專利名稱：具有一體的減壓和補給功能的計量閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及一種電動液壓計量閥，更具體地涉及一種具有一體的 減壓和補給功能的電動液壓計量閥。
背景技術：
作業(yè)機械/機器例如挖掘機、裝載機、推土機、機動平路機以及其它類 型的重型機械使用一種或多種液壓致動器來完成各種任務。這些致動器與 作業(yè)機械上的泵流體連接，該泵給致動器內的室提供加壓流體。電液閥裝 置通常在液壓回路內在泵和致動器之間流體連接以控制進入致動器的室和 從致動器的室出來的加壓流體的流量，以有助于致動器的運動。多個單獨 的補給閥和減壓閥/卸壓閥通常與電液閥裝置聯(lián)接以維持液壓回路內所需 的壓力水平。但是，這些補給閥和減壓閥增加了液壓回路的成本并且降低 了液壓回路的可靠性。1999年2月9日授予Smith的美國專利No. 5,868,059 ( '059專利) 中說明了一種降低成本和提高液壓回路可靠性的方法。該'059專利描述 了一種液壓回路，其具有四個獨立的計量閥以控制相關聯(lián)的液壓致動器的 排放和填充功能。每個獨立的計量閥包括可移動以使致動器的室與排放口 或供給口相連通的主閥元件?？刂剖疫x擇性地與加壓導向(pilot)流體的 外部源相連通或排出加壓導向流體以使主閥元件開始運動。每個與排放功 能有關的獨立的計量閥包括一體的減壓閥裝置以及一體的補給閥裝置。減 壓閥裝置的功能是當液壓回路中的壓力超過預定值時從液壓回路中排出流 體。補給閥裝置的功能是當液壓回路中的壓力降低到預定值以下時將加壓 流體導向液壓回路。盡管'059專利中說明的液壓回路可以通過將減壓和補給功能結合到 獨立的計量閥中來降低成本和提高可靠性，但是該液壓回路仍然成本較高、 缺乏效率，并且會限制設計的靈活性。具體地，由于'059專利的獨立計 量閥要求加壓導向流體的外部源，所以整個系統(tǒng)的成本會很高。另外，必 須將能量花費在操作加壓導向流體的外部源上，這會降低液壓回路的效率。 此外，因為'059系統(tǒng)的液壓回M求與外部導向源連接，計量閥的位置 會受到限制，并且閥與導向源之間的相關管道系統(tǒng)會進一步提高系統(tǒng)的成 本。本發(fā)明的計量閥的目的是克服一個或多個上述問題。 發(fā)明內容在一個方面，本發(fā)明涉及一種計量閥。該計量閥包括具有入口和出口 的閥體、主提升閥、以及電磁操作的導向元件。主提升閥設置在閥體內介 于入口和出口之間，具有管口端和控制端，并且可在通流位置和阻流位置 之間移動，其中在通流位置流體從入口流向出口，在阻流位置入口和出口 之間的流體流動被阻止。電磁操作的導向元件可在阻流位置和通流位置之 間移動，其中在阻流位置來自入口的加壓流體對與主提升閥的控制端相連通的控制室加壓以將主提升閥推向阻流位置，在通流位置控制室與排放裝 置相連通以使主提升閥朝著通流位置移動。計量閥還包括減壓閥元件，該 減壓閥元件設計成響應于入口處的超過預定壓力的壓力從控制室排出加壓 流體以使主提升閥向著通流位置移動。在另一方面，本發(fā)明涉及一種操作計量閥的方法。該方法包括使導向 元件在阻流位置和通流位置之間移動，其中在阻流位置來自致動器的室的 加壓流體將主提升閥保持在阻流位置以阻止流體從所述室流出，在通流位 置主提升閥的控制端與排放裝置相連通以使主提升閥朝著通流位置移動來 從所述室排出流體。該方法還包括響應于所述室內的超過預定值的流體壓 力使主提升閥自動地朝著通流位置移動以允許從所述室排出流體。


圖1是根據(jù)一示例性公開的實施例的作業(yè)機械的側視概略圖2是用于圖1的作業(yè)機械的一示例性公開的液壓系統(tǒng)的示意圖3是用于圖2的液壓系統(tǒng)的一示例性公開的閥的橫截面圖4是用于圖2的液壓系統(tǒng)的另一示例性公開的閥的示意圖；以及
