专利名称：具有供应压力卸载功能的电-液压提升阀的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及电-液压电磁阀，尤其涉及具有一个或多个内部提升阀式阀装置 的电磁阀。
背景技术：
构造成在电-液压流体控制系统或者流体回路(液压管路，fluid circuit)中使 用的电磁控制阀可用于可选择地控制处于压力下的油或者其它流体流。提升阀组件(PVAs) 包括柱形内腔和锥形或者成型的提升阀装置，例如衔铁，球体或其它合适的装置。随着PVA 电磁部分的通电，允许处于压力下的流体进入PVA的阀体部分。液力和/或磁力的施加在 内腔内驱动或致动提升阀装置或多个提升阀或其它阀装置。因而其中的流体路径可选择地 开启以允许流体流经阀体的各种通道以便供给各种下游流体回路载荷。在PVA内，流体密封完整性很大程度上取决于提升阀与阀座的配合表面的密闭性 和质量。结果，通常会出现一些流体泄漏或者旁路。根据提升阀装置和下游流体回路控制 系统的具体构型，流体泄漏可以在相当小和较大之间变化。因此常规的提升阀和有关的控 制流体回路的泄漏特性不够理想。在一些液压系统中，需要从PVA卸载供应压力以精确地 确定PVA和下游流体回路的泄漏量。在这些系统中，还需要使不期望的流体损失和实现它 所需的费用减至最低。本发明用于实现这些需求。
发明内容
根据本发明一个实施例的阀组件包括具有可通电的线圈的电磁部分(螺线管部 分)和与该电磁部分连接的阀体。阀体包含阀装置，该阀装置具有邻近线圈设置的衔铁和 与衔铁轴向对准的下部阀。衔铁及其阀座可一起称为“上部阀”以表示其相对于下部阀位 于下游位置。衔铁由弹性构件(例如弹簧或其它合适的回复装置)偏压且在阀体的腔内向 下部阀轴向延伸。下部阀在一个实施例中构造成滑阀，而在另一个实施例中构造成球式提 升阀，但也可以使用其它合适的阀装置而不会脱离本发明所包含的范围。电磁线圈可选择地使用电源(例如电池、电源插口或任何其它可得到的电源)供 电，以使衔铁从第一位置移动到第二位置，从而允许流体经由供应端口进入阀体。衔铁的移 动允许流体通过下部阀和下部阀座之间，然后通过衔铁和上部阀座之间。最终，流体经由控 制端口从阀体排出，在该控制端口处，流体被输送到下游流体回路，例如，液压机械和/或 处理装置，自动系统，和/或其它液压部件或装置。当阀组件关闭时，这是当线圈如预期地处于不通电或者通电状态时发生的，衔铁 被偏压以密封上部阀座。与下部阀的表面接触的衔铁的一端使下部阀移动以至少部分打开 阀体中的一个或者多个孔口。孔口使流体从阀组件排放到例如阀体外部的低压罐或者槽， 从而如本文所述在供应端口下游提供压力卸载功能。因而使通过上部阀座进入下游控制回 路的流体旁路或泄漏基本上减到最少。因此，在使通电状态下的附属损失充分地减至最小 时，可更精确地检测阀组件下游的流体泄漏或者压力衰减。
通过以下结合附图的对本发明最佳实施方式的详细描述，本发明的上述特征和优 点以及其它特征和优点将显而易见。
图1是根据本发明的具有阀组件的流体回路的示意图；图2是可在图1的流体回路内使用并具有一对各处于关闭位置的内部阀的阀组件 的示意性剖视图；图3是图2的阀组件处于打开位置时的示意性剖视图；图4是处于关闭位置的可选阀组件的阀体部分的示意性剖视图；以及图5是图4的可选阀组件处于打开位置时的阀体部分的示意性剖视图。
