用于液压装置的排量控制机构和冲程控制机构 本发明涉及一种用于液压装置的控制机构。更具体说，本发明涉及一种混合排量控制机构，它既能直接控制又能伺服辅助控制液压装置。这种控制机构在各种液压应用中得到使用，包括应用于滑行驾驶装卸机(Skid steel loader)的推进系统上，但不限于应用在这种系统上。
液压装置，例如液压泵和液压马达，一般或设有一直接手动控制机构，或设有一伺服排量控制机构。直接手动排量控制机构的优点之一就是这种控制机构通常是很简单的。这种控制机构包括一直接连接于旋转斜盘上的杠杆。机器的操作者可直接地移动杠杆，也可通过缆绳或连接手段间接地移动杠杆。操作者必须使出其所有体力来驱使液压装置产生冲程运动。其结果是，操作者能“感觉到”作用在液压系统上的负载和控制机构的位置。在有些液压应用中，例如车辆推进系统，这种负载和位置的反馈是需要的，尤其是当操作者希望使车辆有精确运动时。可是，负载反馈这一特征要求操作者随着负载的增加要不断增加其使出的体力。这就导致操作者疲乏。然而，直接控制机构的“死区”一般要比伺服控制机构的小。
伺服排量控制机构一般使用加压液压缸来驱动旋转斜盘，从而使液压装置产生冲程运动。伺服控制机构提供液压杠杆作用，这样只需要很少的体力来驱动液压装置。由于采用这种型式的控制机构，就甚至有可能采用一种利用电信号的电-液压机构来使液压装置产生冲程运动。另外，伺服控制机构能消除由液压装置产生的振动传递到操作者的控制上。伺服控制机构减小了操作者产生疲乏的可能，但却丢失了负载和位置反馈以及操作者“感觉”这些特点。
所以，就需要有一种混合控制机构，它在高负载条件下提供伺服辅助控制，而在低负载条件下提供直接手动控制，以便减少所需要的产生冲程的力，而在低负载条件下又不会完全地丢失操作者的“感觉”。
所以，本发明首要的目的是为液压装置提供一种改进地控制机构。
本发明再一个目的是提供一种同时装有直接排量控制机构的伺服型控制机构，以便使液压装置能在低负载条件下手动地进行冲程运动，为操作者提供所希望有的“感觉”。
本发明还有一个目的是提供一种在高负载条件下避免操作者产生不希望有的疲乏的控制机构。
本发明另一个目的是提供一种能为机器操作者提供感觉到的负载和位置反馈的伺服型控制机构。
本发明另一个目的是提供一种起冲程运动辅助机构作用的控制机构，以减轻在负载增加的条件下操作者用以驱动液压装置所需的力。
本发明另一个目的是提供一种能同时达到上述最后两个目的的控制机构。
本发明另一个目的是提供一种偏动连接机构(Bias coupling)，该机构包括有一处于控制滑柱和控制套筒之间的弹簧机构。
本发明另一个目的是提供一种生产经济、使用舒适、不产生疲乏并且可靠的控制机构。
本发明涉及一种用于液压装置的排量控制机构。本发明有一部分涉及到一种偏动连接机构，该机构安置在排量变化可动件、致动件和一控制阀总成之间进行运作，该控制阀总成设有一滑柱和一套筒，它们互相之间能作相对移动。偏动连接机构设有一预载力，必须克服这预载力之后，滑柱和套筒才能互相作相对移动，从而提供辅助液压力来使液压装置产生冲程运动。这种控制机构使操作者能在低负载的水平上感觉到反馈的力和位置，而且在高负载水平上还能得到辅助液压力来使液压装置产生冲程运动。
本发明公开了两个实施例。第一实施例提供了一种压缩弹簧型偏动连接机构，压缩弹簧安置在两个杠杆之间进行运作，一个杠杆与滑柱连接，而另一个杠杆与套筒连接。这样，套筒与滑柱同步运动，直到反馈力超过弹簧的预载力。
