具有有效流体端口的液力式双活塞致动装置及实施方法

专利名称：具有有效流体端口的液力式双活塞致动装置及实施方法
技术领域：
本发明涉及一种通过流体压力操作的阀致动装置。本发明提供若 干端口的方便位置用于将加压流体这样供应到致动装置的各部分，以 便两个活塞和两个齿条协同工作式旋转一构件，所述构件机械式驱动 一阀。随着各供应端口更方便地设置在阀致动装置上，各位置传感器 和导阀自身可以更靠近在一起设置，因此能使位置传感器和导阀成为 整体。
背景技术：
用于操纵阀的常规致动装置可以使用电动机、电磁阀、气体压力 或液压力，以便提供机械输入来驱动阀。在流体压力操纵的自动阀的 领域中，隔膜和转动致动装置利用加压流体来使阀在打开位置和闭合 位置之间改变状态。
常规转动致动装置利用连杆或者齿条和小齿轮装置，以便旋转一 轴或其它可旋转构件。可旋转构件连接到阀(通常是球阀或蝶形阀) 上的不同轴或阀杆。当可旋转构件旋转时，阀上的阀杆也旋转，同时 使阀内部的球或蝶形件从流体阻塞位置运动到流体通过位置，或者反 之亦然。
无论是使用连杆装置还是齿条和小齿轮配置，液力致动装置都使 用带活塞的气缸。活塞随着供应到活塞的其中一侧上的高或低流体压
力运动o
某些常规致动装置使用两个空气气缸。在这些设计中， 一个气缸 中的活塞朝另一个气缸中活塞的相反方向运动。因此，两活塞一起向 内或向外运动。各气缸偏置，且一致地推或拉齿条，使中心小齿轮旋
转。为了同时施加压力到每个气缸的外端上，使T形管垂直与加压流体供应一致。T形管连接部分将所供应的加压流体分成两个分开的流 体流，两个气缸中的每个气缸都用一个流体流。
在某些常规致动装置中，T形管安装到致动装置本身中作为致动 装置外壳的整体部分。图la和lb是一个这种装置的顶视图，所述装 置包括常规的转动致动装置1，所述致动装置1具有封闭在外壳3中 的左活塞5和右活塞7。如图la中所示，压缩空气行进到端口 19中， 所述端口 19位于外壳的侧边上。来自端口 19的压缩空气使活塞5和 7及它们相应附接的齿条13和15运动分开，因此使转动件18和小齿 轮17朝逆时针方向旋转。当压缩空气穿过端口 19进入体积10时，来 自活塞7的右側上体积11和活塞5的左侧上体积9中的空气流出端口 21，所述端口 21也位于外壳的侧边上。为了使致动装置方向相反，将 压缩空气供应到端口 21，而端口 19起排气端口作用，如图lb中所示。 因此，通过提供连接体积9和11的整体T形管23，不需要外部垂直 件来产生T形管。
然而，因为整体T形管23在外壳3内需要空间，所以外壳3必 须制成足够大，以便容纳流体通道，所述流体通道使加压流体供应分 开，并连接每个气缸。因为致动装置外壳还要求许多其它类型连接部 分/安装孔或其它零部件以便安装到外壳中，尤其是安装在外壳的顶部 上，所以常规阀致动装置必须在整体T形管的布局和操纵致动装置所 要求的其它连接部分/安装孔的布局之间综合考虑。形成整体T形管的 通道通常是钻孔到外壳中。因此，为了减少制造过程的复杂性，与外 壳成为整体的通道必须制成具有尽可能少的弯头，而T形管在外壳内 部的布局不干扰其它连接部分/安装孔变得更困难。因此，端口 19和 21及它们相应的通道通常位于外壳的侧边上。
通常利用位置传感器来监测转动件在致动装置中的位置。用于安 装位置传感器的优选位置是转动件18安装于其中的致动装置1的表 面。由于转动件18的一端成形为连接到阀的阀杆或轴上，致动装置l 与阀相对的表面保持可用来安装位置传感器。在致动装置1和阀的大 多数定向中，这个优选的表面是在致动装置的顶部上，但因为致动装置l和阀可以是与如图la和lb所示不同的定向，所以与阀相对的表 面可以是不在致动装置的"顶部，，上。阀位置传感器占据外壳上一些 可以利用的区域。因此，在常规致动装置中，端口19和21必须位于 在致动装置上与阀位置传感器所在的侧不同的致动装置侧上。
为了按需要供应加压空气或者使端口 19和21排气，经常使用枢 轴阀。导阀经常是电动阀，所述电动阀对从计算机控制装置如可编程 逻辑控制器(PLC)发送的信号作出响应。为了达到最佳性能和方便， 导阀可以直接安装在致动装置1上端口 19和21附近。
