專利名稱：具有集成壓強補償器的力反饋提升閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及 一 種力反饋提升閥，更特別地涉及 一 種具有集 成壓強補償器的力反饋提升閥。
背景技術(shù)：
諸如推土機、裝料機、挖掘機、自動平路機的機器及其他類型 的重型機器使用一個或多個液壓致動器完成多種任務(wù)。這些致動器 流體連接到機器上的泵，泵向致動器內(nèi)的腔室提供增壓流體。電動 液壓閥門陣列通常流體連接在泵和致動器之間以控制來自和去往致 動器腔室的增壓流體的流速和方向。
將多個致動器流體連接到一個共用泵的機器液壓回路在致動器 操作過程中回路內(nèi)可能經(jīng)受不希望的壓強波動。特別地，提供給一 個致動器的流體的壓強可能響應(yīng)于與同 一 液壓回路流體連接的不同 的致動器的操作而產(chǎn)生不希望的波動。這些壓強波動可能導(dǎo)致不一 致和/或不希望的致動器運動。此外，壓強波動可能劇烈和/或經(jīng)常發(fā) 生，足以導(dǎo)致液壓回路組件的故障或過早失效。
于1999年3月9日授予Wilke等人的美國專利No.5,878,647 ('647專利)中描述了一種用于對提供到液壓致動器的流體中的這 些壓強波動進行補償?shù)姆椒ā?647專利描述了具有兩對電磁閥、可 變排量泵、儲液罐和液壓致動器的液壓回路。 一對電磁閥包括頭端 供給閥和頭端回流閥，頭端回流閥將液壓致動器的頭端與可變排量 泵或儲液罐連接。另一對電,茲閥包括桿端供給閥和桿端回流閥，桿 端回流閥將液壓致動器的桿端與可變排量泵或儲液罐連接。這四個 電磁閥中的每一個均與不同的壓強補償單向閥相關(guān)聯(lián)。每個壓強補 償單向閥連接在相關(guān)聯(lián)的電磁閥和致動器之間以控制相關(guān)聯(lián)的電磁
5閥和致動器之間的流體的壓強波動。
雖然'647專利中所描述的液壓回路的多個壓強補償閥能夠降低液壓回路中的壓強波動的影響，由于壓強補償閥的數(shù)量，可能增加液壓回路的成本以及復(fù)雜程度。此外，'647專利的壓強補償閥不能足夠精確地控制液壓回路中的壓強以實現(xiàn)相關(guān)聯(lián)的致動器的最佳性能。
這里公開的力反饋提升閥旨在克服上述的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明涉及一種具有集成壓強補償器的力反饋提升閥。該力反饋提升閥包括閥體，閥體具有主室、第一閥口和第二閥口 。該力反饋提升閥還包括設(shè)置在主室內(nèi)并且能夠在打開位置和閉合位置之間移動以控制第 一 閥口和第二閥口之間的流體流動的主閥芯。主閥芯在主室內(nèi)形成控制室。該力反饋提升閥還包括使控制室與第二閥口連通的第一通道、使控制室與第 一 閥口連通的第二通
道、以及具有導(dǎo)向閥芯的導(dǎo)向閥，導(dǎo)向閥芯用于控制在控制室和第一閥口之間通過第二通道的流體流動。該力反饋提升閥還包括設(shè)置
在主閥芯內(nèi)并且通過第 一通道與第二閥口流體連接的壓強補償器。該力反饋提升閥還包括聯(lián)接在主閥芯和導(dǎo)向閥芯之間以提供與主閥芯和導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力的第 一 彈簧、以及聯(lián)接在壓強補償器和導(dǎo)向閥芯之間以提供與壓強補償器和導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力的第二彈簧。
在另一個方面，本發(fā)明涉及另一種具有集成壓強補償器的力反饋提升閥。該力反饋提升閥包括閥體，閥體包括主室，主室具有第一閥口和第二閥口 。該力反饋提升閥還包括設(shè)置在主室內(nèi)并且在主
