液压控制系统及其阀块装置、和液压设备的制作方法

1.本技术总体上涉及液压控制，具体而言，涉及一种用在液压控制系统中的阀块装置、包含该阀块装置的液压控制系统、以及一种液压设备。


背景技术：

2.液压控制系统因其具有体积小、重量轻、动作灵敏、可实现频繁启动和换向等诸多优点而在各类机械设备中得到了广泛应用。
3.在现有的液压控制方案中，为了实现对液压执行器的控制，往往采用多个诸如单向阀、电磁阀、溢流阀之类的控制元件。现有的方案存在元件器数量多、结构复杂、可靠性不高的问题。
4.因此，需要对现有的液压控制系统进行进一步改进。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种结构简单、高效可靠的液压控制方案。
6.为此，根据本技术的一个方面，提供了一种用在液压控制系统中的阀块装置，其包括：输入端，其被构造成与液压控制系统的先导阀的第一端口液压耦接，并接收来自所述第一端口的液压流体；控制端，其被构造成与所述先导阀的第二端口液压耦接，并接收来自所述第二端口的作为控制信号的液压流体；输出端，其被构造成与所述输入端液压耦接，用于输出从所述输入端接收的液压流体的全部或部分；以及泄压端，其被构造成在所述控制端接收到液压流体时允许在所述输入端接收到的液压流体的一部分从所述泄压端释放出。
7.根据一种可行的实施方式，所述阀块装置包括第一节流器和压力控制阀；第一节流器的一端与阀块装置的输入端液压耦接，另一端与阀块装置的输出端液压耦接；并且压力控制阀具有输入端口、输出端口和控制端口，所述输入端口与第一节流器的所述另一端液压耦接，所述输出端口与所述泄压端液压耦接，所述控制端口与阀块装置的控制端液压耦接。
8.根据一种可行的实施方式，所述阀块装置还包括单向阀，连接在压力控制阀的输出端口与所述泄压端之间，以使得液压流体仅能从所述输出端口流向所述泄压端。
9.根据一种可行的实施方式，所述压力控制阀具有在其控制端口接收到的液压流体的液压力达到启动值时使得其输入端口与输出端口流体连通的连通状态，以便在阀块装置的输入端接收的液压流体的一部分经由压力控制阀从所述泄压端释放出。
10.根据一种可行的实施方式，所述阀块装置还包括第二节流器，第二节流器的一端与第一节流器的所述另一端液压耦接，另一端与压力控制阀的输入端口液压耦接，并且所述第一节流器和/或所述第二节流器的阻尼系数是可调节的，以便调节在阀块装置的输入端接收到的液压流体分流到其输出端和其泄压端之间的比例。
11.根据一种可行的实施方式，所述压力控制阀的阀芯包括具有中心孔腔的阀杆和连接在阀杆的轴向一端部的弹簧，所述弹簧限定出弹簧腔，所述弹簧腔的一端与所述中心孔
腔流体连接，另一端与所述泄压端流体连接；并且所述第二节流器设置在所述阀杆内部且与所述中心孔腔流体连接。
12.根据一种可行的实施方式，所述阀块装置还包括压力平衡端口，所述压力控制阀的阀芯包括阀杆和连接在阀杆的轴向一端部的弹簧，所述弹簧限定出弹簧腔；并且所述弹簧腔与所述压力平衡端口流体连接。
13.根据一种可行的实施方式，所述阀块装置还包括压力平衡端口，所述压力控制阀的阀芯包括阀杆和连接在所述阀杆的轴向一端部的弹簧，所述弹簧限定出弹簧腔，所述阀杆具有与所述弹簧腔和阀块装置的控制端分别流体连接的中心孔腔；所述阀杆沿轴向具有第一杆部和第二杆部，第一杆部的横截面积小于第二杆部的横截面积；并且压力平衡端口与第一杆部和第二杆部的连接处流体连接，以使得连接着弹簧的阀杆在轴向移动以连通或断开压力控制阀的输入端与输出端的过程中，液压流体经由弹簧腔从压力平衡端口流出或者从压力平衡端口流入弹簧腔。
14.根据一种可行的实施方式，所述压力平衡端口的大小是可调的，或者在从弹簧腔连接至压力平衡端口的流路上设置有节流阀，从而调节压力控制阀的操作特征。
15.根据一种可行的实施方式，所述压力控制阀的阀芯的阀杆在轴向中部具有环状凹槽，并且所述压力控制阀具有在所述环状凹槽与阀块装置的输入口流体连通时使得其输入端口与输出端口流体连通的连通状态。
16.根据一种可行的实施方式，所述压力控制阀的阀芯包括阀杆和连接在所述阀杆的轴向一端部的弹簧，所述弹簧限定出弹簧腔，所述弹簧腔与所述泄压端流体连接。
