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用于升降车附件的同步混合夹持力控制器

文献发布时间:2023-06-19 18:35:48


用于升降车附件的同步混合夹持力控制器

相关申请的交叉引用

本申请要求获得2020年6月18日提交的美国临时专利申请第63/041014号的利益,该申请的内容在此通过引用全部纳入。

技术领域

本申请的主题总体涉及操作用于抓取和移动载荷的升降车附件的改进的系统和方法。

背景技术

材料处理车辆,如升降车(lift truck),被用来拾取并将货物从一个地方移动到另一个地方。由于升降车通常必须运输许多不同类型的货物,因此升降车通常包括支持垂直延伸的车架的桅杆(mast),该车架可以选择性地与各种不同的液压操作升降车附件中的任何一个相互连接,每个附件都旨在安全地接合和移动特定类型的货物。例如,特定的升降车附件可能包括旨在滑入支持要移动的货物的托盘的相应槽中的一对水平间隔的货叉。另一个升降车附件可能包括旨在牢牢抓取载荷的侧面的一对相对的、垂直定向的夹具,以便升降车能够提升载荷并移动它。

后一类附件的示例包括用于抓取箱子或其他矩形载荷的纸箱夹具附件,用于抓取圆柱形载荷的纸卷夹具等。升降车附件,如纸箱或纸卷夹具附件,需要设计成避免损坏载荷的液压控制系统。作为一个示例,用于夹具类型附件的液压控制系统需要提供足够的横向力来牢牢抓取载荷,使其在运输过程中不至于掉落,但同时又不能对货物施加太大的力来损坏它。因此,用于夹具附件的液压控制系统通常包括某种类型的带有控制系统的载荷重量感应机制,该控制系统通过自动从相对较低的初始压力逐渐增加抓取液压力,使其足以使载荷上升而不滑落,来调节抓取力。

然而,使用低初始压力限制了载荷接合面与载荷初始接触的闭合速度,从而限制了载荷夹持系统的生产率。出现这个问题是因为高速闭合需要比理想的低阈值压力更高的闭合压力;这种更高的压力在初始闭合期间被流体输入单向阀截留在系统中,因此在可以开始自动调节抓取压力之前就超过了理想的低阈值压力。

用于夹具附件的液压控制系统通常也会协调夹具朝向载荷的移动,以便一个夹具不会过早地撞击和损坏载荷,导致载荷向另一个夹具滑移等。为此,这种控制系统通常利用分流器,如阀芯和齿轮分流器,以将液压油均匀地分配到每个夹具。阀芯式分流器通过压力补偿的固定孔道进行分流,这样可以确保通过孔道的流量接近相等,即使在进口和/或出口压力波动的情况下也是如此。然而,阀芯式分流器必须在精度和容忍油污染的能力之间取得平衡而不致发生故障。阀芯式分流器被设计成仅能在狭窄的流速范围内准确分流;由于阀芯式分流器使用固定孔道,当使用低于特定分流器的额定流量时,可能不会出现等量分流,如果流量超过阀的额定值,则阀上的高压降会导致性能不佳和流体加热。齿轮式分流器虽然比阀芯式分流器能在更大的工作流量范围内发挥性能,但通常非常昂贵,而且液压回路必须设计合理,以防止在一个夹具被限制移动时发生压力加强(intensification)。

使用分流器,如液压夹具控制系统中的阀芯分流器和齿轮分流器,也倾向于限制对置夹具朝向载荷移动的闭合速度。具体来说,如前所述,由于提高每个夹具的向内速度需要更高的压力,而且每个夹具都以相同的压力朝向载荷移动,因此当各夹具同时接触载荷时,对该载荷的夹持力可能相当高。因此,在两个相对的夹具以通过分流器提供的流体控制的瞬间,限制对载荷的力意味着限制闭合压力,从而限制闭合速度。为了提供高速闭合和低初始夹持力,复杂的液压控制系统可以提供可以手动选择也可以根据夹具闭合速度自动选择的高低溢流设定。

因此,理想的是改进的液压控制回路,其能使相对的夹具高速、同步地朝向载荷闭合,并能防止在夹具接触时对载荷的损害。

附图说明

为了更好地理解本发明,并示出如何实施本发明,现在将通过举例的方式,参考附图,其中:

图1示出示例性液压控制回路,其使用从升降车提供的液体来操作相应的液压缸,这些液压缸可以各自驱动升降车附件上的相应的夹具。

图2示出由图1的回路控制的液压缸所施加的压力和力。

图3示出图1的示例性液压控制回路与用于操作枢轴臂夹具的一对液压缸相连。

图4示出可以用于图1的液压控制回路中的第一示例性同步柱塞。

图5A示出图3的同步柱塞处于行程中间位置,并从杆部侧被加压。

图5B示出图3的同步柱塞处于行程结束位置,并从杆部侧被加压。

图5C示出图3的同步柱塞处于行程中间位置,并从头部侧被加压。

图6示出可以用于图1的液压控制回路中的第二示例性同步柱塞。

图7A示出图5的同步柱塞处于行程中间位置,并从杆部侧被加压。

图7B示出图5的同步柱塞处于行程结束位置,并从杆部侧被加压。

图7C示出图5的同步柱塞处于行程中间位置,并从头部侧被加压。

图7D示出图5的同步柱塞处于行程结束位置,并从头部侧被加压。

图8示出用于控制升降车附件的相应的液压马达的交替控制回路。

图9示出能够协调液压致动器的运动的交替控制回路,而这些致动器要么被链接,要么没有被链接。

图10示出使用双向溢流阀和多个顺序阀的交替控制回路,这些顺序阀在打开位置对液压缸进行再同步。

图11A和11B分别示出单托盘模式和双托盘模式中的多载荷处理机(MLH)附件。

图12A和12B分别示出在双托盘模式中MLH将货物移开和朝向彼此移动的操作。

图13示出可以被用来控制MLH的示例性液压控制回路。

具体实施方式

本公开描述了新型系统和方法,使工业设备(如升降车或升降车附件)上的液压致动器能够在致动器以液压方式被链接的第一配置和致动器不以液压方式被链接的第二配置之间交替进行。如在本说明书和权利要求书中所使用的,术语“液压致动器”是指具有第一和第二流体线路连接部的任何设备,其中跨过连接部的流体压力差被用来向致动器传递运动。液压致动器的示例包括,但不限于,液压缸和液压操作的马达。如在本说明书和权利要求书中所使用的,当提到用于控制一个或多个此类致动器的液压控制回路时,术语“输入端口”是指一对连接部,其能够在控制回路的操作中从外部来源(如升降车)接收加压的流体,从而对控制回路的至少一个输出端口加压,如后面定义的那样,同时使未加压的流体返回到外部来源,如升降车。同样,在说明书和权利要求书中使用的“输出端口”,当提到液压控制回路时,是指一对连接部,其能够在控制回路的操作中并且当两者都与前面定义的液压致动器相连时将由控制回路的输入端口加压的液体输送到液压致动器,同时使液体从液压致动器返回到控制回路。另外,如说明书和权利要求书中所使用的,术语“以液压方式被链接”、“以液压方式链接”和类似的术语,在提到两个或更多的液压致动器时,意味着第一致动器的排放侧处的流体压力与第二致动器的输入侧流体连通,即,以液压方式被链接的致动器被串联起来。此外,如本说明书和权利要求书中所使用的,相对于两个液压致动器使用的“不以液压方式被链接”、“不以液压方式链接”和类似术语意味着任何一个致动器的排放侧处的流体压力不与另一个致动器的输入侧相连。另外,如在本说明书中所使用的,术语“协调”当相对于两个或更多的液压致动器、液压缸、夹具等使用时,意味着这些元件的运动必须一起发生,而术语“不协调”意味着一个液压致动器、液压缸、夹具等的运动可以独立于其他此类元件发生。就本公开的目的而言,尽管说明书将特别提到液压缸,但本领域的普通技术人员将认识到,任何通过扩展、收缩、旋转或作为流体压力变化的结果而以其他方式移动来移动与其相连的装置的流体动力致动器,都可以用于所公开的系统和方法中。

如前所述,抓取和移动载荷的材料处理车辆通常在不同的操作模式之间交替进行。作为一个示例,纸卷夹具或纸箱夹具将使用液压致动器,不仅使夹具臂对载荷施加力,以便安全地抬起它,而且还将通过一起移动以最初接触载荷或分开移动以释放载荷来定位夹具臂。在这样的应用中,如果夹具臂以高速和低力定位,效率就会提高,但理想的是低速和高力,以避免在夹持载荷时损坏它。作为另一个示例,一些材料处理设备允许被抓取的载荷围绕轴线旋转,因此需要夹具旋转以首先与载荷对齐,然后在载荷被抓取后旋转。同样,为了有效地操作,可能理想的是在没有载荷被抓取时以高速、低扭矩旋转,而在载荷被抓取时以低速、高扭矩旋转,以避免损坏载荷或给车辆带来太大的惯性。作为又一个示例,侧移货叉通常必须独立移动,以提供货叉之间的理想间距,但在侧移被保持在货叉上的载荷时,也必须协同移动。

在这些说明性的示例中的每个中,由本申请公开的新型系统和方法有利地允许材料处理车辆、附件等在一操作模式中将致动器以液压方式链接,并在另一操作模式中脱离该液压链接。例如,参考前段所述的夹具附件,当协调两个夹具朝向或远离载荷的运动时,同时操作移动夹具的液压缸或其他致动器可以在高速操作下执行,但这种高速操作有在接触后损坏载荷的风险。这种风险可以通过串联操作液压缸来降低,但这将使夹具在抓取载荷时的效率降低,因为减少了用于产生夹持力的有效缸面积。因此,所公开的系统和方法的一个实施方式在夹具定位期间,即,在夹具向外移动诸如以释放载荷时,和/或在夹具向内朝向载荷移动以夹持该载荷时,将缸链接,直到接近夹具抓取载荷的时间,此时液压缸不再被链接,从而增加有效缸面积,并且可以更有效地调节夹持力控制。所公开的系统和方法的其他替代性实施方式可以例如在打开运动期间将移动夹具的缸以液压方式链接,并在闭合运动期间绕过液压链接。本领域的普通技术人员将认识到,在其他类型的材料处理应用中,例如,侧移式货叉附件、旋转器夹具等,也能获得类似的优势。

此外,这种好处优选地是在不使用分流器的情况下获得的。如前所述,接合并移动载荷的现有的材料处理设备通常被设计成使用分流器来协调夹具、货叉或其他此类部件的朝向和远离彼此的运动。每个这样的夹具、货叉等通常由相应的流体动力致动器(例如液压缸)驱动,而分流器被用来将加压的流量平均分配给移动相应的夹具的每个液压致动器。因此,分流器确保相对的夹具以协调的方式,在基本相同的压力下,朝向或远离彼此移动,但这样做抑制了夹具移动的速度,因为当夹具最初接触载荷时,低初始压力是理想的。然而,所公开的系统和方法可以被用来通过将移动夹具的流体动力致动器以液压方式链接来协调相对的夹具朝向和远离彼此的运动,而不使流体通过分流器。

图1示出示例性系统10,其包括液压控制回路12,该液压控制回路利用从例如升降车或其他具有泵或马达14和储液器16的工业设备提供的加压的流体来操作液压致动器20和22。优选的是,液压回路12包括具有连接部19a和19b的输入端口,从而允许通向升降车或其他工业设备的流体连接,以便流体可以在压力下被提供给输入连接部19a,19b中的一个,而减压的流体经由输入连接部19a,19b中的另一个返回升降车。本领域的普通技术人员将理解,在控制回路12的操作期间,每个连接部19a和19b将取决于流体流经回路的方向(例如,缸20,22是缩回还是伸出)而交替地接收加压的流体并排出未加压的流体。

液压回路12优选地包括具有连接部21a,21b的第一输出端口和具有连接部23a,23b的第二输出端口。每个输出端口选择性地可连接到相应的液压致动器,如缸20,22中的一个,以便致动器可以通过选择相应的输出端口的哪个连接部加压来沿理想的方向或其他模式驱动,同时允许由此从致动器被排出的流体从输出端口的另一个连接部返回回路12。例如,如图1所示,当连接部21a与缸20的杆部侧相连并且连接部21b与缸20的头部侧相连时,如果输出连接部21a被加压,则流体将流入到缸20的杆部侧中,该杆部侧然后缩回,导致流体从缸20的头部侧通过连接部21b被排回到回路12中。备选地,如果输出连接部21b被加压,则流体将流入到缸20的头部侧中,该头部侧将扩展并导致流体从缸20通过连接部21a流回到回路21中。

液压回路12优选地还包括选择器,如图1的顺序阀28,其决定第一输出端口21a,21b和第二输出端口23a,23b是否串联操作,本说明书后面将详细解释。本领域的普通技术人员将认识到,用作选择器的具体装置可能基于被回路控制的液压设备的类型而变化,但广义上讲,选择器是配置在液压回路12中的装置或装置排列,能够交替选择控制回路12是否将输出端口相互连接,从而使从一个液压致动器返回到控制回路12中的流体被用来对另一个液压致动器的端口的连接部加压。在一些实施方式中,如下文所述,选择器可以交替地选择所连接的液压致动器是否与控制回路12的输入端口串联连接,或所连接的液压致动器是否与控制回路12的输入端口并联连接。在其他实施方式中,选择器可以选择所连接的液压致动器是否与控制回路12的输入端口串联连接,或者选择一个液压致动器是否被控制回路的输入端口加压并朝向输入端口排出流体,而另一个液压致动器不被输入端口加压,也不朝向输入端口排出流体。无论这种变化如何,通过选择性地确定液压致动器是否串联链接,控制回路12可以被用在各种不同的以液压方式操作到装置中,如升降车附件,以更有效地操作。

例如,图1的实施方式示出回路12,其被用来向一对液压缸20和22提供加压的流体,该对液压缸是典型的纸箱夹具或卷筒夹具附件,其中缸20和22的杆的缩回使夹具合拢,而缸20和22的杆的伸出使夹具分开。缸20和22的打开和闭合运动可由方向控制阀18手动选择,该方向控制阀当从图1所示的中性位置向左移动时,将通过向控制回路12的端口19a提供加压的流体并使未加压的流体通过控制回路12的端口19b返回储罐16来使夹具朝向载荷闭合,而当从图1所示的中性位置向右移动时,将通过向控制回路12的端口19b提供加压的流体并使未加压的流体通过控制回路12的端口19a返回储罐16来使夹具远离载荷打开。通常情况下,泵或马达14、储液器或储罐16以及方向控制阀18各自位于升降车上,该升降车经由在升降车到桅杆上向附件伸出的流体线路向升降车附件供应加压的流体,该附件继而通常包括液压缸20和22以及与其相关的夹具和用于操作附件的控制回路12。

当升降车的操作者最初移动选择阀18以对控制回路12的端口19a加压时,加压的流体将流经先导操作的单向阀24,通过输出端口连接部21a并进入到主缸20的杆部侧中,该单向阀被用来维持主缸20中的载荷抓取力(压力),该杆部侧将相应地收缩以使其相关的夹具向内(例如,朝向载荷)移动。然后,流体将通过控制回路12的输出端口连接部21b从主缸20的头部侧被排出。由于流体顺序阀28(其作为先前描述的选择器的操作将在后面解释)阻止流体通过端口19b返回储罐16,因此从主缸20被排出的流体将流经先导操作的单向阀26,通过控制回路12的输出端口连接部23a,并进入到副缸22的杆部侧中,该杆部侧也将收缩以使其相关的夹具向内(例如,朝向载荷)移动。然后,流体从副缸22的头部侧被排出,进入到输出端口连接部23b中以经由控制回路12的端口19b返回储罐16。因此,当顺序阀28被保持在图1所示的闭合位置时,缸20和22被串联连接,当夹具在接触载荷之前朝向该载荷向内移动时,夹具的运动是协调的,不需要使用分流器,提供夹具速度的改善。

当夹具接触载荷时,与顺序阀28相连的线路30中的压力上升。当压力达到顺序阀28的阈值设定时,表明载荷正在被夹持,该阀打开以允许流体从主缸20的头部侧流入到未加压的储罐16中,因此防止流体流入到缸22的杆部侧中。随着载荷被主缸20进一步夹持,副缸22被锁定;流体无法进入副缸22的杆部侧以使杆缩回,因为先导阀26的端口3被减压并且端口1被加压,而同样地,副缸22无法伸出其杆,因为先导阀26阻止从缸22的杆部侧流出。因此,顺序阀28操作以在闭合运动期间,使主缸和副缸20,22的操作模式在第一操作模式和第二操作模式之间交替,在该第一操作模式中,主缸和副缸20,22在主缸的第一运动范围上以液压方式被链接,在该第二操作模式中,主缸和副缸20,22在主缸的第二运动范围上不以液压方式被链接。尽管图1示出顺序阀28是在载荷被夹持时通过压力上升来操作的,但本领域的普通技术人员会认识到,可以采用其他手段来致动顺序阀,或以其他方式将缸20和22从第一、以液压方式被链接的模式切换到第二、不以液压方式被链接的模式,如使用当夹持臂或缸扩展或缩回越过特定位置时被致动的阀,或使用传感器操作的电磁阀等。例如,以这种方式,在夹具到达接近载荷的位置但尚未接触该载荷时,主缸和副缸可以从以液压方式被链接切换。

当升降车的操作人员将选择阀18相对于图1所示的位置向右移动,以对控制回路12的端口19b加压时,加压的液体将流向副缸22的头部侧,以延长其杆。由于先导操作的单向阀24的端口3和先导操作的单向阀26的端口3分别与现在加压的线路32相连,该线路为副缸22供给,现在单向阀24和单向阀26都将打开,线路32中的压力加上顺序阀28的弹簧力将使顺序阀28闭合。因此,当副缸22伸出时,流体从其杆部侧被排出,并通过先导操作的单向阀26进入主缸20的头部侧,该头部侧与副缸22协同伸出,从而以协调的方式使夹具远离彼此移动。随着主缸20伸出,流体从其杆部侧被排出,并通过先导操作的单向阀24返回到储罐16。

以这种方式,液压控制回路12操作以在缸20和22以液压方式被链接的夹具打开运动和缸20和22在至少一部分闭合运动期间不以液压方式被链接的夹具闭合运动之间,使主缸和副缸20,22的操作模式交替。本领域的普通技术人员将认识到,备选实施方式可以包括液压控制回路,该液压控制回路使缸20和22在整个打开运动期间被链接,而在整个闭合运动期间不被链接。

图2总体上说明了压力和力是如何通过主缸和副缸20和22,以及它们相关的夹具传递的,因为如前所述的液压控制回路12的操作。优选地,主缸20的杆部侧面积A

从图2中可以确定,并假设副缸22的杆部侧面积A

F

因此

F

重新排列后得到

F

然而,当顺序阀28的激活使液压链接失效时,P

P

因此,当缸20和22不以液压方式被链接时,F

图3示出备选实施方式,其中图1的控制回路12可以用于控制通常在枢轴臂夹具中发现的液压致动器或缸27,29,其中缸27,29的伸展对载荷提供抓取力,缸27,29的缩回释放载荷。因此,与图1的实施方式不同,缸27,29与控制回路相连,这样,在夹具闭合期间,加压的流体被提供给主缸27的头部侧,并从缸27的杆部侧被排出,当以液压方式被链接时,从缸27的杆部侧被排出的流体被提供给缸29的头部侧,缸29的杆部侧与连接部23b相连,因此与19b相连。在这个实施方式中,缸29的头部侧面积优选地与缸27的杆部侧面积相等,以确保在以液压方式被链接时,缸27,29发生的运动相等。

参照图1和图3,如前所述,当顺序阀28打开从而绕过主缸和副缸20,22之间的液压链接来进一步夹持载荷时,在一些实施方式中,副缸22可以保持静止,而主缸20施加额外的夹持力。由于主缸和副缸的这种不同步行为,继续使用液压回路10可能会导致缸20,22中的一个在另一个缸之前达到其行程终点,这可能会抑制系统充分夹持载荷或将夹具收回到其完全缩回位置的能力。

因此,在一些实施方式中,液压回路10可以优选地包括可选的再同步阀25,该再同步阀允许油液在一个缸先于另一个缸达到其行程终点时绕过液压链接。当使缸20,22的杆缩回时,只要主缸20的杆部侧和副缸22的杆部侧之间的压力差超过由再同步阀25的弹簧设定来设定的阈值,再同步阀25就允许油从加压的线路30直接流向副缸22的杆部侧。例如,如果主缸20的活塞杆在压力被提供给夹持端口19a的同时完全缩回,则线路30中的压力将上升,直到再同步阀25打开以允许流体从加压的线路30直接流入到副缸22的杆部侧中,该杆部侧可以继续移动到完全缩回位置,从而使缸20,22重新同步。反之,如果副缸22比主缸20先到达行程终点,则线路30中的压力会增加,直到达到顺序阀28的压力设定,油被允许从主缸20的头部侧排出,直到两个缸完全同步。

再同步阀25的弹簧设定应足够高,以既确保顺序阀28在再同步阀25打开之前打开,又以其他方式防止阀25在缸20,22以液压方式被链接时,在夹持载荷之前朝向该载荷定位时打开。在这种情况下,由于主缸20的头部侧与副缸22的杆部侧相连,因此阀25的弹簧压力设定应被设定为高于在定位期间跨过主缸20的最高预期压降的值,该最高预期压降继而与阀回路10的最大预期定位速度有关。当主缸20和副缸22夹持在载荷上时,无论缸20和22是否以液压方式被链接,只要主缸不处于行程终点,两个缸的杆部侧的压力就将是相同的,因此满足上述条件的阀25的任何弹簧设定将始终保持阀闭合。在优选的实施方式中,再同步阀25的弹簧设定可以优选地被设定为比系统压力设定低约150psi。

本领域的普通技术人员将认识到,被配置为通过将两个缸的杆移动到完全缩回位置而使缸20和22重新同步的再同步阀25,可以替代地通过例如将再同步阀25的输入与线路32而不是线路30相连,并且将再同步阀25的输出与主缸20的头部侧而不是副缸22的杆部侧相连,来将两个缸的杆移动到完全伸出位置,而被配置为使缸20和22重新同步。

作为使用再同步阀25的替代方案,主缸和副缸20,22中的一个或两个可以被配置为选择性地作为通过允许油在缸达到行程结束位置时从缸的杆部侧流向头部侧或反之而允许再同步的阀来操作。以图4为例,主缸或副缸20或22中的任一或两个可以包括同步缸40,该同步缸具有缸壳42,该缸壳至少包围滑动缸杆44的一部分,该滑动缸杆被固定在滑动活塞46的螺纹孔48中。活塞46优选地包括耐磨带50和活塞密封圈52,以提供活塞在缸壳42内的密封、滑动运动。缸杆44可以限定导管,该导管用于使加压油在缸40的杆部侧区域(即,图2的区域A

参照图5A,当缸40从杆部侧被加压以便缩回杆,并且不处于行程终点位置时,加压的油从缸40的杆部侧区域、通过通道52的径向部分、然后是轴向部分流动,以将止回球58向内推并且允许油到达活塞46的内部空腔。但弹簧56将柱塞54推到固定器59的底座上,从而防止油流入到缸40的头部侧区域。然而,当缸40将活塞杆缩回足够的距离以达到杆的行程终点位置时,如图5B所示,柱塞54就接触缸盖57,该缸盖将弹簧56压缩在柱塞54的凸缘和未就位的止回球58之间,这样柱塞54就脱离了固定器59的底座,并且油被允许从缸40的杆部侧区域流向活塞46的内部,并流出到缸40的头部侧区域,最终经由端口55流向其他缸20或22(或储罐16),以允许重新同步。如图5C所示,当缸40从头部侧被加压时,在行程中间位置,加压的油将柱塞54推离固定器59的底座,并且允许油流入到活塞46的内部中,但柱塞54使弹簧56推动止回球58,以密封导管53,使油不得流向缸40的杆部侧区域。

图6示出备选的同步缸60,其能够在缸60的杆的完全缩回或完全伸出的行程终点位置处进行再同步。具体来说,缸60可以包括缸壳62,活塞66经由密封圈74和一个或多个耐磨带72可滑动和密封地固定在该缸壳内。通过例如热收缩连接来刚性地安装在活塞66的第一孔65内的,是与活塞66一起滑动的缸杆64的端部。活塞66还限定第二孔67,该第二孔容纳阀芯68,该阀芯的形状与第二孔67的形状基本一致,使得间隙被限定在阀芯68的外表面与第二孔67的内表面之间。第二孔67和阀芯68都具有中心区域,其直径/宽度分别大于第二孔67和阀芯68的相反周边区域,其中阀芯68的中心区域比第二孔67的中心区域的长度短,以及其中第二孔67和阀芯68共同成形,使得阀芯68的中心区域可以在第二孔67的中心区域内,在阀芯68的一个外围区域伸出到第二孔67的相关外围区域之外的第一极端与阀芯68的相反外围区域伸出到第二孔67的相关外围区域之外的第二极端之间来回滑动。在一些实施方式中,为了便于形成成形为紧密包围阀芯68的第二孔67,第二孔67的一端可以使用固定在活塞66内的带有热收缩连接部的固定塞70来形成,以便包围阀芯68的一个外围区域。

参照图7A,当缸60从杆部侧被加压时,阀芯68被推入第二孔67内,以允许油流过第二孔67和阀芯68的杆部侧之间的间隙,但油被阻止进入到缸60的头部侧中,因为阀芯68被推入到并关闭第二孔67的头部侧外围区域。然而,当缩回的杆达到图7B所示的行程结束位置时,缸盖76将阀芯67向内推,这样,加压的油可以进入第二孔67的头部侧外围区域,并经由端口78逃逸到其他缸50或52,或储罐16。

从图7C和7D可以看出,当缸60从头部侧被加压时,这种操作是相反的;在行程中部位置,阀芯68滑动,以便允许油从缸60的头部侧流入到阀芯68和第二孔67之间的区域中,但阻止油进入缸60的杆部侧区域。当伸出的杆64达到行程结束位置时,缸固定器80将阀芯67向内推,这样,加压的油可以进入第二孔67的杆部侧周边区域,并经由端口82逃逸到另一个缸50或52,或储罐16。

图1和图3所示的实施方式使用控制回路12,其旨在以第一模式和第二模式交替地操作液压致动器,在该第一模式中,液压致动器串联连接,以便以协调的方式移动,在该第二模式中,液压致动器的移动是不协调的,例如,一个液压致动器被锁定在原地,而另一个移动。图8示出用于旋转器双驱动马达的交替控制回路84,其中控制回路84包括能够交替地串联或并联驱动两个液压马达86a,86b的选择器88a,88b,在这两种情况下马达的运动是协调的。具体来说,控制回路84可以包括输入端口19a,19b,该输入端口选择性地可连接到例如升降车上的泵14和储液器16,该升降车既具有旨在如前所述交替地夹持和释放载荷的夹具选择阀18,也具有旋转器选择阀83,该旋转器选择阀被用来通过将阀移动到中心位置的左边或右边,使夹具围绕轴线沿理想的方向选择性地旋转,或通过将阀83移动到中心位置,固定夹具的角度定向。

控制回路84优选地具有带有连接部21a,21b的第一输出端口和带有连接部23a,23b的第二输出端口,每个输出端口选择性地可连接到液压马达86a,86b中的相应的液压马达。因此,当如图8所示连接时,马达86a可以通过对连接部21a加压并允许流体从马达通过连接部21b排回到控制回路84中而被沿一个方向驱动,也可以通过对连接部21b加压并允许流体从马达通过连接部21a排回到控制回路84中而被沿相反方向驱动。电机86b可以经由连接部23a和32b被类似地驱动。

控制回路84优选地具有选择器,在本示例中示出为包括第一和第二电磁阀88a,88b,并且被用来确定通过输入端口19a,19b接收的加压的流体是串联(例如,对于在没有载荷被抓取时使夹具高速旋转而言很有用)还是并联(例如,对于在载荷被抓取时使夹具以低速但高扭矩旋转而言很有用)驱动马达86a,86b。具体来说,当螺线管88a,88b各自处于未通电状态时,存在于任何一个输入端口连接部处的加压的流体将通过在输入连接部19a被加压时将来自泵14的加压的流体输送到连接部21a和23a,以及在输入连接部19b被加压时将来自泵14的加压的流体输送到连接部21b和23b来平行驱动马达86a,86b。在这两种情况下,通向马达86a和86b的每个非加压的输出端口独立地与储液器16相连,允许马达直接向储液器16排放流体。

然而,当两个螺线管都通电时,控制回路的输出端口到马达86b的连接部23b与控制回路的输出端口到马达86a的连接部21a相连,从而使马达86a,86b串联旋转。在这种配置中,当连接部19a被泵14加压时,加压的流体从连接部23a流出并进入到马达86b中,该马达将流体排回到连接部23b中并通过连接部21a到达马达86a。来自马达86a的液体通过连接部21b流回到控制回路84中,并从控制回路84通过输入连接部19b流向储罐16。反之,在两个螺线管都通电的情况下,对连接部19b加压保持电机86a,86b的串联连接,但使他们相对于连接部19a被加压时向另一个方向旋转。本领域的普通技术人员会认识到,虽然图8示出两个螺线管88a,88b作为使控制回路84在并联配置和串联配置之间交替的选择器,但其他实施方式可以使用不同的选择器,例如,基于检测到的夹持压力改变配置的先导控制的阀。

图9示出控制回路的另一个实施方式,该控制回路以在串联配置和平行配置中选择性地交替的配置来协调液压致动器。具体来说,液压控制回路被用来协调液压缸92、94的运动,例如,利用提供给液压控制回路的输入端口的连接部19a,19b的加压的流体,分别将夹具朝向和离开载荷移动。从图9可以看出,控制回路90包括图1和图3所示的控制回路12的所有元件,但还包括分流器96和插在输入端口的连接部19a到控制回路90之间的压力致动的阀98。

当向控制回路90的输入端口的连接部19b提供加压的流体时,控制回路90以与图1的控制回路12相同的方式操作;缸92和94被串联连接,以便使缸的杆以协调的方式伸出,其中流体从控制回路90流入到缸94的头部侧中,从缸94的杆部侧流回到控制回路90中,从控制回路90流入到缸92的头部侧中,并从缸92的杆部侧流出回到控制回路中,该控制回路继而将流体排放到储罐16中。然而,当加压的流体被提供给控制回路90的输入端口的连接部19a时,该加压的流体被分流器96以由压力致动的阀98的位置决定的方式分配。具体来说,分流器96将从连接部19a提供的流体分成朝向与缸92的杆部侧相连的连接部21a的第一路径或线路,以及朝向压力致动的阀98的第二路径或线路。压力致动的阀98被弹簧偏置到使被分流器96分割的流体重新组合的位置,从而使整个流体对端口21a加压,这再次使控制回路的行为与图1的控制回路12完全相同,即,缸92和94被串联连接,以便以协调的方式将夹具定位在朝向载荷的闭合运动中。当夹具接触载荷时,端口19a处的压力增加到使压力致动的阀98移动的水平,从而使流体从第二路径,如刚才所述,通过单向阀99,转移动到缸94的杆部侧,这样,在载荷被夹持时,通过控制回路90的输入端口连接部19a提供的压力平行操作缸92和94。

因为在相互串联以液压方式被链接时,缸92和94的协调操作需要缸92的头部侧面积与缸94的杆部侧面积相匹配,缸92的杆部侧面积一般会小于缸94的杆部侧面积。因此,为了均衡缸92和94所施加的力,并在缸92和94不以液压方式被链接和被平行控制时协调它们的运动,分流器96优选地将来自输入接口19a的流量不均匀地分割,其量与分别分割的流体流量所驱动的缸的杆部侧面积成比例。因此,在图9的说明性示例中,缸92的杆部侧面积为2.09in

与控制回路12相比,控制回路90的一个优点是,当用来操作载荷上的夹具时,控制回路90可以减少或可能消除对再同步阀25的需要,或在液压缸中使用如图4和6所示的阀。由于缸92和94在夹具的定位期间和载荷被夹持时是协同运动的,因此每个缸90和92在另一个缸之前达到行程终点的可能性要小很多。

图10示出控制回路100,其是图3中所示的备选实施方式。控制回路100可以可选地包括双向溢流阀102以在27和29的关闭和打开期间限制压力,以防止自身或周围物体的结构损坏。此外,在图3的控制回路中,有一种可能性,即,先导操作的单向阀26在单向阀24之前打开,导致阀24的端口1上的压力加强,这可能超过打开阀24的可用的先导压力。为了解决这种可能性,控制回路100用平衡阀104取代了图3中所示的先导操作的单向阀24。在闭合操作期间,通过端口19a的压力使流体经由单向阀105绕过平衡阀104,然后对缸27的杆部侧加压。在闭合操作期间,通过端口19b的压力打开先导操作的控制阀26,同时也打开平衡阀104,从而允许流体通过端口19a排出。

图10还示出溢流阀106a和溢流阀106b,它们共同允许缸27和29的重新同步。具体来说,在打开操作期间,如果缸29在缸27之前达到其行程终点,则溢流阀106a将打开并允许流体进入缸27的活塞侧。相反,如果缸27在缸29之前达到其行程终点,则溢流阀106b将打开并允许流体从缸29的杆部侧排出。

参照图11A和11B,多货叉处理机(MLH)是一种升降车附件,其包括可相对于彼此横向滑动的四个货叉,以允许升降车交替地接合一个或两个置于托盘上的载荷。在图11A所示的第一配置中,四个货叉可以分成两对相邻的货叉,这样每对货叉可以滑入到单一托盘的相应的孔中。在图11B所示的第二配置中,将货叉布置成两对间隔开的货叉,其中每对布置成接合和移动相应的托盘。

因此,MLH具有两个不同的操作来横向定位货叉。第一操作是将货叉定位在“单”和“双”托盘模式之间,如图11A和11B所示。该操作只需要很少的致动力,优选地是在两个不同的货叉对之间的准确同步的情况下高速发生。发生在“双”模式中的第二操作将每组货叉横向相对于彼此定位,如图12A和12B所示。这通常被称为闭合时的“咬住(snapping)”和打开时的“展开(spreading)”。该操作需要高致动力和低速,同样优选地是左手和右手货叉组之间的精确同步。

因为操作的MLH模式在以高速和低力为特征的第一模式和以低速和高力为特征的第二模式之间操作,所以理想的是采用混合夹持力控制回路,如前所述。在之前描述的系统中,高力操作发生在围绕单一载荷的夹持中,因此在夹持期间,液压缸之间的运动的同步是通过将力通过载荷传递来发生,然而,与之前描述的系统不同的是,在MLH附件中,每个缸在移动独立的载荷,因此控制回路也必须提供缸之间的同步。当使用不同孔径的缸时尤其如此,因为相同的压力会在缸中产生不同的力,导致不同的运动速度。

图13示出控制回路110,其从入口端口114a,114b接收和排放流体,并通过第一输出端口116a,116b和第二输出端口118a,118b接收和排放流体。图13示出与小孔径缸120相连的第一输出端口116a、116b以及与大孔径缸122相连的第二输出端口118a、118b,但本领域的普通技术人员会理解这种配置可以反过来。

在MLH附件的高速、低力操作期间,如当货叉被定位在双托盘和单托盘模式之间时,缸可以在闭合运动或打开运动中被操作。在打开运动中,选择阀112可以被移动以对连接部114a加压,该连接部向分流器124提供流体。分流器的一侧直接与为小孔径缸120的杆部侧供应的连接部116a相连,而分流器的另一侧与先导操作的方向控制阀126相连,该方向控制阀具有弹簧偏置,该弹簧偏置在低力操作中将该方向控制阀设定为默认位置,也向小孔径缸120的杆部侧的连接部116a供应流体,即,在低力操作中,分流器中的所有流体从连接部116a退出到缸120的杆部侧,该杆部侧缩回以将流体通过连接部116b排回到控制回路110中。加压的流体打开先导操作的控制阀132,使加压的流体再次从控制回路流出到大孔径缸122的杆部侧,该杆部侧收缩以将流体通过连接部118b排入到控制回路中,然后通过入口连接部114a排出控制回路110。以这种方式,在高速低力操作期间,缸120和122被链接,从而使一个缸的输出为另一个缸的输入提供流体。

然而,在高力、低速操作的闭合运动期间,如当装载的托盘朝向彼此咬住时,这种链接被破坏,控制回路以非链接模式操作。具体来说,当选择阀112再次被设定为对连接部114a加压,但装载的托盘被缸120、122移动时,顺序阀134打开,从而对通向先导操作的方向控制阀126的端口1的先导线加压。因此,阀126移动到一个位置,在该位置,通过分流器124的一部分流量,不是被引向输出端口116a,而是被引向输出端口118a,这样,每个缸120,122被独立地驱动。同时,通向顺序阀136的端口1的先导线也通过阀134的致动而加压,这允许流体从缸120排出,进入连接部116b并流出连接部114b。在一些实施方式中,顺序阀114的设定可以是大约2000psi。

分流器124以相当于缸120和122之间的尺寸差的比例来分流和重新组合流量。例如,孔尺寸为40mm、杆尺寸为25mm的主(小)致动器的杆部侧工作面积为766mm^2,相应的副(大)致动器的孔尺寸为50mm,杆尺寸为30mm,杆部侧工作面积为1257mm^2。因此,分流器应当优选地将38%的流量分给主(小)致动器,将62%的流量分给副(大)致动器,以实现根据以下公式的同步的运动:

如前所述,鉴于每个缸都在移动独立的载荷,并且鉴于缸120和122具有不同的孔尺寸,控制回路110优选地包括同步机构,该同步机构确保缸120和122以相同的速度移动。因此,控制回路110优选地包括定位在方向控制阀126和输出端口118a之间的增压器溢流阀130。增压器溢流阀130提供了由于流体对阀130的弹簧做功而产生的压降,其中弹簧的阻力被设定为使大孔径缸施加的力与小孔径缸相同。以这种方式,两个缸120和122以相同的速度移动。例如,假设缸120的孔径为40mm,带有25mm的杆,缸122的孔径为50mm,带有30mm的杆,两个托盘上承载的载荷相等,则在小缸上需要2200psi的载荷只需要1400psi就可以达到相等的力。因此,阀130将被设定为800psi,以补偿差异,从而使分流器更精确地操作。在一些实施方式中,增压器溢流阀可以有可变的设定,以适应不同的载荷、不同的缸和/或不同的配置。优选的是,阀130的弹簧力被设定得足够低,以便每当系统切换到非链接模式时,阀130将逆着弹簧打开,即,顺序阀134的弹簧阻力高于增压器溢流阀130,这样,在端口114a处的大到足以致动阀126的任何压力将大到足以致动阀130。

在打开运动期间,选择阀可以对连接部114b加压,将所有加压的流体提供给端口118b,该端口在链接模式中操作控制回路。由于端口114b被加压,通向先导操作的控制阀132的端口3的先导线使其各自打开,这样,来自缸122的流体可以流入到缸120中,而来自缸120的流体可以通过分流器124流回端口114a。

在一些实施方式中,控制回路110可以包括横跨分流器124的输出的交叉溢流阀128。当处于链接模式时,交叉溢流阀对控制回路110没有影响,但当处于非链接模式时,交叉溢流阀将在压力差超过阀124的设定时打开。这将允许流量绕过分流器,并在货叉处于完全闭合位置时重新同步。

在一些实施方式中,控制回路110可以包括先导泄压孔道138,其可以排出回路的先导部分中的任何被困压力,以及使顺序阀136和方向控制阀126的先导端口之间的压力正常化,以保持两者的正常状态。当进口压力超过顺序阀134的设定时,该阀将打开并允许流量/压力导向顺序阀136和方向控制阀126。孔道的大小使其不能以比顺序阀134所能提供的更快的速度排出压力。

可以理解的是,本发明并不局限于已经描述的特定实施方式,而且可以在不偏离所附权利要求书中定义的本发明范围的情况下对其进行变化,根据现行法律原则进行解释,包括等同原则或将权利要求的可执行范围扩大到其字面范围之外的任何其他原则。除非上下文另有说明,在权利要求中提到元件的实例数,无论是提到一个实例还是一个以上的实例,都要求该元件至少有所述的实例数,但并不意味着将该元件的实例数多于所述的结构或方法排除在权利要求的范围之外。当在权利要求中使用“包括(comprise)”一词或其派生词时,是在非排他性的意义上使用的,其目的不是为了排除所要求的结构或方法中存在的其他元件或步骤。

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06120115628542