室內(nèi)形成控制室的主閥芯。該力反饋提升閥還包括使控制室與第二閥口連通的第一通道、以及使控制室與第一閥口連通的第二通道。該力反饋提升閥還包括使控制室與第一閥口連通的第三通道、以及使控制室與第二閥口連通的第四通道。該力反饋提升閥還包括具有導(dǎo)向閥芯的導(dǎo)向閥，導(dǎo)向閥芯用于控制在控制室和第 一 閥口之間通過第二通道以及在控制室和第二閥口之間通過第四通道的流體流動。該力反饋提升閥還包括聯(lián)接在主閥芯和導(dǎo)向閥芯之間以提供與主閥芯和導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力的第 一 彈簧、以及聯(lián)接在壓強補償器和導(dǎo)向閥芯之間以提供與壓強補償器和導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力的第二彈簧。該力反饋提升閥還包括設(shè)置在主閥芯內(nèi)、并通過第一通道流體連接到第二閥口以及通過第三通道流體連接到第一閥口的壓強補償器。


圖1為公開的一種示例性的液壓回路的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性的力反饋提升閥的剖視圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的示例性的力反饋提升閥的剖視圖；以及
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示例性的針閥的剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出了一種具有液壓致動器216的液壓系統(tǒng)222，液壓致動器可以移動來控制工作執(zhí)行器(未示出)。液壓致動器216可以包括頭端室250和桿端室252。液壓系統(tǒng)222還可以包括增壓流體源224，用于通過頭端供給閥226、頭端排泄閥228、桿端供給閥230以及桿端排泄閥232來使致動器移動。液壓系統(tǒng)222也可以包括合作以保持液壓系統(tǒng)222內(nèi)需要的壓強的箱234、頭端減壓閥238、頭端補給閥240、桿端減壓閥242以及桿端補給閥244。可以想到，液壓系統(tǒng)222可以包括諸如壓強傳感器、溫度傳感器、位置傳感器、控制器、蓄能器以及本領(lǐng)域現(xiàn)有的任何其他組件的額外的和/或不同的組件。
源224可以產(chǎn)生增壓流體流并且包括諸如可變排量泵、固定排量泵或本領(lǐng)域現(xiàn)有的任何其他增壓流體源的泵。源224可以通過諸如對軸(未示出)、傳動帶(未示出)、電路(未示出)或任何其他適合的方式被可驅(qū)動地連接到諸如發(fā)動機的動力源(未示出)。源224可以專門用于僅向液壓系統(tǒng)222供給增壓流體，或者替代地可以向其他液壓系統(tǒng)供給增壓流體。
頭端排泄閥228和桿端排泄閥232可以被設(shè)置在液壓致動器216和箱234之間以調(diào)節(jié)從液壓致動器216到箱234的增壓流體流。頭端供給閥226和桿端供給閥230可以被設(shè)置在源224和液壓致動器216之間以調(diào)節(jié)從源224到液壓致動器216的增壓流體流。圖2示出了能夠被用作任何頭端和/或桿端的供給和/或排泄閥226-232的示例性的力反饋提升閥10。力反饋提升閥IO可以包括閥體12、主閥芯20以及致動器120。
閥體12可以具有主室14。主室14可以包括在主室14側(cè)壁處的第一閥口 16以及在主室14底部處的第二閥口 18。當(dāng)力反饋提升閥IO被用于頭端供給閥226或桿端供給岡230,第一閥口 16可以與液壓致動器216連通，而第二閥口 18可以與源24連通。替代地，當(dāng)力反饋提升閥IO被用于頭端排泄閥228或桿端排泄閥232時，第一閥口 16可以與箱234連通，而第二閥口 18可以與液壓致動器216連通。
主閥芯20可以可滑動地i殳置在主室14內(nèi)并且可移動以選擇性地使第一閥口 16與第二閥口 18連通(即選沖奪性地使源24與液壓致動器216或者使液壓致動器216與箱234連通)。主閥芯20可以包括第一端部分20A、第二端部分20B、以及連接第一端部分20A和第二端部分20B的中央部分20C。