为了节约空间、降低制造成本和增加用户方便性，必须使位置传 感器和导阀成为整体以用来操纵致动装置。然而，由于上述空间限制， 已经难以将导阀和位置传感器设置在外壳的同一侧上。因此，使位置 传感器和导阀成为整体很困难。因此，必须简化将加压流体供应到致 动装置气缸的端部的方法，以便使制造者在较少障碍的情况下自由地 将流体供应端口设置在外壳上。此外，必须使整体式位置传感器/导阀 组合在侧面致动装置上的布局与阀附接处的侧相反。

发明内容
本发明的目的是克服常规致动装置的上述或其它缺点中的一个或 多个缺点。
本发明可以提供一种阀致动装置，所述阀致动装置包括外壳，所 述外壳具有腔体，该腔体成形为保持活塞。第一活塞附接到第一齿条 上，和第二活塞附接到第二齿条上。转动件包括旋转轴线，所述转动 件附接到至少一个小齿轮上，该小齿轮这样与第一齿条配合，以使转 动件随着第一活塞或第二活塞的运动旋转。在第一活塞的第一侧上的 腔体中设置第一体积。在第一活塞的第二侧上的腔体中设置第二体积。 在笫二活塞与第二体积的相对侧上的腔体中设置第三体积。第一流体 端口，所述第一流体端口在腔体的外部，所述第一流体端口通过主流 体通道与第一体积流体连通。第二流体端口，所述第二流体端口在腔 体的外部，所述第二流体端口与第二体积流体连通。第二流体通道，所述第二流体通道在外壳的内部、在腔体的外部并与主流体通道分开， 且连接到第 一和第三体积，以便在第 一和第三体积之间提供流体连通， 与主流体通道无关。
本发明可以提供一种驱动阀致动装置的方法，所述方法包括通过 第一通道供应加压流体到第一端口 ，以便第一活塞在外壳内部运动， 上述第一端口连接到位于第一活塞的第一侧上的第一体积。从与第二 体积连接的第二端口抽吸空气。通过中间通道将空气从第一体积转移 到邻近第二活塞的第三体积，上述中间通道将第一体积连接到第三体 积，与主通道无关且在第一、第二和第三体积外部，以便第二活塞运 动。使通过齿轮传动装置连接到第一和第二活塞的可旋转件旋转。


本发明的更完整的了解及其许多附带优点很容易确定和/或得到， 因为本发明通过结合附图考虑参照下面的详细说明变得更好理解，其
中
图la和lb是常规双动致动装置顶视图2是按照本发明所述实施例的安装到阀上的致动装置的前视
图3是图2的致动装置的顶视图； 图4是图2的致动装置示出内部通道的前视图；和 图5是图2的致动装置具有附接的整体式阀位置传感器/导阀组件 的透视图。
具体实施例方式
现在参见

本发明的优选实施例的 一 些例子，其中几个视 图中全部是相同的标号表示相同和/或类似的元件。
图2示出按照本发明所述的致动装置100的实施例的前视图。致 动装置100附接到阀200上。致动装置100包括外壳103，所述外壳 103具有端帽131，该端帽131通过端帽螺栓133附接到外壳上。位置指示器125附接到外壳103的顶部上，以便监测转动件118如转动轴 或联接件的位置。安装孔143贯穿外壳103的表面，并提供一种将外 部部件安装到外壳103上的方法。例如，安装孔可以用来安装位置传 感器，所述位置传感器用来检测转动件118已旋转的程度。在某些情 况下，转动件118在竖直方向上伸出超过外壳103的表面。在某些情 况下，转动件不伸出超过外壳103的表面，而仅是露出以便可以确定 转动件的旋转的程度。在另一些情况下，转动件仅在外壳103的底部 露出以便可以形成与阀200的连接部分。
图3示出图2的致动装置在除去阀200的情况下的顶视图。左活 塞105连接到左齿条113上，而右活塞107连接到右齿条115上。随 着两活塞运动相互分开，齿条113和115运动分开。随着齿条113和 115向外运动，活塞117使转动件118朝逆时针方向旋转。相反，当 左活塞105和右活塞107彼此相对运动时，活塞117使转动件118朝 顺时针方向旋转。
