ДОЗИРУЮЩИЙ КЛАПАН СО ВСТРОЕННОЙ ФУНКЦИЕЙ СБРОСА ДАВЛЕНИЯ И ПОДПИТКИ
METERING VALVE WITH BUILT-IN FUNCTION OF PRESSURE RELEASE AND MAKEUP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электрогидравлическому дозирующему клапану и, более конкретно, к электрогидравлическому дозирующему клапану со встроенными функциями сброса давления и подпитки.
Уровень техники
В рабочих машинах, таких как, например, экскаваторы, погрузчики, бульдозеры, автогрейдеры и другие типы тяжелых машин, используют одно или больше устройств гидравлического привода для выполнения различных задач. Эти устройства привода сообщаются по жидкости с насосом рабочей машины, который подает жидкость под давлением в камеры устройств привода. Узел электрогидравлического клапана обычно сообщается по жидкости с гидравлической цепью между насосом и устройствами привода для управления скоростью потока жидкости под давлением в камеры устройств привода и из них, что обеспечивает движение устройств привода. Множество отдельных клапанов подпитки и сброса давления обычно соединены с узлом электрогидравлического клапана для поддержания требуемых уровней давления в пределах гидравлической цепи. Однако такое множество клапанов подпитки и сброса давления увеличивает стоимость гидравлической цепи и понижает надежность гидравлической цепи.
Один способ снижения стоимости и повышения надежности гидравлической цепи описан в патенте США №5,868,059 (патент '059), выданном автору Smith 9 февраля 1999 г. В патенте '059 описана гидравлическая цепь, имеющая четыре независимых дозирующих клапана для управления функциями выпуска и заполнения соответствующего устройства гидравлического привода. Каждый из независимых дозирующих клапанов включает в себя основной элемент клапана, перемещающийся для сообщения камеры устройства привода либо с портом выпуска, либо портом подачи. Камера управления избирательно сообщается с внешним источником вспомогательной жидкости под давлением, или из нее выпускают вспомогательную жидкость под давлением для инициирования движения основного элемента клапана. Каждый из независимых дозирующих клапанов, связанных с функцией выпуска, включает в себя встроенное средство перепускного клапана и встроенное средство клапана подкачки. Средство перепускного клапана предназначено для выпуска жидкости из гидравлической цепи, когда давление в цепи превышает заданное значение. Средство клапана подкачки выполняет функцию направления жидкости под давлением в гидравлическую цепь, когда давление в гидравлической цепи падает ниже заданного значения.
Хотя гидравлическая цепь, описанная в патенте '059, позволяет снизить стоимость и улучшить надежность, благодаря комбинированию функций сброса давления и подкачки в независимых дозирующих клапанах, гидравлическая цепь все еще может быть дорогостоящей, обладать малой эффективностью и может ограничивать гибкость конструкции. В частности, поскольку независимые дозирующие клапаны в соответствии с патентом '059 требуют внешнего источника вспомогательной жидкости под давлением, стоимость всей системы может быть существенной. Кроме того, энергия должна расходоваться на работу внешнего источника вспомогательной жидкости под давлением, что может понизить эффективность гидравлической цепи. Кроме того, поскольку гидравлическая цепь системы '059 требует соединения с внешним источником вспомогательной жидкости, местоположение дозирующих клапанов может быть ограничено, и соответствующие трубки между клапанами и источником вспомогательной жидкости могут дополнительно повысить стоимость системы.
Раскрытый дозирующий клапан направлен на преодоление одной или больше проблем, представленных выше.
Раскрытие изобретения
В одном аспекте настоящее раскрытие направлено на дозирующий клапан. Дозирующий клапан включает в себя корпус клапана, имеющий входное отверстие и выходное отверстие, основную тарелку и работающий от соленоида вспомогательный элемент. Основная тарелка расположена внутри корпуса клапана между входным отверстием и выходным отверстием и имеет переднюю часть и часть управления и может перемещаться между положением пропускания жидкости, в котором жидкость протекает из входного отверстия в выходное отверстие, и положением блокирования жидкости, в котором протекание жидкости между входным отверстием и выходным отверстием блокировано. Вспомогательный элемент с приводом от соленоида перемещается между положением блокирования потока, в котором жидкость под давлением из входного отверстия поддерживает давление в камере управления, которая сообщается с частью управления основной тарелки, прижимая основную тарелку в направления положения блокирования потока, и положением пропускания потока, в котором камера управления сообщается с выпуском для перемещения основной тарелки в направлении положения пропускания потока. Дозирующий клапан также включает в себя элемент перепускного клапана, выполненный с возможностью выпуска жидкости под давлением из камеры управления, для перемещения основной тарелки в направлении положения пропускания потока в соответствии с превышением давлением во входном отверстии заданного давления.
