用于作业机器液压回路的阀装置.pdf

本发明涉及一种用于动臂控制系统(30)或用于可使作业机器(10)部件在重力作用下下降的其它控制系统的阀装置(60)。解决的问题是预防动臂(13)或其它作业机器(10)部件在软管爆裂情况下失控下落。本发明提供一种用于升降作业机器(10)部件的液压系统(30)的阀装置(60)。阀装置(60)包括进口(61)和出口(62)。先导式负载控制阀(63)在进口(61)和出口(62)之间流体连接，负载控制阀(63)包括允许液压流体从出口(62)流至进口(61)的接通单向状态，以及允许液压流体从进口(61)流至出口(62)的断开单向状态。导流管道(65)经配置以引导先导液压流体以致动负载控制阀(63)。连接管道(67)将导流管道(65)流体连接至进口(61)，连接管道(67)包括节流装置(68)和止回阀(69)，止回阀(69)经配置以使液压流体仅在从导流管道(65)朝向进口(61)的方向上流动。

1.  一种用于升降作业机械部件的液压系统的阀装置，其包括：
进口和出口；
先导式负载控制阀，其在所述进口和所述出口之间流体连接，所述负载控制阀具有允许液压流体从所述出口流至所述进口的接通单向状态，以及允许液压流体从所述进口流至所述出口的断开单向状态；
导流管道，其经配置以引导先导液压流体以致动所述负载控制阀；以及
连接管道，其将所述导流管道流体连接至所述进口，所述连接管道包括节流装置和止回阀，所述止回阀经配置以使液压流体仅在从所述导流管道朝向所述进口的方向上流动。

2.  根据权利要求1所述的阀装置，其中所述连接管道中的所述节流装置是孔口。

3.  根据权利要求1或权利要求2所述的阀装置，其中所述导流管道包括节流装置。

4.  根据权利要求3所述的阀装置，其中所述导流管道中的所述节流装置是孔口。

5.  根据前述权利要求中的任一项所述的阀装置，其进一步包括泄压阀，所述泄压阀连接在所述进口和所述出口之间，与所述负载控制阀平行。

6.  一种带有部件故障保护的液压系统，其包括：
液压流体源；
液压致动器，其具有第一腔室；以及
根据前述权利要求中的任一项所述的阀装置，所述阀装置流体连接在所述液压流体源和所述第一腔室之间，使得所述阀装置的所述进口位于所述液压流体源和所述负载控制阀之间，而所述阀装置的所述出口位于所述 负载控制阀和所述第一腔室之间。

7.  根据权利要求6所述的液压系统，其中所述阀装置的位置毗邻所述第一腔室。

8.  根据权利要求6或权利要求7所述的液压系统，其进一步包括电气开关，其用于可操作地向所述导流管道供给先导液压流体。

9.  根据权利要求6至8中的任一项所述的液压系统，其进一步包括先导阀，所述先导阀流体连接到所述导流管道，所述先导阀具有阻止先导液压流体进入所述导流管道的第一状态，以及将先导液压流体引导到所述导流管道的第二状态。

