活塞的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种活塞。示例性的装置包括限定了腔和与该腔连通的环向凹槽的活塞。流体基本上充满腔的至少一部分。示例性的装置还包括设置在腔和凹槽中的活塞环。流体用于施加第一压强给活塞环，从而使得活塞环施加第二压强于汽缸壁。该第二压强大于该第一压强。
【专利说明】活塞
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及一种活塞致动器，更具体地，涉及活塞。
【背景技术】
[0002] 活塞致动器通常包括设置在气缸内的活塞。活塞致动器可以是单动式的或双动式 的。如果活塞致动器是单动式的，活塞致动器可利用流体在一个方向上驱动活塞，且弹簧可 使活塞回复至故障保险位置，例如关闭位置或打开位置。如果活塞致动器是双动式的，活塞 致动器可利用流体在两个方向中的任一方向上驱动活塞。
【发明内容】
[0003] 本文公开了活塞。示例性的装置包括活塞，该活塞限定了腔以及与该腔连通的环 形凹槽。该腔的至少一部分被流体基本上充满。示例性装置还包括设置在腔和凹槽中的活 塞环。流体用于给活塞环施加第一压强，从而使得活塞环对汽缸壁（cylinder wall)施加 第二压强。第二压强大于第一压强。
[0004] 本文公开了另一示例性的装置，其包括活塞，该活塞限定了流体腔以及与该流体 腔连通的环形凹槽。第一密封件设置在流体腔中。第二密封件设置在凹槽中且可操作地耦 接于第一密封件。第一密封件用于提供相对于活塞的流体密封，以及第二密封用于提供相 对于汽缸壁的流体密封。
[0005] 本文公开了另一示例性的装置，其包括活塞，该活塞包括第一端部，第一端部与第 二端部间隔开以限定流体腔。示例性装置还包括活塞环，其设置在活塞的第一端部和第二 端部之间以限定在流体腔中的第一区域和在流体腔中的第二区域。第一区域基本上被流体 充满。活塞环的第一部分形成相对于活塞的第一端部和活塞的第二端部的流体密封。活塞 环的第二部分形成相对于汽缸壁的流体密封。
[0006] 已经描述的技术特征，功能和优点可单独通过各个实施例或者可以与其它实施例 相结合而获得，对其进一步的详细描述可以参考接下来的描述和附图。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1示出了本文中公开的示例性的活塞；
[0008] 图2是图1中示例性活塞的截面图；
[0009] 图3是图1-2中示例性活塞的另一截面图；
[0010] 图4是图1-3中示例性活塞的放大的截面图；
[0011] 图5示出了图1-4中示例性活塞与流体容器相连。
[0012] 尽可能地，在整个附图和相应的说明书中使用相同的附图标记表示相同或相似的 部件。在本发明中使用的，描述任何部件（如，层，膜，区域或盘）以任何形式位于（如位于， 定位在，设置在，或形成在等）另一部件上表示参考部件不与其它部件相接触，或者表示参 考部件在其它部件之上，且在参考部件和其它部件之间具有一个或多个中间部件。描述任 何部件与其它部件相接触表示在两个部件之间没有中间部件。
【具体实施方式】
[0013] 本文公开了活塞。本文公开的示例性的活塞限定了流体腔以及与流体腔连通的环 向凹槽。在一些例子中，活塞环设置在活塞的两个端部之间。活塞环的第一部分可设置在 流体腔中，且活塞环的第二部分可设置在凹槽中。在一些例子中，活塞环的第一部分形成相 对于活塞两个端部的流体密封，以限定在流体腔中的第一区域。流体腔第一区域中的流体 可向活塞环的第一部分施加压强。这样，活塞环的第二部分可向汽缸壁施加第二压强以形 成相对于汽缸壁的流体密封。第二压强大于第一压强。在一些例子中，通过活塞环的第一 部分的压强差，使得活塞环的第一部分向活塞环的第二部分传送作用力。
[0014] 在一些例子中，活塞环的第一部分是第一 0形环，且活塞环的第二部分是第二0形 环。第一0形环可具有大于第二0形环的第二横截面尺寸的第一横截面尺寸。在一些例子 中，第一 0形环与第二0形环相接触以可操作地耦接第一 0形环和第二0形环。
[0015] 图1示出了本文中公开的示例性的活塞100。示例性的活塞100可设置在单动式 致动器，双动式致动器，和/或任何其它形式的活塞致动器的汽缸302 (图3)中，以操作一 个或多个设备如阀门。该示例性的活塞100可以通过位于活塞的第一侧102和/或活塞的 第二侧104上的任何形式的流体如油，水，气体等来驱动。