В другом аспекте настоящее раскрытие направлено на способ работы дозирующего клапана. Способ включает в себя перемещение вспомогательного элемента между положением блокирования потока, в котором жидкость под давлением из камеры устройства привода удерживает основную тарелку в положении блокирования потока для блокирования вытекания жидкости из камеры, и положением пропускания потока, в котором часть управления основной тарелки сообщается с выпуском, для перемещения основной тарелки в направлении положения пропускания потока для выпуска жидкости из камеры. Способ также включает в себя автоматическое перемещение основной тарелки в направлении положения пропускания потока, в ответ на превышение давлением жидкости в камере заданного значения, что обеспечивает возможность выпуска жидкости из камеры.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично представлена иллюстрация в виде сбоку рабочей машины в соответствии с примерным раскрытым вариантом воплощения;
на фиг.2 схематично показана иллюстрация примерной раскрытой гидравлической системы для рабочей машины по фиг.1;
на фиг.3 показана иллюстрация в разрезе примерного раскрытого клапана для гидравлической системы по фиг.2;
на фиг.4 показана схематичная иллюстрация другого примерного раскрытого клапана для гидравлической системы по фиг.2;
на фиг.5 показана схематичная иллюстрация другого примерного раскрытого клапана для гидравлической системы по фиг.2.
Осуществление изобретения
На фиг.1 иллюстрируется примерная рабочая машина 10. Рабочая машина 10 может быть представлена подвижной машиной, которая выполняет работу определенного типа, связанную с такой отраслью промышленности, как добыча полезных ископаемых, строительство, сельское хозяйство, транспорт или любая другая отрасль промышленности, известная в данной области техники. Например, рабочая машина 10 может представлять собой землеройную машину, такую как экскаватор, бульдозер, погрузчик, канавокопатель с обратной лопатой, автогрейдер, самосвал или любую другую землеройную машину. Рабочая машина 10 также может быть представлена неподвижной или стационарной машиной, такой как генераторная установка, насос или любая другая соответствующая, выполняющая работу рабочая машина. 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. Предусматривается, что гидравлический цилиндр 16 может быть исключен, если это необходимо, и гидравлический двигатель или другое аналогичное устройство привода может быть включено, в качестве альтернативы.
Рама 12 может включать в себя конструктивный модуль, который поддерживает движение рабочей машины 10. Например, рама 12 может быть воплощена в виде стационарной рамы основания, соединяющей источник энергии (не показан) с устройством 18 привода в движение, подвижный элемент рамы системы соединения или любую другую раму, известную в данной области техники.
Рабочий инструмент 14 может быть воплощен как устройство, используемое при выполнении задачи. Например, рабочий инструмент 14 может быть выполнен в виде ножа, ковша, лопаты, рыхлителя, самосвальной платформы, устройства привода в движение или любого другого устройства, выполняющего задачу, известную в данной области техники. Рабочий инструмент 14 может быть соединен с рамой 12 с помощью прямого шарнира 20, через систему соединения с гидравлическим цилиндром 16, который формирует один элемент системы соединения, или любым другим соответствующим образом. Рабочий инструмент 14 может быть выполнен с возможностью шарнирного поворота, вращения, скольжения, раскачки или перемещения относительно рамы 12 любым другим способом, известным в данной области техники.
Как представлено на фиг.2, гидравлический цилиндр 16 может представлять собой один из различных компонентов, включенных в гидравлическую систему 22, которые взаимодействуют для перемещения рабочего инструмента 14 (см. фиг.1). Гидравлическая система 22 может включать в себя резервуар 24, источник 26 жидкости под давлением, подающий клапан 32 для головной части, подающий клапан 34 для штоковой части, выпускной клапан 36 для головной части и выпускной клапан 38 для штоковой части. Предусматривается, что гидравлическая система 22 может включать в себя дополнительные и/или другие компоненты, такие как, например, датчик давления, датчик температуры, датчик положения, контроллер, аккумулятор и другие компоненты гидравлической системы, известные в данной области техники.
Гидравлический цилиндр 16 может включать в себя трубу 46 и узел 48 поршня, расположенный внутри трубы 46. Один из трубы 46 и узла 48 поршня может быть шарнирно соединен с рамой 12, в то время как другой из трубы 46 и узла 48 поршня может быть шарнирно соединен с рабочим инструментом 14. Предусматривается, что труба 46 и/или узел 48 поршня, в качестве альтернативы, могут быть жестко соединены либо с рамой 12, либо с рабочим инструментом 14. Гидравлический цилиндр 16 может включать в себя первую камеру 50 и вторую камеру 52, разделенные узлом 48 поршня. В первую и вторую камеры 50, 52 может избирательно подаваться жидкость под давлением от источника 26, и первая и вторая камеры 50, 52 могут избирательно сообщаться с резервуаром 24 для обеспечения перемещения узла 48 поршня внутри трубы 46, в результате чего изменяется эффективная длина гидравлического цилиндра 16. Удлинение и сокращение гидравлического цилиндра 16 может осуществляться для обеспечения движения рабочего инструмента 14.
Узел 48 поршня может включать в себя поршень 54, совмещенный по оси с и расположенный внутри трубы 46, и шток 56 поршня, который может быть соединен с одним из рамы 12 и рабочим инструментом 14 (см. фиг.1). Поршень 54 может включать в себя первую гидравлическую поверхность 58 и вторую гидравлическую поверхность 59, расположенную противоположно первой гидравлической поверхности 58. Дисбаланс сил, создаваемый давлением жидкости на первую и вторую гидравлические поверхности 58, 59, может привести к движению узла 48 поршня внутри трубы 46. Например, сила, действующая на первую гидравлическую поверхность 58, большая, чем сила, действующая на вторую гидравлическую поверхность 59, может обеспечить перемещение узла 48 поршня с увеличением эффективной длины гидравлического цилиндра 16. Аналогично, когда сила, действующая на вторую гидравлическую поверхность 59, больше, чем сила, действующая на первую гидравлическую поверхность 58, узел 48 поршня может отводиться внутрь трубы 46, уменьшая эффективную длину гидравлического цилиндра 16. Уплотнительный элемент (не показан), такой как уплотнительное кольцо, может быть соединен с поршнем 54 для ограничения потока жидкости между внутренней стенкой трубы 46 и внешней цилиндрической поверхностью поршня 54.
