具有液压缸隔离阀的液压系统.pdf

一种液压系统，该系统通过靠近液压致动器地结合一隔离器来提供故障保护功能。所述隔离器具有与所述液压致动器相连的第一端口和第二端口，在这些端口之间连接有电动隔离阀。当所述液压致动器内的压力超出给定水平时，减压阀作出响应而释放压力，从而使所述隔离阀能在未作用有电流的情况下打开并释放所述液压致动器内的压力。控制阀门组件远离所述液压致动器并与第二端口相连，以测量源与液压致动器之间的流体流动。

1.  一种具有部件故障保护功能的液压系统，该系统包括：
具有泵和储罐的流体源；
具有第一室的液压致动器；
远离所述液压致动器并与所述源相连的控制阀门组件，该控制阀门组件具有第一工作端口并对所述源与所述第一工作端口之间的流体流动进行控制；
靠近所述液压致动器并与所述第一室及所述第一工作端口相连的隔离阀，该隔离阀具有阀门元件，所述第一室内的压力作用在所述阀门元件上而趋向于打开所述隔离阀；以及
减压阀，该减压阀响应所述第一室内超出给定水平的压力而使作用在所述阀门元件上的压力释放，从而使所述隔离阀可响应所述第一室内的压力而打开。

2.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述隔离阀是电动的。

3.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述隔离阀是液压控制的。

4.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述隔离阀按比例控制流体的流动。

5.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述隔离阀具有第一状态和第二状态，所述第一状态提供从所述第一室到所述第一工作端口之间的路径，在所述第二状态下，流体仅可沿从所述第一工作端口向所述第一室的方向流动。

6.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述减压阀的给定水平由所述减压阀与所述源之间的流体路径限定，该流体路径旁通于所述控制阀门组件。

7.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述给定水平由所述减压阀与所述储罐的连接结构限定，该连接结构提供不会受到所述控制阀门组件的操作的影响的流体路径。

8.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述液压致动器具有第二室；所述控制阀门组件包括：与所述第二室联接的第二工作端口，以及在所述第一及第二工作端口与所述源之间以惠斯顿电桥方式相连的四个电液比例阀。

9.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括在所述第一室与所述第一工作端口之间的泄漏路径，在该泄漏路径中，所述第一室内的压力连续地连通于所述控制阀门组件。

10.  如权利要求7所述的液压系统，其特征在于，还包括在所述第一工作端口检测压力的第一压力传感器。

11.  如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述控制阀门组件对从源向所述液压致动器的流体流动进行控制，并独立地对从所述液压致动器向所述源的流体流动进行控制。

12.  一种具有部件故障保护功能的液压系统，该系统包括：
具有泵和储罐的流体源；
包括具有第一室的液压缸的液压致动器；
靠近所述液压缸的隔离器，所述隔离器具有与所述第一室相连的第一端口和第二端口，所述隔离器包括连接在所述第一端口和第二端口之间的电动隔离阀以及在所述第一端口和第二端口之间的泄漏路径，在该泄漏路径中，在所述第一室内的压力连续地连通于所述第二端口；以及
远离所述液压缸并与所述第二端口相连的控制阀门组件，用于控制流体从源流向所述液压致动器以及从所述液压致动器流回所述源的流动。

13.  如权利要求12所述的液压系统，其特征在于，所述电动隔离阀具有第一状态和第二状态，所述第一状态提供在所述第一室与所述控制阀门组件之间的路径，在所述第二状态下，流体仅可沿从所述控制阀门组件向所述第一室的方向流经所述电动隔离阀。

14.  如权利要求12所述的液压系统，其特征在于，所述电动隔离阀按比例控制流体的流动。

15.  如权利要求12所述的液压系统，其特征在于，所述隔离器还包括减压阀，该减压阀响应所述第一室内超出给定水平的压力而打开流体路径以释放该压力，从而使所述电动隔离阀打开。

16.  如权利要求12所述的液压系统，其特征在于，
所述电动隔离阀包括阀门元件，在所述第一室内的压力作用在所述阀门元件的第一侧上并趋向于打开所述电动隔离阀，并且
所述隔离器还包括减压阀，该减压阀响应所述第一室内超出给定水平的压力而释放作用在所述阀门元件的第二侧上的压力，从而使所述电动隔离阀可响应作用于所述第一侧上的压力而打开。

17.  如权利要求16所述的液压系统，其特征在于，所述给定水平由所述减压阀与所述源的连接结构限定。

18.  如权利要求16所述的液压系统，其特征在于，所述给定水平由所述减压阀与所述储罐的连接结构限定。

19.  如权利要求12所述的液压系统，其特征在于，具有第一室的所述液压缸具有第二室；所述控制阀门组件包括与所述隔离器联接的第一工作端口、与所述第二室联接的第二工作端口以及在所述第一工作端口和第二工作端口与所述泵及储罐之间以惠斯顿电桥方式相连的四个电液比例阀

