用于配有气动流体再循环延时功能的方向控制阀的安全机构的制作方法
【专利说明】用于配有气动流体再循环延时功能的方向控制阀的安全机构
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请序列号61/783，164的优先权，其内容通过弓I用结合入本文。
技术领域
[0003]本发明一般涉及方向控制阀的领域，更具体地涉及具有流体再循环延时功能的气动方向控制阀的领域。
【背景技术】
[0004]本部分提供与本发明相关的背景信息，但其不必然属于现有技术。
[0005]在现代工业中很好地认可了方向控制阀，其用于通过系统调节并控制流体的流动。设计用于气动应用、经常称为“气动阀”的方向控制阀被用于调节气态流体的流动。经常，这些气动阀用于提供通过高压气态流体的输送而将机械能传递到机械装置或者致动器的装置。通过改变流经典型的气动阀的流体的路径，可以使与气动阀流体连通并位于阀的下游的致动器从一个位置移动到另一个位置。
[0006]具体而言，在典型的气动阀的应用中，气动阀经常会有两个输出端口、A和B。通过将输出端口 A连接到致动器、例如气缸的一侧以及通过将输出端口 B连接到该致动器的相对侧，仅通过改变高压气态流体、例如压缩空气通过阀的路径，就可以使致动器在两个位置之间来回移动。如果高压空气流过端口 A，则附装到端口 A的致动器的一侧将接收一个正的机械力，使致动器从所施加的力移开。而如果高压空气流过端口 B，则附装到端口 B的致动器的一侧将接收一个正的机械力，也使致动器从所施加的力移开。
[0007]传统上，气动阀被认为是高度低效的，在很大程度上是由于因为每次气动阀改变位置并改变流体流动的方向，位于(气动阀和致动器之间)下游的高压气态流体通过排气端口排放而丢失。例如，如果气动阀处于第一位置使得在与输出端口 A流体连通的下游通道中存在高压气态流体，那么当气动阀移动到第二位置使得高压气态流体现在自由流动通过输出端口 B，则该阀的内部口机构同时在输出端口 A和排气端口之间建立流体连通的路径。在输出端口 A和排气端口之间流体连通的此路径有效地提供一个排放机构，其允许高压气态流体逸出和丢失。每次气动阀改变位置时重复该排放过程。
[0008]包括那些在美国专利8，635，940中公开的最近的技术发展，已经提出一种装置，用于将气动流体再循环功能结合到标准三位置气动阀内，使得高压气态流体的一部分在阀的切换过程中被“再循环”。此再循环机构通过在阀的切换过程中结合入延迟功能实施，使得阀停顿在位于传统的第一位置与传统的第二位置之间的第三位置。在此延迟期间、或“驻留”期间，阀的内部端口构造允许阀的两个输出端口A和B在二者本身之间建立一个专用的流体连通，而与阀的任何其他端口隔离。在此驻留期间，气态流体被允许在两个口之间平衡，因此也在位于阀下游的典型的双侧致动器的两侧之间平衡，并且两侧中的各侧与两个输出端口 A和B中的一个流体连通。使用这种驻留机构，可使显著量的高压气态流体、例如高压空气进行再循环而不是被排放掉。
[0009]虽然上述的再循环方法提供了一个显著节能机会，然而在本发明之前开发的再循环方法禁用了阀的某些期望的安全功能。具体而言，三位置气动方向控制阀的目前行业标准定义了在断电情况下的阀的三种行业标准安全行为。这些标准安全行为通常被称为“排气”中心、“压力”中心、和“关闭”中心。所有这三种安全行为在现代商业市场中一应倶全。
[0010]本发明中所呈现的公开内容描述了一种用于在配有流体再循环功能的三位置气动阀中结合安全机构的新方法，使得阀可以保持所希望的工业标准安全行为中的任何一种行为，同时也实现了再循环方法的优点。
【发明内容】
[0011]本部分提供本发明的一般概述，而不是全面公开其全部范围或所有特征。
[0012]本申请在此描述了一种具有安全机构的阀系统，用于在配有空气再循环功能的三位置气动方向控制阀。本发明包括一种方向控制阀，该阀具有阀主体部，该阀主体部具有:至少两个输出端口、即至少第一输出端口 “A”和第二输出端口 “B” ;至少一个排气端口 ；以及至少一个供应或“压力”端口。该方向控制阀还包括位于阀主体部内的阀芯机构，使得阀芯机构能够在阀主体部内保持第一和第二位置。该方向控制阀还包括能够控制阀芯机构在第一位置和第二位置之间的运动的控制系统、优选电子控制系统。该方向控制阀还包括用于在阀芯机构在位于第一和第二位置之间的第三位置处的转变中实现延迟的系统，使得当阀芯机构位于第三位置以及该阀被供给以正电信号时，第一输出端口 A和第二输出端口 B在阀主体部内经由指定为“A-B通道”的流体通道而处于专用的流通连通。在当阀芯机构处于第三位置使得所述第一输出端口 A和第二输出端口 B处于专用的流通连通期间，气动流体可以在方向控制阀的两个输出端口之间再循环利用，因此提供了节能效果。