Резервуар 24 может представлять собой резервуар, выполненный с возможностью содержания запаса жидкости. Жидкость может включать в себя, например, специальное гидравлическое масло, масло для смазки двигателя, масло для смазки трансмиссии или любую другую жидкость, известную в данной области техники. Одна или больше гидравлических систем в рабочей машине 10 может отбирать жидкость из резервуара 24 и возвращать жидкость в него. Также предусматривается, что гидравлическая система 22 может быть соединена с множеством отдельных резервуаров для жидкости.
Источник 26 может быть выполнен с возможностью отбора жидкости из резервуара 24 и формирования потока жидкости под давлением, направляемого через гидравлическую систему 22. Источник 26 может быть выполнен в виде насоса, такого как, например, насос с объемным регулированием, насос с постоянным расходом, или может представлять собой любой другой источник жидкости под давлением, известный в данной области техники. Источник 26 может быть соединен с возможностью привода с источником энергии (не показан) рабочей машины 10 с помощью, например, промежуточного вала (не показан), ремня (не показан), электрической цепи (не показана) или любым другим соответствующим образом. Источник 26 может быть специализированным для подачи жидкости под давлением только в гидравлическую систему 22, или, в качестве альтернативы, может подавать жидкость под давлением в дополнительные гидравлические системы 55 рабочей машины 10.
Подающий и выпускной клапаны 32-38 для головной части и штоковой части могут быть взаимно соединены по жидкости. В частности, выпускные клапаны 36, 38 для головной части и штоковой части могут быть соединены параллельно с общим сливным каналом 64. Подающие клапаны 32, 34 для головной части и штоковой части могут быть соединены параллельно с верхним общим каналом 66 для жидкости. Подающий и выпускной клапаны 32, 36 для головной части могут быть соединены параллельно с каналом 60 для жидкости. Выпускной и подающий клапаны 38, 34 для штоковой части могут быть соединены параллельно с каналом 62 для жидкости.
Подающий клапан 32 для головной части может быть расположен между источником 26 и первой камерой 50 и может быть выполнен с возможностью регулирования потока жидкости под давлением в первую камеру 50 в ответ на команду установки скорости. В частности, подающий клапан 32 головной части может включать в себя пропорционально подпружиненный механизм клапана с приводом от соленоида для перемещения между первым положением, в котором жидкость может протекать в первую камеру 50, и вторым положением, в котором вытекание жидкости из первой камеры 50 блокируется. Подающий клапан 32 для головной части может перемещаться в любое положение между первым и вторым положениями для регулирования скорости потока жидкости в первой камере 50, влияя, таким образом, на скорость гидравлического цилиндра 16. Предусматривается, что подающий клапан 32 для головной части, в качестве альтернативы, может иметь гидравлический привод, механический привод, пневматический привод или любой другой соответствующий привод. Кроме того, предусматривается, что подающий клапан 32 для головной части может обеспечивать протекание жидкости из первой камеры 50 через подающий клапан 32 для головной части во время события регенерирования, когда давление в первой камере 50 превышает давление жидкости, направляемой в подающий клапан 32 для головной части из источника 26.
Подающий клапан 34 для штоковой части может быть расположен между источником 26 и второй камерой 52 и выполнен с возможностью регулировать поток жидкости под давлением во вторую камеру 52 в соответствии с заданной скоростью. В частности, подающий клапан 34 для штоковой части может включать в себя пропорционально подпружиненный механизм клапана с приводом от соленоида для перемещения между первым положением, в котором жидкость может протекать во вторую камеру 52, и вторым положением, в котором вытекание жидкости из второй камеры 52 блокируется. Подающий клапан 34 для штоковой части может перемещаться в любое положение между первым и вторым положениями для изменения скорости потока жидкости во вторую камеру 52, влияя, таким образом, на скорость гидравлического цилиндра 16. Предполагается, что подающий клапан 34 для штоковой части может, в качестве альтернативы, иметь гидравлический привод, механический привод, пневматический привод или любой другой соответствующий привод. Кроме того, предусматривается, что подающий клапан 34 для штоковой части может обеспечить возможность протекания жидкости из второй камеры 52 через подающий клапан 34 для штоковой части во время регенерирования, когда давление во второй камере 52 превышает давление жидкости, направляемой в подающий клапан 34 для штоковой части от источника 26.
Выпускной клапан 36 для головной части может быть расположен между первой камерой 50 и резервуаром 24 и включает в себя компоненты, которые взаимодействуют для регулирования потока жидкости под давлением из первой камеры 50. В частности, как представлено на фиг.3, выпускной клапан 36 для головной части может включать в себя корпус 68 клапана, элемент 70 адаптера, механизм 72 соленоида, вспомогательный элемент 74, основную тарелку 76, элемент 77 перепускного клапана и множество пружин 78, 80 смещения. Предусматривается, что смещение пружины 78 может быть уменьшено, или она может быть полностью исключена, если это требуется.
