用於減小能量消耗的電磁閥的製作方法

2023-12-01 07:12:31 1

專利名稱：用於減小能量消耗的電磁閥的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種控制閥，尤其是涉及一種能夠減小能量消耗的控制閥。
背景技術：
如本領域公知，控制閥通常用於控制和供給通向工作設備的工作流體，例如空氣。通常，這些控制閥採用布置在閥殼體內的活動閥芯。該閥殼體包括多個流體通道，這些流體通道根據閥芯的運動而可選擇地互連，以便控制流體的流動，從而控制該控制閥的輸出。
普通控制閥通常採用安裝在它上面的電磁閥，用於驅動閥芯。該電磁閥通過電輸入信號而在第一位置和第二位置之間進行控制運動，在該第一位置，電磁閥斷電，以便關閉在輸入先導壓力和輸出控制壓力之間的流體通道，並向大氣打開出口；而在該第二位置，螺線管通過電輸入而通電，以便打開在輸入先導壓力和輸出控制壓力之間的通道，並堵塞從出口通向排氣口的流體通道。
本領域技術人員應當知道，為了施加恆定的控制壓力，電控信號必須持續激勵電磁閥。也就是，對於普通控制閥，為了使閥芯保持在預定位置，必須在該閥芯的一側保持恆定控制壓力。因此，為了在該閥芯上保持該恆定壓力，需要使電磁閥保持在打開的激勵狀態。而且，需要利用全線路(full line)流體壓力，以便使工作設備移動和保持在預定位置。因此，應當知道，與在降低線路壓力下操作設備的情況相比，在全線路壓力下操作設備需要更多能量來驅動壓縮機。
因此，在相關技術中需要提供一種控制閥，該控制閥能夠產生用於普通工作設備的工作流體輸出，該控制閥能夠使驅動過程中的能量消耗減至最小。而且，在相關技術中需要提供一種控制閥，該控制閥在小於全線路壓力的壓力下保持控制元件的位置。還有，在相關技術中需要克服現有技術的缺點。
發明簡介本發明提供了一種具有優選結構的控制閥系統。該控制閥系統包括一種滑動閥，該滑動閥可位於第一位置、第二位置和第三位置，在該第一位置，在進口和第一輸出口之間形成流體連通；在該第二位置，在進口和第二輸出口之間形成流體連通；而在該第三位置，防止在進口和第一或第二輸出口之間流體連通。電磁閥組件連接成與進口流體連通，並可位於驅動位置和未驅動位置，在該驅動位置，電磁閥組件與進口形成流體連通，以便使閥從第一位置運動至第二位置。活塞根據在第一輸出口中的流體壓力而與閥選擇嚙合，以便使閥定位在第三位置。
通過下面的詳細說明將更清楚本發明的其它用途。應當知道，詳細說明和特定實例以及本發明的優選實施例都只是用於說明目的，而不是限制本發明的範圍。
附圖的簡要說明通過下面的詳細說明和附圖，能夠更充分地了解本發明，附圖中

圖1是本發明第一實施例的控制閥系統的剖視圖，表示了電磁閥組件通電時的正常工作模式；圖2是表示圖1的控制閥系統在電磁閥組件斷電時的剖視圖；圖3是表示圖1的控制閥系統的剖視圖，該控制閥系統保持在預定位置，同時電磁閥組件保持斷電，且閥芯處於平衡位置；圖4是表示本發明第一實施例的控制閥系統的迴路圖；圖5是本發明第二實施例的控制閥系統的剖視圖，表示處於當第一和第二電磁閥組件斷電且活塞靜止時的初始位置；圖6是表示圖5的控制閥系統的剖視圖，其中，第一電磁閥組件通電，而第二電磁閥組件斷電；圖7是表示圖5的控制閥系統的剖視圖，其中，第一和第二電磁閥組件斷電，活塞繼續伸出；圖8是表示圖5的控制閥系統的剖視圖，其中，第一電磁閥組件斷電，第二電磁閥組件通電；圖9是表示圖5的控制閥系統的剖視圖，其中，第一和第二電磁閥組件斷電，活塞繼續退回；圖10是表示圖5的控制閥系統的剖視圖，其中，第一和第二電磁閥組件斷電，活塞靜止；圖11是表示本發明第二實施例的控制閥系統的迴路圖；圖12是本發明第三實施例的控制閥系統的迴路圖，表示了當電磁閥組件斷電且活塞靜止時的初始位置；圖13是表示布置在閥殼體外部的反饋通道的示意圖；圖14是表示布置在閥殼體內部的反饋通道的示意圖；圖15是本發明第四實施例的控制閥系統的剖視圖，表示了當電磁閥組件通電時的正常工作模式；圖16是表示圖15的控制閥系統的剖視圖，其中，該電磁閥組件斷電；圖17是表示圖15的控制閥系統的剖視圖，該控制閥系統保持在預定位置，同時電磁閥組件保持斷電，且閥芯處於平衡位置；圖18是圖15的控制閥系統的剖視圖，它有反轉的端帽，處於當電磁閥組件通電時的正常工作模式；圖19是圖15的控制閥系統的剖視圖，它要反轉的端帽，其中，電磁閥組件斷電；圖20是圖15的控制閥系統的變化形式的剖視圖，表示了當電磁閥組件通電時的正常工作模式；圖21是表示圖20的控制閥系統的剖視圖，其中，電磁閥組件斷電；圖22是圖20的控制閥系統的剖視圖，該控制閥系統保持在預定位置，同時電磁閥組件保持斷電，且閥芯處於平衡位置。
優選實施例的詳細說明下面對優選實施例的詳細說明僅僅是舉例說明，決不是用於限制本發明、本發明的用途或使用。例如，本發明的原理同樣可用於各種閥系統，例如滑閥、提升閥(即彈性、金屬、陶瓷等)、截留按壓件以及反饋控制。
下面參考圖1-4，在這些附圖中，相同的參考標號表示相同或相應的部件，圖中表示了總體表示為參考標號10控制閥系統。控制閥系統10在圖1-3中表示為流體控制閥，而在圖4中表示為流體迴路。
特別參考圖1-3，控制閥系統10包括主閥組件12和電磁閥組件14。主閥組件12位於電磁閥組件14附近，並可操作地與該電磁閥組件14連接。主閥組件12包括流體進口通路16、第一排氣通道18、第二排氣通道20和閥孔22。閥部件或閥芯24布置在閥孔22中。閥芯24通常由彈簧26偏壓至支承位置，在該支承位置處，閥芯24的表面部分28與布置在閥孔22中的第一止動器30接觸，以便使流體從活塞組件34的後側腔室32由第二排氣通道20排出。如下面所述，閥芯24還可位於非支承位置，在該非支承位置，閥芯24的表面部分28與閥孔22的第一止動器30間開，且布置在閥芯24的相對側的凸肩部分36與布置在閥孔22中的第二止動器38接觸，以便使流體從活塞組件34的前側腔室40通過第一排氣通道18排出。
應當知道，彈簧26可以省略。這時，閥芯24可以根據施加在閥芯24的相對表面上的不同流體壓力而驅動。應當知道，這些表面可以包括不同大小的表面面積(即不同面積比)，這可以很容易改變控制閥系統10，以便產生很寬範圍的不同輸出壓力。
控制閥系統10還包括多個流體通道、這些流體通道使流體進口通道16、第一排氣通道18和第二排氣通道20相互連接。流體通道42在流體進口通道16和通向電磁閥組件14的進口之間延伸。流體通道42用作向電磁閥組件14提供先導壓力的引導通道。流體通道44在電磁閥組件14的出口和換向閥46之間延伸。
換向閥46通常包括換向(shuttle)球48，該換向球48活動布置在換向室50內。如下面所述，換向閥46根據流體壓力而運動，以便逆著流體流而流體堵塞該換向閥46的相對端。換向閥46通過流體通道54與閥腔52流體連接。閥腔52鄰近閥芯24的表面部分28，並布置在閥孔22內，這樣，在閥腔52內的流體壓力作用在表面部分28上，以便使閥芯24逆著彈簧26的偏壓力而運動。
不過，如圖12-14所示，換向球48可以省略，以便提供更簡化的設計。特別是，流體通道100在前側腔室40和螺線管58之間延伸。當螺線管58處於圖12所示位置時，流體通道100允許先導流體從閥腔52通向或排出到前側腔室40。不過，應當知道，流體通道100可以在主閥組件12的外部(見圖13)或內部(圖14)延伸。
控制閥系統10還包括在換向閥46和第一排氣通道18之間延伸的反饋通道56。因此，換向閥46的換向球48可在換向室50中運動至第一位置和第二位置，在該第一位置，換向球48防止流體流過反饋通道56，而在該第二位置，換向球48防止流體通過流體通道44回流。
圖1表示了處於正常工作模式時的控制閥系統10，其中，來自流體進口通道16的壓力流體引入活塞組件34的後側腔室32，以便向外驅動活塞62(向圖中右側)。特別是，流體壓力從流體進口通道16進入流體通道42。參考圖4，通電的電磁閥組件14將在流體通道42和流體通道44之間形成流體連通。也就是，電磁閥組件14的螺線管58通電，從而使螺線管線圈59克服螺線管彈簧60的偏壓力而向圖4中的右側運動。然後，壓力流體從流體通道44引入換向閥46，從而使換向球48逆著反饋通道56運動。然後，在換向閥46內的壓力流體引入閥腔52。在閥腔52內的流體壓力作用在閥芯24的表面部分28上。當閥腔52內的流體壓力大於彈簧26的偏壓力時，閥芯24向右運動，直到閥芯24的凸肩部分36抵靠第二止動器38。閥芯24的該運動使得流體能夠從流體進口通道16流入閥組件34的後側腔室32中，從而使活塞62向外伸出(向圖1-4中的右側)。因此，當控制閥系統10處於圖1中所示的位置時，流體進口通道16、活塞組件34的後側腔室32、流體通道42、換向閥46和閥腔52都處於相同的流體壓力，即等於流體進口通道16的流體壓力。
下面參考圖2，電磁閥組件14斷電，因此，將防止來自流體通道42的引導流體進入換向閥46，因此防止該引導流體進入閥腔52。因此，作用在閥芯24的凸肩部分36上的彈簧偏壓力26將閥芯24向左偏壓，直到表面部分28基本與第一止動器30接觸。閥芯24的該向左運動使得流體進口通道16和活塞組件34的前側腔室40之間流體連通，從而使活塞62退回。
如圖2所示，反饋通道56與活塞組件34的前側腔室40流體連通，因此處於相同的流體壓力。壓力流體從流體進口通道16引入前側腔室40和反饋通道56將迫使換向閥46的換向球48向左運動，因為這時流體進口通道16的流體壓力大於閥腔52中的流體壓力。換向球48和換向閥46的向左運動再使得流體從活塞組件34的前側腔室40流入閥腔52，從而再次增加閥腔52內的流體壓力。這時，流體從活塞組件34的後側腔室32通過第二排氣通道20排出。
正如圖3所示，流體將繼續從流體進口通道16流入活塞組件34的前側腔室40和閥腔52，直到閥腔52內的壓力等於彈簧26的偏壓力。當閥腔52內的流體壓力等於彈簧26的偏壓力，閥芯24到達中間平衡位置，其中，將防止流體從流體進口通道16流入任何其餘流體通道。不過，本領域技術人員應當知道，能減小活塞組件34的前側腔室40中的流體壓力的任何流體洩漏或其它異常情況都將使閥腔52內的流體壓力同時減小。在閥腔52中的流體壓力減小能夠使通過彈簧26使閥芯24向左運動，從而再次使流體進口通道16和活塞組件34的前側腔室之間流體連通。如上所述，該流體連通持續進行，直到前側腔室40、反饋通道56和閥腔52中的流體壓力等於彈簧26的偏壓力。因此，應當知道，反饋通道56提供了一種能夠通過選擇彈簧26的合適偏壓力而簡單自動保持活塞組件34的前側腔室40中的流體壓力的方法。要保持的優選流體壓力與彈簧26的力成正比，因此，可以選擇彈簧26以便確定平衡流體壓力。
而且，應當知道，本發明的流體調節特性並不需要提供全線路壓力，否則將消耗過大電能。也就是，作為非限定實施例，普通雙作用缸通常這樣操作，即它們只能通過全線路壓力才能返回它們的初始位置。在返回衝程中利用全線路壓力將使得消耗的壓縮空氣的量等於在做功衝程過程中的消耗量。在返回衝程中消耗壓縮空氣並不必須。根據本發明的原理，在一個出口中的低壓足以用於快速返回衝程，這減小了壓縮空氣的消耗量，從而降低了做功元件消耗的能量。此外，由於施加低壓，在缸和/或接頭中發生洩漏的可能性減小。這些優點通過使閥芯作為壓力調節器工作而實現。
下面參考圖5-11，在這些附圖和第一實施例的附圖中，相同的參考標號表示相同或相應的部件，圖中表示了本發明第二實施例的控制閥系統10′。控制閥系統10在圖5-10中表示為流體控制閥，在圖11中表示為示意流體迴路圖。
下面參考圖5，控制閥系統10′包括第二電磁閥組件70，該第二電磁閥組件70安裝在主閥組件12′上。主閥組件12 ′位於第一電磁閥組件14和第二電磁閥組件70附近，並可操作地與該第一電磁閥組件14和第二電磁閥組件70連接。主閥組件12′包括流體進口通路16、第一排氣通道18、第二排氣通道20和閥孔22。閥芯24布置在閥孔22中。閥芯24通常由彈簧26偏壓至支承位置，在該支承位置處，閥芯24的表面部分28與布置在閥孔22中的第一止動器30接觸，以便使流體從活塞組件34的後側腔室32由第二排氣通道20排出。如上所述，閥芯24可位於非支承位置，在該非支承位置，閥芯24的表面部分28與閥孔22的第一止動器30間開，且凸肩部分36與布置在閥孔22中的第二止動器38接觸，以便使流體從活塞組件34的前側腔室40通過第一排氣通道18排出。
控制閥系統10′還包括多個流體通道，這些流體通道使流體進口通道16、第一排氣通道18和第二排氣通道20相互連接。流體通道42在流體進口通道16和通向電磁閥組件14的進口之間延伸。流體通道42用作向電磁閥組件14提供先導壓力的引導通道。流體通道44在電磁閥組件14的出口和換向閥46之間延伸。換向閥46通常包括換向球48，該換向球48活動布置在換向室50內。如下面所述，換向閥46根據流體壓力而運動，以便逆著流體流而流體堵塞該換向閥46的相對端。換向閥46通過流體通道54與閥腔52流體連接。閥腔52鄰近閥芯24的表面部分28，並布置在閥孔22內，這樣，在閥腔52內的流體壓力作用在表面部分28上，以便使閥芯24逆著彈簧26的偏壓力而運動。
控制閥系統10′還包括在活塞組件34的後側腔室32和第二電磁閥組件70的進口之間延伸的第一反饋通道72。節流閥74布置在流體通道70中，以便限制流過第一反饋通道72的流體流量。流體通道76在第二電磁閥組件70和第二換向閥78之間延伸。流體通道76還與節流閥74下遊的第一反饋通道78流體連通。
第二換向閥78通常包括換向球80，該換向球80活動布置在換向室82內。如下面所述，第二換向閥78根據流體壓力而運動，以便逆著流體流而流體堵塞該第二換向閥78的相對端。第二換向閥78通過流體通道84與活塞組件34的前側腔室40流體連接。而且，第二反饋通道86在第二換向閥78和第一換向閥46之間延伸。因此，第一換向閥46的換向球48可在換向室50中運動至第一位置和第二位置，在該第一位置，換向球48防止流體從第一換向閥46流向第二換向閥78，並允許流體流入閥腔52，而在該第二位置，換向球48防止流體通過流體通道44回流，並允許流體從第二反饋通道86流向閥腔52。而且，第二換向閥78的換向球80可在換向室82內運動至第一位置和第二位置，在該第一位置，換向球80防止流體從流體通道76流向流體通道84，而在該第二位置，換向球80防止流體從第二反饋通道86回流至流體通道76。不過，應當知道，第二換向閥78的換向球80不能堵塞第二反饋通道86，因此，第二反饋通道86總是與流體通道76或流體通道84流體連通。
圖5表示了處於初始平衡位置的控制閥系統10′。圖6則表示了第一電磁閥組件14通電時的情況。
圖6表示了處於正常工作模式時的控制閥系統10′，其中，來自流體進口通道16的壓力流體引入活塞組件34的後側腔室32，以便向外驅動活塞62(向圖中右側)。特別是，流體壓力從流體進口通道16進入流體通道42。第一電磁閥組件14通電，從而在流體通道42和流體通道44之間形成流體連通。然後，壓力流體從流體通道44引入換向閥46，從而使換向球48逆著第二反饋通道86運動。然後，在換向閥46內的壓力流體引入閥腔52。在閥腔52內的流體壓力作用在閥芯24的表面部分28上。當閥腔52內的流體壓力大於彈簧26的偏壓力時，閥芯24向右運動，直到閥芯24的凸肩部分36抵靠第二止動器38。閥芯24的該運動使得流體能夠從流體進口通道16流入閥組件34的後側腔室32中，從而使活塞62向外伸出(向圖5-11中的右側)。因此，在後側腔室32以及第一反饋通道72、第二電磁閥組件70和第二換向閥78之間形成流體連通。由於在第二換向閥78中的壓力差，換向球80將移動成關閉流體通道84和打開第二反饋通道86。因此，當控制閥系統10′處於圖6中所示的位置時，流體進口通道16、活塞組件34的後側腔室32、流體通道42、第一換向閥46和閥腔52都處於相同的流體壓力，即等於流體進口通道16的流體壓力。
下面參考圖7，第一電磁閥組件14和第二電磁閥組件70斷電，因此，將防止來自流體通道42的引導流體進入換向閥46，因此防止該引導流體進入閥腔52。因此，作用在閥芯24的凸肩部分36上的彈簧偏壓力26將閥芯24向左偏壓，直到表面部分28基本與第一止動器30接觸。閥芯24的向左運動使得流體進口通道16和活塞組件34的前側腔室40之間流體連通，從而使活塞62退回。
如圖8所示，當第二電磁閥組件70通電時，使得流體通道76和排氣通道88流體連通。因此，流體壓力在閥腔52，第一換向閥46，第二反饋通道86，第二換向閥78，以及在節流閥74下流的至少一部分第一反饋通道72減弱。流體壓力在閥腔52中的減小使得閥芯24在彈簧26的偏壓力作用下向左移動，如圖9所示。因此，在流體進口通道16和活塞腔組件32的前側腔室40之間形成流體流動使活塞62回撤。
最好如圖10所示，第一通道84、第二換向閥78、第二反饋通道86以及第一換向閥46在活塞組件34的前側腔室40和閥腔52之間形成流體連通，因此這時處於相同流體壓力。如第一實施例所示，這些通道用於使前側腔室40中的流體壓力保持為與彈簧26成正比的壓力，並能夠利用小於全線路壓力的壓力來克服壓力洩漏等，從而降低能量消耗量。
下面參考圖15-19，在這些附圖和前述實施例的附圖中，相同的參考標號表示相同或相應的部件，圖中表示了本發明第四實施例的控制閥系統10″。
特別參考圖15-17，控制閥系統10″包括主閥組件12″和電磁閥組件14。主閥組件12″位於電磁閥組件14附近，並可操作地與該電磁閥組件14連接。主閥組件12″包括流體進口通路16、第一排氣通道18、第二排氣通道20和閥孔22″。閥部件或閥芯24″布置在閥孔22″中。閥芯24″通常由彈簧26以及作用在端表面36″上的流體壓力而偏壓至左側位置，以便使流體從活塞組件34的後側腔室32(圖1-14中)由第二排氣通道20排出(圖16)。如下面所述，閥芯24″還可位於右側位置，以便使流體從活塞組件34的前側腔室40通過第一排氣通道18排出(圖15)。
控制閥系統10″的閥芯24″還包括安裝在閥芯24″上或與該閥芯24″形成一體的放大表面部分28″。放大端表面28″布置在閥孔22″的放大閥孔部分200內。放大表面部分28″包括密封件202，該密封件202布置在放大表面部分28″以及放大閥孔部分200的側壁之間，以便在放大閥孔部分200的第一腔室(圖15)和放大閥孔部分200的第二腔室206(圖16)之間形成密封嚙合。第二腔室206可通過通風口207而通風。如圖所示，放大表面部分28″的直徑大於閥芯24″。與上述實施例相比，這樣的結構使得來自電磁閥組件14的更小先導壓力能夠驅動閥芯24″以克服彈簧26的偏壓力以及作用在端表面36＂上的流體壓力。不過，應當知道，在控制閥系統10″的物理界限內，放大表面部分28″可以為有助於特定用途的任意尺寸。
控制閥系統10″還包括活塞208，該活塞208可運動地布置在活塞缸筒210內。活塞208包括密封件212，該密封件212布置在活塞208和活塞缸筒210之間，以便在活塞缸筒210的第一腔室214(圖15)和活塞缸筒210的第二腔室216(圖17)之間形成密封嚙合。杆218通過孔219從活塞208垂直伸入放大閥孔部分200中。杆218的尺寸設置為與閥芯24″的放大表面部分28″選擇嚙合，如後面所述。優選是，活塞208的直徑大於閥芯24″。孔219的尺寸為使第一腔室214和第一腔室204能夠彼此流體連通。
控制閥系統10″還包括多個流體通道，這些流體通道使流體進口通道16、第一排氣通道18、第二排氣通道20、閥芯24″以及活塞208相互操作連接。流體通道42″在流體進口通道16和通向電磁閥組件14的進口之間延伸。流體通道42″用作向電磁閥組件14提供先導壓力的引導通道。流體通道42″還沿相反方向伸向由閥芯24″、閥孔22″的端表面36″以及端帽222確定的流體腔室220。流體通道44″在電磁閥組件14的出口和放大閥孔部分200的第一腔室204之間延伸。
控制閥系統10″還包括在前側腔室40和活塞缸筒210的第二腔室216之間延伸的反饋通道224。因此，反饋通道224用於提供從前側腔室40作用在活塞208上的流體壓力，以便向右驅動活塞208。如圖15-19所示，反饋通道224穿過端帽226延伸。該結構的意義將在下面介紹。
圖15表示了處於正常工作模式時的控制閥系統10″，其中，來自流體進口通道16的壓力流體引入活塞組件34的後側腔室32，以便向外驅動活塞62(向圖中右側)。特別是，流體壓力從流體進口通道16進入流體通道42。如圖15所示，電磁閥組件14通電，從而在流體通道42″和流體通道44″之間形成流體連通。然後，壓力流體從流體通道44″引入放大閥孔部分200的第一腔室204。在放大閥孔部分200的第一腔室內的流體壓力內的流體壓力作用在閥芯24″的放大表面部分28″上。同時，壓力流體從流體通道42″引入流體腔室220中，並作用在閥芯24″的端表面36″上。當由放大閥孔部分200的第一腔室204中的流體壓力施加在放大表面部分28″上的力大於彈簧26的偏壓力和施加在閥芯24″的端表面36″上的力的總和時，閥芯24″向右運動，直到放大表面部分28″與凸肩部分228嚙合。閥芯24″的該運動使得流體能夠從流體進口通道16流入閥組件34的後側腔室32中，從而使活塞62向外伸出(向圖1-4中的右側)。因此，當控制閥系統10″處於圖15中所示的位置時，流體進口通道16、活塞組件34的後側腔室32、流體通道42″、流體腔室220以及放大閥孔部分200的第一腔室204都處於相同的流體壓力，即等於流體進口通道16的流體壓力。
下面參考圖16，電磁閥組件14斷電，因此，將防止來自流體通道42″的引導流體進入放大閥孔部分200的第一腔室204。因此，第一腔室204、第二腔室206和第一腔室214通向大氣。因此，彈簧26的偏壓力以及在腔室220中作用在閥芯24″的端表面36″的流體壓力的總和將閥芯24″向左偏壓，直到放大表面部分28″基本與杆218接觸。閥芯24″的該向左運動使得流體進口通道16和活塞組件34的前側腔室40之間流體連通，從而使活塞62退回。
如圖16所示，反饋通道224與活塞組件34的前側腔室40流體連通，因此流體壓力與流體進口通道16相同。壓力流體從流體進口通道16引入前側腔室40和反饋通道224將進入活塞缸筒210的第二腔室216，並迫使活塞208向右運動。由於杆218和閥芯24″的放大表面部分28″之間的物理接觸，活塞208的任何向右運動都使得閥芯24″相應向右運動。
當閥芯24″向右運動時的壓力除了取決於彈簧26的偏壓力外，還取決於活塞208和閥芯24″的端表面36″之間的相對表面面積。換句話說，當施加在活塞208上的流體力大於施加在右側的流體力、偏壓力和任意摩擦力的總和時，閥芯24″將向右運動。因此，為了確定施加的力，需要考慮1)流體壓力和2)流體壓力作用的表面面積。如圖16所示，作用在活塞208和閥芯24″上的流體壓力彼此相等(即等於流體進口通道16的流體壓力)。這樣，因為活塞208的表面面積大於閥芯24″的端表面36″的表面面積，因此在閥芯24″左側產生更大的力，該力將克服彈簧26的偏壓力，並使閥芯24″向右運動。
如圖17所示，閥芯24″將繼續向右運動，直到閥芯24″堵塞流體進口通道16，這時，閥芯24″到達平衡位置。該平衡位置的特徵在於由於反饋通道224、活塞缸筒210的第二腔室216，在前側腔室40中有小於流體進口通道16的進口壓力但又大於大氣壓的預定流體壓力。施加在活塞208上的力與施加在端表面36″上的力與彈簧26的力的總和相等。不過，本領域技術人員應當知道，降低該平衡的任何流體洩漏或其它異常情況都將使活塞缸筒210的第二腔室216內的流體壓力同時減小。在活塞缸筒210的第二腔室216內的流體壓力減小能夠通過作用在閥芯24″的端表面36″上的壓力以及彈簧26的偏壓力而使閥芯24″向左運動，從而再次使流體進口通道16和活塞組件34的前側腔室之間流體連通，直到再次形成平衡。因此，應當知道，該結構提供了一種能夠通過選擇活塞208和端表面36″的合適相對面積以及選擇彈簧26的合適偏壓力而簡單自動保持活塞組件34的前側腔室40中的預定流體壓力的方法，從而不需要換向閥46。
下面參考圖18和19，可以看見，本實施例可以完全繞過活塞208，從而使控制閥能夠以不節省能量的模式工作。如本領域技術人員公知，有時優選是在一種用途中使用能量節省控制閥，而在另外用途中使用不節省能量的控制閥。因為儲備兩種可更換控制閥的成本很高，因此，控制閥系統10″可以以能量節省模式或不節省能量的模式來使用一個控制閥。因此，控制閥系統10″裝備有可拆下的端帽226。反饋通道224穿過端帽226。因此，當需要採用能量節省模式時，端帽226布置成如圖15-17所示(在前側腔室40和活塞缸筒210的第二腔室216之間保持流體連通)。不過，另一方面，當需要採用不節省能量的模式時，端帽226反轉成如圖18-19所示(斷開在前側腔室40和活塞缸筒210的第二腔室216之間的流體連通)。在該位置，控制閥系統10″的操作類似於標準的兩位置四通控制閥。
而且，應當知道，本發明的流體調節特性並不需要提供全線路壓力，否則將消耗過大電能。也就是，作為非限定實施例，普通雙作用缸通常這樣操作，即它們只能通過全線路壓力才能返回它們的初始位置。在返回衝程中利用全線路壓力將使得消耗的壓縮空氣的量等於在做功衝程過程中的消耗量。在返回衝程中消耗壓縮空氣並不必須。根據本發明的原理，在一個出口中的低壓足以用於快速返回衝程，這減小了壓縮空氣的消耗量，從而降低了做功元件消耗的能量。此外，由於施加低壓，在缸和/或接頭中發生洩漏的可能性減小。這些優點通過使閥芯作為壓力調節器工作而實現。
參考圖20-22，圖中表示了結合第四實施例所述的上述原理的一種變化形式。因此，控制閥系統10表示為有閥芯24，該閥芯24有安裝在閥芯24上或與該閥芯24形成一體的放大表面部分28。放大端表面28布置在閥孔22的放大閥孔部分200′內。放大表面部分28包括一對密封件202′，該對密封件202′布置在放大表面部分28以及放大閥孔部分200′的側壁之間，以便在放大閥孔部分200′的第一腔室204′(圖20)和放大閥孔部分200′的第二腔室206′(圖21)之間形成密封嚙合。如圖所示，放大表面部分28的直徑大於閥芯24。與上述實施例相比。這樣的結構使得來自電磁閥組件14的更小先導壓力能夠驅動閥芯24以克服彈簧26′的偏壓力以及作用在端表面36上的流體壓力。不過，應當知道，在控制閥系統10的物理界限內，放大表面部分28可以為有助於特定用途的任意尺寸。
活塞208′可運動地布置在形成於放大表面部分28中的活塞缸筒210′內。活塞208′包括密封件212′，該密封件212′布置在活塞208′和放大表面部分28之間，以便在活塞缸筒210′的第一腔室214′(圖20)和活塞缸筒210′的第二腔室216′(圖17)之間形成密封嚙合。杆218′通過孔219′從活塞208′垂直伸入放大閥孔部分200′中。杆218′的尺寸設置為與端帽226′選擇嚙合，如後面所述。優選是，活塞208′的直徑大於閥芯24。
控制閥系統10還包括穿過閥芯24在前側腔室40和活塞缸筒210′的第一腔室214′之間延伸的反饋通道224。因此，反饋通道224′用於提供從前側腔室40作用在活塞208′上的流體壓力，以便向左驅動活塞208′。
圖20表示了處於正常工作模式時的控制閥系統10，其中，來自流體進口通道16的壓力流體引入活塞組件34的後側腔室32，以便向外驅動活塞62(向圖中右側)。特別是，流體壓力從流體進口通道16進入流體通道42。如圖20所示，電磁閥組件14通電，從而在流體通道42和流體通道44之間形成流體連通。然後，壓力流體從流體通道44引入放大閥孔部分200′的第一腔室204′。在放大閥孔部分200′的第一腔室204′內的流體壓力內的流體壓力作用在閥芯24的放大表面部分28上。同時，壓力流體從流體通道42引入流體腔室220′中，並作用在閥芯24的端表面36″上。當由放大閥孔部分200′的第一腔室204′中的流體壓力施加在放大表面部分28和活塞208′的杆218′上的力大於彈簧26的偏壓力和施加在閥芯24的端表面36″上的力的總和時，閥芯24向右運動，直到放大表面部分28與凸肩部分228′嚙合。閥芯24的該運動使得流體能夠從流體進口通道16流入閥組件34的後側腔室32中，從而使活塞62向外伸出(向圖1-4中的右側)。因此，當控制閥系統10處於圖20中所示的位置時，流體進口通道16、活塞組件34的後側腔室32、流體通道42″、流體腔室220以及放大閥孔部分200′的第一腔室204′都處於相同的流體壓力，即等於流體進口通道16的流體壓力。
下面參考圖21，電磁閥組件14斷電，因此，將防止來自流體通道42″的引導流體進入放大閥孔部分200′的第一腔室204′。因此，彈簧26的偏壓力以及在腔室220中作用在閥芯24的端表面36″的流體壓力的總和將閥芯24向左偏壓，直到放大表面部分28和杆218′基本與端帽226′接觸。閥芯24的該向左運動使得流體進口通道16和活塞組件34的前側腔室40之間流體連通，從而使活塞62退回。
如圖20-22所示，反饋通道224′與活塞組件34的前側腔室40流體連通，因此流體壓力與流體進口通道16相同。壓力流體從流體進口通道16引入前側腔室40和反饋通道224′將進入活塞缸筒210′的第一腔室214′，並迫使活塞208′向左運動。由於杆218′和端帽226′之間的物理接觸，活塞208′的任何向左運動都使得閥芯24相應向右運動。當閥芯24″向右運動時的壓力除了取決於彈簧26的偏壓力外，還取決於活塞208′和閥芯24的端表面36″之間的相對表面面積。如圖22所示，閥芯24將繼續向右運動，直到閥芯24堵塞流體進口通道16，這時閥芯24到達上述平衡位置。
應當知道，本變化形式能夠高效用於構成控制閥系統，將很容易構成。也就是，在閥芯中的反饋通道的結構比殼體中的該結構簡單。不過，與第四實施例(圖15-19)相比，本變化形式不能柔性選擇表面面積的合適尺寸。
本發明的說明僅僅是舉例說明，因此，沒有脫離本發明精神的變化形式將在本發明的範圍內。這些變化形式不能認為脫離了本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種控制閥系統，包括殼體，該殼體有進口、第一輸出口和第二輸出口；閥，該閥至少可位於第一位置、第二位置和第三位置，在該第一位置，在所述進口和所述第一輸出口之間形成流體連通；在該第二位置，在所述進口和所述第二輸出口之間形成流體連通；而在該第三位置，將基本防止在所述進口和所述第一輸出口或所述第二輸出口之間流體連通，所述閥被偏壓向所述第一位置；電磁閥組件，該電磁閥組件連接成與所述進口流體連通，所述電磁閥組件可位於驅動位置和未驅動位置，在該驅動位置，將形成與所述進口的流體連通，以便使所述閥從所述第一位置運動至所述第二位置；以及活塞，該活塞可位於伸出位置和退回位置，根據在所述第一輸出口中的流體壓力，該活塞可位於該伸出位置，從而驅使所述閥從所述第一位置到所述第三位置。
2.根據權利要求1所述的控制閥系統，其中所述活塞包括杆，所述杆與所述閥配合，以便驅動所述閥從所述第一位置到所述第三位置。
3.根據權利要求2所述的控制閥系統，其中所述活塞的面積大於所述閥的所述第二端的所述面積。
4.根據權利要求1所述的控制閥系統，還包括反饋通道，該反饋通道從所述第一輸出口伸向所述活塞。
5.根據權利要求4所述的控制閥系統，其中所述反饋通道可以選擇性地斷開，以便防止所述活塞工作。
6.根據權利要求1所述的控制閥系統，其中所述閥包括第一端和第二端，所述第一端的面積大於所述第二端的面積。
7.根據權利要求1所述的控制閥系統，其中所述閥通過彈簧和流體壓力而被偏壓至所述第一位置。
8.根據權利要求1所述的控制閥系統，其中所述活塞可運動成與所述閥分離。
9.根據權利要求1所述的控制閥系統，其中當所述閥處於所述第一位置時，所述第二輸出口與大氣流體連通，而當所述閥處於第二位置時，所述第一輸出口與所述大氣流體連通。
10.一種控制閥系統，包括殼體，該殼體有進口、第一輸出口、第二輸出口和閥腔；閥芯，該閥芯可滑動地布置在所述閥腔內，所述閥芯可位於第一位置、第二位置和第三位置，在該第一位置，在所述進口和所述第一輸出口之間形成流體連通；在該第二位置，在所述進口和所述第二輸出口之間形成流體連通；而在該第三位置，將基本防止在所述進口和所述第一輸出口或所述第二輸出口之間流體連通，所述閥芯被偏壓向所述第一位置；電磁閥組件，該電磁閥組件連接成與所述進口流體連通，所述電磁閥組件可位於驅動位置和未驅動位置，在該驅動位置，將在所述進口與所述閥芯之間形成流體連通，以便使所述閥芯從所述第一位置運動至所述第二位置；以及活塞，該活塞可位於伸出位置和退回位置，當所述第一輸出口中達到預定流體壓力時，活塞位於該伸出位置，從而驅使所述閥芯從所述第一位置到所述第三位置。
11.根據權利要求10所述的控制閥系統，其中所述活塞包括杆，所述杆與所述閥芯配合，以便隨所述活塞從所述退回位置向所述伸出位置的運動而驅動所述閥芯從所述第一位置到所述第三位置。
12.根據權利要求11所述的控制閥系統，其中所述閥芯包括第一端和第二端，所述第一端的面積大於所述第二端的面積。
13.根據權利要求12所述的控制閥系統，其中所述活塞的面積大於所述閥芯的所述第二端的所述面積。
14.根據權利要求10所述的控制閥系統，還包括反饋通道，該反饋通道從所述第一輸出口伸向所述活塞。
15.根據權利要求14所述的控制閥系統，其中所述反饋通道可以選擇性地斷開，以便防止所述活塞工作。
16.根據權利要求10所述的控制閥系統，其中所述閥芯通過彈簧和流體壓力而被偏壓至所述第一位置。
17.根據權利要求10所述的控制閥系統，其中所述活塞可運動成與所述閥芯分離。
18.根據權利要求10所述的控制閥系統，其中當所述閥處於所述第一位置時，所述第二輸出口與大氣流體連通，而當所述閥處於所述第二位置時，所述第一輸出口與所述大氣流體連通。
19.一種控制閥系統，包括殼體，該殼體有進口、第一輸出口、第二輸出口和閥腔；閥芯，該閥芯可滑動地布置在所述閥腔內，所述閥芯可位於第一位置、第二位置和第三位置，在該第一位置，在所述進口和所述第一輸出口之間形成流體連通；在該第二位置，在所述進口和所述第二輸出口之間形成流體連通；而在該第三位置，將基本防止在所述進口和所述第一輸出口或所述第二輸出口之間流體連通，所述閥芯被偏壓向所述第一位置；電磁閥組件，該電磁閥組件連接成與所述進口流體連通，所述電磁閥組件可位於驅動位置和未驅動位置，在該驅動位置，將在所述進口與所述閥芯之間形成流體連通，以便使所述閥芯從所述第一位置運動至所述第二位置；活塞，該活塞可移動到伸出位置和退回位置，當所述第一輸出口中達到預定流體壓力時，活塞移動到該伸出位置，從而驅使所述閥芯從所述第一位置到所述第三位置；以及反饋通道，該反饋通道從所述第一輸出口伸向所述活塞。
20.根據權利要求19所述的控制閥系統，其中所述活塞包括杆，所述杆與所述閥芯配合，以便隨所述活塞從所述退回位置向所述伸出位置的運動而驅動所述閥芯從所述第一位置到所述第三位置。
21.根據權利要求20所述的控制閥系統，其中所述活塞的面積大於所述閥芯的一相對端的面積。
22.根據權利要求19所述的控制閥系統，其中所述反饋通道可以選擇性地斷開，以便防止所述活塞工作。
23.根據權利要求19所述的控制閥系統，其中所述閥芯包括第一端和第二端，所述第一端的面積大於所述第二端的面積。
24.根據權利要求19所述的控制閥系統，其中所述閥芯通過彈簧和流體壓力而被偏壓至所述第一位置。
25.根據權利要求19所述的控制閥系統，其中所述活塞可運動成與所述閥分離。
全文摘要
一種控制閥系統，包括殼體，該殼體有進口、第一輸出口和第二輸出口。該控制閥系統還包括滑動閥，該滑動閥可位於第一位置、第二位置和第三位置，在該第一位置，在進口和第一輸出口之間形成流體連通；在該第二位置，在進口和第二輸出口之間形成流體連通；而在該第三位置，防止在進口和第一或第二輸出口之間流體連通。電磁閥組件連接成與進口流體連通，並可位於驅動位置和未驅動位置，在該驅動位置，電磁閥組件與進口形成流體連通，以便使閥從第一位置運動至第二位置。活塞根據在第一輸出口中的流體壓力而可選擇地伸出，以便使閥定位在第三位置。
文檔編號F15B11/028GK1512079SQ20031011869
公開日2004年7月14日 申請日期2003年11月28日 優先權日2002年12月23日
發明者何塞·C·本託, 何塞 C 本託 申請人:羅斯控制閥公司, 羅斯南美有限公司