10.  根据从属于权利要求8的权利要求9所述的液压系统，其中所述电气开关可操作以致动所述先导阀。

11.  根据权利要求6至10中任一项所述的液压系统，其进一步包括位于所述负载控制阀与所述液压流体源之间的主控制阀。

12.  根据从属于权利要求8的权利要求11，或从属于权利要求8的权利要求9，或权利要求10所述的液压系统，其中所述电气开关通过所述主控制阀的运动来致动。

13.  根据权利要求6至12中任一项所述的液压系统，其中经由减压阀从所述液压流体源虹吸先导液压流体。

14.  根据权利要求6至13中任一项所述的液压系统，其中所述液压致动器进一步包括流体连接至所述液压流体源的第二腔室。

用于作业机器液压回路的阀装置
技术领域
本发明针对一种用于动臂控制系统或用于可使作业机器部件在重力作用下下降的其它控制系统的阀装置动臂。
背景技术
许多建筑机器和农业机器利用液压系统来操作其各种机械功能。例如，反铲装载机和挖掘机通常在两节式铰接臂的端部具有挖斗。两节式铰接臂包括“动臂”和“斗杆”(也被称为“铲斗臂”)，动臂安装在反铲装载机上，斗杆铰接至动臂并载有铲斗。经由液压系统来控制各种部件的运动。通常经由柔性软管和各种阀将液压流体引导至液压致动器(如液压缸-活塞装置)。
用于建筑机器和农业机器液压系统的软管在由恶劣的环境条件造成劣化之后可能有爆裂的危险。当软管爆裂时，液压流体可以快速地从系统中逸出。在直接连接到液压致动器的软管发生破裂的情况下，液压流体可以从该致动器中逸出。如果致动器控制载有重负载的机械部件，例如反铲装载机的动臂，则液压流体从致动器中的流失可导致部件失控下落。部件的这种失控下落可引发损害和/或受伤。
为了解决这个问题，ISO8643要求使用与用于控制动臂升降的动臂提升缸相关的下降控制装置。在动臂上发生软管爆裂时，该装置自动工作以减缓或停止动臂的任何向下的运动。
美国专利US-A-2008/0028924公开了一种对软管爆裂情况提供故障保护的液压系统。在邻近液压致动器的软管中并入隔离器。隔离器包括电操作隔离阀，电操作隔离阀可在软管爆裂情况下防止液压流体从液压致动器的相关腔室中逸出。这样可以防止动臂失控下落。
发明内容
本发明因此提供了一种用于升降作业机器部件的液压系统的阀装置，该阀装置包括：进口和出口；先导式负载控制阀，其流体连接在进口和出口之间；负载控制阀，其具有允许液压流体从出口流至进口的接通单向状态以及允许液压流体从进口流至出口的断开单向状态；导流管道，其经配置以引导先导液压流体以致动负载控制阀；以及连接管道，其将导流管道流体连接至进口，连接管道包括节流装置和止回阀，止回阀配置为使液压流体仅在从导流管道朝向进口的方向上流动。
现参考附图并如附图中所示，仅以示例的方式来描述根据本发明的负载控制阀的实施例。
附图说明
图1为一种可采用包括根据本发明的负载控制阀的液压系统的作业机器的侧视图；以及
图2和图3为包括根据本发明的负载控制阀的液压系统的一个实施例的示意图。
具体实施方式
本发明总体涉及一种用于作业机器的阀装置，该作业机器具有由液压系统控制的一个或多个动臂。该阀装置可提供一种防故障机制以在液压系统中发生软管爆裂的情况下防止动臂失控下落。
图1示出了一种反铲装载机形式的作业机器10，其具有作业工具11和作业工具12。反铲装载机的作业工具11和作业工具12可包括装载机11和反铲12，装载机11位于作业机器10的前部，反铲12位于作业机器10的后部。反铲12可操作为液压升降。反铲12可包括动臂13，动臂13在第一端处枢转安装至作业机器10以在大致垂直的平面上运动。斗杆14可 在第一端处枢转安装至动臂13的第二端以在相同的大致垂直的平面上运动，动臂13也可以在该平面上运动。作业器具15(其可以是铲斗的形式)可枢转安装在斗杆14的第二端以在相同的大致垂直的平面上枢转运动，动臂13和斗杆14也可以在该平面上运动。可使用液压致动器16、17和18使动臂13、斗杆14和作业器具15运动。
图2和图3示出了简化的液压控制系统30的实施例，液压控制系统30经由液压致动器16来控制作业机器10的动臂13的升降。液压控制系统30可以是更大的液压系统(未示出)的一部分，该更大的液压系统也可控制作业机器10的其它功能操作和作业机器10上的其它器具的操作。