Корпус 68 клапана может включать в себя центральное отверстие 84, порт 86 цилиндра и выпускной порт 88. Кольцо 90 может соединять центральное отверстие 84, порт 86 цилиндра и выпускной порт 88. Выпускной канал 93 может также соединять центральное отверстие 84 и порт 88. Предусматривается, что корпус 68 клапана может быть специально предназначен для установки в него выпускного клапана 36 для головной части, или дополнительно в нем может быть установлен один или больше подающий клапан 32 для головной части, выпускной клапан 38 для штоковой части и подающий клапан 34 для штоковой части.
Элемент 70 адаптера может быть расположен в центральном отверстии 84 и выполнен с возможностью установки в него механизма 72 соленоида и вспомогательного элемента 74. В частности, элемент 70 адаптера может включать в себя центральное отверстие 91 для установки в него механизма 72 соленоида и противоположное отверстие 92 для установки в него вспомогательного элемента 74. Пробка 94 может быть установлена по резьбе на элементе 70 адаптера, закрывающая часть элемента 70 адаптера, который выступает из корпуса 68 клапана. Предусматривается, что один или больше уплотнительных элементов (не показаны), таких как, например, уплотнительные кольца или другие уплотнительные устройства, могут быть расположены внутри канавки 97 и канавки 99 элемента 70 адаптера для сведения к минимуму утечки между корпусом 68 клапана и элементом 70 адаптера.
Механизм 72 соленоида может быть расположен внутри элемента 70 адаптера и выполнен с возможностью пропорционального перемещения вспомогательного элемента 74, противодействуя усилию смещения пружин 78 и 80, в соответствии с приложенным током. В частности, механизм 72 соленоида может включать в себя электромагнитную катушку 98 и якорь 100, имеющий шпильку 110, соединенную по резьбе с вспомогательным элементом 74. Когда ток подают в электромагнитную катушку 98, якорь 100 может притягиваться, преодолевая силу смещения пружин 78 и 80 в направлении электромагнитной катушки 98. Сила тока, подаваемого в электромагнитную катушку 98, может определять степень сжатия пружин 78 и 80 и, в свою очередь, насколько близко якорь 100 будет притянут к электромагнитной катушке 98. Шпилька 110 может включать в себя центральное отверстие 112, которое сводит к минимуму сопротивление и формирование нежеланных флуктуаций давления в выпускном клапане 36 для головной части, по мере осевого перемещения якоря 100 и шпильки 110 внутри элемента 70 адаптера.
Вспомогательный элемент 74 может представлять собой клапан с нулевой утечкой, который установлен с возможностью скольжения внутри элемента 70 адаптера и который открывает и закрывает последовательность расположенных радиально каналов 114 для жидкости. В частности, вспомогательный элемент 74 может включать в себя вспомогательный хвостовик 116, соединенный по резьбе с контрольным элементом 118 и шпилькой 110. Предусматривается, что вспомогательный хвостовик 116 и контрольный элемент 118, в качестве альтернативы, могут быть выполнены как один цельный компонент, если это требуется. Контрольный элемент 118 может включать в себя охватываемую коническую поверхность 122, выполненную с возможностью соединения с охватывающим коническим гнездом 124 элемента 70 адаптера. Когда поверхность 122 и гнездо 124 соединяются друг с другом, протекание вспомогательной жидкости по каналам 114 для жидкости через противоположное отверстие 92 может быть предотвращено. Когда в механизм 72 соленоида подают энергию для притягивания якоря 100 и шпильки 110 в направлении электромагнитной катушки 98, поверхность 122 и гнездо 124 отводятся друг от друга, обеспечивая возможность протекания вспомогательной жидкости в каналы 114 для жидкости через противоположное отверстие 92. Каналы 114 для жидкости могут сообщаться по жидкости с общим выпускным каналом 64 через выпускной канала 93, таким образом, что осуществляется выпуск вспомогательной жидкости, протекающей через каналы 114 для жидкости, в резервуар 24. Область между поверхностью 122 и гнездом 124, соединенными под действием давления жидкости, находящейся в порту 86 цилиндра, может определять скорость потока жидкости из порта 86 цилиндра в резервуар 24 через каналы 114 для жидкости. Вспомогательный хвостовик 116 может включать в себя внешнюю канавку 121 для удержания уплотнительного элемента (не показан), такого как кольцевой уплотнитель, для сведения к минимуму протечки вспомогательной жидкости между вспомогательным элементом 74 и противоположным отверстием 92. Центральное отверстие 120 может продолжаться как через вспомогательный хвостовик 116, так и через контрольный элемент 118, для обеспечения сообщения по жидкости с центральным отверстием 112, сводя, таким образом, к минимуму сопротивление и формирование нежелательных флуктуации давления по мере перемещения вспомогательного элемента 74 вдоль оси для соединения и разъединения поверхности 122 и гнезда 124.
