操纵换向阀用的液压操纵回路装置的制作方法

专利名称:操纵换向阀用的液压操纵回路装置的制作方法
本发明是有关控制液压执行元件动作的换向阀的液压操纵回路装置，特别是有关象液压挖土机等工程机械，当该执行元件的负载为惯性负载时，要适当的操纵换向阀用的液压操纵回路装置。
在液压挖土机等各种工程机械中配备有所要求的液压执行元件，通过适当地驱动这些液压执行元件，可以使该工程机械实现所要求的动作。然而，上述液压执行元件的动作是由各自的换向阀控制，这些换向阀由操纵杆操纵，作为这种换向阀的操纵方式，近年来，一般采用以操纵压力驱动换向阀的前置操纵方式，简单来说，这种操纵方式是通过操纵管路(多根)，把设在换向阀的相对称方向的二个控制腔接到操纵杆控制的先导阀上这样构成的液压操纵回路组成。
下面以控制液压挖土机行走马达驱动的换向阀为例来说明这种以往的液压操纵回路装置的动作当操作者将操纵杆从中间位置向一个方向扳动时，从与先导阀相连通的操纵液压泵输出的压力油，通过先导阀流入对应一侧的操纵管路，向换向阀对应一侧的操纵腔供油。这样，换向阀被切换至操作位置，从主液压泵输出的压力油通过换向阀流入一侧的主管路，向行走马达供油，在行走马达中，作过功的压力油通过另一侧的主管路，经过行走换向阀流回油箱。这样，行走马达转动，液压挖土机行进。
要停止液压挖土机的行走时，操纵者可将操纵杆拉回到中间位置，这时先导阀将操纵泵与上述一侧的操纵管路的连通切断，使该操纵管路与油箱连通。这样，换向阀一侧的操纵腔的压力油流回油箱，换向阀回复至中间位置，从主泵向行走马达的压力油供应停止，并且使上述主管路(多根)关闭。这时，行走马达并不立即停止，由于惯性作用，马达继续转动，这种转动作用的结果，将上述一侧主管路的压力油吸入，输出至上述另一侧的主管路。这样，其关闭的另一侧的操纵管路内的油压力急剧升高，这个升高的压力变为制动压力，使行走马达停止。
可是，在上述这种现有的回路装置中，当操纵杆从操作位置回复至中间位置时，换向阀回复至中间位置的回复速度非常快，从而，在上述另一侧的主管路中产生的制动压力也上升得非常剧烈，作用在行走即将停止时液压挖土机整个车身上的冲击也非常大。因此，其缺点会造成液压挖土机的操作性能降低，操作者的疲劳感增大，此外还会损害机械的寿命。这种缺点不仅限于上述的液压挖土机，在其他的工程机械的液压执行元件上也会产生，特别是，其液压执行元件的负载惯性越大，则这种缺点越明显。
因此，本发明的目的是要提供一种操纵换向阀用的液压操纵回路装置，该装置能消除上述现有技术的缺点，缓和液压执行元件在停止时的冲击，进而提高操作性能，减轻操作者的疲劳感，提高寿命。
为了达到上述目的，本发明采取的措施为允许压力油从先导阀向换向阀自由流动，在操纵管路中设置了流量控制阀，使它控制从换向阀向先导阀的压力油流动。
以下为实施本发明各实例的具体装置图图1为采用本发明的操纵换向阀的液压操纵回路装置典型的工程机械之一的液压挖土机之侧面图。
图2为图1所示的液压挖土机的顶视图。
图3为有关本发明的一个最佳实例的液压操纵回路装置，并表示出适用于图1所示的液压挖土机的行走马达的换向阀例子的回路图。
图4为图3所示的流量控制阀的放大图。
图5(a)(b)(c)为说明图3所示液压操纵回路装置动作相对于时间的坐标图。
图6为在有关本发明的其他实施例的液压操纵回路装置上使用的流量控制阀的剖面图。
图7为在有关本发明的另外一些实例中用于液压操纵回路装置的流量控制阀的剖面图。
现在就液压挖土机上使用的情况为例说明本发明的操纵换向阀用的液压操纵回路装置的最佳实例。一般，液压挖土机如图1及图2所示，具有上部回转部分1及下部行走部分2，上部回转部分1靠旋转液压马达3来转动，下部行走部分2依靠行走液压马达5，7分别驱动左、右履带4，6来行走。起重臂8回转自如地被支撑在上部回转部分1上，在起重臂8上回转自如地支撑着悬臂9，在悬臂9上回转自如地支撑着挖斗10，起重臂8，悬臂9、挖斗10分别由起重臂液压缸11，悬臂液压缸12，挖斗液压缸13驱动。
