液压振荡装置 本发明涉及机电控制系统，尤其涉及农业机械中应用的液压振荡装置。
在授权给Zeuner等人的美国专利4,280,396(下文简称396号专利)中已对液压振荡装置进行了介绍。该专利揭示了适用于刀杆机构的振荡装置。这种刀杆在农机设备中的使用很普遍，例如在联合收割机或饲料收割机中。本发明特此将396号专利的内容引用于此以为参考。
液压振荡装置包括一个在活塞缸内往复运动的活塞，活塞运动受伺服换向阀(如滑阀)控制。在396号专利中，活塞两端的外表面上有一些逻辑槽。当活塞达到回程位置时，活塞外表面上的逻辑槽对准活塞缸内壁上的相应的沟槽或通孔，建立起液体通道，以提供压缩流体来切换伺服阀，从而改变主活塞的运动方向，以实现往复运动。
在396号专利中叙述的振荡器有一些缺点，从而限制了它的工业应用。第一个缺点是活塞外侧的沟槽结构妨碍了阻止活塞四周渗漏的液压密封的有效利用；与活塞沟槽一起使用的活塞缸的沟槽可能切割密封件并减少其寿命。因此，液压流体通过活塞时泄漏、发热、并且把效率降低到大约80％。
396号专利叙述的振荡器的第二个缺点在于它的机身和伺服阀的尺寸和机构复杂，这要求为其设计提供特殊的加工方法。在396号专利中，伺服阀是一个四通滑阀，其长度几乎与活塞缸本身地实际长度相当。因此机体又大又重。
396号专利叙述的振荡器的第三个缺点在于它是一个单头的振荡器，只有一个活塞，因此只能用于有限载荷。当用于大载荷(如用于饲草或庄稼收割的大刀杆)时，与单头刀杆往复运动相关的不平衡载荷变得太大，产生无法接受的机械振动。
因此，该液压振荡装置仍然不能在大多数通用的饲草和庄稼收割机械中使用。采用机械驱动机构驱动往复运动装置仍然是常用的方法。例如，在一种农用收割机中，往复运动是由皮带驱动的“摆动箱”提供的。这种摆动箱将驱动皮带的运动转变成线性往复运动。
摆动箱也有许多地方需要改进。或许最大的问题是缺乏可靠性。摆动箱在使用400至500小时后必须完全重新装配或更换，这可能在收获季节造成收割机故障，延长收割时间，使收成受损失。
摆动箱的第二个问题涉及大型设备。例如，使用32英尺的镰刀杆(在收获季节通用的刀杆)时，刀具的往复运动可能引起整个收割机抖动、振动或颠簸。
摆动箱的第三个问题在于不能使用多个摆动箱和将镰刀杆(刀杆)分成几段，因为多个摆动箱将失去同步性，从而引起不平衡振颤。
本发明是一种复式液压振荡装置，它适用于驱动农机中作往复运动的刀杆机构。
进一步而言，本发明是一种液压振荡装置，单头或双头的液压振荡装置，它由一个或多个活塞缸组成，每个活塞缸都有对置的第一端和第二端。在单头或双头液压振荡装置中，具有一个控制加压流体流动路径的换向伺服阀，它控制加压流体至少流入活塞缸的一端(第一和/或第二端)。伺服阀包括第一伺服通道和第二伺服通道，它们用于控制伺服阀换向动作。
根据本发明的另一方面，复式液压振荡装置包括相对排列的第一活塞和第二活塞。换向伺服阀控制压缩流体的流动，以驱动第一活塞和第二活塞交替地伸缩。利用伸缩同步机构使第一活塞和第二活塞伸缩同步。活塞在每个活塞缸中的第一和第二位置之间作往复运动。活塞上有一个内孔。内孔中有第一和第二环形逻辑槽。
根据本发明的进一步方面，伸缩同步机构包括各自的第一流动路径和第二流动路径，它们分别输送压缩流体以变换伺服阀的操作状态。只有当第一和第二活塞两者同时处在回缩位置时，第一流动路径才锁闭。反之，只有当第一和第二活塞两者同时处在伸出位置时，第二流动路径才锁闭。第一和第二流动路径穿过一条中心逻辑管。该中心逻辑管有第一和第二端，它们分别(滑合)装配在第一和第二活塞中。
图1是按照本发明的一个方面的液压振荡装置的平面图。
图2是图1所示液压振荡装置沿2-2截线的剖面图。
图3是图1所示液压振荡装置沿3-3截线的剖面图。
图4是图1所示液压振荡装置的阀体沿4-4截线的剖面图。
图5是图1所示液压振荡装置活塞缸筒体的剖面图。
图6是图1所示液压振荡装置的阀体沿3-3截线的剖面图。
图7是图1所示液压振荡装置的作业逻辑框图，其中活塞处于回缩位置。
图8是图1所示液压振荡装置的作业逻辑框图，其中活塞处于伸出位置。
图9是图3所示伺服滑阀滑块的放大视图。
图10是农用收割机的正面视图，它的刀杆根据本发明第二方面的复式振荡装置驱动。
图11A是一幅逻辑框图，说明图10所示复式振荡装置的运作情况，其中两个活塞均处于回缩位置。
图11B是一幅逻辑框图，说明图11A所示复式振荡器的运作情况，其中两个活塞均处于伸出位置。
图12是图11A所示逻辑管的正面视图。
图13和图14是图12所示逻辑管的端面视图。
图15是图11A所示复式振荡装置的活塞杆开始伸出时的原理图。
图16是图11B所示复式振荡装置的活塞杆开始回缩时的原理图。
图17是图7所示单头振荡装置的活塞杆开始伸出时的原理图。
图18是图8所示振荡装置的活塞杆开始回缩时的原理图。
下面将详细地介绍本发明的两个主要方面：
I.复式液压振荡装置：它可以方便地用于驱动农用收割机的
刀杆往复运动机构。在具有大型刀具(其重量可达大约30
磅)的系统中，使用单头振荡装置驱动刀具赋予设备相当
大的惯性，从而可能在系统中引起不平衡震颤。复式振荡
装置提供了一对活塞，它们在相反的方向上同时伸缩。这
样，复式振荡器在驱动大型刀具时就不会象单头振荡器那
样赋予系统不平衡载荷。
II.具有中心逻辑通道的液压振荡装置：它允许使用密封活