20.  如权利要求12所述的液压系统，其特征在于，所述控制阀门组件独立于对从所述液压致动器向所述源的流体流动的控制来对从所述源向所述液压致动器的流体流动进行控制。

具有液压缸隔离阀的液压系统
技术领域
本发明涉及一种控制流向使机械部件在机器上运动的液压致动器的流体流动的液压系统，尤其涉及防止机械部件在液压系统发生故障时运动。
背景技术
施工及农业设备利用液压系统来操作不同的机械元件。例如，伸缩式装卸机(telehandler)是一种常见的物料处理机器，它具有附连在与拖拉机枢轴联接的伸缩吊杆端部上的一对叉子或平台。利用独立的液压致动器使吊杆升降，改变吊杆的长度，使叉子或平台倾斜，每个这种操作均称作机器的“液压功能”。本文所用的“液压致动器”一般是指将液压流体流动转换成机械运动的任何设备，例如液压缸-活塞装置或马达。
机器的操作者坐在驾驶室内，并通过操纵手柄或操纵杆来控制液压致动器，进而控制机器的机械部件。该操纵使对从泵流向液压致动器的流体的流动进行控制的阀门工作。阀门可以位于驾驶室附近或机器上的其它部位，并由软管与液压致动器相连。即使阀门与相关联的液压致动器相对较近，仍要使用软管。
施工及农业设备上的软管会受到机械损伤及暴露于恶劣的环境条件，这会导致劣化从而引起软管爆裂。当阀门组件与液压致动器之间的软管爆裂时，致动器内的流体会迅速逸出。若破裂的软管与承载重负载的机器部件如伸缩式装卸机或挖掘机的吊杆相连，所述迅速逸出的流体会使所述部件突然下落，从而导致损坏或人员伤害。
因此，期望提供一种防止机器部件在与其相连的液压部件发生故障时运动的机构。
发明内容
本发明提供一种具有部件故障保护功能的液压系统，该液压系统控制液压致动器与包括泵和箱的流体源之间的流体流动。该液压致动器包括具有第一室的液压缸。远离液压缸的控制阀门组件与源相连，对从源流向工作端口的流体流动以及从该第一工作端口流向源头的流体回流进行控制。
靠近液压缸的隔离器包括电动隔离阀和减压阀。该隔离阀与第一室及工作端口相连并具有阀门元件，其中，作用在阀门元件的第一侧上的液压缸内的压力倾向于打开隔离阀而无需加电。减压阀响应液压缸内的超出给定水平的压力而释放作用在阀门元件的第二侧上的压力，从而使隔离阀能打开，释放液压缸内的压力。给定程度最好由减压阀与源的连接结构来限定，该连接结构旁通于控制阀门组件。
若控制阀门组件与液压缸之间的软管或其它类型的导管破裂，则隔离阀关闭，防止液压缸内的流体逸出，并防止吊杆在不受控制的状态下下落。若控制阀门组件中的阀在打开状态下卡住，则隔离阀还防止不受控制的运动。
本液压系统的另一方面在于提供一种围绕或穿过隔离阀的较小的泄漏路径，即便在隔离阀关闭时，该泄漏路径也可将液压缸内的压力传递给控制阀门组件中的压力传感器。
附图说明
图1是具有本发明的液压系统的机器的局部侧视剖视图；
图2是液压系统的原理图；以及
图3是液压系统用于对一液压缸-活塞组件进行控制的液压部件的图。
具体实施方式
虽然对本发明在伸缩式装卸机中的使用进行描述，但本发明也可在其它类型的液压操作设备上实施。
首先参照图1，本发明的液压系统被包括在伸缩式装卸机10中，伸缩式装卸机10包括在其上枢轴安装有吊杆13的拖拉机12。诸如吊杆提升缸16之类的第一液压致动器使吊杆13绕枢轴17圆弧地升降。吊杆13包括第一及第二部分14、15，它们可响应诸如吊杆内的长度缸19之类的另一液压致动器操作而可伸缩地被伸长和收缩。
在第二吊杆部15的远端，诸如用于提升物品的一对货叉20或一平台之类的工作头18被附连在枢轴点22上。根据要进行的工作，也可采用其它类型的工作头。第三液压缸24使工作头18倾斜，具体而言，活塞杆从该液压缸伸长使货叉20的端部向上翘起，活塞杆的收缩使货叉端部下降。
参照图2，伸缩式装卸机10上的各种液压缸是具有液压流体源31的液压系统30的一部分，液压流体源31包括泵32和储罐33。泵32从储罐33中抽取流体并在压力下将流体压入供给管线34。在用于给伸缩式装卸机的液压缸-活塞组件提供动力后，流体经由回流管线40流回储罐33中。