第二实施例包括一种设有一扭簧的偏动连接结构。该扭簧安置在控制套筒和可动件之间进行运作，控制套筒接收来自致动件的操作者输入，而可动件接收反馈和位置负载。控制滑柱与可动件连接配合，从而使旋转斜盘和套筒之间的相对运动能导致在滑柱和套筒之间产生相对运动。滑柱和套筒之间的相对运动使控制阀将液压油运送至一伺服机构中，后者在弹簧的预载力被超过时在液压力上辅助操作者操作液压装置使其进行冲程运动。
其它力生成机构，例如加压缸，或磁极化组件都能产生出所需要的偏动预载力。本发明适宜于旋转型或直线型的控制阀。滑柱和套筒适宜于进行互换，以便用作驱动或反馈的接收件。可以对在各个方向上的若干常用伺服活塞进行控制，以便提供所需要的辅助液压力来使液压装置产生冲程运动。
现简要说明本发明的附图。
图1为安装有本发明控制机构的液压装置的立体图；
图2为图1所示液压装置的顶视图；
图3为沿图2中3-3线的剖视图；
图4为沿图2中4-4线的剖视图；
图5为沿图2中5-5线的剖视图；
图6为沿图2中6-6线的剖视图；
图7为在前级泵和后级泵两者同时安装有本发明的串联泵的立体图；
图8为本发明排量控制机构另一实施例的分解立体总成图；
图9为图8所示组装在可动件上的控制组件的平面图，图中枢轴盖已进行剖视以展露出流体通道；
图10为沿图9中10-10线的可动件或旋转斜盘的断面图，为清晰起见，与可动件连配的驱动销、连接件和伺服活塞均未在本断面图中展示出；
图11为图9所示控制套筒的前视图；
图12为图11所示的控制套筒的右侧视图；
图13为图11所示的控制套筒的左侧视图；
图14为沿图9中14-14线的断面图，展示出扭簧、控制套筒以及旋转斜盘之间的相对位置，图中实线所示为输入转矩小于弹簧预载力时的情况，而虚线所示为反馈转矩大于弹簧预载力时的情况。
图15为图9中15-15所示区域的放大视图。
本发明将以其应用在最佳实施例中情况进行说明。这并不是说本发明只应用在所说明的实施例上。要指明的是，本发明可以覆盖所有包括在本发明的精神和范围内的替换物、改动物、和等同物。
在图1中，液压装置10，例如是一可变排量泵或液压马达，设有一与本发明配合使用的控制机构12。该控制机构12包括一流量控制阀总成14和伺服机构总成16。如图3和图4清楚所示，伺服总成包括有一个或多个通过直接的机械连接方式连接到旋转斜盘20上的伺服活塞18。所以，移动伺服活塞18就导致旋转斜盘20转动或使旋转斜盘20产生冲程运动，这就改变了液压装置10的的排量。
流量控制阀总成14包括一可转动地安装在一控制壳体24中的控制套筒22，总成14可以远离伺服机构总成16安装并与后者进行流体连通，但最好还是如图所示安装在伺服机构总成上。控制滑柱26可转动地安装在套筒22内。套筒22和滑柱26相对于控制壳体24说同样是可以转动的，随后不久将对此进行说明。滑柱26、套筒22、以及控制壳体24设有适宜的运送通道28,30,32，以便让加压的流体通过，并随后将该流体导向伺服活塞18，使旋转斜盘20产生冲程运动，这与常用的伺服机构中的情况一样，因此不是本发明说明的主题。
请参阅图1，图3和图5，致动件36紧固地安装在控制滑柱26上，用来转动该滑柱26。致动件36主要呈棱柱形，但是应该看到可以采用其它形状，而不会有损于本发明。致动件36设有一顶平面和一底平面38,40。致动件36的一端连接着滑柱26进行传动，在邻近致动件另一端的孔处一常用机械连接件(未示出)与该致动件36进行配合。可以采用电致动机构或电-液压致动机构来替代上述机械连接件，或与上述机械连接件联合使用，而不会有损于本发明。