液压致动器16可具有可滑动地位于气缸32内的活塞31。活塞31可将气缸32分成第一腔室33和第二腔室34。通过将液压流体供给腔室33、34中的一个并且允许液压流体从另一腔室34、33排出，迫使活塞31在排出腔室34、33的方向上沿着气缸32滑动。这分别导致动臂13上升或者下降。应当注意，液压致动器16的方向对于本发明而言并不重要，且第一腔室33或第二腔室34可以是在本领域所公知的“头部腔室”或“杆腔室”。本文描述是将液压流体供给第一腔室33，并且将流体从第二腔室34排出，使得活塞31沿箭头A(在图2中示出)的方向运动并且使得动臂13上升。因此，将液压流体供给第二腔室34，并且将流体从第一腔室33排出，导致活塞31沿箭头B(在图3中示出)的方向运动并且使得动臂13下降。
液压控制系统30可包括液压流体源，该液压流体源可包括储罐40和泵41。泵41可由控制单元(未示出)控制。泵41可从储罐41抽取液压致动器16所需的液压流体，并且迫使流体在压力下进入供给管路42。从液压致动器16排出的任何液压流体可经由回流管路43返回至储罐40。
主控制阀44可将液压致动器16的第一腔室33和第二腔室34联接于供给管路42和回流管路43。主控制阀44可经由第一管道46流体地连接于第一腔室33。主控制阀44可经由第二管道47流体地连接于液压致动器16的第二腔室34。第一管道46和第二管道47可以是柔性软管。因此，主控制阀44可控制液压流体流进和流出液压致动器16。主控制阀44可以 是任何合适类型的阀，例如三位四通手动控制阀。
主控制阀44可具有三个工作状态。在第一状态(未示出)中，主控制阀44的所有端口可被堵塞，使得液压流体无法通过主控制阀44且动臂13可保持静止。在第二状态(在图2中示出)中，主控制阀44可允许液压流体从供给管路42流至第一腔室33，并且从第二腔室34流至回流管路43；在该状态中，动臂13可上升。在第三状态(在图3中示出)中，主控制阀44可允许液压流体从供给管路42流至第二腔室34，并且从第一腔室33流至回流管路43；在该状态中，动臂13可下降。
主控制阀44的工作状态可由作业机器10的操作员直接选择，例如经由作业机器10中的控制杆45。具有“打开”位置和“关闭”位置的电气开关48可与主控制阀44相关联。例如，电气开关48可位于用于操作主控制阀44的控制杆45上或其附近。电气开关48可通过主控制阀44的运动来致动。为了使动臂13下降而使主控制阀44移动到其第三状态可以将电气开关48切换至其“打开”位置。为了使动臂13上升或使动臂13保持静止而使主控制阀44离开其第三状态可以将电气开关切换至其“关闭”位置。
阀装置60可位于液压致动器16和主控制阀44之间的液压控制系统30中。阀装置60可连接在第一管道46和第一腔室33之间。阀装置60的进口61可经由第一管道46流体地连接于主控制阀44。阀装置60的出口62可经由第三管道49流体地连接于第一腔室33。第三管道49可以是刚性管。阀装置60的出口62可替代地直接地连接于第一腔室33。阀装置60可紧邻于第一腔室33。阀装置60可直接与第一腔室33相邻。
在阀装置60内，负载控制阀63可流体地连接在进口61和出口62之间。负载控制阀63可以是单向的并且可具有两种状态。负载控制阀63可具有第一(断开)状态。在其断开状态中，负载控制阀63中的内部止回阀64(也称为非回流阀)可允许液压流体从主控制阀44流至第一腔室33(在图2中示出)。负载控制阀63也可具有第二(接通)状态。在其接通状态中，负载控制阀63可允许流体从第一腔室33流至主控制阀44(在图3中示出)。
负载控制阀63可通过导流管道65供给的加压先导液压流体接通。可使用任何先导液压流体源。例如，可从供给管路42(在图2和3中示出)虹吸先导液压流体。可采用减压阀50来将先导液压流体源的压力降低至先导液压流体的合适压力。例如，供给管路42中的液压流体可具有该区域中高达250巴的压力，可通过减压阀50降低至适合先导液压流体的大约35巴的压力。
可通过电气开关48来确定先导液压流体对导流管道65的供给，该电气开关48可电气地连接于先导阀51。先导阀51可流体地连接于导流管道65。先导阀51可具有两种工作状态。在第一状态(如图2所示)，先导阀51可阻止加压液压流体进入导流管道65，并且可允许先导液压流体从导流管道65排向储罐40。在第二状态(如图3所示)，先导阀51可引导加压液压流体进入导流管道65，并且可阻止先导液压流体从导流管道65排向储罐40。先导阀51可以是两位三通电磁阀。先导阀51可由电气开关48致动。当电气开关48处于“关闭”位置时，先导阀51可处于其第一状态，且因此可阻止加压先导液压流体进入导流管道65。当电气开关48处于“打开”位置时，先导阀51可处于其第二状态，且因此可将加压先导液压流体供给导流管道65。因此，当电气开关48处于“打开”位置时，动臂13可仅仅下降。电气开关48的故障会导致动臂13无法经由负载控制阀63下降。