塞，基本上不产生泄漏，并且经受得起轴向载荷。
本发明提出的复式液压振荡装置的结构和运转情况参照中心逻辑通道设计和单头振荡器的运作将非常容易解释。复式振荡器采用的主要零部件与单头振荡器相同，说明如下。
I.具有中心逻辑通道的液压振荡装置
首先参照液压振荡装置100和由液压振荡装置100驱动的往复运动系统说明本发明。当独立的液压源供给加压流体时，液压振荡装置100以非常高的体积效率提供连续的往复运动。典型的应用可以包括驱动谷物收割机和饲草收割机的刀杆。
图17和图18是一个第一示例振荡装置的示意图。
伺服阀108起开关作用，它控制液压振荡装置100的活塞104的活塞杆104a伸缩。在全伸位置(见图18)，伺服阀108切换到回缩设置，改变流体方向，以致活塞杆104a回缩。在全缩位置(见图17)，伺服阀108再次切换，改变加压流体的流动方向而使活塞杆104a伸出。
如图17和图18所示，振荡装置包括两部分：方向控制阀108和单一的活塞杆，双重作用液压缸102。图17表示活塞缸102中的活塞104开始伸出时的系统状态。加压流体不断地经通道110d传送到活塞104的104h侧。该流体施加的力使活塞缸102的活塞杆104a回缩。
控制阀108控制加压流体经通道110s流向活塞104的另一侧104i。在图18所示位置，控制阀108提供流体使活塞缸102的活塞杆104a伸出。104i侧的面积大于104h侧的面积(在示范的实施例中的面积比为2∶1)。因此，在图17所示状态，一个较大的力加在104i侧，迫使活塞缸102的活塞104伸出。
控制阀108受伺服控制通道110q和110r控制。在图17和图18中，这些口用A1-A5定义。在示范的实施例中，这些口由逻辑管106上的孔决定(下面将参照图1-图9进行介绍)。这些孔是相同的，其作用在于在任一方向上对控制阀108施加同样大的力以施行控制。
当伺服阀108处于这两个位置之间时，泄放口108h和108j将控制通道110q和110r与储罐(T)连通。
图18表示控制阀108已经切换到回缩位置时振荡装置100的状态。加压流体仍然不断地经过通道110d输送到活塞104的104h侧。
在图18中，控制阀108控制流体，将活塞104的另一侧104i通过通道110s连接到储罐。加在104h侧的压力不再受到缸体102的另一侧的加压流体的反抗，于是活塞缸102的活塞104回缩。本发明的结构
图1是只有一个活塞104的液压振荡装置100的平面图。图2是振荡装置100沿2-2截线的剖面图，图3是振荡装置100沿3-3截线的剖视图。振荡装置100有三个主要部分：阀体110，端盖112，和活塞缸管102(此后简称活塞缸102)，活塞缸102安装在阀体110和端盖112之间。活塞104滑动地装在活塞缸102中。活塞104和轴104a形成一个整体，将往复运动传送给待驱动的设备(图中未表示)。加压流体不断地被加进活塞104的轴侧面104h(也称之为活塞的第一承压面)。可滑动的伺服滑阀108(也安装在阀体110之内)控制来自外部压力源的加压流体，于是活塞104的第二表面104i交替地与加压流体连通(滑阀108处于第一位置时(见图8))和与储罐连通(滑阀108处于第二位置时(见图7))。
图6是阀体110的剖视图，它是沿着图3中的3-3截线的剖视。110有一平底孔110a，其安装活塞缸102的一端，和一纵向孔110b，其安装逻辑管的一端。孔110b中有许多环形槽110j、110k、110l和110m。槽110j通过通道110n和110p与加压流体连通(见图4)。槽110k通过通道110q与伺服滑阀108的一侧连通(见图7)。槽110l与伺服滑阀108的另一侧连通(见图8)。槽110m通过流动路径110o(见图4)和泄放口D连通。多个O形密封圈110e-110i将槽110j-110m彼此隔绝并且实现与平底孔110a和110b之间的密封。加压通道110d总是通的，随时将加压流体供给活塞104的轴侧(第一)面104h。
参照图2，端盖112有一个平底孔112a。活塞缸102的第一端102b安装在这个平底孔112a内，并用O形密封圈114密封。阀体110也有一平底孔110a。活塞缸102的第二端102c安装在这个平底孔110a中，并用O形密封圈114密封。一组螺栓116(或其他的紧固件)将阀体110、端盖112、和活塞缸102连接在一起形成一个完整的部件，其中活塞缸102起分隔作用，保持阀体110和端盖112之间的固定距离。连通管118在通道110d(它与加压口P连通)和端盖112上的通道112c之间提供一条流动路径。通道112c与平底孔112a相通。
端盖112有一纵向孔112b。活塞104的104j段装配在孔112b之中，成滑动配合。在示范实施方案中，通过泄漏试验的密封系统由三部分组成，它们已经成功地用于飞机支柱。环状密封组合件120是一种寿命长的低压密封环，它可以阻止污物进入端盖112，使活塞104免受污物污染。该组合件120可以是加利福尼亚州的Busak+Shamban制造的TURCONEXCLUDER型密封环。第二道密封由零泄漏压力密封圈122提供。密封件122是一种低摩擦，高耐磨，高速，单向密封圈，它可以是Busak+Shamban制造的TURCONSTEPSEALK型密封圈。第三道密封可以使用宽面积的耐磨衬套124，它可以采用由Busak+Shaniban制造的ZURCON型耐磨衬套。第二道承压密封圈122可以是Busak+Shamban制造的TURCONSTEPSEALK型或者ZURCONSTEPSEALK型密封圈。最后是第二道耐磨衬套124。