一弹簧机构42紧固地连接在致动件36上。弹簧机构42最好悬挂式地安装在底平面40的下面，如图5和图6所示。弹簧机构42包括有一长形管状壳体44，在该壳体44中沿其轴向安置着一螺旋压缩弹簧46。当然，可以采用其它型式的弹簧，而不会有损于本发明。
一对轴向相隔设置的弹簧座48,50与弹簧36的端部配合。弹簧座48,50设有一基本呈杯形的体部52，用来定向地安置弹簧46。一螺纹杆54由体部52轴向地伸展出去。在各弹簧座48，50上设有一中柱56，也是用来便于弹簧46定向的。一对开口环58,60安置在壳体44中的槽62,64中，用来使弹簧46固定就位。可以在弹簧46和开口环58,60之间安置一垫片或隔片66，以便给弹簧总成预加载荷到所要求的值。体部52和中柱56的高度相对于弹簧46完全压缩的高度同样是设计结构时关注的问题。隔片也可以插装在杯形体52中，以便进一步控制弹簧46的特性。一般不希望对弹簧46进行重复的完全压缩。可以对弹簧46进行选择，使其产生所要求的感觉/“冲程助力”特性。可以采用单个弹簧，或安置多个弹簧，如图6所示。这样，弹簧机构42就提供出各种的可能性来精细调节本发明机构，以适应于不同的液压负载/冲程助力的关系，从而使其可适用于各种型式的机械和应用。
一基本呈Y形的弹簧驱动杠杆或驱动叉68在弹簧机构的各端处连接于螺纹杆54上。杠杆68设有一对分隔开的臂部70,72，该两臂部在主柄74处汇合，该主柄可转动地连接于控制滑柱26上，并可传动地连接于控制套筒22上，以便使套筒22相对于控制壳体24作转动。锁紧螺母76安置在杆54上，以便使杆与臂部70,72相对地锁定。应该在杠杆68的臂部70,72之间设置合适的间距，以便对弹簧46进行压缩，并建立起所要求的控制参数和特性。
请参阅图1～图5，滑柱26和套筒22滑动地并可转动地装配在控制壳体24的孔78中。销杆80限制住套筒22和滑柱26在一个方向上的轴向运动，而固紧在控制壳体24上的定位件82则阻挡住在另一方向上的轴向运动。滑柱26在其上设有第一和第二肩台部84A,84B。弹簧驱动杠杆68的主柄74可转动地安装在滑柱26的螺纹端部86上，并与第一肩台部84A配合。然后致动件36安装在螺纹端部86上邻接杠杆68处，并与杠杆68和第二肩台部84B配合。一杯形螺母88安装在滑柱26的螺纹端部86上，从而将杆件68,36紧固住，使其分别与套筒22和控制滑柱26一起转动。定位件82与杯形螺母88的顶部配合。滑柱26可在套筒22的内部转动。
一结构盲孔90带有一对控制通道96,98，在流体流动上与套筒22中的开口28,30和滑柱26中的槽口32连接。螺纹柱塞94从外部封堵住孔90。流体通道96,98通过通道100,102与伺服活塞18连通。压力输入口向里伸展与控制壳体中套筒22的开口28,30连通，并进而与滑柱26的槽口32连通。
套筒22通过两个连接件108,110而与旋转斜盘的柄部106连接配合。销杆80将第一连接件108固定在套筒22上。转动销107将第一连接件108固定到第二连接件110上。旋转斜盘20采用常用的销杆114和环形槽116的结构连接到第二连接件上。这样，旋转斜盘20就可以绕柄部106的轴线112旋转，该轴线112与套筒22和滑柱26的中轴线重合。套筒22以基本上直接的方式机械地与旋转斜盘20连接。旋转斜盘20就可以通过机械方式由套筒22进行转动，直到弹簧机构的预载力被克服。这之后，油液被运送到伺服机构处，而旋转斜盘20就由伺服机构进行助推。