导流管道65可包括第一节流装置66。第一节流装置66可以是固定孔口或可变孔口。第一节流装置68可用于降低先导液压流体在导流管道65中的压力；当动臂13仅仅由于重力而下降时，通过第一节流装置68设定的降低的压力可小于第一管道中的压力。例如，液压流体源可处于大约35巴的压力下。第一节流装置66例如可将该压力下降大约7巴。第一节流装置68也可用于减小先导液压流体在导流管道65中的流速。这会是有利的，因为它可以减小在管道爆裂情况下从导流管道65排出的液压流体的容量。第一节流装置66的直径取决于所需的压降。
连接管道67可将导流管道65流体地连接于阀装置60的进口61。连接管道67可在第一节流装置66和负载控制阀63之间连接于导流管道65。 连接管道67可包括止回阀69。止回阀69可允许液压流体仅仅沿从导流管道65到第一管道46的方向在连接管道67中流动，反之则不然。因此，当第一管道46中的压力小于导流管道65中由第一节流装置66所设定的压力时，液压流体将从导流管道65流至第一管道46。在动臂13的正常下降时，此种情况不会发生。然而，如果第一管道46爆裂，则第一管道46中的压力会下降到导流管道65中的压力之下，因此液压流体可从导流管道65流至第一管道46。这可防止第一管道46爆裂时负载控制阀63处于其接通状态。
连接管道67还可包括第二节流装置68。第二节流装置68可以是固定孔口或可变孔口。第二节流装置68可位于止回阀69和导流管道65之间。当先导液压流体首先被引导至负载控制阀63来使该负载控制阀接通时，第一管道46中的压力会低于导流管道65中的压力。第二节流装置68可产生经过该第二节流装置的压降，该压降可暂时捕获第一节流装置66和第二节流装置68之间的压力。这可防止先导液压流体经由连接管道67从导流管道65快速地逸出。因此，第二节流装置68可用于维持导流管道65中所需的压力以首次打开负载控制阀63。一旦负载控制阀63接通，第一管道46中的压力会高于导流管道65中的压力，因此，先导液压流体会无法从导流管道65流至第一管道46。第二节流装置68的直径取决于所需的压降的参数。
泄压阀70可连接于第一管道46，与负载控制阀63并联，即连接在阀装置60的进口61和出口62之间，例如ISO8643所示。泄压阀70可经配置以在预定压力阈值之上打开。泄压阀70可用于保护液压致动器16。
液压系统30可用于控制作业机器10中除了动臂13以外的部件的升降。例如，液压系统30可用于控制斗杆14和/或作业工具15的升降
工业实用性
阀装置60控制作业机器10上的动臂的下降。阀装置60还可用于防止动臂13在管道爆裂情况下失控下落。
在动臂13的正常上升过程中，作业机器10的操作员可选择主控制阀44的第二状态(如图2所示)。加压液压流体可通过泵41从储罐40馈送至主控制阀44。主控制阀44可将加压液压流体引导入第一管道46。当主控制阀44处于其第二状态时，电气开关48可处于“关闭”位置。因此，先导阀51可以不被致动并且可以处于其第一状态下。在此种工作状态中，先导液压流体都会供给导流管道65，且阀装置60的负载控制阀63可处于其断开状态。因此，液压流体可经由负载控制阀的内部止回阀64穿过负载控制阀63流至液压致动器16的第一腔室33。这可使得活塞31沿箭头A的方向在气缸32中滑动，从而使动臂13上升。活塞31的运动可迫使液压流体流出液压致动器16的第二腔室34。该液压流体可经由主控制阀44通过第二管道47排向储罐40。
在动臂13的正常下降过程中，作业机器10的操作员可选择主控制阀44的第三状态(如图3所示)。当动臂13仅仅由于重力而下降时，液压流体会从液压致动器16的第一腔室33排出，且活塞31沿着箭头B的方向运动。当主控制阀44处于其第三状态，电气开关48可处于“打开”位置。因此，先导阀51可以被激活并且可以处于其第二状态。因此，先导液压流体会供给导流管道65，由此，阀装置60的负载控制阀63可处于接通状态。因此，液压流体可穿过负载控制阀63和主控制阀44以排入到储罐40中。在此期间，加压液压流体可通过泵41从储罐40馈送至主控制阀44。主控制阀44可将加压液压流体引导到第二管道47中，将该加压液压流体从该第二管道47馈送至液压致动器16的第二腔室34。然而，可限制泵41的流速，使得供给第二腔室34的来自泵41的液压流体的输出可小于从第一腔室33排出的流体的容量。这可确保动臂仅仅在重力下下降，而非由于受驱动下降。一旦动臂13已充分地下降为遇到地面的阻力(可通过控制单元(未示出)来确定)，则泵41的流速会提高。因此，可将更多的加压液压流体供给液压致动器16的第二腔室34以替换从第一腔室33排出的液压流体。这可使活塞31进一步沿箭头B的方向在气缸32中滑动。