选择示例的密封件120，122，和衬套124是为了承受活塞104上的20-30磅(大约9到14公斤)的横向载荷(例如，在安装期间支撑刀杆的重量)。此外，优选选择示例的密封件120、122、和124，是因为它们有大约2000小时的使用寿命，以每秒16个往复周期计算总共可以使用大约1,116亿个周期。
图5是活塞缸102的剖面图。活塞缸102的外径102j与平底孔110a尺寸吻合。活塞缸102的两端(102a和102b)是直径较小的部分(102h和102i)。在孔110a的一部分和活塞缸102直径较小的部分102h和102i之间形成环形区104k和104l。
活塞缸两端102a和102b有多个孔102d-102g。孔102d和102e作为节流孔控制流体的流动，并作为阻尼孔降低流体在活塞缸102内侧102a和环形区(104k或104l)之间的流动速度。孔102d和102e呈轴向分布。在示范实施方案中，孔102d全部分布在距活塞缸端面102b的距离为第一距离的圆周上，而孔102e则全部分布在距活塞缸端面102b的距离为第二距离的圆周上。同样地，孔102f和102g分别被配置在距端面102c不同的距离上。
参照图2，活塞104有一个大直径段104j，它在活塞缸102的内腔102a中并能够密封地滑动。活塞缸102两端有两个聚胺酯弹性垫(126a和126b)。聚胺酯弹性垫126a，126b充当活塞制动缓冲器以停止活塞104，并在行程的极限位置防止冲击，随后改变活塞104的运动方向。一对耐磨环104e安装在大直径段104j的外圆柱面上。耐磨环可以采用与上述耐磨衬套124同样型号的产品。耐磨环104e确保活塞104在活塞缸102内无摩擦地滑动。在耐磨环104e之间有一个长寿命、低摩擦的密封圈104f。它可以是例如Busak+Shamban制造的TurconGlyd RingT型密封圈。
在活塞104的大直径段有两个承压面104h和104i。在示范实施方案中，加压流体总是将压力施加在104h面(靠近轴104a的一面)上。当活塞104伸出时，压力才施加到第二承压面104i上。在活塞缩进期间，面104i与储罐相通。为了保持活塞轴在缩进和伸出期间的速度变化曲线相同，在伸出和缩进期间施加给活塞104的轴向合力必须相等。在本发明的一个实施方案中，承压面104i的面积是另一面104h的两倍。
采用这个面积比的理由如下。假定内腔P的压强是P，第一承压面104h的面积是A，第二承压面104i的面积是2A，而且总有一个力AP作用在第一承压面104h上。当第二承压面104i与储罐相通的时侯，作用在第二承压面104i上的力是零，所以作用在活塞104上的合力是AP。当第二面104i与加压流体相通时，在第二承压面上的压力是2AP(方向相反)，于是作用在两个面上的合力是2AP-AP＝AP。因此，在两个方向上合力总是相同的，所以加速度和速度变化也相同。
上述方法的好处是它允许使用如下所述的简单的三通伺服阀108。
活塞104有一个容纳逻辑管106的内孔104b。活塞104还有一对切槽104c和104d，当活塞104处于某些指定位置时，这一对切槽作为逻辑槽完成流动逻辑路径。下面将更详细地陈述。
逻辑管106的一端用开口环128固定在阀体110的内腔110b之中，逻辑管106的另一端在活塞104的内腔104b中密封地滑动。
逻辑管106是一种提供位置信息反馈的装置。当逻辑管106中的逻辑孔对准活塞104内壁上的槽104c或104d时，则传送出活塞轴全部伸出或全部缩进的信息。逻辑管106有多个通道106a、106c、106j(见图2)、和106b(见图7)。逻辑孔106d和106e将通道106a与逻辑管106的外表面连通。逻辑孔106h和106i(见图7)将通道106b与逻辑管106的外表面连通。如图7所示，逻辑孔106d与槽110j对准，而逻辑孔106i则与槽110k对准。当活塞104处于全缩位置时(在这里称之为“第一位置”)，逻辑孔106e和106h两者都与活塞104上的槽104c对准，从而在槽110j和槽110k之间形成一流动通道。
图2和图8示出了逻辑孔106f和106g，它们将通道106c与逻辑管106的外表面连通。如图8所示，当活塞104全部伸出时(在此称之为“第二位置”)，逻辑孔106e和106f与活塞104上的槽104d对准，从而在槽110j和槽110l之间形成一流动通道。
逻辑管106中的通道106j(见图2)通过槽110m与排放口相通。当活塞104从伸出位置回缩的时侯，活塞104内腔104b中的流体通过通道106j、孔106k、槽110m和通道110o进入排放口D(见图4)。排放口D可以是常规的用O形圈密封安装的弹簧加载的钢球阀。
在单头振荡装置100中，用终端塞130封堵平底孔110c。