圖5是用于圖2的液壓系統(tǒng)的另一示例性公開的閥的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出一示例性的作業(yè)機械10。作業(yè)機械10可以體現(xiàn)為執(zhí)行某類 與產業(yè)如采礦、建筑、耕作、運輸或任何其它本領域已知的產業(yè)有關的操 作的可動機械。例如，作業(yè)機械10可以是運土機械，如挖掘機、裝載機、 推土機、反伊挖土機、機動平路機、自動傾卸卡車、或任何其它運土機械。 作業(yè)機械10也可以體現(xiàn)為固定的或位置不動的機械如發(fā)電機組、泵、或任 何其它合適的執(zhí)行操作的作業(yè)機械。作業(yè)機械10可以包括框架12、至少 一個作業(yè)器具14、以及將作業(yè)器具14連接到框架12上的液壓缸16?？梢?設想如果需要的話可以省略液壓缸16，并且替代地包括液壓馬達或其它類 似的致動器。
框架12可以包括支承作業(yè)機械10的運動的結構單元。例如，框架12 可以體現(xiàn)為將動力源(未示出)連接到牽引裝置18上的固定式底架、聯(lián)接 系統(tǒng)的可移動的框架構件、或任何其它本領域已知的框架。
作業(yè)器具14可以體現(xiàn)為在執(zhí)行任務中使用的裝置。例如，作業(yè)器具 14可以體現(xiàn)為推土機刮板、伊斗、妒子、松土機、俯卸式裝置、推進裝置、 或任何其它本領域已知的任務執(zhí)行裝置。作業(yè)器具14可以通過直接樞軸 (direct pivot) 20、通過具有形成聯(lián)接系統(tǒng)中的一個構件的液壓缸16的聯(lián) 接系統(tǒng)、或以任何其它適當?shù)姆绞竭B接在框架12上。作業(yè)器具14可以構 造成樞轉、旋轉、滑動、擺動、或以任何其它本領域已知的方式相對于框 架12運動。
如圖2所示，液壓缸16可以為包括在液壓系統(tǒng)22中的各種部件中的一個，所述各種部件協(xié)作以使作業(yè)器具14運動(參見圖1)。液壓系統(tǒng)22 可以包括箱24、加壓流體源26、頭端(head-end)供給閥32、桿端供給 閥34、頭端排放閥36、以及桿端排放閥38。可以設想液壓系統(tǒng)22包括附 加的和/或不同的部件，例如壓力傳感器、溫度傳感器、位置傳感器、控制 器、蓄能器、以及其它本領域已知的液壓系統(tǒng)部件。
液壓缸16可以包括管46和設置在管46內部的活塞組件48。管46和 活塞組件48中的一個可以樞轉地連接在框架12上，而另一個可以樞轉地 連接在作業(yè)器具14上?？梢栽O想管46和/或活塞組件48可選地固定連接 到框架12或作業(yè)器具14上。液壓缸16可以包括由活塞組件48分隔開的 第一室50和第二室52。第一室和第二室50、 52可以選擇性地被供給由源 26加壓的流體和與箱24流體連接以導致活塞組件48在管46內部位移， 由此改變液壓缸16的有效長度。液壓缸16的膨脹和收縮可用于幫助作業(yè) 器具14運動。
活塞組件48可以包括與管46軸向對齊并且設置在管46內部的活塞 54和可以與框架12和作業(yè)器具14 (參見圖1)中的一個相連接的活塞桿 56?；钊?4可以包括第一液壓表面58和與第一液壓表面58相對的第二液 壓表面59。作用在第一液壓表面和第二液壓表面58、 59上的流體壓力導 致的力的不平衡會導致活塞組件48在管46內運動。例如，第一液壓表面 58上的力大于第二液壓表面59上的力會導致活塞組件48位移以增加液壓 釭16的有效長度。類似地，當?shù)诙簤罕砻?9上的力大于第一液壓表面 58上的力時，活塞組件48可在管46內縮進以減小液壓缸16的有效長度。 可將密封件(未示出)例如O形圏連接在活塞54上以限制管46的內壁和 活塞54的外圓柱面之間的流體的流動。
箱24可以構成設計用來容納流體源的儲液器。流體例如可包括專用的 液壓油、工程潤滑油、傳動裝置潤滑油、或任何其它本領域已知的流體。 作業(yè)機械10內的一個或多個液壓系統(tǒng)可從箱24中抽取流體或使流體返回 箱24。也可以設想液壓系統(tǒng)22與多個單獨的流體箱相連接。