在运作中，控制机构12设有一零排量或空档位置，在该位置上，液压装置没有输出，旋转斜盘20处于图4所示的位置上。控制套筒22和滑柱26在角度上是对齐的，所以开口28,30被封住，液压装置10基本上不排出什么液流。杠杆件36,68最好也是对齐的，这样弹簧机构42在其可能的运行中是对中的。
请参阅图3和图5，当操作者通过电或机械的方式使连接于滑柱26的杠杆36在水平方向运动时，连接于套筒22上的杠杆68也同步运动或协调运动。这就是说，在接近空档位置处，套筒22和滑柱26协调转动。在它们之间不产生相对的角度运动。开口28,30仍然被封闭着。但是，旋转斜盘却旋转着，因为它连接于转动的套筒22。
当作用在致动件36上的力超过弹簧机构42的预载力时，中柱56、弹簧座50,52，或弹簧46自身将停止对弹簧机构42进行压缩。之后，套筒22不再随滑柱26转动。滑柱26将在角度上与套筒22产生相对的移动。其结果是，开口28,30将开启，并运送一控制信号给伺服机构16，以便在液力上进行助推，使液压装置10产生冲程运动。
当伺服活塞18回应控制信号而运动时，旋转斜盘就被转动。控制套筒22随旋转斜盘20转动，从而对将加压流体导向伺服活塞18的流体通道28,30,32进行节流。控制滑柱26和控制套筒22之间的角度关系不断地控制着或调制着加压流体流向伺服活塞18的液流，以便保持控制滑柱26(它与致动件36连接)和旋转斜盘20之间的相对位置，从而既控制着由液压装置10出来的液压液流的量又控制着其方向。
本控制机构的一个组件是改动的伺服控制机构。该控制机构是这样改动的，即只有到所施加来驱动旋转斜盘20的力超过一预定值时，伺服机构才运作起来起作用。当预定力的值没有被超过时，控制机构12一直就起一个手动排量冲程机构的作用。
本发明采用一弹簧机构42在控制滑柱和控制套筒之间提供偏动连接。这种连接使控制套筒22在低负载条件下与滑柱26同步转动。因为旋转斜盘20与套筒22连接，控制滑柱26和套筒22的这种同步转动就导致旋转斜盘20产生运动，从而使液压装置10产生冲程运动。弹簧机构42在其中设有一预载弹簧46，设置的方式使得弹簧机构直到旋转斜盘20的转矩反作用超过弹簧预载力之前，只在这个同步关系的方式上“驱动”控制套筒22。当转动旋转斜盘20的负载超过驱动它的弹簧力时，控制滑柱26和套筒22之间就产生相对的角度转动或角度移动。这个角度移动使得控制压力能像上述那样启动伺服活塞18。所产生的伺服活塞18加压作用就提供了额外的力来使旋转斜盘20产生冲程运动，从而使操作者的手动力得到“助力”。只是当作用在旋转斜盘20上的负载超过作用在弹簧机构42上的预载力时才提供伺服助推作用。变换弹簧机构42的预载力就提供了很好的“精细调节”本发明的方法，以适应于不同的液压-负载/冲程-助推的关系，从而使其适用于不同型式的机械和应用。
本发明另一可供选择的实施例展示在图8～图14中。请参阅图8，液压装置210设有一壳体211和一排量控制机构212，后者包括有一液流控制阀总成214(图9)和一伺服总成216。伺服总成216设有一个或多个通过直接机械连接方式连接于旋转斜盘220上的活塞218。正如前述实施例中情况一样，伺服活塞218的运动使旋转斜盘220产生转动，或助推其产生冲程运动，这就使得液压装置210的排量发生变化。
液流控制阀总成214与可动件或旋转斜盘220的主输入枢轴(Trunnion)222连接配合。伺服总成216与旋转斜盘220的另一相对端224连接配合。如图10清楚所示，伺服活塞218通过一连接件226以机械方式与旋转斜盘220连接。连接件226的一部分227凸伸进伺服活塞218上的环形凹槽228中。