图3示出了伺服阀108。在示范实施方案中，伺服阀108是简单的三通阀。伺服阀108由滑动定位在伺服阀孔108a中的滑块108b限定(图9是滑块108b放大的剖面图)。在图3中，端盖134a和134b将伺服阀内腔108a密封并且限制滑块108b的运动范围。当滑块108b处于伺服阀内腔108a的右端时(如图3和图8所示)，流体从加压管口P流进伺服阀腔108c。伺服阀腔108c不断地将加压流体注入阀体110的通道110d和110p。如图2所示，通道110d不断地将加压流体通过导管118、通道112c、环形舱104k、和孔102d和/或102e注入活塞104的第一承压面104h侧。通道110p(图4)不断地将加压流体经通道110n(见图4)、槽110j、和孔106d注入逻辑管106的通道106a。
再次参照图3，伺服阀108中的舱室108d总是和储罐口T相连通。正如图2和图3所示，通道110s经位于活塞缸102内端面和平底孔110a之间的环形区104l与伺服阀108连通。当伺服阀滑块108b在最右端时(见图3和图7)，舱室108d与通道110s一起被放置在流动路径上，所以环形区104l处在与储罐口T相连的流动路径上。当伺服滑块108b位于最左端时(见图8)，舱室108c与通道110s同处于流动路径上，所以加压流体进入环形区104k。
伺服滑块108b的一端有通道108g，其开口对着滑块108b右端的舱室108e。当滑块108b向右移动时，泄流口108h将来自端部通道108g的流体泄放到储罐。与之类似，滑块108b的另一端也有通道108i，其开口对着滑块108b左端的舱室108f。当滑块向左移动时，泄流口108j将来自端部通道108i的流体泄放到储罐。
通道110r(在图3中用虚线表示)将左端舱室108f与逻辑槽110l(见图4)连通。类似地，通道110q(见图4)将逻辑槽110k与右端舱室108e连通。
伺服滑块108b有两条应急缓冲槽108p和108q。当伺服滑块108b在左侧位置时，弹簧加载的缓冲球132a与伺服滑块108b的缓冲槽108p衔接。同样地，当伺服滑块108b在其右侧位置时，弹簧加载的缓冲球132b与伺服滑块108b的缓冲槽108q衔接。因此，加压流体的压力如若发生微弱瞬变，伺服滑块108b不改变位置。另外，因为两个泄放口108h和108j总是向储罐开放，所以当伺服滑块108b处在其行程中间时，如若发生压力瞬变，这两个泄放口可确保滑块108b不受影响。
如上所述，由于总有加压流体输送到活塞104的一端并且活塞104的第一和第二驱动面积比保持为1/2(104h∶104i)，所以允许使用简单的三通伺服阀108。与早期的工艺实践相比，这种伺服阀108简化了设计和制造技术。例如，在早期的振荡装置(美国专利4,280,396号)中，伺服阀几乎贯穿整个主振荡装置的长度，从而导致其主机机身比较长。按照本发明，伺服阀基本上比美国专利4,280,396号中使用的四通伺服阀短。伺服阀108可以相对主活塞104横向放置。因此无需按照美国专利4,280,396那样制作又长又复杂的机身。按照本发明，阀体110可以用较小的机壳，并且振荡装置100可以分成三个部分：阀体110、活塞缸102、以及端盖112。
因为振荡装置被分成三个部分，所以进行机械加工比较容易，如果采用一个结实的机壳，所有部件都可以隐藏起来。装配也得到简化。例如，三个部分可以用螺栓116固定在一起。
振荡器的运行过程
现在参照图7和图8介绍振荡器100的运行。图7和图8说明了振荡装置100的逻辑关系，其中，伺服阀部分108被旋转了90度，从而使伺服阀与主活塞104在同一平面上以便于说明。事实上，在示范实施方案中，伺服滑阀108所处平面与主活塞104的纵轴线是正交的(横向)。但是，本领域的一般技术人员都会理解：按照本发明也可以设计出伺服滑阀与主活塞处于同一平面的振荡装置，基本上就象图7和图8所述的振荡装置。
图7表明在活塞104完全缩进的那一瞬间，也就是伺服滑块108b抵达其最左端位置之前的一瞬间的振荡装置100的状态。加压流体在P口进入，流向舱室108c。在舱室108c之中，流体压力作用于滑块108b的两个对置的面108m和108n，这两个面分别在舱室108c的左右两侧，这两个压力的合力等于零。因此，舱室108c中的压力不使滑块108b向任何方向移动。舱室108c与通道110d相通，于是加压流体通过通道110d、导管118、和通道112c进入环形区域104k。区域104k中的流体穿过孔102d进入活塞缸102的内腔102a。这样施力于活塞104的左侧承压面104h。舱室108d与储罐相通。当滑块108b在其最右端位置时，舱室108d与通道110s相通，于是在活塞缸102右端的环形区104l与储罐相通。作用于活塞104右侧的(第二)承压面104i上的任何压力都被释放到储罐。于是，作用于活塞104的合力使活塞104向右移动。
在图7中，加压流体还通过通道110p(在图7中用虚线表示)从舱室108c输送到槽110j，然后流体从槽110j穿过逻辑孔106d进入逻辑管106的通道106a。在活塞104全部缩进的一瞬间，逻辑通道106a的逻辑孔106e和逻辑通道106b的逻辑孔106h都正对着槽104c，从而在通道106a和106b之间形成流动路径。(注意：除了振荡装置处于完全缩进或完全伸出的那一时刻之外，在振荡装置100运行周期中的任何时候，通道106a和106b之间的通道都是堵塞的，所以，没有通过通道106a和106b的流动)。通道106b与逻辑孔106i相通，而逻辑孔106i通到逻辑槽110k。逻辑槽110k与通道110q(在图7中用虚线表示)连通，该通道110q又依次接于右侧的伺服舱108e。在舱室108e之中，压力作用在滑块108b的右侧承压面108k上。同时，原来在左舱室108f的加压流体通过端舱108i和泄放口108j泄放到储罐。因此，由于作用于108k面上的力，有推动滑块108b向左移动的净压力存在。