主閥芯20的第一端部分20A可以包4舌上表面28，上表面28與主室14的內(nèi)壁構(gòu)成控制室30。上表面28可以具有朝向控制室30內(nèi)流體的有效表面積Ac。主岡芯20的第一端部分20A也可以包括下表面32，下表面32與通過第一閥口 16接收的流體接觸。主閥芯20還可以包括安置在主閥芯20的側(cè)壁上的密封環(huán)34以防止流體沿
8著主閥芯20的側(cè)壁在控制室30與第一閥口 16之間泄漏。
第二端部分20B可以包括端表面24和座合表面26。座合表面26可以如圖2所示地基本為圓錐形，或者任何其他合適的形狀。朝向第二閥口 18內(nèi)的流體的端表面24的面積和座合表面26的面積可以具有有效表面積A2。下表面32上的有效表面積Al定義為Al=Ac-A2。在一種實施方式中，有效表面積Al可以基本等于有效表面積A2，主閥芯20的上表面28的表面積Ac可以等于有效表面積Al加上有效表面積A2 ( Ac=Al+A2=2Al=2A2)。當(dāng)主閥座20處于閉合位置時，座合表面26能夠密封地接合第二閥口 18的閥座22，且從而阻塞第一閥口 16和第二閥口 18之間的流體連通。當(dāng)座合表面26移動離開閥座22時，流體能夠在第一閥口 16和第二閥口18之間流通。
形成于主閥芯20內(nèi)的第一通道50可以從第二閥口 18延伸至控制室30。第一通道50可以包括量入孔54以限制第一通道50中的流體的流量。孔54可以是可變孔或固定孔。可變孔可以作為孔兩側(cè)的壓差的函數(shù)來改變其打開面積，從而當(dāng)主閥芯20處于打開位置時允許對去往控制室30的量入流進行控制。在低壓差下孔的打開面積可以更大，從而允許主閥芯20在閉合方向上、在低壓差下具有響應(yīng)性。在另一種實施方式中，可變孔可以是流量調(diào)節(jié)器。流量調(diào)節(jié)器可以保持基本恒定的量入流，從而保持主閥芯20的速度基本恒定。主閥芯20還可以包括內(nèi)部補償器52,內(nèi)部補償器52被設(shè)置在第一通道50內(nèi)以從第二閥口 18獲取壓強信號乂人而保持第一閥口 16和第二閥口 18之間的預(yù)定的壓差。內(nèi)部補償器52可以被設(shè)置在主閥芯20內(nèi)以感測第二閥口 18和控制室30之間的壓差，并且通過補償器彈簧92向?qū)蜷y芯82施加力。內(nèi)部補償器52可以在第一通道50和控制室30之間形成密封，從而當(dāng)內(nèi)部補償器52與主閥芯20完全接合時允許流體僅通過量入孔54流動。隨著第一通道50和控制室30之間的壓差增加，內(nèi)部補償器可以被朝向控制室30偏壓并且部分離開主閥芯20。力反饋提升閥IO還可以包括導(dǎo)向閥80。導(dǎo)向閥80可以包括可 滑動地設(shè)置在內(nèi)腔84中的導(dǎo)向閥芯82,內(nèi)腔84限定在導(dǎo)向閥80 內(nèi)部。導(dǎo)向閥芯82在其下端可以包括閥座合部分86。閥座88可以 形成于內(nèi)腔84的下端以接收導(dǎo)向閥芯82的閥座合部分86。閥座合 部分86可以密封地接合閥座88。壓縮反饋彈簧90可以聯(lián)接在主閥 芯20和導(dǎo)向閥芯82之間。此外，補償器彈簧92可以被設(shè)置在壓縮 反饋彈簧90中并且可以聯(lián)接在內(nèi)部補償器52和導(dǎo)向閥芯82之間。
導(dǎo)向閥芯82可以在內(nèi)腔84的側(cè)壁上限定環(huán)形室110。形成于閥 體12內(nèi)的通道96可以乂人第一閥口 16延伸至環(huán)形室110以將環(huán)形室 IIO與第一閥口 16流體連接。當(dāng)導(dǎo)向閥芯82處于閉合位置(即，導(dǎo) 向閥芯82的閥座合部分86與閥座88密封地接合)時，控制室30 和環(huán)形室IIO之間的流體連通被阻止。當(dāng)導(dǎo)向閥芯82處于打開位置 時，環(huán)形室110可以與控制室30處于流體連通。