17.根据本技术的另一个方面，提供了一种液压控制系统，其包括：第一液压执行器，用于执行第一操作；先导阀，具有第一端口和第二端口，配置成控制液压流体从第一端口和/或第二端口流出；如上所述的阀块装置，具有与所述第一端口液压耦接的输入端、与所述第二端口液压耦接的控制端、输出端和泄压端；以及第一主控阀，与所述输出端和第一执行器分别液压耦接，以基于所述输出端输出的液压流体的液压信号来控制所述第一执行器的第一操作。
18.根据一种可行的实施方式，所述液压控制系统还包括：第二液压执行器，用于执行第二操作，所述第二操作与所述第一操作一起构成复合动作；以及第二主控阀，与先导阀的第二端口和第二液压执行器分别液压耦接，以基于所述第二端口输出的液压流体的液压信号来控制第二液压执行器的第二操作。
19.根据一种可行的实施方式，所述第一操作、所述第二操作和所述复合动作中的一个或多个在所述阀块装置的逻辑控制下得到调节。
20.根据本技术的再一个方面，提供了一种液压设备，其配备有如上所述的阀块装置或如上所述的液压控制系统。
21.由此可见，根据本技术的技术方案，通过将少量的元件整合在一个阀块装置中，从而以精简的结构实现了液压逻辑控制。而且，根据本技术的技术方案，操作简单，提升了液压控制的可靠性，因为仅需依靠少量的元件以及它们之间的作动就能够实现液压控制，不存在由诸多元件构成的复杂结构导致的不稳定或异常因素。而且，根据本技术的技术方案，还降低了成本，因为仅采用数量较少的元件就能够实现液压逻辑控制。
附图说明
22.图1是根据本技术的一个可行实施方式的液压控制系统的示意性框图。
23.图2是图1中的液压控制系统的阀块装置的液路图。
24.图3a和图3b是图2中阀块装置的两种状态的剖视图。
25.图4是图2中的阀块装置的另一种实现方式的剖视图。
26.图5是图2中的阀块装置的又一种实现方式的液路图。
27.图6是图2中的阀块装置的再一种实现方式的液路图。
28.图7是图6中的阀块装置的剖视图。
29.图8是图2中的阀块装置的再一种实现方式的液路图。
30.图9是图8中的阀块装置的剖视图。
具体实施方式
31.以下，结合附图来具体描述本技术的实施例。
32.图1示意性示出了根据本技术的一可行实施方式的液压控制系统100, 其主要包括：液压执行单元110、先导阀120、阀块装置130和主控阀单元 140。以下具体介绍液压控制系统100的各部分。
33.参见图1，液压执行单元110包括两个液压执行器，即，第一液压执行器111和第二液压执行器112。第一液压执行器111用于执行第一操作，例如，线性运动或旋转运动。第二液压执行器112用于执行第二操作，例如，线性运动或旋转运动。第一液压执行111所执行的第一操作和第二液压执行器112所执行的第二操作可以一起构成机器(例如，配备有液压控制系统100的液压设备)的复合动作。
34.可以理解，虽然在图1中示出了液压执行单元110包括两个执行器，液压执行单元110可以根据具体应用而实现为包括其他数量的液压执行器，例如，仅一个或多于两个。在液压执行单元110包括两个或更多个液压执行器的情况下，这些液压执行器中的一些或全部一起作动以实现液压设备的复合动作。
35.在一个实施例中，第一液压执行器111可以实现为液压缸或马达。第二液压执行器112可以实现为液压缸或马达。在图1中，第二液压执行器 112实现为两个并联的液压缸112a和112b。应当理解，第一液压执行器111和第二液压执行器112可以根据具体应用而分别以适合的方式来配置，不限于此。
36.先导阀120包括多个端口，用于控制作为先导流体的液压流体(例如，液压油)从所述多个端口中的一个或多个端口流出，以使得从不同端口流出的液压流体分别流入液压控制系统100的相应流路。先导阀120可以实现为操作手柄，操作员可以通过调节操作手柄的方向来控制先导流体从先导阀的哪一个或哪些端口流出。
37.参见图1，先导阀120具有供液压流体流出的第一端口a1、第二端口 a2、第三端口a3和第四端口a4，以及与液压流体源(未示出)耦接的端口 p。先导阀120通过端口p从液压流体源接收液压流体，并控制液压流体从第一至第四端口中的一个或多个端口流出。
38.主控阀单元140用于控制液压执行单元110。参见图1，主控阀单元140 主要包括用于控制第一液压执行器111的第一主阀141和用于控制第二液压执行器112的第二主阀142。第一主控阀141的输入端口c1和c4分别与阀块装置的输出端b11和先导阀120的第四端口a4