源26可以設計成從箱24中抽取流體并產生被引導經過液壓系統(tǒng)22的加壓流體流。源26可以體現(xiàn)為泵，例如變量泵、定量泵、或任何其它本 領域已知的加壓流體源。源26可以例如通過副軸(未示出)、皮帶(未示 出)、電路(未示出)、或以任何其它合適的方式可驅動地連接到作業(yè)機 械10的動力源(未示出)上。源26可以專門將加壓流體僅供應給液壓系 統(tǒng)22,或可選地可以將加壓流體供應給作業(yè)才幾械10內的附加液壓系統(tǒng)55。 頭端供給閥、桿端供給閥、頭端排放閥和桿端排放閥32-38可以流體 互連。具體地，頭端排放閥和桿端排放閥36、 38可以并聯(lián)連接到公共排放 通道64上。頭端供給閥和桿端供給閥32、 34可以并聯(lián)連接到上游的公共 流體通道66上。頭端供給閥和頭端排放閥32、 36可以并聯(lián)連接到流體通 道60上。桿端排放閥和桿端供給閥38、 34可以并聯(lián)連接到流體通道62 上。
頭端供給閥32可以設置在源26和第一室50之間并設計成響應于指令 速度(commandvelocity)調節(jié)流入第一室50的加壓流體流。特別地，頭 端供給閥32可以包括彈簧偏壓的比例閥機構，該比例閥機構被螺線管致動 以在第一位置和第二位置之間運動，其中在第一位置流體被允許流入第一 室50,而在第二位置流體被阻止進入第一室50。頭端供給閥32可以移動 到第一位置和第二位置之間的任何位置以改變進入第一室50的流體流量， 由此影響液壓缸16的速度。可以設想頭端供給閥32可選地由液壓致動、 機械致動、氣動致動、或以任何其它合適的方式致動。還可以設想在當?shù)?一室50內的壓力超過從源26引導到頭端供給閥32的壓力時的再生過程 中，頭端供給閥32可以允許來自第一室50的流體流過頭端供給閥32。
桿端供給閥34可以設置在源26和第二室52之間并設計成響應于指令 速度調節(jié)流入第二室52的加壓流體流。特別地，桿端供給閥34可以包括 彈簧偏壓的比例閥機構，該比例閥機構被螺線管致動以在第一位置和第二 位置之間運動，其中在第一位置流體被允許流入第二室52，而在第二位置 流體被阻止進入第二室52。桿端供給閥34可以移動到第一位置和第二位 置之間的任何位置以改變進入第二室52的流體流量，由此影響液壓缸16 的速度?？梢栽O想桿端供給閥34可選地由液壓致動、機械致動、氣動致動、或以任何其它合適的方式致動。還可以設想在當?shù)诙?2內的壓力超過從 源26引導到桿端供給閥34的壓力時的再生過程中，桿端供給閥34可以允 許來自第二室52的流體流過桿端供給閥34。
頭端排放閥36可以設置在第一室50和箱24之間，并且包括協(xié)作調節(jié) 來自第一室50的加壓流體流的部件。具體地，如圖3所示，頭端排》文閥 36可以包括閥體68、適配器元件70、螺線管機構72、導向元件74、主提 升閥76、減壓閥元件77、以及多個偏壓彈簧78、 80?？梢栽O想如果需要 的話可減少或完全省略彈簧78的偏壓。
閥體68可以包括中心孔84、缸端口 86以及排》文口 88。環(huán)狀空間卯 可連接中心孔84、缸端口 86及排放口 88。排放通道93也可以連接中心孔 84和排放口 88?？梢栽O想閥體68專用于容納頭端排放閥36或者可附加地 容納頭端供給閥32、桿端排放閥38以及桿端供給閥34中的一個或多個。
適配器元件70可以設置在中心孔84內部并設計成容納螺線管機構72 和導向元件74。具體地，適配器元件70可以包括用于容納螺線管機構72 的中心孔91和用于容納導向元件74的埋頭孔92。插接件94可以與適配 器元件70螺玟接合以覆蓋適配器元件70從閥體68伸出的一端?？梢栽O想 將一個或多個密封件(未示出)例如O形圏或其它這類的密封裝置設置在 適配器元件70的凹槽97和凹槽99內以將閥體68和適配器元件70之間的 泄漏減到最少。