[0016] 示例性的活塞100包括耦接至第二端部108的第一端部106。在所示例子中，活塞 环110设置在第一端部106和第二端部108之间。在示例性的活塞100的运行过程中，活 塞环110形成相对于汽缸302的壁312 (图3)的流体密封。因此，示例性的活塞环110主 要防止流体从活塞100的第一侧102流向活塞100的第二侧104和/或从活塞100的第二 侦U 104流向活塞100的第一侧102。尽管图1中的示例性的活塞100包括一个活塞环110， 但其它例子中可包括其它数量（如2, 3,4等）的活塞环。
[0017] 图2是图1中示例性活塞100的透视截面图。示例性活塞100限定了流体腔200 以及与流体腔200相连通的环形凹槽202。在所示例子中，第一端部106与第二端部108通 过间隔件204相间隔以限定凹槽202和在第一端部106和第二端部108之间的流体腔200。 示例性间隔件204设置在流体腔200内且从第一端部106延伸至第二端部108。在其它例 子中，第一端部106可以与第二端部108通过多个间隔件、一个或多个机械紧固件（如螺 钉），和/或任何其它适当的方法相耦接。
[0018] 图3是图1-2中示例性活塞100用于双动式致动器300的另一截面图。示例性活 塞100设置在汽缸302中。第一杆304与活塞100的第一侧102相连。第二杆306与活塞 100的第二侧104相连。在其它例子中，活塞100可以与单独的杆相连。
[0019] 示例性的活塞环110包括设置在流体腔200中的第一部分308和设置在与汽缸 302的壁312相邻的凹槽202中的第二部分310。示例性活塞环110的第一部分308形成 相对于活塞100的第一端部106和第二端部108的流体密封以使得流体腔200的第一区域 314可以基本被流体充满且通过流体加压。接下来更详细地描述，作用于活塞环110的第一 部分308的在第一区域314中的流体的第一压强使得活塞环110的第二部分310形成相对 于汽缸302的壁312的流体密封。在所示例子中，第一区域314通过活塞100的第一端部 106,活塞100的第二端部108以及活塞环110的第一部分308的内径侧316而限定。
[0020] 在一些例子中，在致动器300的运行过程中，使流体流入流体腔200的第一区域 314以加压第一区域314。在所示例子中，流体腔200的第一区域314接收来自汽缸302内 的流体，以使第一区域314充满流体和/或使第一区域314加压至第一压强。活塞100的 示例性的第一端部106限定了与第一区域314和汽缸302流体连接的第一端口 318。活塞 100的示例性的第二端部108限定了与第一区域314和缸302流体连接的第二端口 320。第 一止回阀322设置在第一端口 318中，且第二止回阀324设置在第二端口 320中。在其它 例子中，活塞100包括与第一区域314和汽缸302相连通的其它数量（如1，3,4等）的止 回阀。在所示例子中，如果在第一区域314中的第一压强小于较低阈值压强和/或如果汽 缸302中的流体压强大于较高阈值压强时，第一止回阀322和/或第二止回阀324使流体 能够从汽缸302流入第一区域314。因此，施加于驱动活塞100的流体压强可以用于加压第 一区域314,从而使得活塞环110形成相对于汽缸302的壁312的流体密封。
[0021] 在一些例子中，流体腔200的第一区域314在操作之前就被加压。通过在制造和 /或装配示例性活塞100的过程中使第一区域314充满流体，活塞100可以在操作之前被 加压。一旦活塞环110被设置在活塞100的第一端部106和第二端部108之间且第一区域 314通过流体被加压，接下来活塞100就可与气缸，杆，和/或致动器的任何其它部件进行装 配。