致動器120可以控制導(dǎo)向閥80的運動。在一種實施方式中，致 動器120可以是包括電磁線圏122和銜鐵124的電磁型致動器。電 磁線圈122可以位于筒或殼體126的周圍并且與之固定。銜鐵124 可以位置在限定于筒126內(nèi)部的管128中，并且當(dāng)電流一皮施加到電 磁線圏122上時能夠施加向下的力以將導(dǎo)向閥芯82朝向打開位置移 動。銜鐵124可以迫使導(dǎo)向閥芯82朝向主閥芯20移動，導(dǎo)致導(dǎo)向 閥芯82遠離閥座88地移動，從而開放控制室30與環(huán)形室110之間 的流體連通。當(dāng)致動器120被解除致動，反饋彈簧90和補償器彈簧 92可以將導(dǎo)向閥芯82朝向閥座88偏壓，從而封閉內(nèi)腔84的底部。 在這種情況下，環(huán)形室IIO和控制室30之間基本沒有流體流動。力 反饋提升閥10還可以包括穩(wěn)定器彈簧160，其聯(lián)接到導(dǎo)向閥芯82 的上端以影響反饋彈簧90向?qū)蜷y芯82所施加的力。
力反饋提升閥IO可以包括位于導(dǎo)向閥芯82上端的銜鐵室138。 導(dǎo)向閥芯82可以包括導(dǎo)向通道130,導(dǎo)向通道130的一端具有與控 制室30連接的第一開口 132,另一端具有與銜鐵室138連接的第二 開口 134。力反饋提升閥IO還可以包括針閥136，當(dāng)針閥136被銜鐵124向下推動時能夠選擇性地打開導(dǎo)向通道130的第二開口 134。 在一種替代的實施方式中，如圖3所示，主閥芯20還可以包括 從第一閥口 16延伸至共用通道60的通道40。通道40可以包括僅允 許流體從第一閥口 16流向控制室30的單向閥42。此外，通道50 可以包括僅允許流體從第二閥口 18流向控制室30的單向閥51。通 道50和40可以通過共用通道60連接到控制室30。共用通道60可 以具有共用的量入孔62。
通道96可以包括僅允許流體從環(huán)形室IIO流向第一閥口 16的 單向閥98。此外，通道102可以被形成于閥體12中并且可以從第二 閥口 18延伸至環(huán)形室110。通道102也可以包括僅允許流體從環(huán)形 室110流向第二閥口 18的單向閥104。
共用的量入孔62可以為固定孔或可變孔?？勺兛卓梢宰鳛榭變?側(cè)的壓差的函數(shù)改變其打開面積，從而允許當(dāng)主閥芯20處于打開位 置時對進入控制室30的量入流量進行控制。在低壓差下孔的打開面 積可以更大，從而允許主閥芯20在閉合方向上、在低壓差下具有響 應(yīng)性。在另一種實施方式中，可變孔可以為流量調(diào)節(jié)器。流量調(diào)節(jié) 器可以保持基本恒定的量入流量，從而保持主閥芯20的速度基本恒 定。
在圖3所示的實施方式中，內(nèi)部補償器52可以被設(shè)置在主閥芯 20中以感測第一閥口 16和第二閥口 18中具有較高壓強者與控制室 30之間的壓差。內(nèi)部補償器52可以通過補償器彈簧92向?qū)蜷y芯 82施力口力。
圖4示出了針閥136的放大圖。如圖4所示，當(dāng)致動器120被 解除致動且銜鐵124處于放開位置時，導(dǎo)向閥芯82的上表面140和 銜鐵124的下表面142之間可以有間隔G。導(dǎo)向閥芯82的上表面140 可以包括將通道130與銜鐵室138流體連接的第二開口 134。從控制 室30經(jīng)過導(dǎo)向通道130到銜鐵室138、以及從銜鐵室138沿著導(dǎo)向 閥芯82的側(cè)壁到環(huán)形室IIO可存在泄漏路徑。針閥136可以包括圓 錐端144以選擇性地打開和閉合導(dǎo)向通道130的第二開口 134。圓錐
ii端144可以被連接到諸如螺旋彈簧或板簧的彈性構(gòu)件146以將圓錐 端144朝向孔134偏壓以密封孔134。當(dāng)處于閉合位置時，圓錐端 144可以穿過孔134延伸至超出導(dǎo)向閥芯82的上表面140的位置， 并且可以將孔134密封以防止沿著泄漏^^徑的不希望的泄漏。
