用于液壓流體系統(tǒng)的電子負(fù)載下降保護(hù)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種控制閥(206)的方法，包括檢測(cè)流體源(202)處的供給壓力，以及檢測(cè)活塞(214)的第一側(cè)處的第一端口(208)壓力。當(dāng)所述供給壓力超過(guò)所述第一端口壓力時(shí)，控制器(224)將所述閥從關(guān)閉位置致動(dòng)至第一打開(kāi)位置。此后，當(dāng)所述供給壓力小于所述第一端口壓力時(shí)，所述控制器將所述閥致動(dòng)至所述關(guān)閉位置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于液壓流體系統(tǒng)的電子負(fù)載下降保護(hù)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉援引
[0002] 本申請(qǐng)于2013年1月4日作為PCT國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)峤唬乙笥?012年1月20 日提交的序列號(hào)為No. 61/588, 919的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，以引用方式將該文獻(xiàn)整體并 入本文。

【背景技術(shù)】
[0003] 傳統(tǒng)上，液壓控制系統(tǒng)使用機(jī)械止回閥用以確保抵抗重力的負(fù)載不會(huì)在與指令速 度相反的方向上移動(dòng)。這樣，止回閥確保了來(lái)自泵的供給壓力比相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器或缸上的 端口壓力大。圖1中描繪了一個(gè)這樣的液壓控制系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括用于從流體貯器 104中抽取液壓流體的泵102。迫使泵排量向上以抵抗重力G。二通閥106包括第一打開(kāi) 位置106a、第二打開(kāi)位置106b及關(guān)閉位置106c。當(dāng)閥106處于第一位置106a時(shí),來(lái)自泵 102的流體被輸送至活塞缸110的第一端口 108。當(dāng)閥106處于第二位置106b時(shí)，來(lái)自泵 102的流體被輸送至活塞缸110的第二端口 112。隨著流體被輸送到兩個(gè)端口中的一個(gè)端 口 108、112,活塞114在缸110內(nèi)移動(dòng)，并迫使液壓流體從兩個(gè)端口中的另一端口 112U08 流出。當(dāng)閥106處于關(guān)閉位置106c時(shí)阻止了所述流體流入或流出活塞缸110。
[0004] 止回閥116定位在泵102的出口與閥106之間。當(dāng)閥106處于第一位置106a時(shí)， 止回閥116防止活塞缸110中的流體的過(guò)高排出壓力/壓頭將泵102的輸出流體壓回。止 回閥常用在逆著重力抽取流體的系統(tǒng)中，所述止回閥卻易遭受污染或損壞，這會(huì)妨礙正確 的操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個(gè)方案中，本發(fā)明涉及用于對(duì)閥進(jìn)行控制的方法，該方法包括：檢測(cè)流體源處 的供給壓力；檢測(cè)活塞的第一側(cè)處的第一端口壓力，所述活塞位于缸中；當(dāng)所述供給壓力 大于所述第一端口壓力時(shí)，將閥從關(guān)閉位置致動(dòng)至第一打開(kāi)位置；以及當(dāng)所述供給壓力小 于所述第一端口壓力時(shí)，將閥致動(dòng)至關(guān)閉位置。