液压耦接。第一主控阀 141的输出端口a1和b1与第一液压执行器的液压缸的进油口液压连接。由此，第一主控阀141基于阀块装置的输出端b11输出的液压流体的液压信号来控制第一液压执行单元111的操作。第二主控阀142的输入端口c2 和c3分别与先导阀120的第二端口a2和a3液压连接。第二主控阀142的输出端口a2和b2分别与第二液压执行器的液压缸的进油口液压连接。由此，第二主控阀142基于先导阀输出的液压流体的液压信号来控制第二液压执行单元112的操作。
39.阀块装置130具有液压逻辑控制的功能，其将液压力(例如，液压油的静态压力或动态压力)作为控制信号来控制主阀单元的一输入口c1的压力输入，从而控制液压执行单元110的操作。
40.参见图2，阀块装置130具有输入端b1、输出端b11、控制端b2、泄压端t和压力平衡端t’。阀块装置130可以实现为包括第一节流器131、第二节流器132、压力控制阀133和单向阀134。压力控制阀133具有输入端口、输出端口和控制端口。压力控制阀133可以实现为滑阀或者其他能够实现上述功能的阀芯结构。
41.参见图1和图2，阀块装置130的输入端b1与先导阀120的第一端口 a1液压耦接，以接收来自第一端口a1的液压流体。阀块装置130的控制端 b2与先导阀120的第二端口a2液压耦接，以接收来自第二端口a2的液压流体。在控制端b2接收到的液压流体的液压信号作为阀块装置130的控制信号。阀块装置130的输出端b11与第一主控阀141的输入端c1液压连接。第一节流器131的一端与输入端b1连接，另一端与输出端b11连接。第二节流器132的一端与第一节流器的另一端连接，即，第一节流器的另一端、第二节流器的一端、输出端b11三者是流体连通的。第二节流器的另一端与压力控制阀133的输入端口连接。压力控制阀133的控制端口与阀块装置130的控制端b2连接。单向阀134连接在压力控制阀133的输出端口与泄压端t之间，以使得液压流体仅能够从该输出端口流向泄压端t。
42.参见图3a和图3b，压力控制阀133的阀芯实现为包括在轴向上依次连接的阀塞1331、阀杆1332和弹簧1333。弹簧1333与阀杆1332的轴向一端连接，并且限定出一弹簧腔。该弹簧腔与阀块装置130的压力平衡端口t’液压连接。压力平衡端口t’可以连接至油箱(未示出)。连接着弹簧 1333的阀杆1332在轴向上移动，以压缩弹簧1333从而使得压力控制阀133 的输入端口和输出端口流体连通，以使得液压流体流经单向阀134并流至泄压端t，在该过程中，弹簧腔液压流体从压力平衡端口t’流出。弹簧1333 复位,连接着弹簧1333的阀杆1332在轴向上移动，从而使得压力控制阀的输入端口和输出端口断开连通，在该过程中，液压流体从压力平衡端口t’流回弹簧腔。
43.继续参见图3a和图3b，在一个实施例中，阀杆的中部具有环状凹槽 s，移动阀杆1332使得该环形凹槽s与阀块装置130的输入端b1流体连通时，压力控制阀133的输入端口和输出端口被连通，压力控制阀处于连通状态(参见图3a)。在该环形凹槽s没有与输入端b1流体连通时，压力控制阀133的输入端和输出端没有流体连通，压力控制阀处于断开状态(参见图3b)。在阀杆1332的移动过程中，如果泄压端t处存在高压，可以通过一额外的端口，即，压力平衡端口t’，以保证弹簧腔内维持较低的压力，从而确保阀杆能够顺利的移动。这样，即使在泄压端t处存在高压，也能够实现压力控制阀133的连通。
44.压力控制阀133在其控制端口接收到的液压流体的液压力达到启动值时使得其输入端口和输出端口流体连通，以使得在阀块装置130的输入端 b1接收的液压流体的一部分
经由压力控制阀133从所述泄压端t释放出。即，在压力控制阀133的输入端口和输出端口流体连通的情况下，在阀块装置130的输出端b1接收到的液压流体的一部分经由第一节流器131从输出端b11流出，另一部分依次经由第一节流器131、第二节流器132、压力控制阀133和输入端和输出端、单向阀134而从泄压端t排出。由此可见，在阀块装置130的输出端b1接收到的液压流体被分流，从输出端b11输出的液压流体的液压信号(液压力)因为该分流而被改变，从而第一执行器的第一操作也会随着该液压信号的变化而变化。