當(dāng)電流被施加到電磁線圏122時，銜鐵124可以被強制向下以 使圓錐端144向下穿過第二開口 134移動，使得流體能夠從控制室 30經(jīng)過通道130流出第二開口 134至銜鐵室138，從而導(dǎo)致作用于 導(dǎo)向閥芯82上端的壓強與作用在導(dǎo)向閥芯82下端的壓強基本相等。 由于導(dǎo)向閥芯82的上端和下端具有相等的壓強，只需要很小的力就 可以打開導(dǎo)向閥80。當(dāng)線圈122中的電流增加時，銜鐵124向下移 動，朝向主閥芯20推動導(dǎo)向閥芯82以允許更多的流體從控制室30 流到環(huán)形室110,然后通過環(huán)形室110進入通道96和102。
在另一種實施方式中，孑L 134可以相對較大，且仍可以允許在 最大系統(tǒng)壓強下打開，但可能需要特殊的打開電流策略以實現(xiàn)導(dǎo)向 閥芯82的逐步打開。在打開針閥136之后需要立刻減小電流以使用 導(dǎo)向閥芯82的整個打開調(diào)節(jié)范圍。
工業(yè)實用性
所公開的具有內(nèi)部壓強補償器的力反饋提升閥可以適用于需要 對與致動器相關(guān)聯(lián)的流體的壓強和/或流量進行精確控制的任何流體 致動器。所公開的閥可以提供在低成本、簡單配置的條件下的具有 一致性、可預(yù)測致動器性能的高響應(yīng)壓強調(diào)節(jié)。現(xiàn)在將解釋力反饋 提升閥10、 11的操作。
力反饋提升閥10、 ll通常用來控制第一閥口 16和第二閥口 18 之間的流體流動并且通過內(nèi)部補償器52調(diào)節(jié)兩個閥口之間的壓差使 得保持兩個閥口之間的定量流動。這種用法的一個實例(如圖1所 示)是將第一閥口 16和第二閥口 18中的一個閥口連接到泵224，而 另一個閥口連接到液壓致動器216。另一個實例可以將第一閥口 16 和第二閥口 18中的一個閥口連接到液壓致動器216,而另一個閥口連接到箱234。
作用于朝向第一閥口 16中流體的表面32上的第一閥口 16中的 流體壓強為Pl的增壓流體、以及作用于朝向第二閥口 18中流體的 表面24和26上的第二閥口 18中的流體壓強為P2的增壓流體可以 在閥打開方向上朝向?qū)蜷y80持續(xù)地推動主閥芯20。控制室30中 的流體可以具有作用在上表面28上的壓強Pc。如前文所描述的，朝 向控制室30中流體的主閥芯20的上表面28可以具有有效表面積 Ac。朝向第二閥口 18中流體的端表面24的面積和座合表面26的面 積可以具有有效表面積A2。下表面32上的有效表面積Al定義為 Al=Ac-A2。
在平衡狀態(tài)下，向上施加于主閥芯20的閥打開力Fo可以等于 向下施加于主閥芯20上的閥閉合力Fc。閥閉合力Fc可以等于控制 室30中流體壓強Pc施加于上表面28的力加上反饋彈簧90和補償 器彈簧92施加的力。閥打開力Fo可以等于第一閥口 16中流體壓強 Pl施加于有效表面積Al的力加上第二閥口 18中流體壓強P2施加 于有效表面積A2的力。
通過向致動器120的線圏122施加電流將銜鐵124向下移動， 乂人而向針閥136的圓錐端144施加向下或閥打開方向的控制力，可 以起動第一閥口 16和第二閥口 18之間的流體連通。銜鐵124的向 下移動首先可以將針閥136打開并且允許少量流體從控制室30通過 通道130流入銜鐵室138以平衡導(dǎo)向閥芯82上端和下端上的壓強。 隨著致動器120的線圏122中的電流增加，銜鐵124可以施加控制 力以將導(dǎo)向閥芯82朝向主閥芯20移動以打開導(dǎo)向閥芯82并乂人而允 許更多流體從控制室30流入環(huán)形室110。然后流體可以從環(huán)形室110 流入壓強較低的第一閥口 16或第二閥口 18。
圖2可以表示一種單向提升閥，其中第二閥口 18中的壓強P2 大于第一閥口 16中的壓強Pl，控制室30中的壓強Pc可以小于第二 閥口 18中的壓強P2且大于第一閥口 16中的壓強Pl,并且流體可 以從第二閥口 18通過第一通道50流入控制室30。可以預(yù)先確定第