[0006] 在另一方案中，本發(fā)明涉及液壓控制系統(tǒng)，其包括：活塞缸；連接到液壓流體源的 泵；位于所述活塞缸與所述泵之間的閥；位于在所述泵的出口處的流體管線上的供給壓力 傳感器；位于在活塞缸的第一入口處的流體管線上的第一端口壓力傳感器；以及可操作地 連接到所述閥、供給壓力傳感器和第一端口壓力傳感器上的控制器，其中在檢測(cè)到所述供 給壓力大于所述第一端口壓力時(shí)所述控制器發(fā)出第一信號(hào)以將所述閥從關(guān)閉位置致動(dòng)至 第一打開(kāi)位置，當(dāng)所述供給壓力小于所述第一端口壓力時(shí)所述控制器將閥致動(dòng)至所述關(guān)閉 位置。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007] 在附圖中示出目前優(yōu)選的實(shí)施例，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于所示出的明確布 置和裝置/設(shè)備。
[0008] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的液壓控制系統(tǒng)的示意圖。
[0009] 圖2是液壓控制系統(tǒng)的示意圖。
[0010] 圖3是用于液壓控制系統(tǒng)的控制邏輯圖。
[0011] 圖4描繪了用于控制液壓系統(tǒng)的方法。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 現(xiàn)在將詳細(xì)參照在附圖中所示出的本發(fā)明的示例性方案。只要有可能，將貫穿附 圖使用相同的附圖標(biāo)記用以指示相同或相似的結(jié)構(gòu)。
[0013] 下文描述的本發(fā)明應(yīng)用在使用液壓致動(dòng)器一諸如液壓缸、液壓馬達(dá)及由液壓流 體驅(qū)動(dòng)的其他類(lèi)型的機(jī)械裝置一的系統(tǒng)中。液壓致動(dòng)器通常用于工業(yè)設(shè)備和施工設(shè)備 (例如，吊臂/吊桿、升降機(jī)、搖臂、樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）中。然而，為了清晰說(shuō)明，將在液壓缸的情形 下描述下述實(shí)施例。
[0014] 圖2描繪了液壓控制系統(tǒng)200的示意圖。該系統(tǒng)包括泵202、貯器204以及二通 閥206。可以是計(jì)量閥的閥206具有第一打開(kāi)位置206a、第二打開(kāi)位置206b以及關(guān)閉位置 206c。閥206的位置控制流體輸送到活塞缸210的第一端口 208或第二端口 212。還迫使 流體從相對(duì)的（另一）端口 212、208經(jīng)由閥206回到貯器204中。取代位于泵202的出口 處的機(jī)械止回閥，控制系統(tǒng)200包括與控制器224通信的多個(gè)壓力傳感器218、220、222。控 制器224還可操作地連接至致動(dòng)器（未示出），該致動(dòng)器在各不同位置206a、206b、206c之 間致動(dòng)閥206。在某些實(shí)施例中，控制器224還可以控制和/或操作泵202。
[0015] 在操作期間，控制器224持續(xù)地監(jiān)控從供給壓力傳感器218發(fā)出的指示泵供給壓 力的信號(hào)。將這些信號(hào)與從端口壓力傳感器220、222持續(xù)發(fā)出的指示各端口處的壓力的信 號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)端口 208處的壓力（如由傳感器220感測(cè)到的）大于供給壓力（如由傳感 器218感測(cè)到的）時(shí)，控制器224使閥206維持在關(guān)閉位置206c，從而阻止所述的高流體壓 力被引向泵202的出口。隨著泵202增大供給壓力，控制器持續(xù)監(jiān)控由傳感器218和傳感 器220發(fā)出的信號(hào)。當(dāng)供給壓力等于或大于端口壓力時(shí)，閥可打開(kāi)至第一閥位置（在這種 情況下，打開(kāi)至位置206a)。隨著計(jì)量閥206打開(kāi)，不斷地監(jiān)控來(lái)自各傳感器的壓力。如果 端口壓力傳感器220、222處的壓力超過(guò)供給壓力傳感器218處的壓力，則控制器224將致 動(dòng)所述閥到達(dá)關(guān)閉位置206c用以阻止負(fù)載回落。