在控制这种液压挖土机的行走马达5的驱动换向阀上使用本发明的液压操纵回路装置的例子如图3所示。在图3中，符号15表示安装在液压挖土机上的液压泵，这个液压泵15通过换向阀16与行走马达5相连，换向阀16控制从液压泵15至行走马达5的压力油供应。在换向阀16的左右两侧设置了相对称配置的一对操纵腔16a，16b。符号17为油箱。换向阀16与行走马达5用一对主管路18a，18b相连，在这些主管路之间，跨接着安全阀19。
符号21为操纵泵，操纵泵21的最大输出压力由安全阀22规定。操纵泵21与由控制行走马达5的操纵杆23所操纵的先导阀24相连。该先导阀24属于现有技术，如果概略说明之，它具有阀体24a，和在这个阀体24a上作出的2个阀腔25a，25b，在阀腔25a，25b内装入滑阀26a，26b，杆27a，27b与滑阀26a，26b相连。在阀体24a上有分别与阀腔25a、25b相连通的通道28，29，30a，30b，通道28将操纵泵21及各阀腔25a，25b与油箱17相连，通道30a，30b通过操纵管路31a，32a以及操纵管路31b，32b分别与换向阀16的操纵腔16a，16b相连。
如图所示，构成本发明特征的具有压力补偿功能的流量控制阀33a，33b与操纵管路31a，32a及操纵管路31b，32b相连。
现参照图4说明流量控制阀33a，33b的详细结构，图4只表示了一侧的流量控制阀33a，另一侧的流量控制阀33b的结构与此完全相同，故其图与说明均省略。
流量控制阀33a具有阀腔34a，以及在阀腔34a开口的第1和第2通孔35a，36a所组成的阀体37a，第1通孔35a与操纵管路31a相连，操纵管路31a和先导阀24的通道30a相联接，第2通孔36a与操纵管路32a相连，操纵管路32a和换向阀16的操纵腔16a相连。滑阀38a能在阀体37a的阀腔34a内自由滑动，在滑阀38a上有通过第一个径向孔39a与第1通孔35a相连通的第1液压腔40a，通过第2个径向孔41a与第2通孔36a相连通的第2液压腔42a以及位于第1和第2液压腔40a和42a之间的节流孔43a，节流孔43a同时连通两个液压腔。当压力油通过节流孔43a时，在两液压腔之间产生压力差，使滑阀产生位移。滑阀38a的外圆与阀腔34a的内孔，只有当从第1通孔35a有压力油流入时，由于压力差产生滑阀38a的位移才打开，形成使第1通孔35a和第2通孔36a相通的开闭开口44a，同时，滑阀38a的第1液压腔40a一侧与阀腔34a的内孔，只有当从第2通孔36a有压力油流入时，才与由上述压力差产生滑阀38a的位移引起的压力差相适应，使开口面积减少，形成从第2通孔36a，经过第2液压腔42a，节流孔43a，第1液压腔40a，保持从第1通孔35a流出的压力油流量一定的控制小孔45a。
在图示实例中，节流孔43a作成小孔形状。在图示实例中，开闭开口44a由在滑阀38a的外圆上作出的环形槽46a和只能与环形槽46a的第2通过36a一侧的台肩47a接触的阀腔34a的内孔部分，即第1个台肩48a组成，这样，环形槽46a平常与第1通孔35a连通，在第2通孔36a处，当没有压力油流入第1通孔35a时，由于台肩47a与台肩48a接触，连通被切断，只有由于压力油流入第1通孔35a造成的压力差使滑阀38a产生位移时，台肩47a与台肩48a才离开，变为互相连通。控制小孔45a由第1径向孔39a与处于部分关闭这个径向孔39a阀腔34a的内孔部分，即第2个台肩49a构成。
