改，本發(fā)明的范圍由以下提出的權(quán)利要求書限定。而且，雖然使用術(shù)語第一和第二、一個和另一個、左和右來更清楚地描述所示的實施例，但是應(yīng)理解這些術(shù)語是用于明確的目的并可視情況互換。而且，根據(jù)上下文，術(shù)語打開或打開的以及關(guān)閉或關(guān)閉的可包括部分或完全地打開或關(guān)閉。進一步，附圖中示出的單獨的部件可組合成單個部件，單個部件可設(shè)置為多個部件。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制穿過閥區(qū)域(31，32;131，132)的壓差的壓力補償器(4)，所述壓力補償器包括: 縱向可移動的補償器閥芯(58，158)和縱向可移動的補償器控制活塞(64，164)，所述補償器閥芯限定具有由所述補償器閥芯的位置確定的流體流動區(qū)域的可變的流體流動孔口(58，13 ;158，113)，而且所述補償器控制活塞作用于所述補償器閥芯以移動所述補償器閥芯，并改變所述補償器閥芯的位置以控制穿過所述閥區(qū)域的壓差。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力補償器，其中所述補償器閥芯是壓力平衡的，而且所述補償器控制活塞是壓力不平衡的。
3.如權(quán)利要求1所述的壓力補償器，其中所述補償器控制活塞具有暴露于所述閥區(qū)域的一側(cè)的流體壓力的第一側(cè)向橫截區(qū)域(64a，164a)和暴露于所述閥區(qū)域的另一側(cè)的流體壓力的相對面向的第二側(cè)向橫截區(qū)域(64b，164b)。
4.如權(quán)利要求3所述的壓力補償器，其中所述補償器控制活塞的第一側(cè)向橫截區(qū)域和第二側(cè)向橫截區(qū)域基本上相等。
5.如權(quán)利要求4所述的壓力補償器，其中所述補償器閥芯具有暴露于所述閥區(qū)域的一側(cè)的流體壓力的相對面向的第一側(cè)向橫截區(qū)域和第二側(cè)向橫截區(qū)域(58a，58b ；158a,158b)，而且所述補償器閥芯的所述第一側(cè)向橫截區(qū)域和第二側(cè)向橫截區(qū)域基本上相等。
6.如權(quán)利要求5所述的壓力補償器，其中所述補償器控制活塞的第一側(cè)向橫截區(qū)域和第二側(cè)向橫截區(qū)域中的每一個小于所述補償器閥芯的第一側(cè)向橫截區(qū)域和第二側(cè)向橫截區(qū)域中的每一個。
7.如權(quán)利 要求1所述的壓力補償器，其中所述補償器閥芯和所述補償器控制活塞各自具有相對面向的相等尺寸的側(cè)向橫截區(qū)域(58a，58b ； 158a, 158b ;64a，64b ; 164a, 164b),而且所述補償器活塞的側(cè)向橫截區(qū)域小于所述補償器閥芯的側(cè)向橫截區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的壓力補償器，其中所述補償器控制活塞沿一個縱向方向作用于所述補償器閥芯，所述補償器還包括彈簧(61，161 )，而且所述彈簧沿著與所述一個縱向方向相反的縱向方向作用于所述補償器閥芯或所述補償器控制活塞。
9.如權(quán)利要求8所述的壓力補償器，其中所述補償器閥芯具有暴露于來自所述閥區(qū)域的一側(cè)的流體壓力的相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域(58a，58b ；158a, 158b)，所述補償器控制活塞具有相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域(64a, 64b ； 164a, 164b),所述區(qū)域中的一個區(qū)域暴露于來自所述閥區(qū)域的一側(cè)的流體壓力，所述區(qū)域中的另一個區(qū)域暴露于來自所述閥區(qū)域的另一側(cè)的流體壓力。
10.如前述權(quán)利要求1-9中任一項所述的壓力補償器，其中所述補償器控制活塞包括閥表面(66，166)，當所述補償器控制活塞沿一個縱向方向移動時，所述閥表面基本上完全關(guān)閉位于所述補償器控制活塞的相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域之間的所述補償器控制活塞周圍的泄漏流體流動。
11.如權(quán)利要求1所述的壓力補償器，其中所述閥區(qū)域由提升閥(31，131)和閥底座(32，132)限定，所述補償器控制活塞沿一個縱向方向作用于所述補償器閥芯，所述補償器包括彈簧，所述彈簧沿著與所述一個縱向方向相反的縱向方向作用于所述補償器閥芯，所述補償器閥芯的側(cè)向橫截區(qū)域包括暴露于來自所述閥區(qū)域的一側(cè)的基本上相等的流體壓力的相對面向的基本上相等的側(cè)向橫截區(qū)域，所述補償器控制活塞的側(cè)向橫截區(qū)域包括基本上相等的相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域，所述區(qū)域中的一個區(qū)域暴露于來自所述閥區(qū)域的一側(cè)的流體壓力，所述區(qū)域中的另一個區(qū)域暴露于來自所述閥區(qū)域的另一側(cè)的流體壓力，所述補償器控制活塞包括閥表面，當所述補償器控制活塞沿一個縱向方向移動時，所述閥表面基本上完全關(guān)閉所述補償器控制活塞的相對面向的側(cè)向橫截區(qū)域之間的流體泄漏。