Основная тарелка 76 может представлять собой клапан с нулевой утечкой, который выполнен с возможностью избирательного обеспечения возможности потока жидкости из порта 86 цилиндра в выпускной порт 88. В частности, охватываемая коническая поверхность 128 основной тарелки 76 может быть расположена так, что она соединяется с охватывающим коническим гнездом 130 корпуса 68 клапана. Когда поверхность 128 и гнездо 130 соединены, может предотвращаться поток жидкости из порта 86 цилиндра в выпускной порт 88. И, наоборот, когда поверхность 128 и гнездо 130 отведены друг от друга, жидкость может вытекать из порта 86 цилиндра в выпускной порт 88. Область между поверхностью 128 и гнездом 130, соединенными под давлением жидкости в порту 86 цилиндра, может определять скорость потока жидкости из порта 86 цилиндра в выпускной порт 88.
Поверхность 128 может избирательно соединяться и разъединяться с гнездом 130 в соответствии с движением вспомогательного элемента 74. В частности, основная тарелка 76, вместе с корпусом 68 клапана, элементом 70 адаптера и вспомогательным элементом 74 может формировать камеру 126 управления. Силы, генерируемые под действием жидкости на переднюю часть 76а основной тарелки 76 и под действием жидкости на разные области 76с, могут противодействовать силам, генерируемым вспомогательной жидкостью в камере 126 управления, действующей на часть 76b управления основной тарелки 76, и силе, генерируемой в результате сжатия пружины 80 смещения. Для того, чтобы открыть основную тарелку 76, поверхность 122 должна быть выведена из гнезда 124 для выпуска вспомогательной жидкости из камеры 126 управления через противоположное отверстие 92, каналы 114 для жидкости и выпускной канал 93. Когда вспомогательную жидкость выпускают из камеры 126 управления, жидкость, действующая на переднюю часть 76а основной тарелки 76, может преодолевать силу, генерируемую под действием пружины 80 смещения, для перемещения основной тарелки 76 в направлении вспомогательного элемента 74. Чтобы закрыть основную тарелку 76, подачу тока в механизм 72 соленоида требуется отключить, что позволяет пружине 80 смещения возвратить вспомогательный элемент 74 в положение блокирования потока (например, когда поверхность 122 соединяется с гнездом 124). Когда вспомогательный элемент 74 находится в положении блокирования потока, в камере 126 управления может накапливаться давление, закрывая основную тарелку 76 (например, для перемещения поверхности 128 в соединение с гнездом 130).
Вспомогательная жидкость под давлением из камеры 126 управления может быть подана из первой камеры 50 гидравлического цилиндра 16 через порт 86 цилиндра. В частности, основная тарелка 76 может включать в себя один или больше внешних каналов 131, которые сообщают по жидкости порт 86 цилиндра с камерой 126 управления через пару отверстий 133, расположенных внутри элемента 70 адаптера. Каждый канал 131 может быть разработан таким образом, что, по меньшей мере, некоторая часть жидкости из порта 86 цилиндра всегда может протекать в камеру 126 управления, и по мере того, как основная тарелка 76 перемещается в направлении положения пропускания потока, площадь потока канала 131 пропорционально увеличивается, обеспечивая, таким образом, возможность более высокой скорости потока жидкости из порта 86 цилиндра в камеру 126 управления.
Площадь отверстия между поверхностью 122 управления и гнездом 124 может управлять скоростью потока жидкости из камеры 126 и влиять на давление в ней. В частности, такая площадь отверстия может быть пропорциональна движению контрольного вспомогательного элемента, которое, в свою очередь, пропорционально силе, прикладываемой механизмом 72 соленоида. Другими словами, положение основной тарелки 76 может пропорционально управляться механизмом 72 соленоида. Та же площадь отверстия, вместе с давлением в порту 86 цилиндра и давлением в области отверстия в выпускном порту 88, может определять давление в камере 126 управления.
Когда давление в первой камере 50 изменяется из-за изменения нагрузки цилиндра, поток через основную тарелку 76 также может изменяться. В частности, такие быстрые изменения могут влиять на силу потока, действующую на основную тарелку 76, приводя к незначительным не соответствующим поданной команде движениям основной тарелки 76. Например, если поток через основную тарелку 76 увеличивается, закрывающие поток силы, действующие на основную тарелку 76, могут привести к тому, что основная тарелка 76 незначительно закроется. В результате, площадь потока через канал 131 может уменьшиться, вместе со смещением, действующим на контрольный элемент 118. Такие действия могут привести к тому, что область отверстия между поверхностью 122 управления и гнездом 124 незначительно откроется, в результате чего произойдет вытекание жидкости из камеры 126 управления в резервуар 24 по выпускному каналу 93 и общему выпускному каналу 64. В этой ситуации, поскольку площадь входного отверстия камеры 126 управления уменьшается, и площадь выходного отверстия увеличивается, давление в камере 126 управления может быстро реагировать, уменьшая, таким образом, величину движения основной тарелки (например, из-за нестабильности), связанную с флуктуациями давления.