转动件118连接到阀200内部的球形、蝶形或其它阻塞流体的装 置上。随着转动件118转动，阀200内部的阻塞流体的装置也转动。 因此，阀200随着活塞105和107的运动一致地打开或关闭。
端口 119将加压流体供应到内部体积110以使阀致动装置朝逆时 针方向旋转，而端口 121将加压流体供应到体积109和111以一使阀执 行元件朝逆时针方向旋转。只要端口 119或121的其中之一不加压， 则不加压的那个端口起端口排端口作用，同时让气缸内流体随着活塞 在气釭内运动而排出。
用来操作执行元件的最常见加压流体类型是压缩空气，且说明书 的其余部分将涉及空气而不是流体。然而，本发明可以与其它类型加 压流体例如<象氮气或液压流体一起4吏用。
如图3所示，端口 119贯穿外壳103以^使与内部体积110形成流 体连通。 一旦压缩空气流入内部体积110,活塞105和107就相互运 动远离并朝端帽131运动。
当压缩空气流入端口 119中时，活塞105和107就向外运动，并分别减小体积109和111的大小。随着体积109的尺寸减小，空气穿 过端口 141流入中间通道135和体积111 二者中。由于当活塞105向 外运动时活塞107也向外运动，所以体积111在尺寸上的减小与体积 109在尺寸上的减小同时发生。因此，来自体积111的空气寻找低压 区，并穿过端口 137流入主通道127和流出端口 121。
在上述布置中，不需要T形管(如图la和lb中所示的T形管 123)。通过消除T形管123，端口 119和121可以像位置指示器125 那样存在于外壳103的相同表面中，或者存在于其中设置转动件118 的一端的表面。因此，端口 119和121可以紧密的接近位置指示器125 或转动件118。因此，用来监测阀状态的位置传感器(未示出)和用 来控制压缩空气流到端口 119和121和从端口 119和121流出的导阀 (未示出)可以相互结合成单一的、紧凑、容易更换的组件。
如图3和4所示，端口 141通常位于体积109的壁中。例如，端 口 141可以朝垂直于活塞105的运动方向的方向上钻孔。然后将端口 141连接成与中间通道135流体连通。这种布置的一个优点是端口 141 位于外壳103中而不是位于活塞105或端帽131中。因此，不需要O 形圏或其它密封装置来将端口 141连接到中间通道135上。
与端口141相似，端口 139通常位于体积111的壁中，平行于活 塞107的运动方向，且不需要O形圏或密封装置来将端口 139连接到 中间通道135上。因此，端口 141和端口 139通过中间通道135用可 靠而简单的方式相互成流体连通。此外，端口 141和端口 139，并因 此体积109和111成流体连通而与端口 121和主通道127无关。
代替如上所述位于体积109和111的壁中，端口 141和139可以 位于其它位置中。例如，左端口 141和右端口 139可以位于端帽131 中，并通过构建在端帽131内部的沟道连接到中间通道135上。这种 布置的一个优点是外壳103不需要在其中钻孔来将端口 139和141与 中间通道135连接。在这种布置中，中间通道135连接到端帽131中 的加工的槽上，以便与体积109和111形成流体连通。因为槽通常比 从腔体内钻的孔更容易制造，所以端口 141和139的制造更容易。中间通道135这样位于外壳103的一侧上，以便它可以从体积109 外部的区域延伸到体积111外部的区域。优选的是，中间通道135基 本上是直的，以便它可以通过钻孔形成。通过将中间通道135设置在 外壳的不同侧上(而非转动件穿过露出的那侧或者端口 119和121所 位于的那侧上)，中间通道在外壳103的材料内具有空间，以便在不弯 曲的情况下从体积109延伸到体积111。因此，上述布置能将端口 119 和121相对靠近在一起定位，且在与位置指示器125相同的外壳103 的侧上或者在转动件118露出的側处，而同时能将中间通道135制成 作为外壳103的整体部分。