12.如權(quán)利要求11所述的壓力補償器，其中所述閥區(qū)域的一側(cè)是所述閥區(qū)域的上游偵牝所述閥區(qū)域的另一側(cè)是所述閥區(qū)域的下游側(cè)。
13.如權(quán)利要求12所述的壓力補償器，其中所述補償器閥芯和所述補償器控制活塞被同軸地布置在階梯孔(67，167)中，所述階梯孔具有布置所述補償器閥芯的較大直徑部和布置所述補償器控制活塞的較小直徑部。
14.如權(quán)利要求13所述的壓力補償器，其中所述彈簧將所述補償器閥芯推靠于所述補償器控制活塞。
15.如權(quán)利要求14所述的壓力補償器，其中所述彈簧被布置在所述補償器閥芯的與所述補償器控制活塞相對的側(cè)面上的階梯孔中，銷(59，159)側(cè)向地延伸到所述孔中，而且所述彈簧作用在所述銷與所述補償器閥芯之間。
16.如前述權(quán)利要求11-15中任一項所述的壓力補償器，包括閥盒罩(14，114)，所述閥區(qū)域與所述補償器是一體的并被布置在所述閥盒罩中，所述閥盒罩具有入口(12，112)和出口( 13，113)以及位于所述入口與所述出口之間的中間室(59，159)，所述閥區(qū)域打開和關(guān)閉所述入口與所述中間室之間的流體壓力連通，所述補償器閥芯打開和關(guān)閉所述中間室與所述出口之間的流體壓力連通，而且所述補償器維持所述入口與所述中間室之間的基本上恒定的壓差。
17.如權(quán)利要求16所述的壓力補償器，其中所述彈簧的作用于所述補償器閥芯的力等于因所述中間室的壓力抵抗所述補償器控制活塞的一個側(cè)向橫截區(qū)域(64a，164a)而產(chǎn)生的力與因入口壓力作用于所述補償器控制活塞的另一側(cè)向橫截區(qū)域(64b，164b)而產(chǎn)生的力之間的差值?！?br>
18.如前述權(quán)利要求11-15中任一項所述的壓力補償器，包括可操作地連接至所述提升閥的先導操作器(7，107)。
19.如前述權(quán)利要求11-15中任一項所述的壓力補償器，包括可操作地連接至所述提升閥的先導操作器和可操作地連接至所述先導操作器的電磁線圈電樞(44，144)，由此所述提升閥相對于閥底座的位置與供應(yīng)到電磁線圈操作器的電力成比例，而且所述入口與所述中間室之間的穿過所述閥區(qū)域的壓差基本上恒定。
20.如前述權(quán)利要求1-9中任一項所述的壓力補償器，其中所述補償器閥芯能夠選擇性地操作為通過外殼套管成比例打開及關(guān)閉計量通路(58，13 ;158，113)，所述補償器閥芯阻塞所述計量通路的位置與所述入口到所述出口的壓差成比例，所述補償器控制活塞能夠操作為感測穿過所述閥區(qū)域的壓差，所述補償器控制活塞的一端暴露于入口壓力，并且作用在所述補償器控制活塞上的入口壓力迫使補償器控制活塞表面密封地接合補償器控制活塞底座。
21.如權(quán)利要求20所述的壓力補償器，其中所述補償器控制活塞包括圓錐形的密封表面(66,166)。
22.如前述權(quán)利要求1-9中任一項所述的壓力補償器，其中所述補償器控制活塞的側(cè)向橫截區(qū)域包括暴露于所述閥區(qū)域的上游的流體壓力的一個側(cè)向橫截區(qū)域和暴露于所述閥區(qū)域的下游的流體壓力的另一側(cè)向橫截區(qū)域，所述側(cè)向橫截區(qū)域的上游與下游之間的泄漏流路由所述補償器控制活塞限定，而且所述補償器控制活塞包括閥，當所述補償器控制活塞處于當所述閥區(qū)域在基本上關(guān)閉位置時移動所述補償器閥芯以基本上關(guān)閉其可變的流體流動孔口的位置時，所述閥基本上關(guān)閉所述泄漏流路。
23.一種用于控制穿過閥區(qū)域的壓差的壓力補償器，所述閥區(qū)域具有上游側(cè)和下游側(cè)，所述壓力補償器包括大體柱狀的構(gòu)件(58或64 ;158或164)，其具有暴露于來自所述閥區(qū)域的上游側(cè)的流體壓力的一個側(cè)向橫截區(qū)域和暴露于來自所述閥區(qū)域的下游側(cè)的流體壓力的另一側(cè)向橫截區(qū)域，所述側(cè)向橫截區(qū)域的上游與下游之間的泄漏流路由所述構(gòu)件的外表面限定，而且所述構(gòu)件包括當所述閥區(qū)域處于基本上關(guān)閉位置時基本上關(guān)閉所述泄漏流路的閥(66，166)。
24.如權(quán)利要求23所述的壓力補償器，包括外殼(14)，所述外殼具有孔(67)，所述構(gòu)件被布置在所述孔中，而且所述泄漏流路被限定在所述孔與所述構(gòu)件之間。
25.如前述權(quán)利要求23和24中任一項所述的壓力補償器，包括補償器閥芯，所述補償器閥芯具有由所述補償器閥芯的位置確定的流體流動區(qū)域的可變的流體流動孔口，所述構(gòu)件是控制活塞，所述控制活·塞作用于補償器閥芯以移動。
【文檔編號】F15B13/04GK103857925SQ201180071086
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月22日
【發(fā)明者】費利克斯·阿拉諾維奇 申請人:派克漢尼芬公司