45.在一个实施例中，可以通过改变第一节流器131和第二节流器132中的之一或两者的节流系数(例如，改变节流孔径和/或节流长度)来调整在阀块装置130的输出端b1接收到的液压流体的分流比例，即，在阀块装置 130的输出端b1接收到的液压流体从输出端b11和泄压端t分别流出的液压流体的比例。例如，第一节流器131和第二节流器132可以分别实现为一节流阀。通过调节阀的节流面积和/或节流长度可以改变该节流阀对通过其流体的阻尼系数(节流系数)。
46.在一个实施例中，压力平衡端口t’的大小可以调节，从而可以调节流出或流入该压力平衡端口t’的液压流体的速度，由此可以调整压力控制阀133的操作特性，例如，压力控制阀133是很快地变成连通状态或断开状态，还是慢慢地变成连通状态或断开状态。在另一个实施例中，可以在连接至压力平衡端口t’的流路上设置节流阀(未示出)，从而可以调节流出或流入该压力平衡端口t’的液压流体的速度，由此可以调整压力控制阀133的操作特性。
47.参见图2，单向阀134可以实现为包括阀球或阀芯和与阀球或阀芯连接的弹簧。阀球或阀芯与压力控制阀133的输出端口液压连接，并且单向阀 134的弹簧形成的弹簧腔与泄压端t液压连接。单向阀134可以设置成在阀块装置130的控制端b2接收到来自先导阀的液压流体时导通。即，阀块装置130的单向阀134和压力控制阀133均受其控制端b2的液压信号控制。
48.以下，参见图1-图3来描述阀块装置130的工作过程。
49.首先，通过操作先导阀120使得液压流体仅从先导阀120的第一端口 a1流出，以流至阀块装置130的第一输入端口b1，例如，可以对输入端b1 供给恒定流量的液压流体。这时，压力控制阀133为断开状态(例如，图 3b所示的状态)，即，压力控制阀133的控制端b2没有接收到作为控制信号的液压信号(液压流体的液压信号)而使得其输入端和输出端之间没有流体连通，输入端口b1和输出端b11的液压力相等。液压流体经由流路 b1-b11传递至第一主控阀141(例如，第一主控阀141的端口c1)而导通第一主控阀141。接着，液压流体经由第一主控阀141而进入第一液压执行器111的进油口，以致动第一液压执行器111的第一操作。
50.接着，通过操作先导阀120使得液压流体从先导阀120的第二端口a2 流出，以流至阀块装置130的控制端b2。压力控制阀133和单向阀134在控制端b2的液压信号的控制下均被导通。这时，从输入端b1接收到的液压流体除了经由流路b1-b11进入第一主阀141以外，还经由旁路通过压力控制阀133而从泄压端t排出。即，从输入端b1流入的液压流体具有两条流路，其中，一条流路是从输入端b1经由第一节流器131而流向输出端b11，另一条流路是从输入端b1依次经由第一节流器131、第二节流器132、压力控制阀133的输入端和输出端，单向阀134而从泄压端t排出。
51.由此可见，一旦阀块装置130的控制端b2接收到液压流体(液压信号)，就触发流路b1-b11的旁路导通，起到分流的作用，从而调节了传递至第一液压执行器111的液压信号(液压力)的作用。进一步地，能够起到调节第一液压执行器111的第一操作的作用，还能够起到间接地调节由第一操作和第二操作构成的复合操作的作用。
52.可以理解，虽然以上描述了输入端b1先供给液压流体，控制端b2后供给液压流体的实施方式，反过来控制端b2先供给液压流体，输入端b1 后供给液压流体也是可以的。在控制端b2先供给液压流体，输入端b1后供给液压流体的实施方式中，液压信号先传递至第二液压执行器142以致动第二操作，并且此时压力控制阀133和单向阀134均处于导通状态下，一旦输入端b1供给液压流体，流路b1-b11及其旁路将同时流通液压流体。该实施方式同样能够具备上述那样的调节和控制的效果和作用。
53.可以理解，图1例示的阀块装置130可以实现为不包含第二节流器132，即，在旁路导通的情况下，液压流体经由第一节流器节流131之后直接进入压力控制阀133的输入端口。
54.可以理解，图1例示的阀块装置130可以实现为不包含单向阀134，即，在旁路导通的情况下，液压流体经由压力控制阀133的输出端口直接从泄压端t排出。该情况适用于在泄压端t处不会出现压力冲击(或者高压) 的场景。
55.阀块装置130具有多种实现方式。以下，参见图4-图9来介绍阀块装置130的其他实现方式。