13一通道50內(nèi)的量入孔54的直徑以使得主閥芯20具有希望的響應(yīng)時 間。
當(dāng)由第一岡口 16中的壓強與第二閥口 18中的壓強合成的作用 在主閥芯20上的向上力比由控制室30內(nèi)的壓強、反饋彈簧90和補 償器彈簧92合成的作用在主閥芯20上的向下力更大時，主閥芯20 將在閥打開方向上被向上推進，從而首先使座合表面26遠離閥座22 移動，然后在第一閥口 16和第二閥口 18之間建立流體連通。主閥 芯20在閥打開方向上的向上運動可以壓縮反饋彈簧90和補償器彈 簧92,從而向?qū)蜷y芯82施加反饋力以抵消由線圈122中的電流所 導(dǎo)致的控制力。反饋彈簧90和補償器彈簧92也向主閥芯20的上表 面28施加力，該力可與向?qū)蜷y芯82施加的反々貴力相等。在主閥 芯20和內(nèi)部補償器52的向上移動的過程中，反饋彈簧90和補償器 彈簧92的壓縮將增加，直至導(dǎo)向閥芯82達到平衡。
在主閥芯20和內(nèi)部補償器52的向上移動的過程中，反饋彈簧 90和補償器彈簧92施加在導(dǎo)向閥芯82上的反饋力可以繼續(xù)增加。 當(dāng)導(dǎo)向閥芯82達到平衡條件，導(dǎo)向閥芯82上的反饋力等于控制力。 在這種情況下，主閥芯20的位移可以與銜鐵124作用在導(dǎo)向閥80 上的控制力的程度成比例。主閥芯20的位移以及主閥芯20所控制 的閥的打開程度可以通過對施加到致動器120的電流進行控制來改 變?？梢酝ㄟ^增加或減少施加到電/f茲線圈122的電流來獲得主閥芯 20的新的位置。電流的完全去除可導(dǎo)致導(dǎo)向閥芯82移動至閉合位 置。當(dāng)?shù)谝婚y口 16中的流體壓強減少時，由第一閥口 16中的壓強 和第二閥口 18中的壓強合成的作用在主閥芯20上的向上力可比由 控制室30內(nèi)的壓強、反饋彈簧90和補償器彈簧92合成的作用在主 閥芯20上的向下力更小，主閥芯20可以;故移回閉合位置，乂人而阻 止第一閥口 16和第二閥口 18之間的流體連通。
內(nèi)部補償器52可以對突然的壓強變化進行補償以保持基本恒定 的流速。例如，如果第二閥口 18中的壓強突然增加，反饋彈簧90 和導(dǎo)向閥芯82自身可能無法足夠迅速地響應(yīng)以對增加的壓強進行補償，流過閥10的流量在短時間內(nèi)可能顯著增加。但是，具有內(nèi)部補
償器52的閥10能夠?qū)ν蝗坏膲簭姺逯颠M行迅速響應(yīng)以顯著降低流 量變化。
如果壓差P2-Pc突然增加，比如當(dāng)P2增加而Pc保持不變時可 能發(fā)生的情況，內(nèi)部補償器52可能被推動遠離主閥芯20以平衡來 自第二閥口 18作用于其的液壓力以及來自控制室30作用于其的液 壓力和彈簧力。例如，當(dāng)增加的壓強P2迫使內(nèi)部補償器52遠離主 閥芯20而朝向?qū)蜷y芯82時，內(nèi)部補償器52可以壓縮補償器彈簧 92以向?qū)蜷y芯82施加增大的彈簧力。為了補償這一增大的彈簧 力，導(dǎo)向閥芯82可以被推向閉合位置。控制室壓強Pc可以增加， 導(dǎo)致主閥芯20朝向阻止流動的位置移動以平衡液壓力和彈簧力。主 閥芯20的這一移動可以使得反饋彈簧90產(chǎn)生的彈簧力減小，導(dǎo)致 導(dǎo)向閥芯82又一次朝向打開位置移動以重新獲得使主閥芯20平衡 的力。
圖3可以表示一種雙向力反饋提升閥11，其中流體可以如上文 所討論地從第二閥口 18流向第一閥口 16，也可以從第一閥口 16流 向第二閥口 18。在第一閥口 16中的壓強Pl大于第二閥口 18中的壓 強P2的情況下，除了流體可以以相反的方向流動，將發(fā)生類似的過 程。在這種情況下，控制室30中的流體可以流向第二閥口 18,從而 可以降低控制室30中的流體壓強Pc。如前文所描述的，降低控制室 30中的流體壓強Pc可能導(dǎo)致作用于主閥芯20的閥閉合力Fc降低、 以及最終閥打開力Fo大于閥閉合力Fc,從而導(dǎo)致主閥芯20向上移 動以開放第一閥口 16和第二閥口 18之間的流體連通。