图9和图11～图13更详细地展示出液流控制阀总成214。控制套筒230穿过枢轴盖232可转动地安装在液压装置210上，枢轴盖设有一密封件234，用以防止液流从液压装置210中泄漏出来。控制套筒230设有一基本呈长方形，最好是方形的、从液压装置210凸伸出去的枢轴控制轴或致动件236。致动件236适于设置一常用式杠杆臂(未示出)，以供操作者输入用。控制套筒230的另一端在其中设有一凹腔238，该凹腔适于安置一控制滑柱240。至少有一个流体通道242穿过套筒230，并与孔238相交。类似于前述的实施例，滑柱240在其中设有槽或孔244，该孔能与控制套筒230的流体通道242对齐，以便使流体流向伺服机构216。控制套筒230的与致动件236相对的那一端设有一伸展出去的倒园的驱动凸耳246和一对在角度上分隔开来的过载凸耳(Override lugs)248,250，它们基本上与驱动凸耳246相对。驱动凸耳246和过载凸耳248,250一起构成一凹腔252，该凹腔比孔238大，并偏离孔238。
滑柱240包括有一上端254，该上端中形成有一孔腔256。横穿孔258与孔腔256相交，并横向地穿过滑柱240的上端254。流体通道260穿过枢轴盖232，将加压的控制流体输送给套筒230和滑柱240。
请参阅图9和图10，可动件或旋转斜盘220设有一主输入枢轴222。旋转斜盘220在邻近枢轴222处设有一加大的支承直径264。一对销杆266,268从支承直径264的外面伸展出去。销杆266和268最好相隔180°配置，并且基本上与枢轴222平行地伸展。
在枢轴222的端部形成有一凹腔270。凹腔270基本上与控制滑柱240中的孔腔256相配。在枢轴222上形成有一通槽口272，如图9和10所示。
请参阅图15，杠铃形的驱动/反馈连接件274和两个销杆276,278使控制滑柱240与旋转斜盘或可动件220的枢轴222连接起来。连接件274安置在滑柱240和枢轴222的孔腔256和凹腔270中。连接件274的中部与槽口272配合。销杆276,278大约互相垂直的插装进位置。控制滑柱240与可动件或旋转斜盘220连接，并根据旋转斜盘的运动而运动。
扭簧280安置在控制套筒230和旋转斜盘220之间进行运作。扭簧280设有一适于安置旋转斜盘枢轴222的内径。如图9和图14所示，扭簧280包括端部282,284。在不加负载的状态下，扭簧280的端部282,284比图14所示的更加互相靠近。但是，控制套筒230上的驱动凸耳246和/或旋转斜盘上的驱动销杆266插装进弹簧端部282,284之间，使它们扩展，从而使弹簧加上预载。当枢轴222装进套筒230上的凹腔252中时，旋转斜盘222上的过载销杆268在控制套筒230的过载凸耳248，250之间伸展。
这种扭簧实施例还有几个特征值得进一步讨论。首先，套筒230是连接于致动件230上的，或与致动件230形成一体。这样，滑柱240就根据致动件236的运动而运动。旋转斜盘220起可动件的作用，并且还包括部分的反馈机构。旋转斜盘或可动件220设有一斜轴线或转动轴线286，该轴线伸展通过枢轴和支承直径264的中心。斜轴线或转动轴线286与伺服活塞218的运动方向是垂直的，如图9清楚所示。换句话说，伺服活塞218是依横切于斜轴线286的方向安装的。