56.图4示出了根据本技术的另一种实现方式的阀块装置130。图4中例示的阀块装置130与图1中的阀块装置130的不同之处在于，压力控制阀133 的阀芯的阀杆1332具有台阶状结构，即，阀杆包括横截面较小的第一杆部 a和横截面较大的第二杆部b。并且，压力平衡端t’连接至第一杆部a与第二杆部b的连接处c，而不是如图3a和3b中的阀块装置130那样与阀芯的弹簧腔一端连接。图4中例示的阀块装置130与图3a和3b中的阀块装置130的不同之处还在于，阀杆1332的中心部分具有中心通孔h，该中心通孔h与阀芯的弹簧腔和控制端b2均液压连通，由此使得作用于阀杆 1332的横截面较大部分b与横截面较小部分a上的压强相等，在两者面积不相等的情况下，横截面较小的第一干部a与横截面较大的第二杆部b上的压力不同，可以利用作用于较大横截面与较小更界面之间的面积差上的压力来克服弹簧1333的弹力，从而使得压力控制阀133的输入端口和输出端口变成流体连通状态。
57.在该实现方式中，轴向移动阀杆1332以使得压力控制阀133的输入端口与输出端口流体连通的过程中，作用于较大横截面与较小横截面之间的压力差克服阀芯的弹簧1333的弹力，并从压力平衡端t’释放液压流体，从而使得压力控制阀133的输入端和输出端流体连通。该实现方式尤其适用于阀芯的弹簧腔无法连接至压力平衡端t’的场景，因为该实现方式中，压力平衡端t’口无需连接至阀杆1332的一轴向端部的弹簧腔，而是连接至阀杆的中间部分(第一杆部a和第二杆部b的连接处c)即可。
58.图5示出了根据本技术的另一种实现方式的阀块装置130。图5中例示的阀块装置130与图3a和3b中的阀块装置130的不同之处在于，将泄压端t和压力平衡端t’合并为一个端t，即，省略了压力平衡端t’。该实施方式适用于在泄压端t处不存在高压的情况。
59.图6和图7示出了根据本技术的又一种实现方式。图6和7中例示的阀块装置130与图5中的阀块装置130的不同之处在于，压力控制阀133 的阀芯的阀杆1332具有连接至阀芯
的弹簧腔的中心孔腔h。这样，在液压流体进入压力控制阀133之后，可以沿着阀杆内部的中心孔腔h进入阀芯的弹簧腔，从泄压端t释放，而不同于图5中的阀块装置130那样液压流体从压力控制阀133的外部的释放。
60.图8和图9示出了根据本技术的又一种实现方式。图8和9中例示的阀块装置130与图6和图7中例示的阀块装置130的不同之处在于，将第二节流器132设置于阀杆1332内部，并且与阀杆1332的中心孔腔h流体连接。在该实施方式中，在压力控制阀133的输入端和输出端被流体连通之后，在输入端b1出接收到的液压流体的一部分经由第一节流器131、阀芯内部的第二节流器132、单向阀134之后从泄压端t排出。这样的设计能够使得阀块装置130和液压控制系统100的结构更加紧凑。
61.应当理解，以上描述的阀块装置130的各实施方式中的特征和元素可以根据需要而省略或组合，以形成阀块装置130的变形例。
62.本技术还提供一种液压设备，其装配有上述阀块装置130或液压控制系统100。因此，以上相关描述同样适用于本技术的液压设备。根据本技术的液压设备例如是装载机、叉车、挖掘机等。
63.从以上描述可见，根据本技术的阀块装置，通过将少量的元件整合在一起，从而以精简的结构实现了液压逻辑控制。
64.而且，根据本技术的阀块装置以及液压控制系统，易于操作，提升了液压控制的可靠性，因为仅需依靠少量的元件以及它们之间的作动就能够实现液压控制，不存在由诸多元件构成的复杂结构导致的不稳定或异常因素。
65.而且，根据本技术的液压控制系统还降低了成本，因为仅采用数量较少的元件就能够实现液压逻辑控制。
66.而且，根据本技术的液压控制系统结构简单，便于组装至各类液压设备。
67.而且，根据本技术的技术方案，能够调节压力控制阀的响应特性，从而能够调节阀块装置以及液压控制系统的响应特性。
68.对于本领域的技术人员而言，本技术的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本技术就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本技术的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。