具体实施例方式参照图1，流体回路10包括低压罐、储存器或流体槽12和泵⑵14。槽12容纳流 体16，该流体16由泵14泵出并在压力(P1)下经由供应管线26输送到电磁操纵的阀组件 (VA)18。该阀组件18通过无线或者有线的电连接装置30电连接到电源28 (在图1中还被 标示为ES)，例如电池、电容器或其它适合的电或电化学存储装置或者电源插口。可采用控制逻辑装置(未示出)以根据需要可选择地打开和关闭阀组件18，以便 向一组流体部件32提供动力，所述流体部件例如是但不限于液压机械、阀、活塞、蓄能器或 者其它流体回路装置。该流体部件32又经由回流管线34与槽12流体连通。压力传感器 11可设置在阀组件18的下游以感测流体回路10的下游管路部分13中的压力衰减。流体16被允许经由供应管线26在供应压力(P1)下通过供应端口 20进入阀组件 18。当阀组件18打开时，在常闭装置中这是在阀组件18可选择地通电时出现的，允许进入 阀组件18的流体16最终在控制压力(P2)下经由控制端口 22从阀组件18排出。至少一 个孔口 23经由另外的回流管线39与槽12流体连通以提供如以下参考图2-5所述的压力 卸载特征。尽管为了简单起见在多个附图中示出了一个孔口，但在本发明的范围内也可以 使用附加的孔口 23。所使用的孔口 23的个数可以由有效阀冲程、孔口尺寸以及在打开和关 闭位置通过下部阀24的泄漏的数量决定，如下所述。参照图2，阀组件18被示出为位于关闭位置，阻塞压力(P1)通往控制端口 22的通 道。阀组件18包括电磁部分36和阀体38。如图1所示，电磁部分36电连接到图1的能量 源28。在该实施例中，当在常闭构型中电磁部分36不通电时，流体16被阻塞而无法到达控 制端口 22。也就是说，防止流体16经由控制端口 22从阀体38排出，该控制端口可以设置 在阀体38的壁76中。通过这种方式，在控制端口 22的控制压力(P2)(见图3)不能被图 1中示出的部件32使用。阀组件18可以构造成电_液压装置，且可包括容纳电磁绕组或线圈41的螺线管 壳体40。线圈41卷绕在线轴43上，并且能可选择地通电以致动或驱动阀组件18。也就是 说，当线圈41不通电时，阀组件18限制供应端口 20和控制端口 22之间的流体连通。当线 圈41通电时，感应产生磁场，从而产生电磁通量，该电磁通量最终打开阀组件18以允许从 供应端口 20流到控制端口 22，如图3所示以及下文所述。除了控制端口 22，阀体38还包括限定了上部腔室42的内壁44，该上部腔室限定了上部阀座46。如上所述在没有磁场时，衔铁48沿箭头C的方向在上部腔室42内轴向移动。弹性构件50(例如弹簧或者其它合适的回复装置)可设置在衔铁48的第一端51和电 极部分55的下表面54之间以抵靠着下表面54起作用，从而当电磁部分36不通电时，提供 足够的回复力以使衔铁48沿箭头C方向移动，如图2所示。衔铁48设置在磁套筒15中以与其共同运动。在一个实施例中，磁套筒15可围绕 (或外接于)衔铁48。套筒15可移动地设置在阀体38的上部腔室42内，且与电极部分55 的下表面54限定了空气间隙47。衔铁48的第二端53构造成以流体旁路的预定最大流速 抵靠着上部阀座46密封。衔铁48朝向阀体38的下部腔室56轴向伸出，且通过连接端口 33与下部阀24接触，其中连接端口 33分别提供上部和下部腔室42和56之间的流体连通。仍然参照图2，下部腔室56由容纳或者收纳下部阀24的内壁58限定。如图2和 3的实施例所示，下部阀24可构造成滑阀。然而，在不脱离本发明所包含的范围的情况下其 它实施方式也是可能的，包括但不限制于后文描述的图4和5的球式提升阀。阀体38还限定了供应力平衡端口 20A，在该端口内设置了止动装置60，例如，环形 止动环或者其它适合的阀塞保持装置。当图1的电源28给线圈41通电时，套筒15被磁吸 引向电极部分55，因此衔铁48在上部腔室42内沿箭头0方向轴向移动。结果，弹性构件 50的力被克服，且弹性构件50抵靠着下表面54压缩(见图3)。当衔铁48沿箭头0方向 移动时，下部阀24响应于位于供应力平衡端口 20A处的流体压力，也自由地沿箭头0方向 移动。当下部阀24构造成如图2和3的实施例所示的滑阀时，下部阀可包括阀塞(阀 柱)62，在该阀塞中限定了轴向流体通道64。阀塞62包括接触衔铁48的伸出部57，从而衔 铁48的动作可以移动阀塞62。