因此，如上所述，本发明能将端口 119和121按照转动件118的 一端那样设置在外壳103的同一侧上，监测转动件的旋转程度的位置 传感器可以与导阀成为整体，所述导阀用来控制压缩空气流动到端口 119和121上。这不能由常规致动装置提供。
图5示出整体式传感器/阀组合件150，所述组合件150通过盖螺 钉153附接到致动装置100上。压缩空气流过连接部分151和然后流 过端口 119或端口 121,这由一个或多个装入整体式传感器/阀组合件 150中的内部导阀所确定的。
当整体式传感器/阀組合件150通过盖螺钉153附接到致动装置 100上时，端口 119和121通常是通过0形圏或垫片密封到整体式传 感器/阀组合件150内部的通道上。因此，没有必要将端口 119和121 车螺紋。可供选择地，各端口可以车螺紋成具有管螺紋或者用压缩密 封件的直螺紋。
如图5中另外示出的，整体式传感器/阀组合件150附接到致动装 置100上致动装置的一侧上，所述侧与阀200附接在致动装置的侧相 对。因为按照本发明所述的端口 119和121的位置不受现有技术存在 的其它连接部分/端口的限制，所以端口 119和121可以与转动件118 成相同的关系设置，而与致动装置的尺寸或形状无关。因此，同一整 体式传感器/阀组合件150可以使用具有不同尺寸的致动装置和阀，而 不改变整体式传感器/阀组合件150安装的方式。因此，本发明有助于将阀位置传感器和导阀合并成单一模块，所述模块可以与各种不同的
阀致动装置一起使用。另外，整体式传感器/阀组合件150可以安装在 致动装置的与阀所附接的侧相对的侧上(如图2所示的顶部)。因此， 整体式传感器/阀组合件150更容易得到和便于安装或更换。
除了上述配置之外，本发明的其它实施例也是可行的。例如，代 替直接连接到端口 119和端口 121上， 一个或多个导阀可以在整体式 传感器/阀组合件150中在内部垂直，并通过中间连接部分连接到端口 119和121上。在另一个实施例中， 一个或多个导阀可以操纵辅助阀 如空气驱动式滑阀。滑阀然后将按需要供应空气到端口 119和121。
根据上述说明，本发明的许多另外的修改和变动是可行的。因此 应该理解，在所附权利要求书范围内，本发明可以实行与本文具体说 明不同的另外的方法。
权利要求
1. 一种阀致动装置，包括外壳，所述外壳包括腔体；第一活塞，所述第一活塞设置在腔体中，并附接到第一齿条上；第二活塞，所述第二活塞设置在腔体中，并附接到第二齿条上；转动件，所述转动件包括旋转轴线，并附接到至少一个小齿轮上，该小齿轮这样与第一齿条配合，以使转动件随着第一活塞的运动旋转；第一体积，所述第一体积设置在第一活塞的第一侧上的腔体中；第二体积，所述第二体积设置在第一活塞的第二侧上的腔体中；第三体积，所述第三体积设置在第二活塞与第二体积相对的一侧上的腔体中；第一流体端口，所述第一流体端口在腔体外部通过主流体通道与第一体积成流体连通；第二流体端口，所述第二流体端口在腔体外部与第二体积成流体连通；和第二流体通道，所述第二流体通道在外壳内部、腔体外部并与主流体通道分开，所述第二流体通道连接到第一和第三体积，以便在第一体积和第三体积之间提供流体连通，而与主流体通道无关。
2. 如权利要求1所述的阀致动装置，其中外壳包括 第一表面；第二表面，所述第二表面邻近第一表面；第三表面，所述第三表面邻近第二表面并相对于外壳与第一表面 相对，第三表面包括开口，转动件穿过所述开口露出；和 第四表面，其中第 一和第二流体端口设置在第 一表面中。
3. 如权利要求2所述的阀致动装置，其中第一表面包括开口，转 动件穿过所述开口露出。
4. 如权利要求3所述的阀致动装置，其中第一表面包括至少一个安装孔。
5. 如权利要求4所述的阀致动装置，其中第一流体端口和第二流 体端口未车螺紋。
6. 如权利要求5所述的阀致动装置，还包括至少一个自动空气阀， 所述自动空气阀安装在第一和第二流体端口的至少其中之一上。
7. 如权利要求6所述的阀致动装置，其中自动空气阀与阀位置传 感器成为整体，所述阀位置传感器检测转动件的旋转位置。
8. 如权利要求3所述的阀致动装置，其中外壳包括第五和第六表 面，且第一和第二端帽通过至少一个位于第一表面和腔体之间的螺栓 孔分别用螺栓固定到第五和第六表面上。