如上所述，电气开关48的故障会防止平衡阀接通，因此会防止动臂13经由负载控制阀63下降。在这种情形下，动臂13可经由泄压阀70受 驱动下降。这可通过增大泵41的流速来进行，使得极高压力的液压流体被泵入到第二腔室34中，从而使活塞31沿箭头B的方向在气缸32中滑动。活塞31的运动可迫使液压流体流出液压致动器16的第一腔室33。液压流体无法穿过断开的负载控制阀63，这会使得在阀装置60的出口62的压力高于泄压阀70的预定压力阈值。因此，泄压阀70可打开并且液压流体可经由第一管道46和主控制阀44排向储罐40。因此动臂13可下降。
如果作业机器10的操作员选择主控制阀44的第一状态，则没有液压流体会穿过主控制阀44。因此，动臂13保持静止。另外，当主控制阀44处于其第二状态，电气开关48可处于“关闭”位置。因此，先导阀51可以不被致动并且可以处于其第一状态下。因此，先导液压流体无法供给导流管道65，且阀装置60的负载控制阀63可处于断开状态。
当提升动臂13时，管道46、47、49可能会爆裂。第三管道49的构造和/或其紧邻于第一腔室33可意味着其不太可能爆裂。然而，仍存在第一管道46可能爆裂的风险。当提升动臂13时，负载控制阀63可处于其断开状态。因此，负载控制阀63的内部止回阀64可防止液压流体从第一腔室33逸出。因此，可防止动臂13突然下降。然后，动臂13可经由泄压阀70以可控的方式驱动下降。在第二管道47爆裂的情况下，液压流体可从第二腔室34逸出，这会在第一腔室33和第二腔室34之间产生更大的压差，从而使动臂13上升。这不会具有动臂13失控下落的相同风险。
当降低动臂13时，管道46、47、49也可能爆裂。同样地，第三管道49不太可能爆裂。然而，第一管道46仍然存在可能爆裂的风险。当降低动臂13时，负载控制阀63可处于接通状态，液压流体从第一腔室33流向主控制阀44。管道爆裂情况会导致第一管道46中的压力骤降。这会导致第一管道46中的压力低于导流管道65中的压力。因而，导流管道65中的先导液压流体经由止回阀69通过连接管道67进入第一管道46。因此，可以防止先导液压流体作用于负载控制阀63，这可以使负载控制阀63断开。在负载控制阀63处于其断开状态时，负载控制阀63的内部止回阀64可以防止液压流体从第一腔室33逸出。因此，可以防止动臂13突然下落。然后，动臂13可经由泄压阀70以可控的方式受驱动下降。在第二管道47 爆裂的情况下，液压流体可从第二腔室34中逸出，这可以导致第一腔室33和第二腔室34之间产生更大的压差。这会导致动臂13上升。
当动臂13静止时，即当主控制阀44处于第一状态时，管道46、47、49也可能爆裂。当动臂13静止时，负载控制阀63可处于其断开状态。因而，如果第一管道46爆裂，负载控制阀63的内部止回阀64可以防止液压流体从第一腔室33逸出。因此，可以防止动臂13突然下落。然后，动臂13可经由泄压阀70以可控的方式受驱动下降。在第二管道47爆裂的情况下，液压流体可从第二腔室34中逸出，这可以导致第一腔室33和第二腔室34之间产生更大的压差。这会导致动臂13上升。
动臂13可能会遭受意外的冲击，比如动臂13撞击物体。在这种情况下，所产生的力会在液压致动器16的第一腔室33或第二腔室34中造成过高的压力。在动臂13上升过程中，负载控制阀63可以断开。因此，如果在动臂13的上升过程中，第一腔内33中压力过高，负载控制阀63中的内部止回阀64会导致液压流体无法从第一腔室33排出。因而，压力会被截留在第一腔室33内。这会导致液压致动器16严重损坏。为了避免这种损坏，泄压阀70可以经配置以当第一腔室33内(以及因此在阀装置60的出口62处)的压力超过预定阈值时打开。这样可以在超过预定阈值时，使液压流体经由泄压阀70从第一腔室33排出，从而避免液压致动器16损坏。如果在动臂13的下降过程中第一腔室33中压力过高，当负载控制阀63接通时，液压流体可以通过负载控制阀63从第一腔室33排到储罐40。如果在动臂13的上升或下降过程中，第二腔室34内压力过高，液压流体可以从第二腔室34逸出到储罐40。因而，在那些情况下，液压致动器16将无损坏风险。