Основная тарелка 76 может быть функционально соединена с элементом 70 адаптера для сборки внутри корпуса 68 клапана в виде клапана типа картриджа. В одном примере основная тарелка 76 может включать в себя элемент 132 шпильки, который соединяет площадку 134 элемента 70 адаптера после сборки основной тарелки 76 с элементом 70 адаптера. Таким образом, может быть сформирован подузел, состоящий из элемента 70 адаптера, вспомогательного элемента 74, основной тарелки 76 и пружин 78 и 80. После сборки в корпусе 68 клапана между элементом 132 шпильки и элементом 70 адаптера может поддерживаться промежуток.
В дополнение к регулированию требуемого движения основной тарелки 76 и соответствующей площади отверстия между поверхностью 128 и гнездом 130, которое связано с требуемым движением рабочего инструмента 14 (см. фиг.1), основная тарелка 76 также может обеспечивать функцию подпитки жидкости. В частности, для сведения к минимуму вероятности образования пустоты в первой камере 50 (см. фиг.1) основная тарелка 76 может автоматически перемещаться в соответствии с падением давления жидкости в порту 86 цилиндра ниже заданного давления. Например, по мере того, как давление жидкости в порту 86 цилиндра уменьшается, давление вспомогательной жидкости в камере 126 управления может аналогично уменьшаться благодаря сообщению по жидкости через канал 131. По мере того, как давление в камере 126 управления падает ниже заданного значения (определенного силой смещения пружины 80 и давлением жидкости в резервуаре 24), сила давления жидкости внутри выпускного порта 88, действующая на переднюю часть 76а основной тарелки 76, может прижимать основную тарелку 76, преодолевая силу смещения пружины 80 в направлении вспомогательного элемента 74, отделяя, таким образом, поверхность 128 от гнезда 130. Когда поверхность 128 выведена из гнезда 130, жидкость может вытекать из резервуара 24 в первую камеру 50 через выпускной порт 88 и порт 86 цилиндра. По мере того, как давление в первой камере 50 и в порту 86 цилиндра увеличивается при подаче жидкости, соответствующее повышенное давление в камере 126 управления, в конечном итоге, может прижимать основную тарелку 76 для ее возврата в положение блокирования потока.
Элемент 77 перепускного клапана может выполнять функцию сброса избыточного давления в гидравлической системе 22. В частности, элемент 77 перепускного клапана может быть расположен в центральном отверстии 136 основной тарелки 76 и может перемещаться из положения блокирования потока, в котором поток вспомогательной жидкости из камеры 126 управления заблокирован, в выпускной порт 88 через элемент 77 перепускного клапана, преодолевая силу смещения перепускной пружины 138 в направлении положения пропускания потока, в котором вспомогательную жидкость из камеры 126 управления пропускают в выпускной порт 88 для опосредованного сброса давления в порту 86 цилиндра. Например, элемент 77 перепускного клапана может включать в себя охватываемую коническую поверхность 148, выполненную с возможностью соединения с охватывающим коническим гнездом 150, которое расположено в центральном отверстии 136. Когда поверхность 148 находится на расстоянии от гнезда 150, вспомогательная жидкость может протекать через множество каналов 152 для жидкости, расположенных вдоль оси в части управления 76b основной тарелки 76, через центральное отверстие 154 элемента 77 перепускного клапана в выпускной порт 88. Однако когда поверхность 148 соединена с гнездом 150, протекание вспомогательной жидкости из камеры 126 управления для вытекания из выпускного порта 88 через каналы 152 для жидкости и центральное отверстие 154 предотвращается.
Для перемещения элемента 77 перепускного клапана из положения блокирования потока, с преодолением силы смещения перепускной пружины 138 в положение пропускания потока, вспомогательная жидкость из порта 86 цилиндра может сообщаться с элементом 77 перепускного клапана через множество расположенных вдоль радиуса перепускных каналов 140 внутри основной тарелки 76. Вспомогательная жидкость, направляемая из порта 86 цилиндра в элемент 77 перепускного клапана, может воздействовать на гидравлическую поверхность 142 элемента 77 перепускного клапана, перемещая элемент 77 перепускного клапана в направлении положения пропускания потока, когда давление внутри порта 86 цилиндра превышает заданное давление (определяется по силе смещения перепускной пружины 138 и давлению жидкости в выпускном порту 88). Когда элемент 77 перепускного клапана перемещают в направлении положения пропускания потока для пропускания вспомогательной жидкости из камеры 126 управления в выпускной порт 88, открывающая сила, действующая на основную тарелку 76, может преодолеть силу закрывания потока в камере 126 управления для прижима основной тарелки 76 в направлении положения пропускания потока, обеспечивая, таким образом, возможность вытекания дополнительной жидкости в резервуар 24 и непосредственно уменьшая выброс давления. Ограничительное отверстие 156 может быть связано с центральным отверстием 154 для ограничения скорости потока жидкости через центральное отверстие 154. Уплотнитель 144 может быть расположен в канавке 146 элемента 77 перепускного клапана для сведения к минимуму утечки между внешней поверхностью элемента 77 перепускного клапана и внутренней поверхностью центрального отверстия 136.
Выпускной клапан 38 для штоковой части (см. фиг.2) может быть расположен между источником 26 и второй камерой 52 и включает в себя компоненты, которые взаимодействуют для регулирования потока жидкости под давлением из второй камеры 52 в резервуар 24. Поскольку компоненты и работа выпускного клапана 38 для штоковой части, по существу, аналогична работе выпускного клапана 36 для головной части, описание выпускного клапана 38 для штоковой части будет исключено из данного раскрытия.