滑块108b启动并向左侧位置移动(这个滑块位置见图8)。当滑块108b移到左侧时，左侧端舱108f中的流体通过通道108i和泄放口108j泄放出去。泄放口108j限制来自端舱108f的流体流动，所以在滑块108b启动时不会引起冲击。
当滑块108b移到左侧位置时，加压流体注入通道110s。加压流体进入环形区104l，然后通过孔102f进入比邻活塞104的104i面的舱室。流体继续通过导管118、通道112c、环形区104k、孔102d、活塞缸102的内腔104b进入舱室108c和通道110d。承压面104i的面积是104h面积的两倍，所以活塞104开始向左移动。一旦活塞104开始伸出，逻辑孔106d，106e，106f，106g，106h，以及106i都不再对着逻辑槽104c或104d；逻辑孔106d-106i都被内腔104b的壁面堵住。在活塞104处于全部缩进和全部伸出两个位置之间时，没有流体通过通道106a-106c。因为这个时候没有加压流体被输送到右侧端舱108e，所以舱室108e和通道108g中的流体通过泄放口108h泄放到储罐。在此期间，伺服滑块108b停在左侧位置，直到活塞104达到图8所示的全伸位置为止。
当活塞104接近全伸出位置时，活塞104外表面104j堵住孔102d，但是孔102e还是敞开的。这减少了环形区104k和活塞缸102的内腔102a之间的流通面积，使活塞104的左移速度开始变慢，以避免活塞104到达全部伸出位置并改变方向时的冲击。这样就形成了“液压减震”。为了使活塞104平缓地减速并在抵达全伸位置时避免冲击，借助于聚胺酯弹性缓冲垫126a进一步为活塞104的左侧承压面104h减震。从而实现了活塞104的平缓的正弦移动。
图8表示活塞104处于全部伸出位置时振荡装置100的状态，此刻恰好是在伺服滑块108b再次移动之前。在这个瞬间，通道106a的逻辑孔106e和通道106c的逻辑孔106f都对准逻辑槽104d，从而在通道106a和通道106c之间形成流动路径。通道106c与逻辑孔106g相通，该逻辑孔又与逻辑槽110l相通。逻辑槽110l与通道110r相连(在图8中用虚线表示)，该通道又依次连接到左侧伺服舱108f。在伺服舱108f中，压力作用在滑块108b的左表面108l上。同时，在右侧舱室108e中的加压流体通过端舱108g和泄放口108h泄放到储罐。因此有作用于108l的力，所以有推动滑块108b向右移动的净压力。滑块108b启动并移向右侧位置(图3表示伺服滑块108b的这个位置)。
当伺服滑块108b移动到右侧位置时，舱室108d再次与通道110s相通，于是活塞缸102右端的环形区104l与储罐连通。作用在活塞104右侧(第二)承压面104i上的压力全部向储罐释放。此刻，作用在活塞104上的合力将活塞104向右移动。当活塞104回缩时，活塞104的内腔104b中的流体通过由通道106j、逻辑孔106k、逻辑槽110m和通道110o组成的流动路径流出(见图4)。一旦活塞104离开全伸位置，逻辑孔106d-106i都被孔102a的内壁面锁闭。活塞104处于全伸位置和全缩位置之间的任何位置上的时候，没有通过通道106a-106c的流体。因为此时没有加压流体输送到左侧端舱108f，所以端舱108f和通道108i中的流体通过泄放口108j泄放到储罐。在此期间，伺服滑块108b保持在右侧位置上，直到活塞104处于图7所示的全缩位置为止。
当活塞104接近全缩位置时，活塞104的外表面104j堵住孔102f(见图5)，但是孔102g仍然是开放的。这样就减少了环状区104l和活塞缸102的内腔102a之间的流动面积，从而使活塞104向右移动的速度变慢，避免了活塞104到达全缩位置并改变方向时的冲击，形成了有效的“液压减震”。为了使活塞104平缓地减速并在抵达全部缩进位置时避免冲击，借助于聚胺酯弹性缓冲垫126b进一步为活塞104右侧承压面减震。当活塞104到达全缩位置时，振荡装置100的运动周期完成，振荡装置100再次处于图7所示位置。
附加的液压减震可以通过下述方法实现：(1)恰好是在活塞104到达全伸位置以前，将流体输送到活塞104的左侧承压面104h，从而使活塞104在到达全伸位置之前的移动速度降下来；以及(2)恰好是在活塞104到达全缩位置以前，将流体输送到活塞104的右侧承压面104i，使活塞104在到达全缩位置之前的移动速度降下来。
基本上说，这是调整流体施加到活塞104承压面的时机，并以颠倒伺服滑块的移动方向来完成这一调整，这个时机恰好是在活塞104到达它的伸出或者缩进行程的终点以前。因而，伺服阀108不必在活塞104精确地处于全伸位置时变换阀门108的导通方向，伺服阀108可以在活塞104接近全伸位置时变换阀门导通方向。同样地，伺服阀不必在活塞104精确地处于全缩位置时变换阀门108的导通方向，伺服阀108可以在活塞104接近全缩位置时变换阀门的导通方向。