[0022] 图4是图1-3中示例性活塞环110的放大的截面图。在所示例子中，活塞100基 本上为盘形且活塞环110的第一部分308是第一 0形环400,且活塞环110的第二部分310 是第二〇形环402。在其它例子中，活塞100可以是其它形状（如长方形，三角形，六边形， 椭圆形等），且活塞环110的第一部分308和第二部分310为与活塞100的形状基本上一 致的形状（如长方形，三角形等）。在所示例子中，第一 〇形环400与第二0形环402相接 触以可操作地耦接第一 〇形环400至第二0形环402。图4中示出的第一 0形环400和第 二0形环402基本上同心。在一些例子中，活塞环110的第一部分308和第二部分310是 一体的（如活塞环110是单体的〇形环或其它元件）。在其它例子中，活塞环110包括三个 或多个不连续的0形环。在所示例子中，第一 0形环400具有第一横截面尺寸（如横截面 直径）且第二0形环402具有小于第一横截面尺寸的第二横截面尺寸。第一 0形环400和 /或第二0形环402可以具有任何适用的横截面形状（如圆形，六边形，长方形等）。
[0023] 示例性的第一 0形环400设置在与凹槽202相邻的活塞100的第一端部106和第 二端部108之间。在所示例子中，第一 0形环400和第二0形环402具有圆形的横截面形 状，且活塞100限定了流体腔200,该流体腔具有基本上垂直的与凹槽202相邻的角404和 406。这样，活塞环110和活塞100的第一端部106限定了在流体腔200中与角404之一相 邻的第二区域408。活塞环110和活塞100的第二端部108限定了在流体腔200中位于活 塞环110与另一个角406之间的第三区域410。
[0024] 在一些例子中，流体基本上从第二区域408和/或第三区域410移出（如排出，释 放出，流出等）。因此，在第二区域408和/或第三区域410中的压强可以基本上是常压。在 一些例子中，流体可以充满于部分或整个的第二区域408和/或第三区域410。因此，流体 可以设置在第一 〇形环400的内径侧316和第一 0形环400的外径侧412上的流体腔200 中。在第二区域408和第三区域410中流体的压强小于在第一区域314中流体的第一压强 以提供跨越第一 〇形环400的压差。在所示例子中，第一安全阀414设置在由活塞100的 第一端部106限定的第三端口 416中。第一安全阀414与第二区域408流体连通以控制在 第二区域408中的流体压强。第二安全阀418设置在由活塞100的第二端部108限定的第 四端口 420中。第二安全阀418与第三区域410流体连通以控制在第三区域410中的流体 压力。在一些例子中，第一安全阀414和/或第二安全阀418与汽缸102的最低压强区域 (如汽缸302中包括不用于驱动活塞100的流体的区域）连通。作为第一区域314和第二 和第三区域408和410之间的压强差的结果，通过第一区域314中的流体施加的作用于第 一 0形环400的力被传递到第二0形环402。当力施加于第二0形环402时，第二0形环 402施加作用力于气缸302的壁312以形成相对于汽缸302的壁312的流体密封。由于第 二0形环402的横截面尺寸小于第一 0形环400的横截面尺寸，因此第二0形环402施加 给汽缸302的壁312的第二压强大于通过在第一区域314中的流体施加于第一 0形环400 的第一压强。
[0025] 第二压强值是关于通过第一 0形环400的压强差、第一 0形环400的横截面尺寸、 以及第二〇形环402的横截面尺寸的函数。因此，选择第一压强，第二区域408和第三区域 410中的压强和/或活塞环110的尺寸以使得活塞环110可以施加期望的第二压强值于汽 缸壁312。在一些例子中，期望的第二压强值是通过第二0形环402相对于汽缸壁312形 成流体密封（"密封压强"）的最小压强。因此，跨越第一 0形环400的压强差和/或活塞 环110的尺寸可以被选择以使得第二压强基本等于所述密封压强，从而最小化由第二0形 环402相对于汽缸302的壁的第二压强导致的活塞环110的磨损。在另外的例子中，可以 选择所述压强差和/或活塞环110的尺寸从而使得第二压强大于所述密封压强。
[0026] 图5示出了加压示例性活塞100的腔200的另外一种示例性方法。在所示例子 中，通过设置在汽缸302外的流体容器502中的流体500对第一区域314进行加压。在所 示例子中，活塞100不包括第一止回阀322和/或第二止回阀324。流体500可通过管道 504 (如流线，软管等）流入第一区域314,管道504与第一区域314和流体容器502流体连 通。在所示例子中，管道504直接从流体容器502通过第一杆304连接至活塞100。在流 体容器502中的流体500可以流入（如泵入）第一区域314和/或被加压以增加第一区域 314的第一压强。在一些例子中，流体容器502中的流体500的压强通过与流体容器502相 连的压强传感器506而被监测。因此，通过控制从流体容器502流入第一区域314中的流 体500的流动和/或通过控制流体容器502中流体500的压强，在运行过程中第一区域314 中的压强可被控制。