在滑阀38a与阀腔34a的端面之间，分别与第1和第2液压腔40a，42a相毗邻，设置了第1与第2并相对布置的弹簧50a，51a，第1弹簧50a的弹力确定得较强，第2弹簧51a的弹力较弱。
其次，本实施例的动作可同时参照图5(a)-(c)所示的时间图加以说明。
现在，当液压挖土机的操纵者在时间t1将操纵杆23向图的左侧扳动时，先导阀24的滑阀26a移动，由操纵液压泵21输出的压力油，经过通道28，阀腔25a，通道30a，操纵管路31a向流量控制阀33a的第1通孔35a供油，这股压力油从第1通孔35a，经过径向孔39a，第1液压腔40a、43a流入第2液压腔42a，再从径向孔41a向第2通孔36a流出。这时，位于节流孔43a两侧的第1及第2液压腔40a和42a之间产生压力差，当这个压力差作用在滑阀上的力比弹簧51a的弹力大时，处于图示中间位置的滑阀38a将向图的左侧移动。这样，滑阀38a的台肩47a与台肩48a离开，滑阀38a的环形槽46a与第2通孔36a相连通，流入第1通孔35a的压力油，经过环形槽46a向第2通孔36a流出。因为弹簧51a的弹力选择得较弱，上述滑阀38a的向左运动，在压力油流入第1通孔35a后的短时间内产生，压力油从第1通孔35a向第2通孔36a的流动是没有任何限制的自由流动。
流至第2通孔36a的压力油，经过操纵管路32a向换向阀16的操纵腔16a供油。这样，如图5(b)所示，换向阀16在时间t3开始动作，在时间t4达到最大的位移量。时间t4是比没有流量控制阀的已有的回路装置情况下的时间有一定滞后，关于这种滞后以后再叙述。
当换向阀16从中间位置向左移动时，液压泵15的压力油经过换向阀16、主管路18b向行走马达5供油，如图5(c)所示，行走马达5的有效压力升高，并开始转动。而且，在时间t4以后，继续正常转动，使液压挖土机进行。从时间t3到时间t4之间，上述有效压力升高的曲线形状与没有流量控制阀的已有的回路装置的曲线形状不同，关于这点也在以后叙述。
当达到时间t5，若使操纵杆23处于中间位置，先导阀24的阀腔25a与工作油箱17连通。因此，第1通孔35a，径向孔39a，第1液压腔40a与油箱17连通，第2液压腔42a的压力比第1液压腔40a的压力高。这样，向换向阀16的操纵腔16a供应的压力油从第2通孔36a流到流量控制阀33a。这股压力油，从径向孔41a，第2液压腔42a，通过节流孔43a，经过第1液压腔40a，径向孔39a，第1通孔35a，操纵管路31a，先导阀24流入到油箱17。这时，通过节流孔43a的油量增多，若节流孔43a两侧的第1及第2液压腔40a和42a之间的压力差作用于滑阀上的力比弹簧50a的弹力大时，滑阀38a向右移动。这样，径向孔39a与台肩49a形成的控制小孔45a的开口面积A变小，从第1液压腔40a，通过此小孔流出的压力油量受到限制。这样，第1与第2液压腔40a和42a之间的压力差保持一定，从第1液压腔40a流出的压力油也一定。在这种情况下，当流入第2通孔36a的油压力增大时，由于上述开口面积A进一步减小，压力差保持一定，相反，当流入第2通孔36a的油压力减小时，由于上述开口面积A变大，而压力差也保持一定，就是说，经过操纵腔16a，操纵管路32a，从流量控制阀33a向操纵管路31a，先导阀24，油箱17流出的油的流量经常是一定的。因此如图5(b)所示那样，即使操纵杆23急速地回复至中间位置，换向阀16的回复速度也会滞后，大约要在比时间t7还要迟得多的时间t8才能回复至中间位置。
如上所述，当换向阀16向其中间位置的回复速度受限制时，主管路18a，18b也不会急速地切断，因此，如图5(c)所示那样，在主管路18a中产生的制动压力升高也变得缓慢了。这样，停车时作用在液压挖土机车身整体上的冲击也大大地缓和了，提高了操作性能和机械寿命，操作者的疲劳感也减低了。