当阀组件18如下描述地处于打开位置时，在供应端口 20， 20A提供压力(Pl)的流体16可流过轴向流体通道64，通过连接端口 33并流入上部腔室 42，在此最终通过控制端口 22排出以提供控制压力P2。因此流体流具有跨阀组件18的最 小压降，该压降优选地小于约0. 5巴(bar) (g)。在阀体38中至少一个孔口 23设置在下部阀24和衔铁48之间。如上所述，根据多 种因素，可以使用多个孔口 23，或者如图所示只有一个孔口。这些因素包括但不必然限于 有效的阀冲程，孔口尺寸，允许的通过下部阀24的泄漏，等等。例如，一个实施例可包括近 似等距间隔开的多个孔口 23，如四个孔口 23，这四个孔口设置成各相邻孔口 23隔开90度。 孔口 23可根据特定应用的需要而确定尺寸，例如，直径为约0. 5mm到根据另一实施例的约 1mm。在一些应用中，使用单个孔口 23可能无法达到合适的排放。此外，通过下部阀24的 泄漏很难预知。因此，可提供多个孔口 23，在为了特定的应用而需要调整阀组件18时其中 一些孔口 23被堵塞。更具体地，孔口 23可形成在阀体38的壁76中。在下部腔室56和槽12 (见图1) 之间的流体流量因此被孔口 23限制。处于如图3所示的打开位置时，该孔口 23由阀塞62 限制且限制了流体16的流动，从而减少了寄生流体损失。孔口 23还减少了在处于图2的 关闭位置时通过下部阀24产生的任何流体泄漏而造成的任何可察觉的压力。当阀组件18处于如图2所示的关闭位置时，孔口 23允许通过倾卸通过阀塞62泄 漏的流体而实现阀组件18的排放。根据一个实施例，上部阀座46和衔铁48制造成在处于 关闭位置时具有小于约lOOmg/min的流体泄漏或者旁路。在处于关闭位置时通过下部阀24的流体泄漏可以高几个数量级但仍提供可接受的压力卸载功能。孔口 23构造成具有提供最佳压力卸载的直径(d)。在一个实施例中，孔口 23的直径(d)为约0. 5mm到约1mm。然 而，也可以使用其它直径尺寸而不脱离本发明包含的范围。如上所述，孔口 23必须足够大以在处于关闭位置时减少由通过阀塞62的流体泄 漏产生的任何可察觉的压力。孔口 23的尺寸还设定成足够小以当衔铁48和下部阀24处 于如图3所述的打开位置时减少槽12的寄生流体损失。直径(d)的尺寸还应设定成当处 于如图3所示的打开位置时使得跨越阀组件18的任何压降充分地减至最小。参照图3，当电磁线圈41通电时，所示实施例中的阀组件18打开，从而允许流体 16从端口 20流到控制端口 22。当磁场产生时，弹性构件50的偏压力被流体压力克服从而 使衔铁48沿箭头0方向移动。当衔铁48沿箭头0方向移动时，其第二端53朝远离伸出部 57的方向移动。不再被衔铁48抵挡的下部阀24沿箭头0方向自由地移动，从而允许流体 从端口 20流到控制端口 22，并基本上堵塞孔口 23，也就是说，在一个实施例中，孔口 23的 至少约75%被堵塞。图4和5图示了另一阀组件18，其中下部阀24构造成球式提升阀。为了简化，从 图4和5中省略图2和3的电磁部分36，而前述电磁部分36的电气机械机构和操作同样地 适用于图4和5的实施例。球式提升阀可以被用作例如相对于图2和3的阀塞设计费用更 低的装置。然而，可以预计球式提升阀以相对于阀塞设计更高的速率泄漏，因此在特定实施 例之间做出决定以用于给定的流体回路中时，可以考虑在性能和效率间进行权衡。在图4的实施例中，例如通过前述能联接到衔铁48的轴向臂或者衔铁销48A，球体 70被衔铁48偏压向关闭位置。下部阀座71成形为当如图4所示衔铁销48A将球体70推 到抵靠或者接近下部阀座71时形成相对于球体71的流体密封。下部阀座71可以由合适的材料制造以限定多个轴向凹槽72和径向孔74。下部 阀座71的非凹槽部分将球体70容纳在轴向路径以内，而凹槽72允许流体被引导通过球体 70。