[0016] 如上所指出的，閥206還可以是計(jì)量閥。在這種情況下，由于對(duì)供給壓力和端口壓 力進(jìn)行監(jiān)控，所以控制器224可在供給壓力與端口壓力之間的差（或范圍）變小時(shí)使計(jì)量 閥206節(jié)流。也就是說(shuō)，隨著端口壓力相對(duì)于供給壓力增大，閥206將節(jié)流以避免服務(wù)/系 統(tǒng)飽和，且避免負(fù)載沿著與指令方向相反的方向移動(dòng)。圖3中描繪了所述操作，該圖描繪了 用于控制液壓控制系統(tǒng)--如圖2中所示的類(lèi)型--的控制邏輯圖300。在第一狀態(tài)（302) 下，存在非零流量需求，且流動(dòng)方向從泵出口（即，供給）到缸端口中的一個(gè)端口。換句話(huà) 說(shuō)，通過(guò)泵流動(dòng)的液壓流體被朝向缸的兩個(gè)端口中的一個(gè)端口輸送。對(duì)端口壓力傳感器和 供給壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)控，直至供給壓力比端口壓力大（304)。更具體地，將供給壓力與在 所述液壓流體將被引向到的端口處的端口壓力進(jìn)行比較。如果供給壓力實(shí)際上比端口壓力 大，則閥被致動(dòng)到激活狀態(tài)（306)，且隨著閥打開(kāi)液壓流體開(kāi)始流經(jīng)閥。在某些實(shí)施例中，供 給壓力可由于某因素--百分比或其他參數(shù)--而在閥被致動(dòng)到打開(kāi)位置之前超過(guò)端口 壓力。在某些實(shí)施例中，供給壓力可在閥被致動(dòng)之前超出第一端口壓力約5bar。在較高的 流速下，可以得到供給壓力與端口壓力之間的更大的范圍。
[0017] 在閥處于激活狀態(tài)時(shí)，繼續(xù)監(jiān)控壓力傳感器。如果供給壓力與適當(dāng)?shù)亩丝趬毫χ?間的差小于范圍或差時(shí)（308)，控制器開(kāi)始使閥朝向關(guān)閉位置節(jié)流（310)。所述范圍或差可 以是預(yù)先確定的，或相反地是可配置的。所述范圍可基于期望的或要求的性能考量、操作員 優(yōu)選選擇或其他因素配置而成。閥可繼續(xù)節(jié)流，直到閥完全關(guān)閉，或直到負(fù)載變化，使得供 給壓力與適當(dāng)?shù)亩丝趬毫χg的差大于或等于可配置的范圍（312)。在這種情況下，閥可返 回至其激活狀態(tài)（306)，并且繼續(xù)進(jìn)行激活傳感器監(jiān)控。
[0018] 圖4描繪了控制液壓系統(tǒng)的方法400。方法400從計(jì)量閥關(guān)閉--如上文圖2中 所描繪的閥--開(kāi)始（步驟402)。然后，通過(guò)操作員控制的選擇開(kāi)關(guān)或電子控制開(kāi)關(guān)確定 缸端口（步驟404)。一般而言，所述缸的建議用途將指示哪個(gè)端口應(yīng)被確定。在這種情況 下，經(jīng)確定的端口將限定出在所述方法期間將與供給壓力P s進(jìn)行比較的端口壓力Pp。對(duì)供 給壓力匕進(jìn)行檢測(cè)（步驟406)，且將指示該供給壓力的信號(hào)發(fā)送至控制器。然后，檢測(cè)端 口壓力P p (步驟408)，且將指示該端口壓力的信號(hào)發(fā)送至控制器。此后，進(jìn)行供給壓力Ps與 端口壓力匕的比較（步驟410)。如果供給壓力P s小于端口壓力Pp，則閥保持關(guān)閉（且控 制算法返回至步驟402)。如果供給壓力Ps大于端口壓力P p，則閥打開(kāi)（步驟412)。閥可 以根據(jù)用戶(hù)要求和/或可編程寫(xiě)入到控制器中的多個(gè)因素而完全打開(kāi)或按計(jì)量打開(kāi)。在該 實(shí)施例中，閥完全打開(kāi)。繼續(xù)對(duì)供給壓力P s和端口壓力&進(jìn)行監(jiān)控。如果供給壓力匕未 處于端口壓力Pp的范圍內(nèi)（步驟414)，則閥保持打開(kāi)（S卩，控制算法返回至步驟412)，并 繼續(xù)監(jiān)控。然而，如果判定供給壓力P s處于端口壓力Pp的范圍內(nèi)，則閥節(jié)流（步驟416)。 如果閥尚未節(jié)流至關(guān)閉（步驟418)，那么繼續(xù)進(jìn)行對(duì)供給壓力P s和端口壓力Pp的監(jiān)控以 及兩個(gè)壓力之間的比較（如步驟414)。隨著供給壓力Ps與端口壓力P p相差越來(lái)越小的范 圍，閥繼續(xù)節(jié)流（如步驟416)。當(dāng)閥已節(jié)流至使得該閥關(guān)閉或幾乎關(guān)閉時(shí)（步驟418)，所 述算法確認(rèn)閥完全關(guān)閉（步驟420)并等待新的指令信號(hào)。