下面对操纵杆23从中间位置操纵时，换向阀16的动作滞后时间t4及行走马达5的有效压力升高的曲线形状进行说明。如上所述，当操纵杆23扳到左侧时，在时间t3换向阀16才开始切换。这种情况下，在流量控制阀33a上几乎不产生压力损失。当换向阀16开始切换时，在换向阀16的操纵腔16b以及操纵管路32b中的压力油，经过流量控制阀33b，操纵管路31b，先导阀24向油箱17排出。这时，从流量控制阀33b的第2通孔36b(相当于流量控制阀33a的第2通孔36a)流向第1通孔35b(相当于流量控制阀33a的第1通孔35a)的压力油，如在流量控制阀33a中所述那样，也受到限制。这样，换向阀16达到最大位移量的时间t4比不存在流量控制阀33b的情况下的时间也滞后。但是，这种情况下，在换向阀16的动作开始时间t3，操纵腔16b已经处在与油箱17相连通的状态，即使由于换向阀16从此状态的移动使压力油被从操纵腔16b挤出，这股压力油被构成管路的高压软管的变形和油本身的压缩性所吸收，而通过流量控制阀33b的节流孔43b(相当于流量控制阀33a的节流孔43a)的流量很少，节流孔43b两侧的压力差也很小，因而压力油流动受限制的程度小。然而，虽说这种被限制的程度减小，但因为限制的本身仍然存在，所以换向阀16的切换速度滞后，这样，经过主管路18b，供给行走马达5的压力油的压力升高变得缓慢了，如图5(c)所示那样，行走马达5起动时的冲击也就缓和了。
这样，在本实例中，由于流量控制阀是按放在连接先导阀与换向阀的两个操纵管路上，因此能够缓和行走马达停车与起动时的冲击，进而可以提高操作性能、寿命，而且可以减轻操作者的疲劳感。
此外，在本实施例中，由于连接了具有压力补偿功能的流量控制阀，当压力油流入第2通孔时，即使由于液压执行元件负载的变动引起压力油的压力波动，仍然能够经常得到一定的流量，行走马达可以实现更稳定的停车。
另外，在图示实例中，当压力油流入第2通孔时，由于对压力油流动的限制是由作为产生压力差的节流小孔和控制小孔来实现的，它们开口面积可以较大，因此不会产生压力油中的尘埃引起的小孔堵塞的顾虑，而且，由于小孔的存在，即使低温时油的粘度增大，通过小孔时的压力损失也可以减小，达到保持一定的压力补偿功能。
再者，根据本实施例，用滑阀的阀腔内孔与其阀芯构成流量控制阀的开闭开口和控制小孔，结构非常简单，成本也可以降低。
图6为本发明另一个实施例的流量控制阀的剖面图。图中，50表示流量控制阀，这个流量控制阀50，代替了前面实例中的具有压力补偿功能的流量控制阀33a，33b，连接在操纵管路31a和32a之间以及31b和32b之间。51为与操纵管路31a，31b相连的第1通孔，52为与操纵管路32a，32b相连的第2通孔。53为阀芯，54为推压阀芯53的弹簧，55a，55b为第1及第2液压腔，56为在阀芯53顶部的具有细长小孔形状的节流孔，57为在联通第1及第2液压腔55a，55b之间阀芯53上的孔，58为阀座。
在图3所示的液压回路中，设置了这种流量控制阀50代替具有压力补偿的功能的流量控制阀33a，33b，当把操纵杆23向左边扳动时，由操纵液压泵21输出的油，经过先导阀24，操纵管路31a，向流量控制阀50的第1通孔51供油。由于这样，阀芯53克服弹簧54的弹力，被推向下方，压力油通过第1通孔51，第1液压腔55b、孔57，第2液压腔55a，第2通孔52，再经过操纵管路32a，向换向阀16的操纵腔16a供油。这时，在流量控制阀50上几乎不产生压力损失。当换向阀16开始移动时，操纵腔16b中的油，经过操纵管路32b，流量控制阀50，操纵管路31b，先导阀24排回油箱。这时，在流量控制阀50中，由于压力油通过节流孔56，换向阀16的切换速度要迟缓一些，使行走马达5起动时的冲击缓和。