这个时机的变化受逻辑管106的孔的位置(如106e，106f和106h)和/或活塞104上的切槽104c和104d位置影响。例如，将孔106e的位置向阀体110方向移动或让切槽104d远离阀体110都将产生在活塞104全伸之前变换伺服阀108导通方向的效果。类似地，向阀体110方向移动切槽104c将会在活塞104全缩之前变换伺服阀108的导通方向。
显然，改变逻辑孔106e的位置将会影响缩进以及伸出期间变换方向的时机。为了提供更大的调整伺服阀倒向时机的灵活性，最好在逻辑管106上添加纵向的第二加压通道。按照本发明，一条通道在活塞104伸出时输送加压流体，而另一条通道在活塞104缩进时输送加压流体。这就使得在逻辑管106中时机变化的调整变得比较容易，因为一条通道上的孔可以朝阀体方向110移，同时另一条通道上的孔却远离阀体110。这种结构的逻辑管将在如下所示的示范的双头振荡装置200中予以说明。
II.双头液压传动装置
图10表示一种农用收割机400。收割机400有一个大刀具402，跨度可以达到32英尺或更宽。刀具402被分成两部分402a和402b。各部分(402a和402b)分别由双头振荡装置200的各自的活塞(204和304)驱动(示于图11A和11B)。分成两半的活动刀具部分(402a和402b)在相反的方向上移动。双头振荡装置200是先进的，因为只要活塞204和304同步，二个反向移动的活塞204和304赋予收割机400的冲击将相互抵销。
图15和16是双头液压振荡装置的示意图。在双头振荡装置200中，液压活塞缸中的活塞杆204a和304a(轴)同时反方向伸出，然后同时缩进，于是产生了所需的动作。第二液压活塞缸302中的活塞杆304a与第一活塞杆204a沿相同的轴线移动，但是移动方向相反。伺服阀阀门208充当开关，完成活塞杆204a和304a伸缩的切换控制。在全伸位置(见图16)，伺服阀阀门208切换到缩进设置，改变流体流动方向，于是活塞杆204a、304a收缩。在全缩位置(见图15)，伺服阀门208再次切换和改变加压流体流动路径，于是活塞杆204a和304a伸出。按照本发明，每半个周期重新调整一次活塞杆204a，304a的同步运动。
如图15和图16所示，振荡装置200包括三部分：方向控制阀门208、各自具有单根杆和双重作用的液压活塞缸202和302。图15表示活塞缸开始伸出时的系统状态。加压流体不断的通过通道210d输送到活塞204的承压面204h，同时流体还不断地通过通道310d输送到活塞304的承压面304h。这种流动施加一个力推动活塞204和304缩进。
控制阀门208控制加压流体通过通道210s向活塞204的第二承压面204i的流动和通过通道310s向活塞304的第二承压面304i的流动。在图15所示位置，控制阀208提供流体，使活塞204和304伸出。承压面204i和304i的面积比承压面204h和304h的面积大(在示范实施方案中，204i和304i、204h和304h的面积比都是2∶1)。因而，在图15所示状态，一个较大的力作用于承压面204i和304i，所以活塞204和304向伸出位置移动。
阀门208的控制由伺服控制通道210q和210r完成。在图15和图16中，这些口被标作A1-A5。在示范实施方案中，这些口由逻辑管206上的孔决定取舍(下面参照图12-图14予以介绍)，这些孔是一致的。作用是在两个方向上施加同样大的力使伺服滑块208移动。
当伺服阀阀门208处在中间位置时，泄放口208h和208j与通向储罐的控制通道210q和210r连通。
图16表示控制阀门208切换到倒向位置之后双头振荡装置200的状态。加压流体仍然不断地通过通道210d输送到活塞204的承压面204h一侧，同时流体也不断地通过通道310d输送到活塞304的承压面304h一侧。
现在控制阀208控制流动，将活塞204的第二承压面204i一侧的流体经通道210s输送到储罐，同时将活塞304的第二承压面304i一侧流体经通道310s输送到储罐。作用于承压面204h和304h的压力不再受到活塞204和304的另一个承压面(204i和304i)上的加压流体的抵抗，于是活塞204和304回缩。
双头振荡装置200在大系统中可能特别有用。例如，单头振荡装置100(见图1-图9)可以用在刀具长达21英尺(大约七米)的农用收割机上，而双头振荡装置200更适合大刀具(可以达到32英尺，甚至更长)。
双头振荡装置的构造
图11A和11B是图15和图16所示的双头液压振荡装置200的逻辑图。振荡装置200产生的动作是反向液压活塞204和304各自同时伸出然后同时缩进。在本发明的示范实施方案中，双头振荡装置200每个半周期重新调整一次两个活塞204和304的同步(下面将予以介绍)。
在图11A和图11B中，伺服部分208被旋转到活塞缸202和302的平面之中。本领域内的一般技术人员都懂得示范的伺服阀208实际上与活塞缸202和302所在平面正交。
示范的双头振荡装置200可以采用与单头振荡装置100相同的零部件制造，但是有两点例外：即采用改进过的阀体210和全然不同的逻辑管206，下面将详细叙述。双头振荡装置200所有其他的零部件都与单头振荡装置100一样。除了左右两边活塞开槽尺寸可能不同之外，双头振荡装置左右两边的液压活塞缸和活塞是相似的。