在具体运作中，本实施例的排量控制机构212(该机构包括214,216，如图9所示)使操作者能“感觉到”，并使液压装置210在低负载下产生冲程运动，还能在高负载下提供液压冲程助推。和第一实施例的情况一样，液压冲程助推是在旋转斜盘220上的负载反馈超过弹簧上的预载时发生的。例如，操作者首先在向前的方向上，或向后的方向上开始使液压装置产生冲程运动，方法是在相应的方向上扭转致动件236。与之连接的控制套筒230就转动，由于有连接件274和弹簧280的预载，这个转动就带动了旋转斜盘220和滑柱240。在控制套筒230和滑柱240之间不产生相对运动。所以，没有流体通过流体通道242,244被运送到伺服活塞218处。在这些条件下，通过作用在致动件236上的阻力，操作者就能感觉到旋转斜盘220上的负载反馈和位置。
当由于液压装置210的运行在旋转斜盘220上的负载反馈超过弹簧280上的预载时，扭簧280开始允许控制套筒230和旋转斜盘220之间产生相对转动。如图14中虚线所示，控制套筒230上的驱动凸耳246将弹簧端部284推离开另一弹簧端部282，后者被驱动销杆266限定住。由于控制滑柱240通过连接件274连接到旋转斜盘220上，所以控制套筒230也相对于控制滑柱240作转动。其结果是，流体将被运送到流体通道242,244之一中去。这种控制流体按常规方式运送到伺服机构216处，并作用在伺服活塞218之一上。
伺服活塞218连接到可动件或旋转斜盘220上进行传动。所以，当更多的流体作用在伺服活塞218的一端时，伺服活塞218将对旋转斜盘220施加更多的转矩，使其在所要求的方向上转动。换句话说，操作者在使液压装置210产生冲程运动时将得到液力的助推。
一旦有足够的控制流体提供给伺服活塞218，控制机构就调制控制信号，以保持所要求的冲程助推。当操作者沿相反方向使液压装置210产生冲程运动时，除了与控制机构212的相对运动是在相反方向进行外，其它的情况完全一样。
当操作者要停止液压装置210的冲程运动时，就反向进行操作过程。操作者用力将致动件236转到空档位置。这就带动控制套筒230转回到图14所示的实线位置。套筒230相对于旋转斜盘220和滑柱240运动，不断缩减控制信号直到通道242,244完全被封闭住。然后，只要弹簧预载超过反馈力，操作者就将直接进行控制，或“感觉”。
本发明本实施例的一个可选特征是过载机构，该机构防止弹簧280过载或经受过大的应力。设置了一对在角度位置上分隔开来的过载凸耳248,250，它们从控制套筒230的里端伸展出来。由旋转斜盘220伸展出来的过载销杆268安置得基本上与驱动销杆266相对，并置于过载凸耳248和250之间。由于与凸耳248，250连接，过载销杆268限制了弹簧端部282,284之间的相对角度移动，并由此限制了控制套筒230，旋转斜盘220和控制滑柱240之间的相对角度移动。图14中的虚线展示了扭簧280受限定的位置。沿相反方向转动也受到类似的限定。当然，在正向和反向的运作方式中，凸耳248,250可以安置得能提供不同的角移限制。过载特征也可以用来限制进入流体通道242,244中的控制液流。
本发明可以进行各种改动和变化。例如，本发明可以应用到一种线性控制，这种控制设有控制滑柱和控制套筒，它们互相之间作纵向滑动。本发明的偏动连接件能有效地将可动件，反馈件，致动件，控制阀的滑柱套筒，以及伺服机构互相连接起来。
本发明的最佳实施例通过附图和说明书得到阐明，尽管使用了一些专门的术语，但它们是在一般的意义上或说明性的意义上应用的，而不是在限定的意义上应用的。应该看到，当情况变化需要提出变动的建议或采取应急措施时，可以在组件的构形和配合方面，以及在等同物替代方面进行改变，而不会偏离本发明的范围。