[0019] 可根據(jù)具體應(yīng)用所要求的或所期望的，在制造時(shí)或由操作員在現(xiàn)場(chǎng)/實(shí)地將不同 的范圍或差編程寫(xiě)入到控制器中。例如，閥打開(kāi)至第一流動(dòng)位置僅可以在達(dá)到由第一值限 定的"第一打開(kāi)范圍"時(shí)發(fā)生。對(duì)于使閥打開(kāi)至第二流動(dòng)位置，可能需要由第二值限定的 "第二打開(kāi)范圍"。具有基于缸的流體被傳送到的一側(cè)的不同的打開(kāi)范圍在存在安全或其他 考量的應(yīng)用中可以是有利的。當(dāng)達(dá)到打開(kāi)范圍時(shí)，閥可以在激活狀態(tài)下完全打開(kāi)，或可以打 開(kāi)至最小位置。此后，可能需要限定出具有必須在閥節(jié)流開(kāi)始之前達(dá)到的第三值的"開(kāi)始節(jié) 流范圍"。類(lèi)似地，由第四值、第五值或更多值限定出的"階段節(jié)流范圍"可以與隨著閥節(jié)流 而形成的不同的閥位置相關(guān)聯(lián)。最后，在閥完全重新打開(kāi)之前可能需要由附加值限定出的 "重新打開(kāi)范圍"。在上述示例中，所述范圍中的每一個(gè)可以由不同的值限定。在其他實(shí)施 例中，所述范圍的一些或全部可由相同的閥限定。所述范圍可以壓力值的絕對(duì)差、百分比差 或其他適當(dāng)?shù)亩攘繕?biāo)準(zhǔn)為特征。
[0020] 本文所描述的電子傳感器被結(jié)合到不包括止回閥的液壓控制系統(tǒng)中。然而，傳感 器和控制器也可作為冗余安全系統(tǒng)而用在具有機(jī)械止回閥的系統(tǒng)中。另外，控制系統(tǒng)可與 具有多于或少于兩個(gè)位置的閥一起使用，或用在具有多個(gè)閥的系統(tǒng)中。簡(jiǎn)而言之，本文所 描述的電子控制系統(tǒng)可用在任何需要阻止或控制回流的液壓系統(tǒng)中。此外，本發(fā)明所描述 的控制系統(tǒng)可在未接收到來(lái)自傳感器中的一個(gè)或多個(gè)的信號(hào)時(shí)或者在所接收到的信號(hào)可 能指示錯(cuò)誤狀態(tài)/誤差條件的情形下自動(dòng)地（主動(dòng)地或通過(guò)移走彈簧-關(guān)閉致動(dòng)器上的動(dòng) 力）使閥移動(dòng)至關(guān)閉位置。在其他實(shí)施例中，信號(hào)可以預(yù)先確定的時(shí)間間隔被發(fā)送至控制 器和/或由控制器接收，這可在制造期間或在現(xiàn)場(chǎng)/實(shí)地編制成程序。此外，信號(hào)可持續(xù)地 發(fā)送至控制器，但是控制器可以?xún)H使用這些信號(hào)的較小的子集以用于所需的供給壓力與端 口壓力之間的比較。
[0021] 上文所描述的液壓控制系統(tǒng)可以作為在單個(gè)包裝或多個(gè)包裝中的成套用具出售。 所述成套用具可包括控制器、壓力傳感器、泵、閥，等等。替代地，控制器可作為單個(gè)獨(dú)立單 元出售。用戶(hù)可然后單獨(dú)地從第三方或泵供應(yīng)商處獲取各種閥、傳感器、致動(dòng)器，等等。如 果需要，（成套用具中）可包括控制線，然而包含在所述成套用具中的說(shuō)明書(shū)也可以詳細(xì)說(shuō) 明基于具體安裝/裝置的所需的線的類(lèi)型。