液压系统30控制机器的三个独立的液压功能41、42和43，它们分别改变吊杆的提升角度、吊杆的长度和工作头的倾斜度。吊杆提升功能41通过操作在活塞的相反侧具有杆室47和头部室48的提升缸16使吊杆13相对拖拉机12垂直转动。第一控制阀门组件44将杆室及头部室与供给及回流管线34、40相连，并控制流体流入和流出提升缸16的流动。具体而言，从供给管线34向杆室47供给加压的液压流体并从头部室48排出流体使活塞杆50缩回到提升缸16中，从而使吊杆13下降。相似地，向头部室48供给加压的液压流体并从杆室47排出流体使活塞杆50从提升缸16伸出并升起吊杆13。
吊杆长度功能48具有与吊杆提升功能41相似的液压回路，包括控制流体流入和流出长度缸19各室的流动的第二控制阀门组件45。流体的选择性应用或是使活塞杆从长度缸19伸出，从而使第二吊杆部15从第一部分14伸出，或是使活塞杆缩回到长度缸19中，从而使第二吊杆部15缩回到第一部分14中。工作头功能43具有第三控制阀门组件46，第三控制阀门组件46控制流体流入和流出第三液压缸24的各室的流动，从而使工作头18在吊杆13的端部向上和向下倾斜。
各液压功能41、42、43分别包括对相关联的控制阀门组件44、45、46进行操作的功能控制器51、52和53。每个功能控制器51～53是通过通讯网络56从系统控制器54接收控制信号的基于微型计算机的电路。由功能控制器51～53执行的软件程序响应这些信号，生成对相应的控制阀门组件44～46进行操作的输出信号。
系统控制器54对液压系统30的总体运行进行监控。与系统控制器54连接有多个操纵杆58，机器操作人员利用其来指定液压功能如何操作。系统控制器还从位于泵32出口的供给管道压力传感器35、回流管道压力传感器38接收信号。响应各种输入信号，系统控制器54操作卸荷阀36来调节供给管线的压力，以满足不同液压功能41～43的压力要求。
图3描述的是吊杆提升功能41的液压回路。具体而言，第一控制阀门组件44包括以惠斯顿电桥装置相连的四个电液比例(EHP)阀61、62、63和64。各电液比例阀均为液压控制装置，例如是在美国专利No.6,745,992中所描述的装置。第一电液比例阀61控制液压流体从供给管线34流向吊杆提升缸16的与第一工作端口66相连的头部室48的流动，第二电液比例阀62控制流体从供给管线流向与第二工作端口67相连的杆室47的流动。第三电液比例阀63对供流体从缸头部室48和回流管线40流动的路径进行控制，而第四电液比例阀64连接在杆室47与回流管线40之间。四个电液比例阀61～64由来自功能控制器51的信号独立地进行电磁操作。通过打开第一及第四电液比例阀61～64，加压流体施加于头部室48并从杆室47排出，使活塞杆50伸出，升起吊杆13。相似地，打开第二及第三电磁比例阀62和63将加压流体送入杆室47内并将流体从头部室48排出，使活塞杆50缩回，使吊杆13下降。
第一控制阀门组件44还包括第一减压阀68，该第一减压阀68响应在第一工作端口66处超过预定阈值水平的压力，打开在第三电液比例阀63的控制室与回流管线40之间的流体路径。打开第一减压阀68使控制室内的压力释放，从而使第三电液比例阀63打开并将第一工作端口66处的压力释放给回流管线40。类似地，第二减压阀69响应第二工作端口67处的过高压力而打开在第四电液比例阀64与回流管线40之间的路径。该减压动作使第四电液比例阀64打开并释放第二工作端口压力。
一对压力传感器81、82分别检测第一及第二工作端口66、67处的液压压力。
第一控制阀门组件44的第一及第二工作端口66、67通过一对软管70、71与提升缸16相连。这使得第一控制阀门组件可以离开液压缸一定距离。虽然第二软管71与提升缸16的杆室47直接相连，但与第一工作端口66相连的第一软管70通过位于液压缸上的隔离器72与头室48联接。隔离器72的第一端口73与液压缸头部室48相连，而第一软管70与第二端口75相连。