[0013]当阀芯机构居于第三位置时在第一输出端口 A和第二输出端口 B之间发生的专用的流通连通，允许当阀处于正常操作时、即当阀接收正电信号时，气动流体在两个输出端口之间再循环利用。在本发明中，方向控制阀还包括安全机构，使得当所述阀不被供给以正电信号时或在正电信号不再被供给后一段预定间隔时间之后，阀芯机构保持在第三位置，但第一输出端口 A和第二输出端口 B不处于专用的流体连通。
[0014]现在的方向控制阀工业已经为三位置方向控制阀在发生断电时的第三位(中心位置)的行为建立了三个标准行为。在断电期间的第一标准行为通常被称为“排气”中心位置行为，其中，当方向控制阀不被供给以正电信号时或在正电信号不再被供给后一段预定间隔时间之后，第一输出端口 A和所述第二输出端口 B彼此流体连通，并且也与排气端口流体连通。因此，这种“排气”行为的优选结果是，当阀断电时，存储于阀的输出端口内的任何潜在的能量通过排气端口排放到阀外。
[0015]方向控制阀在发生断电时的第二标准行为通常被称为“压力”中心位置行为，其中，当阀不被供给以正电信号时或在正电信号不再被供给后一段预定间隔时间之后，第一输出端口 A和第二输出端口 B彼此流体连通，并且也与压力端口流体连通。因此，这种“压力”行为的优选结果是，当阀断电时，阀的两个输出端口以和居于阀的入压力端口内的流体的压力相当的压力取得平衡。
[0016]方向控制阀在发生断电时的第三标准行为通常被称为“关闭”中心位置行为，其中，当阀不被供给以正电信号时或在正电信号不再被供给后一段预定间隔时间之后，第一输出端口 A和第二输出端口 B各自分别地被气动隔离，并各自分别地不与方向控制阀的任何其他端口流体连通。因此，这种“关闭”行为的优选的结果是，当阀断电时，每个输出端口分别保持在断电前存在于每个输出端口中的压力。
[0017]在所有这三种标准断电行为中，本发明的一个优选实施例包括自动安全机制，它允许所选择的标准断电安全行为的发生，而无需直接干预。在一个优选的实施例中，自动安全机构由一个简单的两通阀构成，该两通阀被指定作为阀系统的“安全装置”，其中该安全装置具有能保持在第一位置和第二位置的能力，使得当安全装置接收到正电信号时(例如将发生在正常阀操作期间)，安全装置居于第一位置，并且当安全装置不接收正电信号时(如将发生在断电期间)，安全装置“激活”并移动而居于第二位置。在一个优选实施例中，安全装置通过由电子控制机构提供的电子信号控制。
[0018]在适用于所有的三种标准断电行为的另一个优选实施例中，控制安全装置的电子控制机构包含用于电力存储的装置，使得在正电信号不再被供给到电子控制机构后电子控制机构可以在一段预定间隔时间内继续向安全装置提供正电信号。通过这种装置，优选的结果是，在正电信号不再被供给到电子控制机构后可将安全装置的激活延迟一段预定间隔时间。
[0019]在“排气”中心位置行为选项的一个优选实施例中，安全装置位于流体通道内，被指定为该阀系统的“安全通道”，使得安全装置能够在该安全装置居于第一位置时阻断通过安全通道的流体流动，并能够在安全装置居于第二位置时允许通过安全通道的流体流动；并且，其中安全通道是在一端邻接于并流体连通于主阀的A-B通道，并在另一端邻接于并流体连通于主阀的排气端口。在一个示例性实施例中，安全装置是“常开”直接作用式双通电磁阀，使得当安全装置接收正电信号时，它居于阻断通过安全装置的流体流动的第一位置，并且，当安全装置不接收正电信号时，它居于允许通过安全装置的流体流动的第二位置。
[0020]在“压力”中心位置行为选项的一个优选实施例中，安全装置位于流体通道内，被指定为该阀系统的“安全通道”，使得安全装置能够在该安全装置居于第一位置时阻断通过安全通道的流体流动，并能够在安全装置居于第二位置时允许通过安全通道的流体流动；并且，