螺線管機構72可以設置在適配器元件70內并設計成響應所施加的電 流而抵抗彈簧78和80的偏壓成比例地移動導向元件74。具體地，螺線管 機構72可以包括電磁線圏98和具有螺紋連接到導向元件74上的銷110 的銜鐵IOO。當向電磁線圏98施加電流時，銜鐵100抵抗彈簧78和80的 偏壓被吸引向電磁線圏98。施加在電磁線圏98上的電流的大小可決定彈 簧78和80的壓縮度，并繼而決定銜鐵100被吸引向電磁線圏98的靠近程 度。銷110可以包括中心孔112，以當銜鐵100和銷110在適配器元件70 內軸向運動時將阻力和頭端排放閥36內部不希望的壓力波動的產生減到導向元件74可以是可滑動地設置在適配器元件70內以打開和關閉一 系列徑向設置的流體通道114的無泄漏類型的閥。具體地，導向元件74 可包括螺紋連接在止回元件118和銷110上的導向桿116?？梢栽O想如果 需要的話導向桿116和止回元件118可選地體現(xiàn)為單個一體部件。止回元 件118可包括設計成與適配器元件70的凹錐形座124相接合的凸錐形面 122。當面122和座124接合時，將阻止導向流體經過埋頭孔92流到流體 通道114。當給螺線管機構72通電以將銜鐵100和銷110吸引向電磁線圏 98時，面122和座124將彼此遠離，由此^吏得導向流體能夠經過埋頭孔92 流入流體通道114。流體通道114可經由排放通道93與公共排放通道64 流體連通，以便流經流體通道114的導向流體排到箱24中。面122和座 124之間的面積與缸端口 86內的流體壓力相結合，可決定從缸端口 86經 流體通道114到箱24的流體的流量。導向桿116可包括外部凹槽121以容 納密封件(未示出)如O形圏，以便將導向元件74和埋頭孔92之間的導 向流體的泄漏減到最小。中心孔120可延伸穿過導向桿116和止回元件118 以與中心孔112流體連通，由此在導向元件74軸向運動以使面122與座 124接合及脫離時將阻力和不希望的壓力波動的產生減到最小。主提升閥76可以是設計成選擇性地允許從缸端口 86到排放口 88的流 體流動的無泄漏類型的閥。具體地，可將主提升閥76的凸錐形面128放置 成與閥體68的凹錐形座130相接合。當面128與座130接合時，將阻止從 缸端口 86到排放口 88的流體流動。反之，當面128和座130彼此遠離時， 流體將從缸端口 86流向排方丈口 88。面128和座130之間的面積與缸端口 86的流體壓力相結合，可決定從缸端口 86流向排放口 88的流體的流量。面128響應于導向元件74的運動可以選擇性地與座130接合或脫離。 特別地，主提升閥76與閥體68、適配器元件70以及導向元件74 —起可 形成控制室126。由流體作用在主提升閥76的管口端76a上和由流體作用 在差動面積76c上產生的力將與由控制室126內的導向流體作用在主提升 閥76的控制端76b上產生的力和由偏壓彈簧80的壓縮產生的力方向相反。 為了打開主提升閥76，可使面122移離座124以經由埋頭孔92、流體通道114及排放通道93從控制室126排出導向流體。當從控制室126排出導向 流體時，作用在主提升閥76的管口端76a上的力可克服偏壓彈簧80產生 的力以使主提升閥76朝向導向元件74運動。為了關閉主提升閥76，可使 螺線管機構72斷電以允許偏壓彈簧80將導向元件74返回到阻流位置(即， 面122與座124接合的位置)。當導向元件74處于阻流位置時，可在控制 室126內建立壓力以關閉主提升閥76 (即，使面128與座130接合)?？刂剖?26內的加壓導向流體可以由液壓缸16的笫一室50經過釭端 口86提供。具體地，主提升閥76可以包括一個或多個設置在外部的溝槽 131，該溝槽經由一對布置在適配器元件70內的孔口 133將缸端口 86流體 連接于控制室126。各個溝槽131可設計成使得至少一些來自缸端口 86的 流體總是能夠流到控制室126,并且當主提升閥76朝向通流位置運動時， 溝槽131的流動面積成比例地增加，由此允許從缸端口 86到控制室126 的更大的流體流量。導向面122和座124之間的打開面積將控制從室126流出的流體流量 并影響室126內的壓力。具體地，該打開面積與導向止回元件的運動成比 例，而后者又與螺線管機構72所施加的力成比例。