На фиг.4 иллюстрируется альтернативный вариант воплощения выпускного клапана 36 для головной части. Аналогично варианту воплощения, показанному на фиг.3, выпускной клапан 36 для головной части по фиг.4 может включать в себя корпус 68 клапана, основную тарелку 76, вспомогательный элемент 74, механизм 72 соленоида и элемент 77 перепускного клапана. Однако, в отличие от элемента 77 перепускного клапана по фиг.3, элемент 77 перепускного клапана по фиг.4 может иметь переменные установки сброса давления. В частности, механизм 158 соленоида для сброса давления может быть связан с элементом 77 перепускного клапана по фиг.4 для избирательного и непосредственного смещения элемента 77 перепускного клапана со смещением или против смещения перепускной пружины 138. Таким образом, сила, требуемая для перемещения элемента 77 перепускного клапана, может быть увеличена или уменьшена путем изменения тока, прикладываемого к механизму 158 соленоида для сброса давления.
На фиг.5 иллюстрируется другой альтернативный вариант воплощения выпускного клапана 36 для головной части. Аналогично варианту воплощения по фиг.4, выпускной клапан 36 для головной части по фиг.5 включает в себя корпус 68 клапана, основную тарелку 76, вспомогательный элемент 74, механизм 72 соленоида, элемент 77 перепускного клапана и механизм 158 соленоида для сброса давления, обеспечивающий функцию переменного сброса давления. Однако, в отличие от механизма 158 соленоида для сброса давления по фиг.4, механизм 158 соленоида для сброса давления по фиг.5 может воздействовать на элемент 77 перепускного клапана опосредованно. В частности, в варианте воплощения, показанном на фиг.5, вместо непосредственного воздействия для перемещения элемента 77 перепускного клапана, механизм 158 соленоида для сброса давления может действовать для перемещения элемента 160 вспомогательного перепускного клапана вместе или против пружины 162 перепускного клапана. Элемент 160 вспомогательного перепускного клапана может перемещаться из положения блокирования потока, в котором вспомогательная жидкость из порта 86 цилиндра может действовать вместе со смещением перепускной пружины 138, в положение пропускания потока, в котором вспомогательную жидкость из порта 86 цилиндра выпускают в резервуар 24. Если вспомогательная жидкость из порта 86 цилиндра действует вместе со смещением перепускной пружины 138, сила, требуемая для перемещения элемента 77 перепускного клапана в направлении положения пропускания потока, может быть большей, чем если бы вспомогательная жидкость из порта 86 цилиндра не воздействовала одновременно со смещением пружины 138. Таким образом, сила и соответствующий размер механизма 158 соленоида для сброса давления, требуемые для обеспечения установок сброса давления элемента 77 перепускного клапана, могут быть уменьшены, по сравнению с вариантом воплощения по фиг.4.
Промышленная применимость
Раскрытая гидравлическая система может применяться к любой рабочей машине, которая включает в себя устройство гидравлического привода, когда требуется обеспечить точность управления давлением и/или потоками жидкости устройства привода. Раскрытая гидравлическая система может обеспечивать регулировку давления с быстрым откликом, что позволяет обеспечить последовательную, прогнозируемую работу устройства привода в простой конфигурации с малой стоимостью. Работа гидравлической системы 22 будет описана ниже.
Гидравлический цилиндр 16 может перемещаться под действием гидравлического давления в ответ на входные команды оператора. Давление жидкости может обеспечиваться источником 26, и эта жидкость может направляться в подающие клапаны 32 и 34 для головной части и штоковой части. В ответ на входную команду оператора выдвинуть или убрать узел 48 поршня относительно трубы 46, соответствующий один из подающих клапанов для 32, 34 для головной части и для штоковой части может быть приведен в действие для заполнения одной из первой и второй камер 50, 52 жидкостью под давлением со скоростью, соответствующей требуемой скорости рабочего инструмента. По существу, одновременно, механизм 72 соленоида соответствующего одного из выпускных клапанов 36, 38 для головной части и для штоковой части может быть включен для притягивания якоря 100 к электромагнитной катушке 98. Когда якорь 100 притягивается к электромагнитной катушке 98, соединенный с ней, вспомогательный элемент 74 может перемещаться, выводя поверхность 122 из гнезда 124 на соответствующую величину для выпуска управляющей жидкости из камеры 126 управления с соответствующей скоростью. При выпуске жидкости из камеры 126 управления образуется перепад давлений на основной тарелке 76, который преодолевает смещение пружины 80 и обеспечивает отсоединение поверхности 128 основной тарелки 76 от гнезда 130 корпуса 68 клапана на соответствующую величину, соединяя, в результате, по жидкости порт 86 цилиндра с выпускным портом 88 и с последующим выпуском жидкости под давлением из одной из первой и второй камер 50, 52 жидкости. Заполнение одной из первой и второй камер 50, 52 и выпуск из одной из первой и второй камер 50, 52 может способствовать движению узла 48 поршня внутри трубы 46 и соответствующему движению рабочего инструмента 14.