径向孔74与孔口 23经由形成在阀体38的下部阀座71中和/或下部阀座71与壁76 之间的环形通道75流体连通。在此实施例中，在控制端口 20B作用在球体70上的流体压 力(Pl)超过或者克服弹性构件50的回复力(见图2和3)。不过，可以相对于球体70存在 一定量的流体泄漏。因此，从旁路绕过球体70的流体16被引导通过轴向凹槽72、径向孔74和环形通 道75，最终经由孔口 23排放到槽12以限制作用于衔铁48的压力。当阀组件18，118关闭 时，通过排放来自阀组件18的流体16，使得能够在下游流体回路(例如图1的流体回路13) 中精确测量由于流体泄漏产生的压力下降。图1所示的压力传感器11可用来进行所需的 压力测量。也就是说，在不存在这种使用孔口 23进行排放的情况下，根据泄漏的严重性，通 过衔铁48和上部阀座46的流体泄漏的测量精确性会削弱。参照图5，当在常闭构型中阀组件118通电时，球体70不再被衔铁销48A沿箭头C 方向偏压。那么流体压力(Pl)可以使球体70在轴向凹槽72内移动。球体70应该仅移动 到充分地堵塞径向孔74，从而使进入孔口 23的流体流减到最少。这样，当阀组件118处于 如图5所示的通电或打开位置时寄生损失被减至最小。如本领域技术人员可以理解的是，电磁致动阀(例如前文所述的阀组件18和118) 可构造成常开或者常闭装置。在电源发生故障的情况下，常开装置在打开位置会失效，只有当通电时才会关闭。常闭装置则正好相反，即，在关闭位置失效，需要通电流以致动装置。虽 然在前文中阀组件18和118各自被描述为常闭装置，但任一实施例都可以改为常开装置而 不脱离本发明包含的范围。 虽然已经详细介绍了实施本发明的最佳方式，但在附加的权利要求范围内本发明 所涉及的领域中的技术人员将会意识到实现本发明的多种可选设计和实施例。
权利要求
一种阀组件(18)，包括阀体(38)，该阀体限定了与流体源(12)流体连通的供应端口(20)，第一腔室(42)，与第一腔室(42)流体连通的第二腔室(56)，第一阀座(46)，以及与至少一个流体部件(32)流体连通的控制端口(22)；衔铁(48)，该衔铁至少部分地设置在第一腔室(42)中，其中，衔铁(48)构造成当阀组件(18)关闭时抵靠第一阀座(46)而密封，且当阀组件(18)打开时背离第一阀座(46)移动以允许流体(16)通至控制端口(22)；以及阀装置(24)，该阀装置设置在第二腔室(56)中，具有邻近供应端口(20)设置的可动部分(62，70)以在阀组件(18)打开时选择性地允许流体(16)进入第二腔室(56)和通过第一阀座(46)；其中，阀体(38)还限定了至少一个位于供应端口(20)和第一阀座(46)之间的孔口(23)，所述孔口(23)提供压力卸载功能，用于在阀组件(18)关闭时排放通过阀装置(24)泄漏的流体(16)。
2.根据权利要求1所述的阀组件(18)，其特征在于，还包括弹性构件(50)，该弹性构件 设置成当阀组件(18)关闭时将衔铁(48)偏压抵靠在第一阀座(46)上。
3.根据权利要求1所述的阀组件(18)，其特征在于，可动部分(62，70)是球体(70)和 阀塞(62)之一。
4.根据权利要求3所述的阀组件(18)，其特征在于，可动部分(62，70)是球体(70)，阀 组件(18)还包括位于第二腔室(56)内的第二阀座(71)，衔铁(48)包括具有自由端的轴向 伸出部(48A)，当阀组件(18)关闭时，该轴向伸出部选择性地将球体(70)运动到与第二阀 座(71)接触。
5.根据权利要求4所述的阀组件(18)，其特征在于，第一阀座(46)相对于阀体(38) 固定不动，第二阀座(71)相对于阀体(38)可动。
6.根据权利要1所述的阀组件(18)，其特征在于，阀装置(24)构造成当阀组件(18) 打开时基本上堵塞孔口(23)。
7.根据权利要5所述的阀组件(18)，其特征在于，当阀组件(18)打开时，阀装置(24) 堵塞孔口(23)的直径的至少约75%。