換句話說，主提升閥 76的位置由螺線管機構72成比例地控制。此打開面積——與缸端口 86的 壓力相結合、以及排放口 88的壓力和打開面積將決定控制室126的壓力。當?shù)谝皇?0的壓力由于變動的缸載荷而變化時，流經主4C升閥76的 流量也將變化。特別地，這些快速變化能夠影響作用在主提升閥76上的流 動力，導致主提升閥76輕微的不受控制的運動。例如，如果流經主提升閥 76的流量增加，則作用在主提升閥76上的閉合的流動力將稍微關閉主提 升閥76。結果，溝槽131的流動面積將減小，作用在止回元件118上的偏 壓力也一起減小。這些動作將導致導向面122和座124之間的打開面積稍 微打開，由此通過排放通道93和公共排放通道64將流體從控制室126排 到箱24。在此情況下，由于控制室126的入口流動面積減小而出口流動面 積增加，控制室126內的壓力將快速起作用，由此減小由壓力擾動導致的 主提升閥的運動(即，不穩(wěn)定性)的量。主提升閥76可以可操作地連接到適配器元件70上用以作為插裝式閥 組裝到閥體68中。在一個示例中，主提升閥76可以包括銷構件132，在 將主提升閥76組裝到適配器元件70上之后該銷構件與適配器元件70的臺 肩(land) 134接合。以這種方式，可以生成由適配器元件70、導向元件 74、主提升閥76以及彈簧78和80組成的子組件。在(主提升閥76 )組 裝入閥體68之后銷構件132和適配器元件70之間可維持一間隔。除了調節(jié)預期的主提升閥76的運動以及與作業(yè)器具14(參見圖l)的 所需運動有關的面128和座130之間的相關打開面積之外，主提升閥76 還可提供流體補給功能。特別地，為了將第一室50 (參見圖1)內排空 (voiding)的可能性減到最小，主提升閥76可以響應于缸端口 86內降低 到預定壓力以下的流體壓力而自動運動。例如，當缸端口 86內的流體壓力 降低時，控制室126內的導向流體的壓力由于經由溝槽131的流體連通而 同樣降低。當控制室126內的壓力降低到小于預定值(由彈簧80的偏壓和 箱24內的流體壓力決定)時，排放口 88內的流體作用在主提升閥76的管 口端76a上的力將抵抗彈簧80的偏壓將主提升閥76推向導向元件74,由 此使面128與座130分離。當面128從座130分離時，流體將通過排放口 88和缸端口 86從箱24流向第一室50。當?shù)谝皇?0和缸端口 86內的壓力 隨著流體的流入而增加時，控制室126內關聯(lián)地增加的壓力將最終把主提 升閥76推回其阻流位置。減壓閥元件77的功能是減低液壓系統(tǒng)22的過大的壓力。具體地，減 壓閥元件77可以設置在主提升閥76的中心孔136內并且可以抵抗減壓彈 簧138的偏壓從阻流位置向著通流位置運動，其中在阻流位置來自控制室 126的導向流體被阻止經過減壓閥元件77流向排放口 88,在通流位置來自 控制室126的導向流體被傳遞到排放口 88以間接地減低缸端口 86內的壓 力。例如，減壓閥元件77可以包拾沒計成與位于中心孔136內的凹錐形座 150接合的凸錐形面148。當面148遠離座150時，導向流體將經過多個軸 向布置在主提升閥76的控制端76b中的流體通道152、經減壓閥元件77 的中心孔154流到排放口 88。但是，當面148與座150接合時，來自控制室126的導向流體將被阻止通過流體通道152和中心孔154流到排放口 88。 為了抵抗減壓彈簧138的偏壓將減壓閥元件77從阻流位置移動到通流 位置，來自缸端口 86的導向流體可以通過多個徑向布置在主提升閥76內 的減壓通道140與減壓閥元件77連通。當缸端口 86內的壓力超過預定壓 力(由減壓彈簧138的偏壓力和排放口 88的流體壓力決定)時，從缸端口 86被引導到減壓閥元件77的導向流體將作用在減壓閥元件77的液壓表面 142上以使減壓閥元件77向著通流位置運動。當減壓閥元件77向著通流 位置運動以將導向流體從控制室126傳遞到排放口 88時，作用在主提升閥 76上的打開力將克服控制室126內的閉合流動力以將主提升閥76推向通 流位置，由此允許額外的流體排到箱24并直接減低壓力峰值。