[0027] 尽管本文中已经描述了某些示例性的方法，装置和制造原理，但是本专利的保护 范围不限制于此。这些例子不意于限制所示例子。相反，本专利覆盖所有完全落入所附权 利要求字面的或等效形式的范围内的方法，装置和制造原理。
[0028] 本发明后面的摘要是用于使得读者能够快速理解技术内容的本质。基于这种理 解，其不用于解释和限制权利要求的范围和内容。
【权利要求】
1. 一种装置，包括： 活塞，其限定了腔以及与所述腔连通的环向凹槽，流体基本上充满所述腔的至少一部 分；以及 活塞环，其设置在所述腔和所述凹槽中，其中所述流体用于给活塞环施加第一压强，从 而使得所述活塞环对汽缸壁施加第二压强，所述第二压强大于所述第一压强。
2. 如权利要求1所述的装置，其中所述活塞环包括可操作地耦接至第二0形环的第一 0形环。
3. 如权利要求2所述的装置，其中所述第一 0形环与所述第二0形环相接触。
4. 如权利要求2所述的装置，其中所述第一 0形环具有第一尺寸，所述第二0形环具有 小于所述第一尺寸的第二尺寸，所述第一 〇形环被设置在所述腔中，而所述第二〇形环被设 置在所述凹槽中。
5. 如权利要求1所述的装置，其中所述活塞环包括具有第一尺寸的第一部分和具有小 于所述第一尺寸的第二尺寸的第二部分。
6. 如权利要求1所述的装置，其中所述活塞环形成相对于所述活塞的流体密封以使得 在所述腔的第一部分中的流体具有第一压强以及使得在所述腔的第二部分中的流体具有 比所述第一压强小的第三压强。
7. 如权利要求1所述的装置，进一步包括与所述腔流体连通的安全阀。
8. 如权利要求1所述的装置，进一步包括与所述腔流体连通的止回阀。
9. 一种装置，包括： 活塞，其限定了流体腔以及与所述流体腔连通的环向凹槽； 第一密封件，其被设置在所述流体腔中；以及 第二密封件，其被设置在凹槽中并且被可操作地耦接至所述第一密封件，其中所述第 一密封件用于提供相对于所述活塞的流体密封，以及所述第二密封件用于提供相对于汽缸 壁的流体密封。
10. 如权利要求9所述的装置，其中所述第一密封件包括第一 0形环，且所述第二密封 件包括第二〇形环。
11. 如权利要求10所述的装置，其中所述第一 〇形环与所述第二〇形环相接触。
12. 如权利要求9所述的装置，其中所述流体腔中的流体用于在所述第一密封件的第 一侧上形成第一压强以及在所述第一密封件的第二侧上形成第二压强，所述第一压强大于 第二压强。
13. 如权利要求9所述的装置，进一步包括与所述流体腔流体连通的安全阀。
14. 如权利要求9所述的装置，其中所述第一密封件具有第一尺寸，且所述第二密封件 具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。
15. 如权利要求9所述的装置，其中所述活塞包括通过间隔件耦接至第二端部的第一 端部。
16. -种装置，包括： 活塞，其包括第一端部，所述第一端部与第二端部间隔开以限定流体腔；以及 活塞环，其被设置在所述活塞的所述第一端部和所述第二端部之间以限定在所述流体 腔中的第一区域和在所述流体腔中的第二区域，第一区域基本上被流体充满，其中所述活 塞环的第一部分形成相对于所述活塞的所述第一端部和所述活塞的所述第二端部的流体 密封，且所述活塞环的第二部分形成相对于汽缸壁的流体密封。
17. 如权利要求16所述的装置，其中所述活塞环的第一部分具有第一尺寸，且所述活 塞环的第二部分具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。
18. 如权利要求16所述的装置，其中通过所述活塞环的第一部分提供压强差。
19. 如权利要求16所述的装置，其中所述活塞限定环向凹槽且所述活塞环的所述第二 部分被设置在所述凹槽中。
20. 如权利要求16所述的装置，进一步包括与所述流体腔的所述第二区域连通的安全 阀。
【文档编号】F16J1/00GK104048041SQ201410155710
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】T·F·杰克逊 申请人:费希尔控制国际公司