ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ПОТОКА С ИНТЕГРАЛЬНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ РАСХОДА
ELECTRIC HYDRAULIC FLOW CONTROL WITH INTEGRAL FLOW REGULATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электрогидравлическому регулятору потока, в частности к электрогидравлическому регулятору потока с регулированием расхода.
Уровень техники
В таких рабочих машинах, как, например, экскаваторы, погрузчики, бульдозеры, автогрейдеры и другие типы тяжелых машин, используются один или более гидравлических приводов для выполнения разнообразных задач. Эти приводы гидравлически соединены с насосом, установленным на рабочей машине, который подает жидкость под давлением в полости приводов. Обычно насос и привод соединены через электрогидравлическую клапанную систему для управления расходом жидкости под давлением, поступающей в полости приводов и выходящей из них. Расход поступающей в полости приводов и выходящей из них жидкости напрямую связан с быстродействием приводов.
В гидравлических системах рабочих машин, которые гидравлически соединяют множество приводов с общим насосом, во время работы приводов могут возникать нежелательные колебания давления. В частности, давление жидкости, подаваемой к одному приводу, может нежелательно колебаться при потреблении другим приводом жидкости из той же самой гидравлической системы или при вытеснении другим приводом жидкости в ту же самую гидравлическую систему. Если электрогидравлическая клапанная система управляется по площади пропускного сечения, колебания давления могут вызывать нестабильные и/или неожиданные перемещения привода. В частности, для того чтобы переместить привод с заданной скоростью, элемент электрогидравлической клапанной системы может быть перемещен так, чтобы открыть канал для жидкости на величину заданной площади пропускного сечения. Заданная площадь пропускного сечения определяется расчетным подаваемым давлением, которое соответствует требуемому расходу и получаемому в результате быстродействию привода. Когда давление жидкости, подаваемой в электрогидравлическую клапанную систему, отклоняется от расчетного, расход и быстродействие привода также отклоняются от требуемых значений.
Один способ улучшения управления по расходу жидкости, подаваемой к приводу, описан в US 5878647, где гидравлическая система содержит два питательных клапана, насос с объемным регулированием и гидравлический привод. Питательные клапаны соединяют упомянутый насос либо с поршневой полостью, либо со штоковой полостью гидравлического привода, что вызывает перемещение гидравлического привода. Каждый из этих питательных клапанов содержит механизм компенсации давления, который определяет давление на выходе питательных клапанов и подает самое большое из этих давлений на управляющий вход насоса с объемным регулированием, чтобы воздействовать на работу этого насоса так, чтобы сделать падение давления на каждом из питательных клапанов приблизительно постоянным, тем самым приближая подаваемое давление и получаемый в результате расход жидкости через каждый из электромагнитных клапанов к расчетному давлению и требуемому расходу.
Хотя механизмы компенсации давления, описанные в US 5878647, могут уменьшить колебания давления в пределах гидравлической системы, они могут работать с запаздыванием, быть дорогими, и снижать надежность гидравлической системы. В частности, механизмы компенсации давления согласно US 5878647 действуют так, чтобы воздействовать на давление жидкости, направляемой через питательные клапаны, только после определения нежелательного падения давления на них. В дополнение к этому даже после того, как механизмы компенсации давления изменили характеристику насоса, влияния от этого изменения могут не реализоваться немедленно. К тому времени, когда нежелательное падение давления было отрегулировано, чтобы соответствовать расчетному падению давления, расход жидкости, подаваемой к приводу, возможно, уже отклонился от требуемого расхода в течение значительного промежутка времени. Дополнительные компоненты механизмов компенсации давления могут увеличить стоимость и снизить ненадежность гидравлической схемы.
Регулятор потока согласно настоящему изобретению предназначен для решения сформулированных выше проблем.
Раскрытие изобретения
Одним объектом настоящего изобретения является питательный регулятор потока, который включает в себя корпус с входным и выходным отверстиями. Регулятор потока также содержит основной проходной клапан, расположенный внутри корпуса между входным и выходным отверстиями. Основной проходной клапан имеет носовой и полый концы и выполнен с возможностью перемещения между открытым положением, в котором жидкость протекает от входного отверстия к выходному, и закрытым положением, в котором поток жидкости блокируется между входным и выходным отверстиями. Регулятор потока также содержит вспомогательный клапан, выполненный с возможностью перемещения так, чтобы избирательно соединять полый конец основного проходного клапана со сливом, тем самым воздействуя на перемещение основного проходного клапана между открытым и закрытым положениями. Кроме того, регулятор потока содержит соленоидный механизм для перемещения вспомогательного клапана, положение которого зависит от давления жидкости во входном отверстии.