節(jié)流孔板 156可與中心孔154相關聯(lián)以限制流經中心孔154的流體流量?？梢栽跍p 壓閥元件77的凹槽146內布置密封件144以將減壓閥元件77的外表面和 中心孔136的內表面之間的泄漏減到最小。桿端排放閥38 (參見圖2 )可以設置在源26和第二室52之間，并且 包括協(xié)作調節(jié)從第二室52流向箱24的加壓流體流的部件。由于桿端排放 閥38的部件和操作大體上類似于頭端排》欠閥36的部件和操作，所以本發(fā) 明省略對桿端排放閥38的說明。圖4示出頭端排放閥36的可選實施例。類似于圖3的實施例，圖4 的頭端朝M文閥36可以包括閥體68、主提升閥76、導向元件74、螺線管;jyi 構72、和減壓閥元件77。 ^f旦是，與圖3的減壓閥元件77相比，圖4的減 壓閥元件77可具有可變的減壓設置。具體地，減壓螺線管機構158可與圖 4的減壓閥元件77相關聯(lián)以選擇性地和直接地與減壓彈簧138的偏壓一起 或者抵抗減壓彈簧138的偏壓來偏壓減壓閥元件77。以這種方式，移動減 壓閥元件77所需的力可以通過改變施加在減壓螺線管機構158上的電流來 增力口或減小。圖5示出頭端排放閥36的另一可選實施例。類似于圖4的實施例，圖 5的頭端排放閥36包括閥體68、主提升閥76、導向元件74、螺線管機構 72、減壓閥元件77、和提供可變減壓功能的減壓螺線管機構158。但是，13與圖4的減壓螺線管機構158相比，圖5所示的減壓螺線管機構158可間 接地作用在減壓閥元件77上。具體地，在圖5的實施例中，減壓螺線管機 構158不是直接作用以移動減壓閥元件77，而是與減壓導閥彈簧162 —起 或者抵抗減壓導閥彈簧162來移動減壓導閥元件160。減壓導閥元件160 可以從阻流位置運動到通流位置，其中在阻流位置來自缸端口 86的導向流 體與減壓彈簧138的偏壓一起作用，在通流位置來自缸端口 86的導向流體 排放到箱24。如果來自缸端口 86的導向流體與減壓彈簧138的偏壓一起 作用，那么朝著通流位置移動減壓閥元件77所需的力比來自缸端口 86的 導向流體不與減壓彈簧138的偏壓一起作用時的大。以這種方式，與圖4 的實施例相比較，可減小為減壓閥元件77提供減壓設置所需的力和減壓螺 線管機構158的相應尺寸。工業(yè)適用性所公開的液壓系統(tǒng)可以應用于包括其中想要精確控制壓力和/或與其 有關的流體流量的流體致動器的任何作業(yè)機械。所公開的液壓系統(tǒng)能夠以 低成本、簡單構造來提供導致穩(wěn)定的、可預知的致動器性能的高度響應的 壓力調節(jié)。下面說明液壓系統(tǒng)22的操作。液壓缸16可以響應于操作員輸入通過流體壓力而移動。流體可通過源 26加壓并被引導到頭端供給閥32和桿端供給閥34。響應于操作員輸入使 活塞組件48相對于管46伸出或縮進，頭端供給閥和桿端供給閥32、 34 中適當?shù)?一個將被致動以與作業(yè)器具所需的速度相對應的速率用加壓流體 填充第一室和第二室50、 52中的一個。基本上同時地，頭端排放閥和桿端 排放閥36、 38中適當?shù)囊粋€的螺線管機構72可被通電以將銜鐵100吸引 向電磁線圏98。當銜鐵100被吸引向電磁線圏98時，相連接的導向元件 74將移動以使面122脫離座124適當?shù)牧?，由此以適當?shù)乃俾蕪目刂剖?26 排出導向流體。當控制室126被排放時，穿過主提升閥76將產生壓力差， 該壓力差克服彈簧80的偏壓并導致主提升閥76的面128脫離閥體68的座 130適當?shù)牧?，由此使缸端?86與排放口 88流體連接并隨后排出第一室和第二室50、 52其中之一的加壓流體。第一室和第二室50、 52中的一個 的填充和另一個的排放可有助于活塞組件48在管46內的運動以及作業(yè)器 具14的相應運動。供給螺線管機構72的電流的量可基于控制室126內假定的流體壓力和 所需的從控制室126流出的流體流量。