隔离器72具有液压控制的并与控制阀门组件44中的电液比例阀61～64相似的电液比例隔离阀74。然而，隔离阀74是单向的，具有提供头部室与第一工作端口之间的流动路径的第一状态。在隔离阀74的断电的第二状态下，内部止回阀77允许流体从第一控制阀门组件44流向头部室48。虽然最好将隔离阀74一体地设置在止回阀77内，但外部止回阀也可提供相同的功能。隔离阀74在第二状态下具有故意设置的较小的泄漏路径76，从而使提升缸16的头部室中的压力可连续地作用于第一传感器81而不管隔离阀74的状态如何。然而，经由泄漏路径76的流动很小，从而即使第一软管70爆裂也不会明显影响隔离器72的操作，这将在下面说明。
隔离器72防止否则在吊杆13保持着极重的负载时软管70爆裂的情况下而会导致的严重事件。若没有隔离阀74，则爆裂的软管会使头部室48内的流体迅速逸出并导致负载突然下落。现在，当吊杆13相对拖拉机12静止不动时，第一控制阀门组件44和隔离阀74均处在关闭状态。若软管70破裂，则隔离阀74会阻止流体从液压缸头部室48逸出，从而支撑吊杆13。若隔离阀74在第一状态下打开时，例如在使吊杆13下降时，软管爆裂，操作人员可释放相应的操纵杆58。系统及功能控制器54和41响应操纵杆，关闭隔离阀74，这也将阻止吊杆13的进一步动作。应当理解，当发生软管爆裂或其它严重事件时，经由泄漏路径76的流动极小，以致只会引起吊杆缓慢下降。
若吊杆13意外地撞击物体，则作用在吊杆上的合力可在提升缸16的头部室48内形成过高的压力。因为隔离阀74位于提升缸16上，所以当隔离阀关闭时该压力被限制在头部室内，这可能会给液压缸造成严重破坏。为了避免这种破坏，在隔离器72内连接有第三减压阀78，该第三减压阀78在头部室48内的压力超出给定水平或阈值时打开。在较佳的实施例中，给定水平与第一控制阀门组件44的第一减压阀68打开时的压力水平相同。第三减压阀78的操作通过连接于其的连接结构80来参照回流管线40中的压力水平，该连接结构80提供旁通于控制阀门组件44中的电液比例阀61～64的路径。这样，由连接结构80提供的路径不会受到控制阀门组件的操作的影响。提升缸16的头部室48内的压力作用于隔离阀74内的阀门元件79的第一侧。第三减压阀78连接成给隔离阀74中的阀门元件79的相对的第二侧上的压力提供释放路径，
因此，当第三减压阀78打开时，由于过高的头部室压力，阀门元件79的第二侧受到回流管线40中的相对较低的压力。这样，即便螺线管并未施加电流，作用于阀门元件79的第一侧的过高的头部室压力也会迫使隔离阀74打开。这一动作会将头部室压力传递给控制阀门组件44，在控制阀门组件44中，该压力使得第一减压阀68打开。该进一步的动作使第三电液比例阀63的控制室65内的压力释放，第三电液比例阀63也响应头部室压力打开，从而为该压力流向回流管线40提供路径。这样，因吊杆13意外撞击物体而在提升缸中产生的过高压力在可能给液压缸造成破坏前被释放。
若撞击到物体的吊杆13在提升缸16的杆室47内产生过高压力，则通过第二软管71与控制阀门组件44的直接连接使得第二减压阀69打开。这一打开使第四电液比例阀的控制室内的压力释放，从而将杆室压力传递给回流管线40。
另一种液压系统故障在第一电液比例阀61或第三电液比例阀63在打开状态下卡住(stuck)时发生。若没有隔离器72，则保持(sticking)连续打开的第一电液比例阀61将加压的流体作用在提升缸16上。如果第三电液比例阀63保持打开，那么在没有隔离器72时，流体将从提升缸16连续排出到回流管线中。不过，使得电液比例阀61～64关闭的操作人员指令也会关闭隔离器72中的隔离阀74。因此，即使第一电液比例阀61或第三电液比例阀63保持打开，隔离阀74也会关闭，从而阻断流入或流出提升缸16的流动。在将比例阀用作隔离阀74时，如果第三电液比例阀63在打开状态下发生故障，那么它可用于测量来自提升缸的流体流动并控制吊杆的下降。
上述说明主要针对本发明的较佳实施例。虽然注意到了本发明范围内的各种变化型实施例，但应当预计到，本领域相关技术人员可实现由本发明公开的实施例得出的明显的其它变化形式。例如，上述创造性概念可用于具有以机械方式并列相连并以液压方式与控制阀门组件的公共工作端口相连的两个或更多液压缸，但具有独立的隔离器的机器。相应地，本发明的范围应当由下面的权利要求书来确定，而并非由以上的公开文本限定。