Величина тока, подаваемого механизмом 72 соленоида, может быть основана на предполагаемом давлении жидкости в камере 126 управления и требуемой скорости потока жидкости из камеры 126 управления. В частности, величина тока, подаваемого в электромагнитную катушку 98, может соответствовать степени сжатия пружин 78 и 80, в результате чего получается заданная площадь потока между поверхностью 122 и гнездом 124. Заданная площадь потока между поверхностью 122 и гнездом 124 может способствовать заданной скорости потока вспомогательной жидкости из камеры 126 управления и формированию вследствие этого разности давлений на основной тарелке 76, которая создает заданную площадь потока между поверхностью 128 и гнездом 130. Аналогично, заданная площадь потока между поверхностью 128 и гнездом 130 может способствовать заданной скорости потока жидкости из порта 86 цилиндра в выпускной порт 88, в результате чего обеспечивается требуемая скорость привода гидравлического цилиндра 16. Взаимозависимость между приложенным током и силой сжатия пружин 78 и 80 и основными силами дозирования потока, в результате чего получаются требуемые площади потока, может быть определена с использованием аналитической практики, лабораторных испытаний, полевых испытаний и/или с использованием других способов, известных в данной области техники.
Выпускные клапаны 36, 38 для головной части и штоковой части могут работать в ситуациях, когда давление жидкости в гидравлической системе 22 отклоняется от предполагаемого давления. В частности, во время работы гидравлического цилиндра 16 возможно, что давление в гидравлическом цилиндре 16 превысит предполагаемое давление или понизится ниже этого давления. Если их отставить без регулирования, такие флуктуации давления могут привести к непоследовательному и/или неожиданному движению гидравлического цилиндра 16 и рабочего инструмента 14. Эти эффекты можно учесть, используя движение основной тарелки 76 во время падения давления и движение элемента 77 перепускного клапана во время пика давления. Например, когда давление в гидравлическом цилиндре 16 понижается ниже заданного значения давления, сила, генерируемая в передней части 76а основной тарелки 76, может преодолеть силу смещения пружины 80 и силу закрывания в камере управления 126 для перемещения основной тарелки 76 в положение пропускания потока. В положении пропускания потока жидкость из резервуара 24 может перетекать в первую камеру 50 через порт 86 цилиндра, сводя, таким образом, к минимуму вероятность образования пустоты в первой камере 50. Площадь канала 131 управления может увеличиваться рядом с положением полного рабочего хода тарелки, что помогает демпфировать быстрый сдвиг, который может генерироваться такой функцией пополнения. И, наоборот, когда давление в первой камере 50 и в порту 86 цилиндра увеличивается, выходя за пределы заданного значения давления, вспомогательная жидкость, передаваемая из порта 86 цилиндра на гидравлическую поверхность 142 через перепускные каналы 140, может смещать элемент 77 перепускного клапана в направлении положения пропускания жидкости. В положении пропускания жидкости вспомогательная жидкость из камеры 126 управления может быть выпущена в резервуар 24 через осевые каналы 152, центральное отверстие 154 и выпускной порт 88, что опосредованно снижает выброс давления в первой камере 50 и в порту 86 цилиндра. По мере того, как происходит выпуск вспомогательной жидкости из камеры 126 управления, основная тарелка 76 может перемещаться в направлении положения пропускания потока для пропускания дополнительной жидкости в резервуар 24, таким образом, непосредственно сглаживая выброс давления. Область потока канала 131 может иметь малую площадь потока, которая всегда связывает некоторое количество жидкости из порта 86 цилиндра с камерой 126, обеспечивая, таким образом, возможность быстрого отклика такой функции сброса давления, что может способствовать предотвращению перегрузок давления. Описанное выше увеличение площади поверхности канала 131 управления может помочь демпфировать быстрый сдвиг, который может генерироваться такой функцией сглаживания.
Поскольку выпускные клапаны 36, 38 для головной части и для штоковой части могут быть активированы с использованием вспомогательной жидкости под давлением из первой и второй камер 50, 52 соответственно, стоимость гидравлической системы 22 может быть уменьшена, и улучшена гибкость конструирования. В частности, в связи с тем, что вспомогательная жидкость под давлением, которая активирует выпускные клапаны 36, 38 для головной части и для штоковой части, поступает из гидравлического цилиндра 16, стоимость компонентов и стоимость эксплуатации гидравлической системы 22 может быть ниже, чем если бы был предусмотрен внешний источник вспомогательной жидкости. Кроме того, поскольку источник вспомогательной жидкости представляет собой гидравлический цилиндр 16, а не внешний источник, выпускные клапаны 36, 38 для головной части и для штоковой части могут быть расположены на удалении, и для них может потребоваться минимальное количество труб.
Для специалиста в данной области техники будет понятно, что различные модификации и варианты могут быть выполнены в отношении раскрытого дозирующего клапана и гидравлической системы. Другие варианты воплощения будут понятны для специалиста в данной области техники в результате рассмотрения описания и практики раскрытого дозирующего клапана и гидравлической системы. Например, предусматривается, что подающие клапаны 32, 34 для головной части и для штоковой части (см. фиг.2) могут быть, по существу, аналогичны по своей конструкции и функциям выпускным клапанам 36, 38 для головной части и для штоковой части. Предполагается, что описание и примеры следует рассматривать только как примеры, при этом истинный объем обозначен в следующей формуле изобретения и ее эквивалентах.