[0022] 此外，電子控制器可裝有使用所述系統(tǒng)所要求的必需的軟件或固件。在替代構(gòu)型 中，如果PC(個(gè)人電腦/計(jì)算機(jī)）用作控制器，或者如果PC與控制系統(tǒng)或泵系統(tǒng)配合用作 用戶(hù)或服務(wù)界面/接口，則軟件可包含在各種類(lèi)型的存儲(chǔ)介質(zhì)（⑶/光盤(pán)、DVD/光碟、USB驅(qū) 動(dòng)器，等等）中以用于上傳至標(biāo)準(zhǔn)PC。此外，成套用具說(shuō)明書(shū)中可包括用于從互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)站 下載程序的網(wǎng)站地址和密碼。
[0023] 本文所描述的控制算法技術(shù)可以硬件、軟件或硬件與軟件的組合形式實(shí)現(xiàn)。本文 所描述的技術(shù)可以集中方式在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，或以分散方式在不同的元件遍布多 個(gè)相互連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的情形下實(shí)現(xiàn)。適于執(zhí)行本文中所描述的方法的任意類(lèi)型的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)或其他設(shè)備都是適用的。硬件和軟件的典型組合可以是具有這樣的計(jì)算機(jī)程序的通 用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即，所述計(jì)算機(jī)程序在被加載到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并被執(zhí)行時(shí)控制該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 使得該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行本文所描述的方法。然而，由于還設(shè)想到所述（控制算法）技術(shù)被 用在重型施工設(shè)備上，所以可能需要包含有必需的操作員界面（缸控制開(kāi)關(guān)，等等）的獨(dú)立 的硬件系統(tǒng)。
[0024] 本文所描述的（控制算法）技術(shù)還可嵌入到計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品包括能夠使本文所描述的方法得以執(zhí)行的所有特征，并且當(dāng)該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被加載到 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)時(shí)其能夠執(zhí)行這些方法。本文中的計(jì)算機(jī)程序是指指令組/指令集的利用任 意語(yǔ)言、編碼或符號(hào)的任意表達(dá)式，所述指令組/指令集用于使具有信息處理能力的系統(tǒng) 直接地執(zhí)行特定功能，或在a)轉(zhuǎn)換成另一語(yǔ)言、編碼或符號(hào)和/或b)以不同的材料形式復(fù) 制（拷貝）之后使所述具有信息處理能力的系統(tǒng)執(zhí)行特定功能。
[0025] 雖然本文中已經(jīng)對(duì)應(yīng)被理解為是本發(fā)明的示例性和優(yōu)選的實(shí)施例的內(nèi)容進(jìn)行了 描述，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其他變型將通過(guò)本文的教導(dǎo)而顯而易見(jiàn)。本申 請(qǐng)中公開(kāi)的特定的本發(fā)明工作方法和幾何構(gòu)型本質(zhì)上是示例性的且不應(yīng)被理解為限制性 的。因此，期望落入所述技術(shù)的精神和范圍內(nèi)的這些變型通過(guò)所附權(quán)利要求得到保護(hù)。因 而，希望由專(zhuān)利證書(shū)保護(hù)的是在所附權(quán)利要求中限定和區(qū)分的技術(shù)以及全部等同方案。
【權(quán)利要求】