为了容易理解，图11A和图11B中的参考数码最后两个数字与图1-图9中对应部件(即，活塞缸202，活塞204，逻辑管206等)的数字一致。此外，除了机身210和伺服阀208以外，双头振荡装置200左右两边完全对称。还是为了容易理解，左右两边的驱动器件的代码的最后两位也是一样的(例如，左右活塞缸分别为202和302、左右活塞分别为204和304等)。阀体210、逻辑管206以及双头振荡装置200的操作在这里详细地叙述。其它的零部件的结构与图1-图9所介绍的相同，在此不再重复。
除了向右侧活塞304的承压面304h和304i提供加压流体的两条附加通道310d和310s之外，阀体210类似于单头振荡装置100的阀体110。通道310d不断地通过导管318、通道312c、环形区304k、孔302d和活塞缸内腔302b向活塞304的承压面304h一侧提供加压流体，与此同时通道210d也不断地通过导管218、通道212c、环形区204k、孔202d和活塞缸内腔202b向活塞204的承压面204h一侧提供加压流体。
通道310s通过环形区3041、孔302f和活塞缸302的内腔302a向活塞304的第二承压面304i一侧提供加压流体。同样，通道210s通过环形区204l、孔202f，和活塞缸202a的内腔202a向活塞204的第二承压面204i一侧提供加压流体。
除了两条通道310d和310s之外，阀体210的结构与图1-图9所示的阀体110的结构是相同的。值得注意的是除了两边的活塞槽可能不同之外，阀体210中的平底孔310c与210b是类似的。
图12-图14表示在双头振荡装置200中使用的逻辑管206。逻辑管206包含多条限定流体逻辑路径的通道，这些通道每半个周期调整一次活塞204和304的同步。逻辑管206中有五条逻辑通道252b、254b、256b、258b、260b和一条由通道262b1和262b2组成的泄放通道。这些通道全部平行于逻辑管206的纵轴。
第一通道252b上有逻辑孔252a和252c。逻辑孔252c将通道252b与逻辑槽210j连通，逻辑槽210j总是通过通道210p与加压流体相通。当活塞204处于回缩位置时，逻辑孔252a对准逻辑槽204c(见图11A)，当活塞204处于伸出位置时，该孔对准逻辑槽204d(见图11B)。当活塞204处于其他位置时，逻辑孔252a被活塞204内表面锁闭。
逻辑通道254b上有逻辑孔254a和254c。当活塞204和304处于回缩位置时，逻辑孔254a将通道254b与逻辑槽204c连通，而且逻辑孔254c将通道254b与逻辑槽304c连通。当活塞204和304在任何其它位置时，逻辑孔254a和254c两者分别被活塞204和304的内表面堵塞。
逻辑通道256b上有逻辑孔256a和256c。当活塞204和304处于伸出位置时，逻辑孔256a将通道256b与逻辑槽204d连接起来，而且逻辑孔256c将通道256b与逻辑槽304d连接起来(见图11B)。当活塞204和304在任何其它位置时，逻辑孔256a和256c两者分别被活塞204和304的内表面堵塞。
逻辑通道258b上有逻辑孔258a和258c。逻辑孔258a将通道258b与逻辑槽210k连接起来，逻辑槽210k总是通过通道210q(图11A用虚线表示)与伺服阀右端舱208e连通。当活塞304处于回缩位置时，逻辑孔258c对准逻辑槽304c(见图11A)。当活塞304处于任何其他位置时，逻辑孔258c被活塞304的内表面堵塞。
逻辑通道260b上有逻辑孔260a和260c。逻辑孔260a将通道260b与逻辑槽210l连接起来，逻辑槽210l总是通过通道210r(图11B用虚线表示)与伺服阀左端舱208f连通。当活塞304处于伸出位置时，逻辑孔260c对准逻辑槽304d(见图11B)。当活塞304处于任何其他位置时，逻辑孔260c被活塞304的内表面堵塞。
泄放管262b1和262b2贯穿逻辑管206的长度。泄放管262b1和262b2借助于连通管(图中未表示)相互连通，所以形成一条有效的泄放通道。泄放管262b2与孔262a相通，孔262a始终对准泄放槽210m，允许流体通过。当活塞204和304回缩时，在活塞204和304的中心孔204b和304b中积累的流体经过泄放管262b1和262b2返回到泄放口D。
双头振荡装置的操作
首先参照图11A介绍双头振荡装置200的运行情况。图11A表示当活塞204和304两者同时回缩时双头振荡装置200的状态，此刻恰好在伺服阀滑块208b启动并开始向左移动之前。随着活塞回缩，逻辑管206上的逻辑孔252a和254a与逻辑槽204c对准，形成完整的流动路径(图中用箭头表示)。在逻辑管206的另一端，逻辑孔254c和258c与逻辑槽304c对准。如上所述，逻辑孔252c总是通过通道210p和逻辑槽210j与加压口P相通，而逻辑孔258a总是通过通道210q和逻辑槽210k与伺服阀208的右端舱室208e相通。
这样，形成了一条闭合的流动路径，通过通道210p、逻辑槽210j、逻辑孔252c、通道252b、逻辑孔252a、逻辑槽204c、逻辑孔254a、通道254b、逻辑孔254c、逻辑槽304c、逻辑孔258c、通道258b、逻辑孔258a、逻辑槽210k、和通道210q，加压口P与右侧舱室208e连通。于是，在端舱208e中建立起压力，驱动伺服阀滑块208b完成切换。一旦伺服阀完成切换，加压流体通过通道210s和310s进入环形区204l和304l，然后经过活塞缸的孔进入活塞缸202和302并最终将压力施加给承压面204i和304i，从而推动活塞缸204和304伸出，伸出方式与图7所介绍的内容相同。