特別地，被引導到電磁線圏98的電 流的量可對應于彈簧78和80的壓縮，該彈簧壓縮導致面122和座124之 間的預定流動面積。該面122和座124之間的預定流動面積可有助于實現(xiàn) 從控制室126出來的導向流體的預定流量以及隨后的穿過主提升閥76的壓 力差，該壓力差在面128和座130之間產生預定流動面積。類似地，面128 和座130之間的預定流動面積可有助于實現(xiàn)從釭端口 86流向排》文口 88的 流體的預定流量，該預定流量導致所希望的液壓缸16的致動速度。所施加 的電流和彈簧78和80的壓縮及導致所希望的流動面積的主計量流動力之 間的關系可以通過分析實踐、實驗室試驗、實地試驗和/或通過其它本領域 已知的方法來確定。頭端排》文閥和桿端排i文閥36、 38可以適應液壓系統(tǒng)22內的流體壓力 偏離假定壓力的情況。具體地，在液壓缸16的操作過程中，液壓缸16內 的壓力有可能超過假定壓力或降低到低于假定壓力。如果不加以調節(jié)，這 些壓力波動會導致液壓缸16和作業(yè)器具14的不穩(wěn)定的和/或意想不到的運 動。這些影響可由壓力下降期間主提升閥76的運動和壓力尖峰期間減壓閥 元件77的運動來解決。例如，當液壓缸16內的壓力下降到低于預定壓力 值時，在主提升閥76的管口端76a處產生的力將克服彈簧80的偏壓力和 控制室126內的閉合力以使主提升閥76移動到通流位置。當位于通流位置 時，來自箱24的流體將被允許經由缸端口 86進入第一室50，由此將第一 室50內排空的可能性減到最小。控制溝槽131的面積在提升閥全沖程附近 具有面積增益以幫助抑制/緩沖可由這種補給功能產生的快速變動。反之， 當?shù)谝皇?0和缸端口 86內的壓力增加到超過預定壓力值時，從缸端口 86 經由減壓通道140連通到液壓表面142的導向流體可朝向通流位置偏壓減 壓閥元件77。當位于通流位置時，來自控制室126的導向流體可經過軸向通道152、中心孔154和排放口 88排放到箱24中，由此間接地減低第一 室50和缸端口 86內的壓力峰值。當導向流體從控制室126排出時，主提 升閥76將向著通流位置運動以將額外的流體傳遞給箱24，由此直接減低 壓力峰值。溝槽131的流動面積可具有總是將一些流體從缸端口 86連通到 室126的小流動面積，由此使得能夠快速響應此減壓功能，這將幫助防止 壓力過沖。上述控制溝槽131的面積增益可有助于抑制可由這種減壓功能 產生的快速變動。由于頭端排放閥和桿端排放閥36、38可以分別使用來自第一室和第二 室50、 52的加壓導向流體來致動，因此可降低液壓系統(tǒng)22的成本，并且 提高設計靈活性。具體地，由于致動頭端排放閥和桿端排放閥36、 38的加 壓導向流體來自液壓缸16,所以液壓系統(tǒng)22的部件成本和運作成本比外 部源提供導向流體低。此外，由于導向流體源是液壓缸16而不是位于外部 的源，頭端排放閥和桿端排放閥36、 38可以遠距離地定位并且需要最少的 管道系統(tǒng)。對所公開的計量閥和液壓系統(tǒng)做出各種修改和變型對本領域技術人員 來說是顯而易見的。從對本說明書的考慮和對公開的計量閥和液壓系統(tǒng)的 實踐中其它實施例對本領域技術人員來說將是顯而易見的。例如，可以設 想頭端供給閥和桿端供給閥32、 34 (參見圖2)在結構和功能上可以與頭 端排放閥和桿端排放閥36、 38大體上類似。本說明書和示例應認為只是示 例性的，真正的范圍由所附權利要求及其等同方案指出。
權利要求
1.一種計量閥(36)，包括閥體(68)，該閥體具有入口(86)和出口(88)；主提升閥(76)，該主提升閥設置在閥體內介于入口和出口之間，具有管口端(76a)和控制端(76b)，并且可在通流位置和阻流位置之間移動，其中在通流位置流體從入口流向出口，在阻流位置入口和出口之間的流體流動被阻止；可在阻流位置和通流位置之間移動的電磁操作的導向元件(74)，其中在阻流位置來自入口的加壓流體對與主提升閥的控制端相連通的控制室加壓以將主提升閥推向阻流位置，在通流位置控制室與排放裝置相連通以使主提升閥向著通流位置移動；以及減壓閥元件(77)，該減壓閥元件設計成響應于入口處的超過預定壓力的壓力從控制室排出加壓流體以使主提升閥向著通流位置移動。