8.一种阀组件(18)，包括阀体(38)，该阀体限定了 第一腔室(42)，第二腔室(56)，至少部分限定第一腔室(42) 的第一阀座(46)，供应端口(20)，控制端口(22)，以及至少一个孔口 (23)；设置在阀体(38)内的磁套筒(15)；衔铁(48)，该衔铁适合于连同磁套筒(15) —起运动且基本上设置于第一腔室(42)内；电磁线圈(41)，该电磁线圈可通电以产生足以使磁套筒(15)和衔铁(48)运动至打开 和关闭位置之一的磁场；弹性构件(50)，当阀组件(18)关闭时，该弹性构件将衔铁(48)偏压抵靠在第一阀座 (46)上；以及阀装置(24)，该阀装置设置在第二腔室(56)内且在阀组件(18)打开时被衔铁(48)偏 压以相对于供应端口(20)形成流体密封；其中，当阀组件(18)打开时，磁套筒(15)和衔铁(48)背离第一阀座(46)运动以允许 阀装置(24)背离供应端口(20)运动，从而允许流体进入阀体(38)并到达控制端口(20)； 并且在关闭位置，磁套筒(15)和衔铁(48)朝第一阀座(46)运动以堵塞进入阀体(38)的 流体，且允许通过阀装置(24)的预定量的流体泄漏通过孔口(23)排放并排出阀体(38)。
9.根据权利要求8所述的阀组件(18)，其特征在于，阀装置(24)包括阀塞(62)和球 体(70)之一。
10.根据权利要求8所述的阀组件(18)，其特征在于，第一阀座(46)在第一腔室(42) 和第二腔室(56)之间限定了连接端口(33)，衔铁(48)轴向延伸穿过连接端口(33)。
11.一种阀组件(18)，包括阀体(38)，该阀体限定了供应端口(20)和至少一个孔口(23)，所述孔口(23)用于在 阀组件(18)关闭时选择性地将流体(16)排出阀体(38)；设置在阀体(38)的第一腔室(42)内的阀装置(24)；以及至少部分地设置于阀体(38)的第二腔室(56)内的可动衔铁(48)，该第二腔室(56)位 于第一腔室(42)的下游，该可动衔铁(48)适合于在阀组件(18)关闭时沿第一方向偏压阀 装置(24)以使得通过供应端口(20)进入的流体减至最少；其中，孔口(23)的一端设置在第一腔室(42)内。
12.根据权利要求12所述的阀组件(18)，其特征在于，阀装置(24)是滑阀和球式提升阀之一。
13.根据权利要求13所述的阀组件(18)，其特征在于，该阀组件包括滑阀(62)，其中滑 阀(62)构造成在阀组件(18)打开时基本上堵塞孔口(23)。
14.根据权利要求13所述的阀组件(18)，其特征在于，该阀组件包括球式提升阀和阀 座(71)，其中阀座(71)限定了多个轴向凹槽(72)，用于在阀组件(18)打开时将球式提升 阀的球体部分(70)保持在轴向路径中。
15.根据权利要求14所述的阀组件(18)，其特征在于，阀座(71)限定了径向通道 (74)，当阀组件(18)关闭时该径向通道在轴向凹槽(72)和孔口(23)之间形成流体路径。
全文摘要
本发明涉及一种电磁驱动阀组件，包括阀体，该阀体限定了与流体源流体连通的供应端口、上部或第一腔室、与第一腔室流体连通的下部或第二腔室、第一阀座以及与下游流体部件流体连通的控制端口。当电磁部分处于关闭位置时，衔铁抵靠着第一阀座密封，弹性构件以其它方式将衔铁偏压抵靠在第一阀座上。下部阀装置设置在第二腔室中并具有可动部分，在打开位置，该可动部分选择性地允许流体进入第二腔室。阀体在供应端口和第一阀座之间限定了至少一个孔口，孔口提供压力卸载功能，用于在电磁部分没有被致动时排放通过阀装置泄漏的流体。
文档编号F16K27/04GK101876382SQ201010233528
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者S·L·安布罗斯 申请人:伊顿公司