按照图11A的实施方案，当两个活塞204和304同时完全缩进时才能在加压口P和右侧舱室208e之间形成闭合的回路。如果由于某种原因活塞204和304中的一个被卡住或慢下来，那么，流体回路就是断开的，直到两个活塞到达全缩位置为止。由于在两个活塞204和304全部回缩之前这条回路不会形成，所以在两个活塞全部回缩之前伺服阀208也不会进行切换。因此，每当活塞全部缩进时，振荡器200自动地恢复两个活塞204和304同步(下面说明两个活塞204和304全部伸出时也发生再同步)。
如上所述，当活塞204在全伸位置和全缩位置之间移动时，逻辑孔252a、254a、和256a全被活塞204的内壁堵塞。因此，在加压口P和舱室208e之间不能形成流体回路。同样地，如果活塞304处在全伸位置和全缩位置之间，逻辑孔254c、256c、258c和260c被活塞304内壁堵塞。因此，在加压口P和舱室208e之间不能形成流体回路(而且伺服阀208不能切换)。一个内逻辑机构安装在活塞的内孔中，并且能在内孔中轻轻地滑动。内逻辑机构有第一和第二耦合通道。当活塞处在第一位置时，第一耦合机构借助于第一逻辑槽与第二耦合机构沟通，而且第二耦合机构与第一伺服通道沟通。当活塞处在第二位置时，第一耦合机构借助于第二逻辑槽与第二耦合机构沟通，而且第二耦合机构与第二伺服通道沟通，这样交替地变换伺服阀的动作、改变流体的流动使流体至少流入活塞缸的一端，从而产生活塞的往复运动。下一个感兴趣的系统状态是图11B所示的状态。
图11B表示活塞204和304都处于全伸位置时振荡装置200的状态，此刻恰好是伺服滑块208b完成切换开始向右移动。随着活塞伸出，逻辑管206上的逻辑孔252a和256a对准逻辑槽204d，形成箭头所示流动回路。在逻辑管206的另一端，逻辑孔256c和260c对准逻辑槽304d。如上所述，逻辑孔252c是总是通过通道210p和逻辑槽210j与加压口P相通，而逻辑孔260a又总是通过通道210r和逻辑槽210l与伺服阀208的左舱室208f相连。
因此，形成一条闭合的流动路径，通过通道210p、逻辑槽210j、逻辑孔252c、通道252b、逻辑孔252a、逻辑槽204d、逻辑孔256a、通道256b、逻辑孔256c、逻辑槽304d、逻辑孔260c、通道260b、逻辑孔260a、逻辑槽210l、和通道210r，加压口P与左舱室208f连通。于是，在端舱208f建立起压力，引起伺服滑块208b切换。一旦伺服阀完成切换，通道210s和310s与储罐连通，依次释放环形区204l和304l、活塞缸202和302、最后是承压面204i和304i的压力。这将引起活塞204和304的回缩，回缩方式与前面结合图8介绍的单头振荡装置相同。
按照图11A和11B的另一种情况，只在活塞204和304同时完全伸出时，在加压口P和左端舱208f之间才能形成闭合的流动路径。如果活塞204或者304之中有一个被卡住或者慢下来，流动路径仍然是断开的，直到两个活塞都达到全伸位置为止。由于这条流动路径只在两个活塞204和304都处于全伸状态时才形成，所以伺服阀208在两个活塞都达到全伸位置之前不切换。只要伺服阀208不切换，两个活塞都不回缩。因此，活塞每次全伸，振荡装置200都自动地重新调整一次活塞204和304的同步。
对于采用双头振荡装置驱动大载荷，恢复同步的特性是重要的；不能维持同步将引起不受欢迎的振动和共振问题。自同步特性允许动态力存在，这些动态力在每个伸或缩行程结束时将被重新调整过来。应用
如上所述，单头振荡装置100和双头振荡装置200可以用于驱动适合各种应用的切割刀片。这些应用包括(但不限于)农用联合收割机、饲草收割机、草坪修整机、和杂草切除机。这些刀具可以在机动车辆上使用，其应用范围可以从较小的摆动切削刀具(用于整理高尔夫球场或大的草坪)到重达若干吨的大型收割机。通过使用原来为飞机起落架研制的密封件120、122和耐磨环124，按照本发明制造的振荡装置能够适应横向载荷。就发明者所知，这种能力超过任何早期技术支持的液压振荡装置。因此，示范振荡装置能在安装期间支持切削刀具的重量。同时，密封件120、122确保低渗漏和高效率(在活塞104的平底孔内也允许用它密封中心逻辑管106)。
示范振荡装置在入口压力大约是每平方英寸3000磅、入口流动速度介于每分钟22和32加仑的环境下可以运行。典型的切削刀具重量预计在20-30磅左右。振荡装置100和200每个行程输出很大的力，动态力大约是1000磅，静态力可能达到1500至3000磅。系统中包括一个小型储油箱可能是有利的，它的储存能力大约是三升(大约3/4加仑)。
本发明可以在其它类型的往复运动设备上使用。例如，单头振荡装置可以与凿岩机配套，使钻孔设备自动化(这需要采用比往复式收割机慢的周期速率运行)。
按照本发明生产的振荡装置还可以作为动力源用于高压增强器。比如，可以将本发明的振荡装置用作于往复运动的液压锤或打桩机的动力源。
虽然本发明已经参照示范实施方案作了叙述，但是并不仅限于此。本领域的一般技术人员可以在不脱离本发明的真缔和范围的情况下对本发明进行改进和改型，本发明的内容受附加的权利要求的保护。