当把操纵杆23回复至中间位置，行走马达5停止时，操纵腔16a，操纵管路32a的油流到流量控制阀50的第2通孔52，把阀芯53的顶部压紧在阀座58上。因而，压力油只通过节流孔56流向第2通孔51、经过操纵管路31a，先导阀24排出至油箱17。这样，压力油的回油受到节流孔56的限制，换向阀16的回复速度变得迟缓，这样，主管路18a的制动压力升高缓慢，行走马达5停车时的冲击可以大幅度地缓和。
这样，在本实施例中，由于流量控制阀安装在连接先导阀与换向阀的两个操纵管路上，与以前的实例一样，也可以在起动时和停车时达到缓和冲击的效果，而且，由于流量控制阀结构简单，可以使成本更加降低。
下面参照图7来说明本发明的其他实施例。图中符号60表示已知的带压力补偿功能的流量控制阀，其结构与图4所示具有压力补偿功能的流量控制阀33a不同，这个流量控制阀60，在图3所示的液压操纵回路装置上，代替流量控制阀33a和33b，连接在操纵管路31a与32a之间及操纵管路31b与32b之间。流量控制阀60有第1及第2通孔61与62，第1通孔61与操纵管路31a和31b相连，第2通孔62与操纵管路32a和32b相连。第1和第2通孔61及62之间分别设置了与这些通孔相联的通孔63，64，通过只允许压力油从第1通孔61流向第2通孔62的单向阀65和与单向阀平行配置的滑阀66以及具有小孔67的压力补偿部分连接。滑阀66在两端有大直径部分66a与小直径部分66b，它们分别在第1及第2液压腔68a和68b中自由滑动，并在第1与第2液压腔68a和68b之间形成与第2通孔62连通的中间腔70，而且与内部通道69相连通。在第1液压腔68a的外侧部分装有弹簧71，而且，该部分通过通道72与第1通孔61连通。第1液压腔68a的内侧部分与第2液压腔68b分别通过通道73和74与内部通道69相连通。小孔67位于内部通道69与第1通孔61的连接部位，它是靠手动杆67a上开的月牙形槽形成的，而且，转动杆67a，可以改变槽的位置，从而可调整小孔的开口面积。
在这种流量控制阀60中，压力油流入第1通孔61时，这股压力油通过单向阀65，自由地流向第2通孔62。当压力油流入第2通孔62时，这股压力油通过中间腔70，内部通道69，及小孔67流向第1通孔。这时，压力油依靠通过小孔67，在内部通道69与第1通孔61之间产生压力差，这个压力差被传到第1及第2液压腔68a和68b，随此压力差，滑阀66向右移动，这样，在小直径部分66b与中间腔70第2通孔62开口部分之间所形成的小孔75的开口面积减小。因此，由第2通孔62流入第1通孔61的压力油的流量保持一定。
因此，即使在图3所示的液压操纵回路装置中，不用流量控制阀33a，33b而用这种具有压力补偿功能的流量控制阀60，也可以取得与用流量控制阀33a和33b相同的作用。
在上述各个实例中，以液压挖土机的行走马达换向阀为例进行了说明，但是很显然，不仅限于此，在各种工程机械的各种执行元件的换向阀中也都适用的。此外，以上是利用在二个操纵管路上都设置流量控制阀为例来说明的，但是，根据执行元件或负载条件的变化，也可以只设在一侧操纵管路上。
在上述各实例中，是以具有相对称配置的二个操纵腔的换向阀为例说明的，但是，除此之外，也可用于在那些只在一端设有操纵腔，在另一端只有弹簧单独作用的换向阀。
如上所述，本发明，在连接先导阀与换向阀的操纵管路上装设了流量控制阀，所以能够缓和液压执行元件停车时的冲击，进而可以提高操作性能和机械寿命，减轻操作者的疲劳感。
权利要求