內(nèi)部補償器52可以對突然地壓強變化進行補償以保持基本穩(wěn)定 的流速。例如，如果第一閥口 16或第二閥口 18中曾經(jīng)具有較高壓 強者的壓強突然增加，反饋彈簧90和導(dǎo)向閥芯82自身可能無法足 夠迅速地響應(yīng)以對增加的壓強進行補償，流過閥11的流量在短時間 內(nèi)可能顯著增加。但是，具有內(nèi)部補償器52的閥11能夠?qū)ν蝗坏?壓強峰值進行迅速響應(yīng)以顯著降低流量變化。
15如果入口 (第一閥口 16與第二閥口 18中具有較高壓強者)與 控制室30之間的壓差突然增加，內(nèi)部補償器52可能被遠離主閥芯 20而朝向?qū)蜷y芯82地推動，以平^f來自第二閥口 18作用于其的 液壓力以及來自控制室30、反饋彈簧90和補償器彈簧92作用于其 的液壓力和彈簧力。例如，第一閥口 16中增加的壓強Pl迫^f吏內(nèi)部 補償器52遠離主閥芯20,并壓縮補償器彈簧92以向?qū)蜷y芯82 施加增大的彈簧力。為了補償這一增大的彈簧力，導(dǎo)向?qū)?2可以 被推向閉合位置，從而限制流體從控制室30流過第三通道98和/或 第四通道102。這一流動限制可以使控制室30壓強Pc增加，導(dǎo)致主 閥芯20朝向阻止流動的位置移動以平ff液壓力和彈簧力。主閥芯20 的這 一 移動可以使得反饋彈簧9 0產(chǎn)生的彈簧力減小，導(dǎo)致導(dǎo)向閥芯 82又一次朝向打開位置移動以重新獲得使主閥芯20平衡的力。
所公開的閥系統(tǒng)提供了力反饋閥并可以在提供集成壓強補償系 統(tǒng)以減少壓強和流量變化的同時允許力反饋閥的雙向控制。此外， 所公開的閥系統(tǒng)提供一種機構(gòu)以允許使用小的電流來控制力反饋閥 的打開。這可以允許系統(tǒng)使用小的電磁致動器并且可以減少操作和 維修成本。所公開的閥系統(tǒng)還提供 一 種監(jiān)測和控制力反饋閥的打開 程度的機構(gòu)。此外，由于壓強補償器可以被集成在閥中，所公開的 液壓系統(tǒng)需要的空間以及硬件都會減少。
本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚，對力反饋提升閥可以進行多種修正和 變型?？紤]到所公開的力反饋提升閥的說明書及實踐，對本領(lǐng)域技 術(shù)人員來說其他的實施方式也是很清楚的。說明書和示例僅意于被 視作為示例性的，本發(fā)明的真正范圍由權(quán)利要求書及其等價表明。
權(quán)利要求
1.一種閥(10)，包括閥體(12)，其包括具有第一閥口(16)和第二閥口(18)的主室(14)；主閥芯(20)，其設(shè)置在所述主室內(nèi)并且能夠在打開位置和閉合位置之間移動以控制所述第一閥口和所述第二閥口之間的流體流動，所述主閥芯在所述主室內(nèi)形成控制室(30)；第一通道(50)，其將所述控制室與所述第二閥口連通；第二通道(96)，其將所述控制室與所述第一閥口連通；導(dǎo)向閥(80)，其具有導(dǎo)向閥芯(82)，用于控制所述控制室與所述第一閥口之間通過所述第二通道的流體流動；第一彈簧(90)，其聯(lián)接在所述主閥芯和所述導(dǎo)向閥芯之間以提供與所述主閥芯和所述導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力；壓強補償器(52)，其設(shè)置在所述主閥芯內(nèi)，且通過所述第一通道與所述第二閥口流體連接；以及第二彈簧(92)，其聯(lián)接在所述壓強補償器和所述導(dǎo)向閥芯之間以提供與所述壓強補償器和所述導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力。
2. 如權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述第一通道包括孔 (54),以限制從所述第二閥口到所述控制室的流體的流動。
3. 如權(quán)利要求l所述的閥，其中，所述導(dǎo)向閥芯包括將所 述控制室與銜鐵室流體連接的導(dǎo)向通道(130)。