9. 如权利要求1所述的阀致动装置，其中第一和第二端口各位于 第二体积对面，如沿着转动件的旋转轴线所看到的。
10. 如权利要求9所述的阀致动装置，其中第一流体端口和第一 体积之间的流体连通通过第 一 内部端口形成，所述第 一 内部端口连接 到主流体通道上，并位于第一体积的一侧上，所述侧平行于第一活塞 的运动方向。
11. 如权利要求10所述的阀致动装置，还包括 第二内部端口，所述第二内部端口位于第一体积的一侧上，所述侧平行于第一活塞的运动的轴线；和第三内部端口，所述第三内部端口位于第三体积的一侧上，所述侧平行于第二活塞的运动的轴线；其中第二通道将第二内部端口连接到第三内部端口上成流体连通。
12. 如权利要求11所述的阀致动装置，其中第二通道位于腔体和 外壳的表面之间，转动件不穿过上述外壳的表面。
13. 如权利要求12所述的阀致动装置，其中主通道位于腔体和外 壳的表面之间，转动件穿过上述外壳的表面。
14. 一种阀致动装置，包括 外壳，所述外壳包括腔体；第一活塞，所述第一活塞设置在腔体中，并附接到第一齿条上； 第二活塞，所述第二活塞设置在腔体中，并附接到第二齿条上； 转动件，所述转动件包括旋转轴线，并附接到至少一个小齿轮上，所述小齿轮这样与第一齿条配合，以便转动件随着第一活塞的运动旋转；第 一体积，所述第 一体积设置在腔体中第 一活塞的第 一侧上； 第二体积，所述第二体积设置在腔体中第一活塞的第二侧上； 第三体积，所述第三体积设置在腔体中第二活塞与第二体积相对 的一侧上；第一流体端口，所述第一流体端口在腔体外部，通过主流体通道与第一体积成流体连通；第二流体端口，所述第二流体端口在腔体外部，与第二体积成流体连通；和用于提供在第一体积和第三体积之间流体连通的装置，所述装置 与主流体通道无关。
15. —种驱动阀致动装置的方法，包括通过第一通道将加压流体供应到第一端口 ，以使第一活塞在外壳 内运动，上述第 一端口连接到位于第 一活塞的第 一侧上的第一体积上； 从第二端口抽吸空气，所述第二端口连接到第二体积上； 通过中间通道将第一体积中的空气转移到邻近第二活塞的第三体 积，上述中间通道将第一体积连接到第三体积上，与主通道无关并位 于第一、第二和第三体积的外部，以便第二活塞运动；和使可旋转件旋转，所述可旋转件通过齿轮装置连接到第一和第二 活塞上。
16. 如权利要求15所述的方法，其中供应加压流体到第一端口包 括通过第 一 内部端口供应加压流体，所述第 一内部端口位于第 一体积 平行于第一气缸的行进方向的一侧上。
17. 如权利要求16所述的方法，其中空气从第一体积转移到第三 体积包括穿过第二内部端口从第 一体积抽吸空气，所述第二内部端口位于第一体积平行于第一活塞的行进方向的一侧上。
18. 如权利要求17所述的方法，其中空气从第一体积转移到第三 体积包括穿过第三内部端口将空气供应到第三体积，上述第三内部端 口位于第三体积平行于第二活塞的行进方向的一侧上。
19. 如权利要求18所述的方法，其中第一和第二端口位于外壳的 同一侧上。
20. 如权利要求19所述的方法，其中中间通道位于外壳的与第一 和第二端口不同的一侧中。
全文摘要
在致动装置中，第一活塞附接到第一齿条上，和第二活塞附接到第二齿条上。转动件附接到一个小齿轮上，所述小齿轮与第一和第二齿条配合。第一体积设置在腔体中第一活塞的一侧上。第二体积设置在腔体中第一活塞的另一侧上。第三体积设置在第二活塞与第二体积相对的一侧上。第一流体端口通过主流体通道与第一体积成流体连通。第二流体端口在腔体外部，与第二体积成流体连通。流体通道在外壳中腔体的外部，且与主流体通道分开，上述流体通道连接第一和第三体积，与主流体通道无关。
文档编号F16N11/10GK101432565SQ200780015407
公开日2009年5月13日 申请日期2007年1月31日 优先权日2006年4月5日
发明者D·拜罗伊特, L·阿姆斯特朗 申请人:美卓自动化美国公司