Предпочтительно соленоидный механизм выполнен с возможностью перемещения вспомогательного клапана на заданную величину, тем самым вызывая перемещение основного перепускного клапана на заданную величину, определяемую расчетным давлением жидкости во входном отверстии.
Предпочтительно вспомогательный клапан выполнен с возможностью перемещения при изменении давления жидкости во входном отверстии так, чтобы поддерживать по существу постоянный расход жидкости, протекающей от входного отверстия к выходному отверстию.
Предпочтительно во вспомогательном клапане выполнено центральное отверстие.
Предпочтительно соленоидный механизм включает в себя электромагнитную катушку, якорь и соединенную с ним шпильку, при этом в якоре и шпильке выполнено центральное отверстие, сообщенное с центральным отверстием вспомогательного клапана.
Предпочтительно в основном перепускном клапане выполнено центральное отверстие, сообщенное с центральным отверстием вспомогательного клапана, при этом в центральном отверстии основного перепускного клапана расположен обратный клапан.
Другим объектом настоящего изобретения является способ управления питательным регулятором потока. Способ включает этап, на котором направляют поток жидкости под давлением к основному проходному клапану регулятора потока, и этап, на котором с помощью электроники перемещают вспомогательный клапан так, чтобы гидравлически переместить основной проходной клапан в заданное положение и позволить жидкости под давлением течь через регулятор потока с требуемой скоростью. Способ также включает этап, на котором автоматически регулируют положение вспомогательного клапана при изменении давления жидкости так, чтобы сохранить требуемый расход через регулятор потока.
Предпочтительно заданное положение определяют исходя из расчетного давления жидкости.
Предпочтительно способ дополнительно включает этапы, на которых позволяют жидкости проходить через вспомогательный клапан во время его перемещения; позволяют жидкости проходить через основной перепускной клапан; и ограничивают поток жидкости через основной перепускной клапан в одном направлении.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематически показан вид сбоку рабочей машины согласно приводимому в качестве примера варианту осуществления изобретения;
на фиг.2 схематически показан пример выполнения гидравлической системы рабочей машины, показанной на фиг.1;
на фиг.3 показан разрез регулятора гидравлической системы, показанной на фиг.2.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан пример рабочей машины 10, которая может представлять собой самоходную машину, предназначенную для выполнения некоторого типа работ, связанных с такой отраслью промышленности, например, как добыча полезных ископаемых, строительство, сельское хозяйство, транспорт или любой другой отраслью промышленности. Например, рабочая машина 10 может представлять собой машину, предназначенную для перемещения грунта, такую как экскаватор, бульдозер, погрузчик, экскаватор типа "обратная лопата", автогрейдер, самосвал, или любую другую машину, перемещающую грунт. Рабочая машина 10 может также представлять собой стационарную машину, такую как генераторная установка, насос, или любую другую подходящую производственную рабочую машину. Рабочая машина 10 может включать в себя раму 12, по меньшей мере один рабочий инструмент 14, и гидравлический цилиндр 16, соединяющий рабочий инструмент 14 с рамой 12. В качестве альтернативы вместо гидравлического цилиндра 16 машина может содержать гидравлический двигатель.
Рама 12 может включать в себя конструктивный элемент, который поддерживает перемещение рабочей машины 10. Рама 12 может представлять собой, например, стационарную несущую раму, соединяющую источник энергии (не показан) с тяговым устройством 18, подвижный рамный элемент рычажной системы, или любую другую известную раму.
Рабочий инструмент 14 может представлять собой устройство, используемое при выполнении задачи. Например, рабочий инструмент 14 может представлять собой нож, ковш, лопату, рыхлитель, платформу самосвала, приводное устройство, или любое другое известное устройство для выполнения задач. Рабочий инструмент 14 может быть связан с рамой 12 шарниром 20, через рычажную систему с гидравлическим цилиндром 16, образующим элемент рычажной системы, или любым другим подходящим способом. Рабочий инструмент 14 выполнен с возможностью поворота, вращения, скольжения, качения или перемещения относительно рамы 12 любым известным способом.