1.一个控制液压执行元件(5)的，至少具备一个操纵腔(16a，16b)的换向阀(16)，及通过操纵管路(31a，32a，31b，32b)与这个换向阀的操纵腔相通的，能操纵该换向阀的先导阀(24)组成的液压操纵回路装置，其特征为允许压力油从先导阀(24)向换向阀(16)自由流动，在操纵管路中设置了流量控制阀(33a，33b；50；60)。该阀控制了从换向阀向先导阀的压力油流动。
2.按权利要求
1规定的液压操纵回路装置，其特征是换向阀(16)具有相对配置的一对操纵腔(16a，16b)，先导阀(24)分别通过操纵管路(31a，32a，31b，32b)与这一对操纵腔相连，在操纵管路(31a，32a，31b，32b)中至少要有一侧设置上述流量控制阀(33a;50;60)。
3.按权利要求
2规定的液压操纵回路装置，其特征是流量控制阀(33a，33b;50;60)分别设置在上述操纵管路(31a，32a，31b，32b)上。
4.按权利要求
1规定的液压操纵回路装置，其特征是流量控制阀(33a，33b;60)具有压力补偿功能。
5.按权利要求
1规定的液压操纵回路装置，其特征是流量控制阀(33a，33b)具有阀腔(34a)及在此阀腔上有第1和第2通孔(35a，36a)的阀体(37a)和在该阀体的阀腔内自由滑动的滑阀(38a)，与第1通孔连通的第1液压腔(40a)以及具有位于第1和第2液压腔之间，同时连通两液压腔的节流孔(43a)，当通入压力油时在两液压腔之间产生压力差，使滑阀产生位移，和由滑阀的外圆与阀腔的内孔所组成的开闭开口(44a)，该开口只有压力油从第1通孔流入时，依靠压力差产生的滑阀位移才能打开，将上述第1通孔和第2通孔连通，和由滑阀的第1液压腔部分与阀腔内孔构成的控制小孔(45a)，该小孔只有压力油从第2通孔流入时，由于压力差所产生的滑阀位移，使开口面积减小，从而使从第2通孔流入，并经过第2液压腔、节流孔、第1液压腔，从第1通孔流出的压力油的流量保持一定。
6.按权利要求
5规定的液压操纵回路装置，其特征是上述节流孔为小孔(43a)。
7.按权力要求5规定的液压操纵回路装置，其特征是开闭开口(44a)具有在滑阀(38a)的外圆上开的环形槽(46a)和与该环形槽的第2通孔(46a)侧的台肩(47a)相接触的第1台肩(48a)，环形槽经常与第1通孔(35a)连通，在第2通孔中，当没有压力油流入第1通孔时，由于台肩与第1台肩接触，使连通切断，只有当压力油流入第1通孔时，由于压力差造成的滑阀位移使台肩(47a)与第1台肩(48a)离开而连通。
8.按权利要求
5规定的液压操纵回路装置，其特征是，第1与第2液压腔(40a，42a)分别通过在滑阀(38a)开的第1和第2个径向孔(39a，41a)与第1和第2通孔(35a，36a)相连通，控制小孔(45a)由第1径向孔和第2台肩(49a)组成，该台肩(49a)能部分关闭此径向孔。
9.按权利要求
5规定的液压操纵回路装置，其特征是在滑阀(38a)的第1和第2液压腔(40a，42a)内分别安装有第1和第2相对配置的弹簧(50a，51a)，第1弹簧的弹力较大，第2弹簧的弹力较小。
专利摘要
本发明为一个控制液压执行元件的至少具备一个操纵腔的换向阀，以及通过操纵管路与这个换向阀的操纵腔相通并能操纵换向阀的先导阀所组成的液压操纵回路装置。它的特点为允许压力油从先导阀向换向阀自由流动；在操纵管路中设置了流量控制阀，该阀控制了从换向阀向先导阀的压力油的流动。
文档编号F15B13/042GK86106036SQ86106036
公开日1987年5月20日 申请日期1986年9月6日
发明者平田东一, 杉山玄六, 佐藤晋一 申请人:日立建机株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan