CN101128349A - 控制阀系统 - Google Patents

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Abstract

一种气压制动系统，其包括：至少一个气压闭锁阀；诸如螺线管的并且用于为气压闭锁阀提供瞬间控制信号的单一装置；与气压闭锁阀相连通的压缩空气源；与气压闭锁阀相连通的弹簧闸或其它气压装置；以及，任选的用以监测和显示气压闭锁阀状态的指示装置。当接收到第一瞬间控制信号时，气压闭锁阀从关闭状态改变到打开状态，并将加压空气输送给弹簧闸。当接收到第二瞬间控制信号时，气压闭锁阀从打开状态改变到关闭状态，并将加压空气从弹簧闸处排出到外部环境中。阀在其当前状态下保持为“闭锁”，直到信号装置被激励并且下一个瞬间控制信号被接收到为止。

Description

控制阀系统
发明技术领域
本发明总体上涉及与气压或液压系统一起使用的控制装置，特别是涉及一种气压闭锁阀(pneumatic latching valve)，该气压闭锁阀使用单一螺线管阀或功能相似的装置来完成状态的改变。
发明背景
螺线管是通常用来将电能转换为机械能并且特别是转换为短冲程机械运动的机电装置。因此，螺线管频繁地用于驱动阀以响应电信号。在某些应用中，阀必须被确定地保持在预定的位置上，以便控制通过阀的气体流或流体流。第一螺线管可通电以确定地将阀移动到一个位置处，而第二螺线管可通电以确定地将阀构件移动到一个预定的位置处，并将其保持在那里，直到第二螺线管断电而第一螺线管被激励以将阀构件返回到另一个位置处为止。当阀在没有持续的电源供给或持续的控制信号的情况下被相当长的一段时间保持在驱动位置上的时候，可使用闭锁机构将该阀保持在一个位置处或另一个位置处。远程控制的气压闭锁阀可用两个螺线管来改变运行状态，即，供给到传送状态以及传送到排出状态。一个螺线管的瞬间激励驱动气压闭锁阀传送供给空气，而另一个螺线管的瞬间激励驱动气压闭锁阀将传送的气压排出去。
尽管对于其预期的目的而言本质上是有效的，但是上述系统构造是有问题的，其原因是使用两个螺线管来改变气压闭锁阀的状态是昂贵的并且多余的。而且额外的尺寸、重量以及在这种类型的系统中常见的管道复杂性都是不合意的。因此，尽管在相关的技术领域中所已知的闭锁螺线管驱动的气压阀通常是有用的，但是持续存在着对更小、不太复杂并且不太昂贵的气压闭锁阀的重大需求。此外，特别是在车辆制动系统的场合下，持续需要一种闭锁阀，其即使在传递到螺线管上的电源断电或中断的情况下也不会改变状态。
发明概述
本发明克服了现有技术中存在的以及现有技术的不足，本发明的示范性实施例提供了控制阀系统，该控制阀系统与车辆空气制动系统和其它包括气压或液压部件的系统一起使用。因此，依照本发明的第一个方面，提供了一种气压制动系统。该系统包括至少一个气压闭锁阀；为气压闭锁阀提供瞬间控制气流信号的单一装置，其与气压闭锁阀流体(比如气体)连通；与气压闭锁阀流体连通的压缩空气源；与气压闭锁阀流体连通的弹簧闸或其它气压制动装置；以及，用于监测和显示气压闭锁阀状态的指示装置。当接收到第一瞬间控制信号时，气压闭锁阀从关闭状态改变到打开状态，并将加压空气传送给弹簧闸。当接收到第二瞬间控制信号时，气压闭锁阀从打开状态改变到关闭状态，并将加压空气从弹簧闸排出到外部环境中。阀在其当前状态下保持“闭锁”，直到信号装置被激励并且下一个瞬间控制信号被接收到为止。
依照本发明的另一个方面，提供了一种控制阀。例如，该控制阀适合从另一个装置(如单一螺线管阀)接收瞬间控制气流信号，该控制阀响应从螺线管阀处接收到的第一控制气流信号而从第一运行状态改变到第二运行状态。该控制阀仅响应从螺线管处接收到第二信号而从第二运行状态改变回到第一运行状态。在该实施例中，电力驱动的螺线管用作“拨动开关”来改变控制阀的运行状态。
依照本发明的再一个方面，提供了一种气压或液压控制阀。该控制阀包括阀体，该阀体进一步包括：(i)供给口，至少一个传送口，以及至少一个排气口；(ii)第一控制气流入口和第二控制气流入口；(iii)控制气流出口；和(iv)内部腔体，该内部腔体包括顶室、中室和底室，其中顶室与第一控制气流入口和控制气流出口相连通；中室与供给口相连通；而底室与传送口、排气口和第二控制气流入口相连通。第一或“选择”活塞设置在顶室中并包括贯穿其长度的孔。设置在顶室中的偏压构件位于选择活塞的下方，并沿着向上的方向推动活塞。第二或“初级”活塞设置在顶室和中室中并与之形成环形孔口。基于瞬间控制信号的输入，初级活塞选择性地与选择活塞相接合。阀构件或“入口排气阀”与初级活塞的底部相连接，并且设置在底室中的第三或“辅助分离器”活塞位于阀构件的下方。在本实施例中，不同的室相互连接，并且基于不同活塞的相对位置，这些室允许空气从供给口通过传送口或从传送口通过排气口。阀构件位于初级活塞和辅助活塞之间并打开或关闭到传送通道的内部供给。
通过阅读和理解下面示范性实施例的详细描述，本发明另外的特征和方面对本领域中那些普通的技术人员而言将变得显而易见。可以理解的是，在不脱离本发明范围和精神的前提下，本发明能有更多的实施例。因此，附图和关联的说明本质上应当被认为是描述性的而不是限制性的。
附图简要说明
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示意性地图解了本发明的一个或多个示范性实施例，并且与上面给出的综合描述以及下面给出的优选实施例的详细描述一起来解释本发明的原理。
图1A和图1B为本发明气压制动系统的示范性实施例的示意性方框图。
图2为本发明控制阀的示范性实施例的截面图，所示为该阀处于闭合位置。
图3为本发明控制阀的示范性实施例的截面图，所示为该阀处于开启位置。
图4为本发明控制阀的示范性实施例的截面图，所示为该阀处于中间或“就绪”位置。
图5为本发明控制阀的备选示范性实施例的截面图，所示为该阀处于闭合位置。
发明详述
参考图1，本发明的第一示范性实施例涉及一种气压制动系统，该气压制动系统包括至少一个气压闭锁阀10；为气压闭锁阀10提供瞬间控制气流信号(pilot air signal)的单一肘节状(toggle-like)控制装置90，其与气压闭锁阀10流体(比如气体)连通；与气压闭锁阀10流体连通的压缩空气源92；与气压闭锁阀10流体连通的弹簧闸94或其它气压制动装置；以及，用于监测和显示气压闭锁阀状态的指示装置96。与压缩空气源流体连通并足以产生瞬间控制气流信号的电力驱动螺线管可用作控制装置90。当接收到第一瞬间控制信号时，气压闭锁阀从关闭状态改变到打开状态，并将加压空气传送到弹簧闸处。当接收到第二瞬间控制信号时，气压闭锁阀从打开状态改变到关闭状态，并将加压空气从弹簧闸处排出到外部环境中。阀在其当前状态下保持“闭锁”，直到信号装置被激励并且下一个瞬间控制信号被接收到为止。
参考图2至图5，在本示范性实施例中是气压闭锁阀的控制阀10包括阀体12，阀体12进一步包括：(i)供给口14，至少一个传送口16，以及至少一个排气口18；(ii)第一控制气流入口和第二控制气流入口20和24；(iii)控制气流出口22；和(iv)内部腔体，内部腔体包括顶室、中室和底室，其中顶室26与第一控制气流入口20和控制气流出口22相连通；中室28与供给口14相连通；而底室30与传送口16、排气口18和第二控制气流入口24相连通。第一或“选择”活塞40设置在顶室26中并包括贯穿其长度的孔44。设置在顶室26中的偏压构件50位于选择活塞40的下方，并沿着向上的方向推动活塞。第二或“初级”活塞60设置在顶室26和中室28中并与之形成环形孔口25。基于瞬间控制信号的输入，初级活塞60选择性地与选择活塞40相接合。阀构件80或“入口排气阀”与初级活塞60的底部相连接，并且设置在底室中的第三或“辅助/分离器(tripper)”活塞位于阀构件80的下方。图5中所示的控制阀10的实施例包括阀体12，阀体12连接在已存在的阀体上，如PP-5型阀(邦迪克斯商用车系统，伊利里亚，俄亥俄州)。PP-5型阀包括附加的偏压构件61，当内部压力降低到预设值以下时，偏压构件61将初级活塞60返回到“向上”位置。因此，尽管没有图示，但第二偏压构件61可包含在为实现本目的的附图中所示的实施例中。另外，在此公开的控制阀系统与美国专利申请序列号10/784,171中公开的电气动闭锁阀系统是兼容的，因此其全部公开内容通过引用结合到本文中。
在附图中所示的示范性实施例中，活塞中的每一个都进一步包括呈O形圈状的密封构件，该密封构件环绕活塞体以与阀体12的内部形成充分气密的结合。选择活塞40包括O形圈42，初级活塞60包括O形圈62，以及辅助活塞70包括O形圈72。这些O形圈是动态的并与它们各自的活塞一起移动。
参考图2至图4，示范性控制阀10包括两个基本运行状态：“开启”和“闭合”，以及中间或“就绪”状态。通过单一螺线管、引导控制阀或其它相似装置90将瞬间控制气流信号，即短暂的气流脉冲，传送到第一控制气流入口20处可完成将控制阀10从开启改变到闭合，反之亦然。通过类比，控制阀10的功能类似墨水笔的动作，在墨水笔中，按一下按钮伸出圆珠笔墨盒，而第二次按相同的按钮则缩回圆珠笔墨盒。
在第一运行状态中(见图2和图5)，控制阀10闭锁在关闭、闭合或释放位置，这意味着加压空气不能通过阀被传送到弹簧闸或其它终端装置94处。在关闭状态下，选择活塞40在顶室26中处于“在上”位置，初级活塞60在中室28中处于“在上”位置，而阀构件80和辅助活塞70在底室30中处于“在上”位置。供给空气进入阀体12，并且中室的直径与正好在供给口14下方的狭窄区域的直径之间的压差保持了初级活塞60处于“在上”位置，这使得阀构件80的顶边缘，可包括用橡胶处理的圆盘，座抵着中室28的底部并形成密封。该密封阻止加压供给空气通过控制阀10的阀体传输到传送口16。在关闭状态下，任何终端装置94或阀体12中的加压空气都通过排气口18从控制阀10中排出。
在第二运行状态中(见图3)，控制阀10锁定在打开、开启或应用位置，这意味着加压空气可从加压空气源92处供给到阀并通过控制阀10的阀体传送到气压终端装置94。在打开状态下，选择活塞40在顶室26中暂时地处于“在下”位置。在该位置，切断座46与初级活塞60的顶部形成密封，控制气流出口22被封锁，并且环形孔口25被消除。由于选择活塞40座抵着初级活塞60的顶部，所以瞬间控制信号的力推动着选择活塞40和初级活塞60在它们各自的室中一起向下移动。该向下的移动也推动着阀构件80和辅助活塞70移动到“在下”位置。由于阀构件80现在和排气座74形成密封，并且不再座抵着中室28的底部，所以供给空气在供给口14处通过阀的阀体进入控制阀10，通过传送口16出去，并被传送到终端装置94处。O形圈62和形成在排气座74处的密封之间的内部压差保持了初级活塞60和阀构件80处于“在下”位置。
在中间或“就绪”状态中(见图4)，控制阀10典型地为开启的，即由于初级活塞60、阀构件80和辅助活塞70在它们各自室中的位置而将空气传送到气压终端装置94。为了准备控制阀10下一个状态的改变，偏压构件，在此是指“选择活塞回位弹簧50”，自动地将顶室26中的选择活塞40返回到“在上”位置。当选择活塞40在顶室26中被返回到“在上”位置时，选择活塞40的底部和初级活塞60的顶部之间的密封被除去。选择活塞40不再封锁控制气流出口22，且环形孔口25被打开。从装置90处接收到的下一个瞬间控制信号(实现状态的改变)通过第一控制气流入口20进入到控制阀10，穿过选择活塞孔44，进入到环形孔口25，并通过控制气流出口22被转移出控制阀。然后控制气流通过第二控制气流入口24被引导返回到阀体12，在此控制气流作用在辅助活塞70和阀构件80上以将阀返回到其闭合位置。控制阀10不再改变状态，即返回移动到“开启”位置，直到下一个瞬间控制信号被接收到为止。
在图2至图5所示的示范性实施例中，控制阀10使用外部管道来引导控制气流信号进入并通过活塞体12。尽管附图中没有图示，但该管道可是管子、导管、或任何其它可接受的机构，以将螺线管阀与控制阀，以及不同的入口和出口彼此之间连接起来。在附图中没有图示的备选实施例中，外部控制气流管道可用呈通道状的内部管道来代替，该内部管道通过初级活塞60、阀构件80和辅助活塞70的实体延伸。在该备选实施例中，阀体12中不包括控制气流出口22。
由于控制阀10通过从单一螺线管阀或类似物传送的瞬间控制气流的作用下不是应用就是释放，所以指示装置96(见图1)可包括在系统中以监测和报告控制阀的运行状态。该装置允许系统或车辆操作者知道控制阀是在应用状态或释放状态。在一个实施例中，该装置包括控制双极控制开关的双极压力开关(n.o/n.c)。在另一个实施例中，放置在传送环路上的压力计提供了所需的信息。
虽然通过对本发明自身示范性实施例的描述图解了本发明，并且对实施例进行了确切详细的描述，但是申请人的意图并不是要将附加权利要求的范围限制或以任何方式限定在这些细节上。另外的优点和修正对本领域中的那些技术人员而言是显而易见的。比如，本发明的控制阀和控制阀系统可被用在或包含在气压系统、液压系统或同时包括气压和液压元件的系统中。所以，从更广泛的方面看，本发明并不被限定在任何具体的细节、典型的装置和方法、以及/或所示和所述的解释性实例上。因此，在不脱离申请人总体发明构思的精神或范围的前提下，可以做出对这些细节的偏离。

Claims (28)

1.一种气压制动系统，包括：
(a)至少一个气压制动装置；
(b)至少一个压缩空气源；
(c)控制阀系统，其中，所述控制阀系统进一步包括：
(i)至少一个控制阀，其与所述至少一个气压制动装置和所述至少一个压缩空气源流体连通；
(ii)与所述控制阀流体连通的控制装置，用于控制所述至少一个控制阀的运行状态；
(iii)其中，所述控制阀响应从所述控制装置接收到的第一信号而从第一运行状态改变到第二运行状态，并且应用所述至少一个气压制动装置；和
(iv)其中，所述控制阀仅响应从所述控制装置接收到的第二信号而从所述第二运行状态改变回到所述第一运行状态，并且释放所述至少一个气压制动装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于监测和报告所述控制阀的运行状态的指示装置。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个气压制动装置是弹簧闸。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制阀是气压闭锁阀。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置是电力驱动的螺线管阀。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一信号和第二信号是瞬间气压控制信号。
7.一种控制阀系统，包括：
(a)至少一个控制阀；
(b)与所述至少一个控制阀流体连通的控制装置；
(c)其中，所述控制阀响应从所述控制装置接收到的第一信号而从第一运行状态改变到第二运行状态；和
(d)其中，所述控制阀仅响应从所述控制装置接收到的第二信号而从所述第二运行状态改变回到所述第一运行状态。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括至少一个与所述控制阀流体连通的压缩空气源。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括至少一个与所述控制阀流体连通的装置，其中，所述装置是气压操作装置或液压操作装置。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括用于监测和报告所述控制阀的运行状态的指示装置。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制阀是气压闭锁阀。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制装置是电力驱动的螺线管阀。
13.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一信号和第二信号是瞬间气压控制信号。
14.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制阀进一步包括：
(a)阀体，其中，所述阀体进一步包括：
(i)供给口，至少一个传送口，以及至少一个排气口；
(ii)第一控制信号入口和第二控制信号入口；
(iii)控制信号出口；和
(iv)包括顶室、中室和底室的内部腔体，其中，所述顶室至少与所述第一控制信号入口和所述控制信号出口相连通；所述中室至少与所述供给口相连通；而所述底室至少与所述传送口、所述排气口和所述第二控制信号入口相连通；和
(b)第一活塞，其设置在所述顶室中并具有贯穿其长度的孔；
(c)偏压构件，其设置在所述顶室中并且位于所述第一活塞的下方，用于沿着向上的方向推动所述第一活塞；
(d)第二活塞，其设置在所述顶室和中室中并与之形成环形孔口，其中，所述第二活塞选择性地与所述第一活塞相接合；
(e)阀构件，其与所述第二活塞的底部相连接；和
(f)第三活塞，其设置在所述底室中并且位于所述阀构件的下方。
15.一种用在气压系统中的控制阀，包括：
(a)阀体，其中，所述阀体进一步包括：
(i)供给口，至少一个传送口，以及至少一个排气口；
(ii)第一控制气流入口和第二控制气流入口；
(iii)控制气流出口；和
(iv)包括顶室、中室和底室的内部腔体，其中，所述顶室与所述第一控制气流入口和所述控制气流出口相连通；所述中室与所述供给口相连通；而所述底室与所述至少一个传送口、所述至少一个排气口和所述第二控制气流入口相连通；和
(b)第一活塞，其设置在所述顶室中并具有贯穿其长度的孔；
(c)第一偏压构件，其设置在所述顶室中并且位于所述第一活塞的下方，用于沿着向上的方向推动所述第一活塞；
(d)第二活塞，其设置在所述顶室和中室中并与之形成环形孔口，其中，所述第二活塞选择性地与所述第一活塞相接合；
(e)阀构件，其与所述第二活塞的所述底部相连接；和
(f)第三活塞，其设置在所述底室中并且位于所述阀构件的下方。
16.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述阀进一步包括设置在所述中室中的第二偏压构件，其中，所述偏压构件沿着向上的方向推动所述第二活塞。
17.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述气压系统是气压制动系统。
18.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述供给口适合于接收来自压缩空气源的加压空气。
19.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述至少一个传送口适合于连接到至少一个终端装置上。
20.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述第一控制气流入口适合于接收来自电力驱动的控制装置的瞬间控制信号。
21.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述第一活塞、第二活塞和第三活塞各自进一步包括密封构件，用于与所述内部腔体形成密封。
22.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述第一活塞、第二活塞和第三活塞响应在所述第一控制气流入口和第二控制气流入口处接收到的瞬间控制信号而在所述内部腔体中向上或向下移动。
23.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述偏压构件是弹簧。
24.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述第二活塞、第三活塞和阀构件各自进一步包括用于接收控制信号的内部通道。
25.一种用于改变控制阀的运行状态的方法，包括：
(a)将所述控制阀连接到单一控制装置上，其中，所述控制装置能够将瞬间控制信号传送给所述控制阀；
(b)将第一瞬间控制信号传送给所述控制阀，其中，所述控制阀响应从所述控制装置接收到的所述第一信号而从第一运行状态改变到第二运行状态；以及
(c)将第二瞬间控制信号传送给所述控制阀，其中，所述控制阀仅响应从所述控制装置接收到的所述第二信号而从所述第二运行状态改变回到所述第一运行状态。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述控制阀是气压闭锁阀。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述控制装置是电力驱动的螺线管阀。
28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一信号和第二信号是瞬间气压控制信号。
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