2. 根據(jù)權利要求l所述的計量閥，其特征在于，當出口處的壓力超 過入口處的壓力時，主提升閥可自動地向著通流位置移動以允許流體從出 口流向入口 。
3. 根據(jù)權利要求l所述的計量閥，其特征在于，減壓閥元件設置在 主提升閥的中心孔(136)內。
4. 根據(jù)權利要求3所述的計量閥，其特征在于，該計量閥還包括 節(jié)流孔板(156)，該節(jié)流孔板設置在減壓閥元件內并且設計成抑制經過減壓閥元件排力文的流體的壓力波動；減壓彈簧(138 )，該減壓彈簧i殳置在主提升閥的中心孔內并JU殳計成 朝向阻流位置偏壓減壓閥元件；力反饋彈簧(80),該力反饋彈簧設置在導向元件和主提升閥之間以 朝向阻流位置偏壓主提升閥；以及設計成朝向阻流位置偏壓導向元件的導向彈簧(78)。
5. 根據(jù)權利要求l所述的計量閥，其特征在于主提升閥包括外部溝槽(131)，該外部溝槽設計成當主提升閥朝著通 流位置移動時提供從入口到控制室的加壓流體的增加的流量；以及至少部分來自入口的加壓流體總是通過外部溝槽與控制室相連通。
6. —種操作計量閥(36)的方法，包括使導向元件(74)在阻流位置和通流位置之間移動，其中在阻流位置 來自致動器(16)的室(50)的加壓流體將主提升閥(76)保持在阻流位 置以阻止流體從所述室流出，在通流位置主提升閥的控制端(76b)與排 放裝置(24)相連通以使主提升閥向著通流位置移動來從所述室排出流體； 以及響應于所述室內的超過預定值的流體壓力使主提升閥自動地向著通流 位置移動以允許從所述室排出流體。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括響應于 所述室內的降低到低于預定值的流體壓力使主提升閥自動地向著通流位置 移動以允許流體流入所述室。
8. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括 限制至少部分從所述室排出的流體的流量以抑制主提升閥自動移動過程中的壓力波動；使至少部分所述室內的流體總是與主提升閥的控制端相連通；以及 當主提升閥朝著通流位置移動時增加從所述室流向主提升閥的控制端的流體流量。
9. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括改變所 述預定值，其中所述改變包括給螺線管機構(158 )通電以直接偏壓減壓閥 元件(77)。
10. —種作業(yè)機械(10 )，包括 作業(yè)器具(14);設計成使作業(yè)器具運動的液壓缸(16);以及 如權利要求l至5中任一項所述的計量閥(36),該計量閥設計成用 于從液壓缸的室(50)排出流體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于作業(yè)機械液壓系統(tǒng)(22)的計量閥(36)。該計量閥具有入口(86)和出口(88)、主提升閥(76)、以及電磁操作的導向元件(74)。主提升閥可移動以將流體從入口傳遞到出口，以及阻止流體從入口流到出口。電磁操作的導向元件可在第一位置和第二位置之間移動，其中在第一位置來自入口的加壓流體對與主提升閥的控制端(76b)相連通的控制室(126)加壓以將主提升閥推向阻流位置，在第二位置控制室與排放裝置(24)相連通以使主提升閥向著通流位置移動。該計量閥還具有減壓閥元件(77)，該減壓閥元件設計成響應于入口處的超過預定壓力的壓力從控制室排出加壓流體以使主提升閥向著通流位置移動。
文檔編號G05D7/06GK101253459SQ200680031997
公開日2008年8月27日 申請日期2006年7月18日 優(yōu)先權日2005年8月31日
發(fā)明者D·P·史密斯, D·T·馬瑟爾, W·W·拉克 申請人:卡特彼勒公司;新卡特彼勒三菱株式會社