1. 一種控制閥的方法，所述方法包括： 檢測(cè)流體源處的供給壓力； 檢測(cè)活塞的第一側(cè)處的第一端口壓力，所述活塞位于缸內(nèi)； 當(dāng)所述供給壓力超過(guò)所述第一端口壓力時(shí)，將所述閥從關(guān)閉位置致動(dòng)到第一打開(kāi)位 置；以及 當(dāng)所述供給壓力小于所述第一端口壓力時(shí)，將所述閥致動(dòng)到所述關(guān)閉位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 檢測(cè)所述活塞的第二側(cè)處的第二端口壓力；以及 當(dāng)所述供給壓力超過(guò)所述第二端口壓力時(shí)，將所述閥從所述關(guān)閉位置致動(dòng)到第二打開(kāi) 位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述檢測(cè)步驟中的至少一個(gè)檢測(cè)步驟以 預(yù)先確定的時(shí)間間隔發(fā)生。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述檢測(cè)步驟中的至少一個(gè)檢測(cè)步驟是 持續(xù)的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括當(dāng)所述第一端口壓力和 所述第二端口壓力中的至少一者與所述供給壓力之間的差包含預(yù)先確定的參數(shù)時(shí)，將所述 閥朝向所述關(guān)閉位置致動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括當(dāng)所述供給壓力比所述 第一端口壓力高大約5bar時(shí)，將所述閥朝向所述關(guān)閉位置致動(dòng)。
7. -種液壓控制系統(tǒng)，包括： 活塞缸； 連接到液壓流體源的泵； 位于所述活塞缸與所述泵之間的閥； 位于在所述泵的出口處的流體管線上的供給壓力傳感器； 位于在所述活塞缸的第一入口處的流體管線上的第一端口壓力傳感器；和 可操作地連接至所述閥、所述供給壓力傳感器以及所述第一端口壓力傳感器的控制 器， 其中所述控制器在檢測(cè)到供給壓力大于第一端口壓力時(shí)發(fā)出第一信號(hào)以將所述閥從 關(guān)閉位置致動(dòng)至第一打開(kāi)位置，以及 所述控制器在所述供給壓力小于所述第一端口壓力時(shí)將所述閥致動(dòng)至所述關(guān)閉位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的液壓控制缸，其特征在于，所述液壓控制缸還包括位于在所 述活塞缸的第二入口處的流體管線上的第二端口壓力傳感器，其中所述控制器在檢測(cè)到供 給壓力大于第二端口壓力時(shí)發(fā)出第二信號(hào)以將所述閥從所述關(guān)閉位置致動(dòng)至第二打開(kāi)位 置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的液壓缸，其特征在于，所述控制器以預(yù)先確定的時(shí)間間隔對(duì) 所述供給壓力和所述第一端口壓力中的至少一者進(jìn)行檢測(cè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的液壓缸，其特征在于，所述控制器持續(xù)地檢測(cè)所述供給壓力 和所述第一端口壓力中的至少一者。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的液壓缸，其特征在于，當(dāng)所述第一端口壓力和所述第二端口 壓力中的至少一者與所述供給壓力之間的差包含預(yù)先確定的參數(shù)時(shí)，所述控制器將所述閥 朝向所述關(guān)閉位置致動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液壓缸，其特征在于，在所述供給壓力比所述第一端口壓力 高大約5bar時(shí)，所述控制器將所述閥朝向所述關(guān)閉位置致動(dòng)。
【文檔編號(hào)】E02F9/22GK104093915SQ201380006140
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月20日
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