Как показано на фиг.2, гидравлический цилиндр 16 может быть одним из компонентов гидравлической системы 22, которые действуют совместно для перемещения рабочего инструмента 14. Гидравлическая система 22 может включать в себя резервуар 24, источник 26 жидкости под давлением, предохранительный клапан 28 поршневой полости, подпиточный клапан 30 поршневой полости, предохранительный клапан 32 штоковой полости, подпиточный клапан 34 штоковой полости, спускной клапан 36 поршневой полости, спускной клапан 38 штоковой полости, питательный регулятор 40 потока поршневой полости и питательный регулятор 42 потока штоковой полости. Гидравлическая система 22 может включать в себя дополнительные компоненты, такие как, например, датчик давления, температурный датчик, датчик положения, устройство управления, аккумулятор и другие известные компоненты гидравлической системы.
Гидравлический цилиндр 16 может включать в себя трубу 46 и расположенный внутри нее узел 48 поршня. Один из этих элементов может быть шарнирно соединен с рамой 12, а другой - с рабочим инструментом 14. Предполагается, что труба 46 и/или узел 48 поршня в качестве альтернативы может быть жестко соединен либо с рамой 12, либо с рабочим инструментом 14. Гидравлический цилиндр 16 может включать в себя первую полость 50 и вторую полость 52, отделенную узлом 48 поршня. Первая и вторая полости 50, 52 могут избирательно снабжаться жидкостью под давлением, подаваемой источником 26, и гидравлически соединяться с резервуаром 24, смещая узел 48 поршня внутри трубы 46, тем самым изменяя эффективную длину гидравлического цилиндра 16. Расширение и втягивание гидравлического цилиндра 16 способствует перемещению рабочего инструмента 14.
Узел 48 поршня может включать в себя поршень 54, установленный соосно с трубой 46 и расположенный внутри нее, и шток 56 поршня, присоединенный к раме 12 или рабочему инструменту 14 (фиг.1). Поршень 54 может включать в себя первую гидравлическую поверхность 58 и вторую гидравлическую поверхность 59, противоположную первой гидравлической поверхности 58. Неуравновешенность сил, вызванных давлением жидкости на первую и вторую гидравлические поверхности 58, 59, может привести к перемещению узла 48 поршня внутри трубы 46. Например, когда сила на первой гидравлической поверхности 58 больше силы на второй гидравлической поверхности 59 узел 48 поршня может смещаться, увеличивая эффективную длину гидравлического цилиндра 16. Аналогичным образом, когда сила на второй гидравлической поверхности 59 больше силы на первой гидравлической поверхности 58, узел 48 поршня может втягиваться внутрь трубы 46, уменьшая эффективную длину гидравлического цилиндра 16. С поршнем 54 может быть соединен уплотнительный элемент (не показан), такой как кольцевое уплотнение для ограничения потока жидкости между внутренней стенкой трубы 46 и внешней цилиндрической поверхностью поршня 54.
Резервуар 24 предназначен для поддержания подачи жидкости. Жидкость может включать в себя, например, специальное масло для гидравлических систем, машинное смазочное масло, трансмиссионное смазочное масло или любую другую известную жидкость. Забирать жидкость из резервуара 24 и возвращать ее обратно могут одна или более гидравлических систем в пределах рабочей машины 10. Также предполагается, что гидравлическая система 22 может быть соединена с множеством отдельных резервуаров жидкости.
Источник 26 может быть выполнен так, чтобы забирать жидкость из резервуара 24 и направлять жидкость под давлением в гидравлическую систему 22. Источник 26 может представлять собой насос, такой как, например, насос с объемным регулированием, насос с постоянным расходом или любой другой известный источник подачи жидкости под давлением. Источник 26 может приводиться в действие посредством источника энергии (не показан) рабочей машины 10, например, с промежуточным валом (не показан), ремнем (не показан), электрической цепью (не показана), или приводится в действие любым другим подходящим способом. Источник 26 может быть специально предназначен для подачи жидкости под давлением только в гидравлическую систему 22 или, в качестве альтернативы, он может подавать жидкость под давлением в дополнительные гидравлические системы 55 в пределах рабочей машины 10.
Предохранительный клапан 28 поршневой полости может гидравлически соединять первую полость 50 с резервуаром 24 посредством канала 60 для жидкости, сбрасывая давление в гидравлической системе 22. В частности, предохранительный клапан 28 поршневой полости может включать в себя клапанный элемент, подпружиненный по направлению к закрытому или блокирующему жидкость положению и выполненный с возможностью перемещения по направлению к открытому или пропускающему жидкость положению при превышении заданного значения давления внутри канала 60 для жидкости. Таким образом, предохранительный клапан 28 поршневой полости может быть выполнен с возможностью снижения всплеска давления внутри гидравлической системы 22, вызванного внешними силами, действующими на рабочий инструмент 14 и поршень 54. Предполагается, что предохранительный клапан 28 поршневой полости может отсутствовать.
Подпиточный клапан 30 поршневой полости может быть выполнен так, чтобы позволять жидкости из резервуара 24 течь в первую полость 50 при изменении давления жидкости. В частности, подпиточный клапан 30 поршневой полости может включать в себя клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения от закрытого или блокирующего жидкость положения по направлению к открытому или пропускающему жидкость положению, чтобы пропускать жидкость из резервуара 24 в первую полость 50 при падении давления жидкости внутри канала 60 ниже давления жидкости внутри резервуара 24. Таким образом, подпиточный клапан 30 поршневой полости может уменьшить падение давления внутри гидравлической системы 22, вызванное внешними силами, действующими на рабочий инструмент 14 и поршень 54. Предполагается, что подпиточный клапан 30 поршневой полости может отсутствовать.
Предохранительный клапан 32 штоковой полости может гидравлически соединять вторую полость 52 с резервуаром 24 посредством канала 62 для жидкости, сбрасывая давление в гидравлической системе 22. В частности, предохранительный клапан 32 штоковой полости может включать в себя клапанный элемент, подпружиненный по направлению к закрытому или блокирующему жидкость положению, и выполнен с возможностью перемещения по направлению к открытому или пропускающему жидкость положению при превышении заданного значения давления внутри канала 62 для жидкости. Таким образом, предохранительный клапан 32 штоковой полости может быть выполнен с возможностью снижения всплеска давления внутри гидравлической системы 22, вызванного внешними силами, действующими на рабочий инструмент 14 и поршень 54. Предполагается, что предохранительный клапан 28 поршневой полости может отсутствовать.
Подпиточный клапан 34 штоковой полости может быть выполнен так, чтобы позволять жидкости из резервуара 24 течь во вторую полость 52 при изменении давления жидкости. В частности, подпиточный клапан 34 штоковой полости может включать в себя клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения от закрытого или блокирующего жидкость положения по направлению к открытому или пропускающему жидкость положению, чтобы пропускать жидкость из резервуара 24 во вторую полость 52 при падении давления жидкости внутри канала 62 ниже давления жидкости внутри резервуара 24. Таким образом, подпиточный клапан 34 штоковой полости может уменьшить падение давления внутри гидравлической системы 22, вызванное внешними силами, действующими на рабочий инструмент 14 и поршень 54. Предполагается, что подпиточный клапан 34 штоковой полости может отсутствовать.
Спускные клапаны 36, 38 и питательные регуляторы 40, 42 поршневой и штоковой полостей могут быть гидравлически соединены между собой. В частности, спускные клапаны 36, 38 поршневой полости и штоковой полости могут быть соединены параллельно общему сливному каналу 64. Питательные регуляторы 40, 42 потока поршневой полости и штоковой полости могут быть соединены параллельно входному общему каналу 66 для жидкости. Питательный регулятор 40 потока и спускной клапан 36 поршневой полости могут быть соединены параллельно каналу 60 для жидкости. Питательный регулятор 42 потока и спускной клапан 38 штоковой полости могут быть соединены параллельно каналу 62 для жидкости.
Спускной клапан 36 поршневой полости может быть расположен между первой полостью 50 и резервуаром 24 и выполнен так, чтобы регулировать поток жидкости под давлением, направленный из первой полости 50 в резервуар 24. В частности, спускной клапан 36 поршневой полости может включать в себя пропорциональный подпружиненный клапанный механизм, который приводится в действие соленоидом для того, чтобы перемещаться между первым положением, в котором жидкость имеет возможность течь из первой полости 50, и вторым положением, в котором течение жидкости из первой полости 50 блокировано. Также предполагается, что спускной клапан 36 поршневой полости может, в качестве альтернативы, иметь гидравлический привод, механический привод, пневматический привод или приводиться в действие любым другим подходящим способом.
Спускной клапан 38 штоковой полости может быть расположен между второй полостью 52 и резервуаром 24 и выполнен так, чтобы регулировать поток жидкости под давлением, направленный из второй полости 52 в резервуар 24. В частности, спускной клапан 38 штоковой полости может включать в себя пропорциональный подпружиненный клапанный механизм, который приводится в действие соленоидом для того, чтобы перемещаться между первым положением, в котором жидкость имеет возможность течь из второй полости 52, и вторым положением, в котором течение жидкости из второй полости 52 блокировано. Также предполагается, что спускной клапан 38 штоковой полости может, в качестве альтернативы, иметь гидравлический привод, механический привод, пневматический привод или приводиться в действие любым другим подходящим способом.
Питательный регулятор 40 потока поршневой полости может быть расположен между источником 26 и первой полостью 50 и включать в себя компоненты, которые совместно действуют так, чтобы регулировать поток жидкости под давлением, направленный из источника 26 в первую полость 50. В частности, как показано на фиг.3, питательный регулятор 40 потока поршневой полости может включать в себя корпус 68, переходник 70, соленоидный механизм 72, вспомогательный клапан 74, основной перепускной клапан 76 и множество смещающих пружин 78, 80 и 82. Предполагается, что смещение одной из пружин 78 и 80 может быть уменьшено или отсутствовать полностью.
Корпус 68 может включать в себя центральное отверстие 84, входное отверстие 86 и выходное отверстие 88. Кольцевой канал 90 может соединять центральное отверстие 84, входное отверстие 86 и выходное отверстие 88. Предполагается, что корпус 68 может быть специально предназначен для размещения питательного регулятора 40 потока поршневой полости или может дополнительно включать в себя один или более компонентов, таких как спускной клапан 36 поршневой полости, спускной клапан 38 штоковой полости и питательный регулятор 42 потока штоковой полости.
Переходник 70 может быть расположен внутри центрального отверстия 84 и включать в себя соленоидный механизм 72 и вспомогательный клапан 74. В частности, переходник 70 может включать в себя центральное отверстие 91 для размещения соленоидного механизма 72 и глухое отверстие 92 для размещения вспомогательного клапана 74. Переходник 70 может содержать заглушку 94, установленную в нем посредством резьбового соединения, для того чтобы закрывать конец переходника 70, который выступает из корпуса 68. Предполагается, что внутри канавки 97 и канавки 99 переходника 70 могут быть расположены одно или более уплотнительных средств (не показаны), таких как, например, кольцевые уплотнения или другие уплотнительные средства для сведения к минимуму протечек между корпусом 68 и переходником 70 и между переходником 70 и основным перепускным клапаном 76 соответственно,
Соленоидный механизм 72 может быть расположен внутри переходника 70 и выполнен так, чтобы при подаче электрического тока пропорционально перемещать вспомогательный клапан 74 против действия пружин 78 и 80. В частности, соленоидный механизм 72 может включать в себя электромагнитную катушку 98 и якорь 100, содержащий шпильку 110, соединенную резьбой со вспомогательным клапаном 74. При подаче на электромагнитную катушку 98 электрического тока якорь 100 может притягиваться против действия пружин 78 и 80 к электромагнитной катушке 98. Величина электрического тока, поданного на электромагнитную катушку 98, может определить сжатие пружин 78 и 80 и в свою очередь то, насколько близко якорь 100 притянется к электромагнитной катушке 98. Шпилька 110 может включать в себя центральное отверстие 112 для уменьшения сопротивления и создания нежелательных колебаний давления внутри питательного регулятора 40 потока поршневой полости при перемещении якоря 100 и шпильки 110 внутри переходника 70.
Вспомогательный клапан 74 может относиться к типу клапана с нулевой утечкой, который расположен с возможностью скольжения внутри переходника 70 для открывания и закрывания канала 114. В частности, вспомогательный клапан 74 может включать в себя стержень 116, соединенный резьбой со стопорным элементом 118 и со шпилькой 110. Шпилька 110 в соединении с якорем 100 и стержнем 116 вспомогательного клапана может функционировать так, чтобы регулировать относительное положение стопорного элемента 118 переходника 70. Как в стержне 116 вспомогательного клапана, так и в стопорном элементе 118 может быть выполнено центральное отверстие 120 для гидравлического сообщения с центральным отверстием 112. Стержень 116 вспомогательного клапана может включать в себя внешнюю канавку 121, выполненную так, чтобы удерживать уплотнительный элемент, такой как кольцевое уплотнение, для уменьшения протечек жидкости между вспомогательным клапаном 74 и встречным отверстием 92. Стопорный элемент 118 может включать в себя поверхность 122, выполненную так, чтобы входить в зацепление с седлом 124 переходника 70, и проход 127, который ограничивает поток жидкости из входного отверстия 86 к каналу 114 для жидкости. Проход 127 может представлять собой диаметральный зазор, желобок или просверленное отверстие. Когда поверхность 122 и седло 124 введены в зацепление, можно предотвратить течение жидкости из впускного отверстия 86 к каналу 114 для жидкости через проход 127. Когда соленоидный механизм 72 включен, притягивая якорь 100 и шпильку 110 к друг от друга, тем самым входное отверстие 86 и канал 114 для жидкости гидравлически соединяются через проход 127. Канал 114 для жидкости может гидравлически сообщаться с выходным каналом 88. В качестве альтернативы предполагается, что стержень 116 вспомогательного клапана и стопорный элемент 118 при желании могут быть выполнены за одно целое.
Гидравлические силы, возникающие на поверхностях 125а,b стопорного элемента 118, могут обеспечить перемещение вспомогательного клапана 74. Сила действия на поверхность 125а может определяться разностью площадей, образованных кругом с диаметром, взятым по проходу 127 или около него, и поверхностью 122 контакта вспомогательного клапана с седлом 124. Сила действия на поверхность 125b может определяться разностью площадей, образованных кругом с диаметром, взятым по проходу 127 или около него, и кругом с диаметром противоположного конца шпильки 110. Две указанные силы, действующие на поверхности 125а и 125b, могут быть почти равными. Когда жидкость из входного отверстия 86 течет через проход 127 к каналу 114, давление жидкости, действующей на поверхности 125а,b, может объединяться с силой воздействия соленоидного механизма 72 на вспомогательный клапан 74, чтобы переместить стопорный элемент 118, или противодействовать этой силе. Например, когда давление подачи жидкости из входного отверстия 86, действующее на поверхность 125b, увеличивается, поверхность 122 и седло 124 могут переместиться по направлению друг к другу, тем самым ограничивая поток жидкости через канал 114. Наоборот, когда давление жидкости, действующей на поверхность 125b, уменьшается, жидкость, действующая на поверхность 125а, может переместить поверхность 122 стопорного элемента 118 от седла 124, тем самым уменьшая ограничение жидкости, текущей через канал 114 для жидкости.
Основной перепускной клапан 76 может представлять собой клапан, относящийся к типу с нулевого утечкой, который выполнен так, чтобы избирательно позволять жидкости течь из входного отверстия 86 к выходному отверстию 88. В частности, поверхность 128 основного перепускного клапана 76 может быть расположена так, чтобы входить в контакт с седлом 130 корпуса 68 регулятора. Когда поверхность 128 и седло 130 находятся в контакте, поток жидкости, направленной из входного отверстия 86 к выходному отверстию 88, может быть блокирован. Наоборот, когда поверхность 128 и седло 130 удалены друг от друга, жидкость может течь из входного отверстия 86 к выходному отверстию 88. Площадь между поверхностью 128 и седлом 130, вместе с давлением на носовом конце 76а главного тарельчатого клапана 76, может определять расход жидкости, поступающей из входного отверстия 86 в выходное отверстие 88.
При перемещении вспомогательного клапана 74 поверхность 128 может избирательно входить в контакт и выходить из контакта с седлом (130). В частности, основной перепускной клапан 76, вместе с корпусом 68, переходником 70 и вспомогательным клапаном 74, может образовать управляющую полость 126. Сила от действия жидкости на носовой конец 76а основного перепускного клапана 76 может противодействовать силе, вызванной давлением жидкости внутри управляющей полости 126 и действующей на полый конец 76b основного перепускного клапана 76, и силе, вызванной сжатием смещающих пружин 80 и 82. Для того чтобы открыть основной перепускной клапан 76, поверхность 122 может быть смещена от седла 124, чтобы сливать жидкость из управляющей полости 126. Когда жидкость сливается из управляющей полости 126, жидкость, действующая на носовой конец 76а основного перепускного клапана 76, может преодолеть силу от смещающих пружин 80 и 82, чтобы переместить основной перепускной клапан 76 по направлению к вспомогательному клапану 74, Для того чтобы закрыть основной перепускной клапан 76, соленоидный механизм 72 может быть отключен, что позволяет смещающим пружинам 80 и 82 возвратить вспомогательный клапан 74 в закрытое положение (например, в котором поверхность 122 находится в контакте с седлом 124). Когда вспомогательный клапан 74 находится в закрытом положении, внутри управляющей полости 126 может нарастать давление, что ведет к закрытию основного перепускного клапана 76 (например, к перемещению поверхности 128 до контакта с седлом 130).
Колебания подаваемого давления во входном отверстии 86 могут воздействовать на перемещение основного перепускного клапана 76. В частности, как описано выше, увеличение давления жидкости во входном отверстии 86 может вызвать перемещение вспомогательного клапана 74, которое ограничивает поток жидкости через канал 114, в то время как уменьшение давления может вызвать перемещение вспомогательного клапана 74, способствующее уменьшению ограничения потока жидкости через канал 114. Увеличение ограничения потока через канал 114 может привести к увеличению давления внутри управляющей полости 126, которое позволит основному перепускному клапану 76 переместиться из-за смещения пружины 82 и замыкающих гидродинамических сил в закрытое положение (например, перемещение поверхности 128 по направлению к седлу 130), тем самым сохраняется по существу тот же самый расход жидкости, направленной из входного отверстия 86 к выходному отверстию 88, при увеличении подаваемого давления. Уменьшение ограничения потока через канал 114 может привести к уменьшению давления внутри управляющей полости 126, которое позволит основному перепускному клапану 76 переместиться из-за смещения пружины 82 и замыкающих гидродинамических сил в направлении к открытому положению (например, перемещение поверхности 128 от седла 130), тем самым сохраняется по существу тот же самый расход жидкости, направленной из входного отверстия 86 к выходному отверстию 88, при уменьшении подаваемого давления.
Основной перепускной клапан 76 может быть соединен с переходником 70 для установки в корпус 68 как клапан патронного типа. В одном примере, основной перепускной клапан 76 может включать в себя штифт 132, который входит в зацепление с пояском 134 переходника 70 после сборки основного перепускного клапана 76 с переходником 70. Таким образом, может быть создана подсборка, состоящая из переходника 70, вспомогательного клапана 74, основного перепускного клапана 76 и пружин 78-82. После сборки с корпусом 68 может быть сохранен зазор между штифтом 132 и переходником 70.
Внутри центрального отверстия 138 основного перепускного клапана 76 может быть расположен обратный клапан 136, чтобы способствовать однонаправленному потоку из входного отверстия 86 через основной перепускной клапан 76. Предполагается, что обратный клапан 136 может отсутствовать. Также предполагается, что когда установлен обратный клапан 136, уплотняющий элемент, обычно расположенный внутри во внешней канавке 121, может отсутствовать, что уменьшает запаздывание вспомогательного клапана. Кроме того, предполагается, что обратный клапан 136 может быть заменен сужающимся проходом (не показан). Когда питательный регулятор 42 потока штоковой полости включает в себя сужающий проход, величина сужения может регулироваться так, чтобы питательный регулятор 42 потока штоковой полости мог управляться по площади или расходу.
Питательный регулятор 42 потока штоковой полости (фиг.2) может быть расположен между источником 26 и второй полостью 52 и включать в себя компоненты, которые совместно действуют так, чтобы регулировать поток жидкости под давлением, направленный из источника 26 во вторую полость 52. Поскольку компоненты и работа питательного регулятора 42 потока штоковой полости по существу аналогичны компонентам питательного регулятора 40 потока поршневой полости, описание питательного регулятора 42 потока штоковой полости опущено.
Описанная гидравлическая система может быть применена в любой рабочей машине, включающей в себя гидравлический привод, в котором требуется точное управление давлениями и/или расходами жидкости, подаваемой в привод. Описанная гидравлическая система может обеспечить быстросрабатывающее регулирование давления, что приводит к постоянным предсказуемым рабочим характеристикам привода при недорогой простой конструкции. Далее будет описан принцип действия гидравлической системы 22.
Гидравлический цилиндр 16 может перемещаться давлением жидкости в ответ на входное воздействие оператора. Жидкость может подаваться под давлением источником 26 и направляться к питательным регуляторам 40, 42 потока поршневой и штоковой полостей. В ответ на входное воздействие оператора с целью выдвинуть или втянуть узел 48 поршня относительно трубы 46 включается соленоидный механизм 72 соответствующего питательного регулятора 40 или 42, притягивая якорь 100 к электромагнитной катушке 98. Когда якорь 100 притягивается к электромагнитной катушке 98, соединенный с ним вспомогательный клапан 74 перемещается, выводя из контакта поверхность 122 с седлом 124 на соответствующую величину, обеспечивая слив жидкости из управляющей полости 126 с соответствующей скоростью. Когда из управляющей полости 126 сливается жидкость, в основном перепускном клапане 76 создается перепад давлений, который преодолевает усилие пружин 80 и 82 и заставляет поверхность 128 основного перепускного клапана 76 выйти из контакта с седлом 130 корпуса 68 регулятора на соответствующую величину, тем самым гидравлически соединяя входное отверстие 86 с выходным 88 и вслед за этим заполняя одну из полостей 50 или 52 жидкостью под давлением с требуемой скоростью.
Величина электрического тока, подаваемого на соленоидный механизм 72, может быть основана на расчетном давлении жидкости внутри управляющей полости 126 и требуемом расходе жидкости из управляющей полости 126. В частности, величина электрического тока, подаваемого на электромагнитную катушку 98, может соответствовать сжатию пружин 78 и 80, что приводит к образованию заданной площади сечения потока между поверхностью 122 и седлом 124. Заданная площадь сечения потока между поверхностью 122 и седлом 124 обеспечивает заданный расход жидкости из управляющей полости 126 и последующий перепад давлений в основном перепускном клапане 76, который определяет заданную площадь сечения потока между поверхностью 128 и седлом 130. Аналогичным образом заданная площадь сечения потока между поверхностью 128 и седлом 130 обеспечивает заданный расход жидкости, направленный из входного отверстия 86 в выходное отверстие 88, что приводит к требуемой скорости приведения в действие гидравлического цилиндра 16. Зависимость между подаваемым электрическим током и сжатием пружин 78-82, площадью гидравлических поверхностей 125а,b, площадью проходного сечения в проходе 127 и основными гидродинамическими силами регулирования, которая приводит к требуемым площадям проходного сечения, может быть определена посредством аналитических методик, лабораторных испытаний, испытаний в условиях эксплуатации и/или посредством других известных способов.
Питательные регуляторы 40, 42 потока поршневой и штоковой полостей могут быть приспособлены для ситуаций, при которых давление жидкости, подаваемой к носовому концу 76а, отклоняется от расчетного давления. В частности, поскольку с источником 26 может быть гидравлически соединено множество приводов, работа одного из приводов может воздействовать на давление и последующий расход жидкости, направленной к гидравлическому цилиндру 16. Эти колебания давления, если оставить их нерегулируемыми, могли бы привести к нестабильным и/или неожиданным перемещениям гидравлического цилиндра 16 и рабочего инструмента 14. Эти воздействия могут быть учтены тем, что гидравлические поверхности 125a,b действуют так, что пропорционально перемещают вспомогательный клапан 74 в ответ на давления жидкости внутри гидравлической системы 22 и результирующие гидродинамические силы, действующие на поверхность 128, тем самым обеспечивая по существу постоянный поток жидкости, направленный из входного отверстия 86 в выходное отверстие 88. Например, когда давление жидкости, подаваемой во входное отверстие 86, увеличивается, сила, действующая на поверхность 125b, аналогичным образом, увеличивается, перемещая поверхность 122 против притяжения соленоидного механизма 72 по направлению к седлу 124, тем самым уменьшая эффективную площадь проходного сечения между поверхностью 122 и седлом 124. Это увеличенное ограничение для жидкости, покидающей управляющую полость 126, может увеличить давление жидкости внутри управляющей полости 126, действующее на полый конец 76b, приводя к перемещению поверхности 128 по направлению к седлу 130. Перемещение поверхности 128 по направлению к седлу 130 может уменьшить эффективную площадь проходного сечения между входным отверстием 86 и выходным отверстием 88, тем самым обеспечивая по существу тот же самый расход, что был при большей площади проходного сечения до увеличения давления. Наоборот, когда давление жидкости, подаваемой во входное отверстие 86, уменьшается, сила, действующая на поверхность 125b и противоположная притяжению соленоидного механизма 72, может аналогичным образом уменьшиться так, что сила, действующая на поверхность 125b, перемещает поверхность 122 от седла 124. Это уменьшенное ограничение для жидкости, покидающей управляющую полость 126, уменьшает давление жидкости внутри управляющей полости 126, действующее на полый конец 76b, приводя к перемещению поверхности 128 от седла 130. Перемещение поверхности 128 от седла 130 может увеличить эффективную площадь проходного сечения между входным отверстием 86 и выходным отверстием 88, тем самым обеспечивая по существу тот же самый расход, что был при меньшей площади сечения потока до уменьшения давления.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что в описанном регуляторе потока и гидравлической системе могут быть произведены различные модификации и изменения. Другие варианты осуществления изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники при рассмотрении описания и практическом выполнении описанного регулятора потока и гидравлической системы. Например, предполагается, что спускные клапаны 36, 38 поршневой и штоковой полостей (фиг.2) могут быть по существу аналогичными по конструкции и функции питательным регуляторам 40, 42 потока поршневой и штоковой полостей. Подразумевается, что описание и варианты выполнения будут рассматриваться только в качестве примера, при этом объем изобретения определен формулой изобретения.