4. 如權(quán)利要求3所述的閥，還包括能夠選擇性地將通到所 述銜鐵室的所述導(dǎo)向通道打開和閉合的針閥(136)。
5. —種閥(10)，包括閥體(12)，其包括具有第一閥口 ( 16)和第二閥口 ( 18)的 主室(14);主閥芯(20),其設(shè)置在所述主室內(nèi)并且能夠在打開位置和閉合位置之間移動以控制所述第 一 閥口和所述第二閥口之間的流體流動，所述主閥芯在所述主室內(nèi)形成控制室(30);第一通道(50),其將所述控制室與所述第二閥口連通； 第二通道(96)，其將所述控制室與所述第一閥口連通； 第三通道(40),其將所述控制室與所述第一閥口連通； 第四通道(102)，其將所述控制室與所述第二閥口連通； 導(dǎo)向閥(80),其具有導(dǎo)向閥芯(82)，用于控制所述控制室與所述第 一閥口之間通過所述第二通道的流體流動；壓強補償器(52),其設(shè)置在所述主閥芯內(nèi)，并且通過所述第一通道與所述第二閥口流體連接且通過所述第三通道與所述第一閥口流體連接；以及彈簧(92),其聯(lián)接在所述壓強補償器和所述導(dǎo)向閥芯之間以提供與所述壓強補償器和所述導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力。
6. 如權(quán)利要求5所述的閥，其中，所述第一通道與所述第 三通道包括共用孔(62),以控制所述第一通道和第三通道中的流 體的流動。
7. 如權(quán)利要求6所述的閥，其中，所述共用孔為可變孔， 能夠響應(yīng)于所述共用孔兩側(cè)的壓差來調(diào)節(jié)經(jīng)過所述第一通道和第三 通道進入所述控制室的流體的流速。
8. 如權(quán)利要求5所述的閥，其中，所述第二通道包括允許來自所述控制室的流體僅流入所述第一 閥口的單向閥(98 );且所述第四通道包括允許來自所述控制室的流體僅流入所述第二 閥口的單向閥(104)。
9. 如權(quán)利要求5所述的閥，其中，所述主閥芯包括能夠選 才奪性地控制所述第 一 閥口和所述第二閥口之間的流體流動的圓錐端(24)。
10. —種液壓系統(tǒng)(222),包括 增壓流體源(224);箱(234);流體致動器(216),其具有第一室(250); 第一閥(228 ),其能夠選擇性地將所述第一室與所述箱流體連 通；以及第二閥(226 )，其能夠選擇性地將所述增壓流體源與所述第一 室流體連通，其中，所述第一閥和第二閥中的至少一個包括如權(quán)利 要求1-5中任一項所述的閥。
全文摘要
力反饋提升閥(10)包括閥體(12)，閥體具有主室(14)、第一閥口(16)和第二閥口(18)。力反饋提升閥還包括設(shè)置在主室內(nèi)并能在打開位置和閉合位置之間移動以控制第一和第二閥口之間流體流動的主閥芯(20)。主閥芯還可在主室內(nèi)形成控制室(30)。力反饋提升閥還包括使控制室與第二閥口連通的第一通道(50)及使控制室與第一閥口連通的第二通道(96)。力反饋提升閥還包括具有導(dǎo)向閥芯(82)的導(dǎo)向閥(80)，導(dǎo)向閥芯用于控制在控制室和第一閥口之間通過第二通道(96)的流體流動。力反饋提升閥還包括設(shè)置在主閥芯內(nèi)并通過第一通道與第二閥口流體連接的壓強補償器(52)。力反饋提升閥還包括聯(lián)接在主閥芯和導(dǎo)向閥芯之間以提供與主閥芯和導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力的第一彈簧(90)、及聯(lián)接在壓強補償器和導(dǎo)向閥芯之間以提供與壓強補償器和導(dǎo)向閥芯之間的距離成比例的力的第二彈簧(92)。
文檔編號F16K31/40GK101688628SQ200880017701
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者P·G·范德克爾克霍威, 馬鵬飛 申請人:卡特彼勒公司;卡特彼勒日本有限公司