专利名称：电控气动岐管通气阀门插入件的制作方法
技术领域：
本发明涉及美国专利申请No＿＿，其名为“电控气动歧管阀门插入件”。该专利的申请具有与此文件相同的受让人和申请日，2000年＿月＿日，而其揭示援引在此供参考。
本发明总的涉及阀门组件(也可称为“阀门插入件”)，属于布置在歧管中的类型，用于控制装有该歧管的系统中的流体流动。更具体地说，本发明属于通气阀门插入件，设计用于布置在装备有电控气动(ECP)制动设备的货运铁路车辆的歧管内。
为协助读者理解许多本发明可以应用的环境中的仅仅一个，下面提供一些有关方面的背景信息。除非在本文中明确地声明，这里所使用的术语并不限于狭义的解释。
一列货运列车通常包括一台或多台机车头、多节铁路车辆和几条列车管路。对于由机车头领头并装备ECP制动控制系统的货运列车，列车管路既包括气动也包括电气线路，其中有一些从领头的机车一直穿过列车到最后一节铁路车辆。称作制动管路的气动列车管路就是其中的这样一种列车管路。它在整个货运列车长度中延伸，而称作ECP列车管路的双线电气列车管路也是如此。每一台机车头的特点是具有称作多元(MU)线缆的多线电气列车管路。MU线缆包括27条不同的电气线路。如铁路工业中众所周知的，MU线缆包含74V直流供电和返回线路，通过它们将机车头的蓄电池动力供应给列车上的各种功率消耗设备。
制动管路包括一系列管段，其中一个管段固定于每一节车辆的下面。每个管段在其两端各有带联结器的柔性软管，该联结器通常称作“热烈握手”。当机车头(一或多台)和其他铁路车辆顺次联结而形成货运列车时，制动管路由各段管路端部的联结器与相邻铁路车辆的另一长度的管路的联结器互相联结而形成。类似于制动管路，在其中包含ECP列车管路的管道实际上包括一系列个别的管道。每一这样的管道固定到每一节车辆的下面，并通过铁路车辆之间的联结器与另一这样的管道互相联结。在机车头中MU线缆的74V直流动力线的供电下，ECP列车管路通常在额定230V直流下工作，以给货运列车的各节车辆上的ECP制动设备提供动力。
机车头中ECP制动控制系统包括驾驶室工作站单元和主控制器，列车上的制动器最终受到其控制。驾驶室工作站单元的特点是具有一个或两个手柄与/或按钮，以供列车司机用来指引制动控制。其中一个手柄，称作自动制动手柄，可以在下列位置之间移动释放、最小作用、全力作用、压制、连续作用和紧急状态。在最小和全力作用位置之间存在一个作用区域，其中手柄向全力作用位置的每一个增进移动将促使制动器更强一步的作用。制动器作用力的大小取决于自动制动手柄向全力作用位置移动的远近程度。
从手柄或按钮的输入，经过驾驶室工作站单元处理以后，再传到主控制器。按照其程序编码内所含的指令进行运转，并响应从手柄或其它来源的输入，主控制器制定符合于当前情况的制动命令，并将其沿ECP列车管线传送到货运列车中的每一节铁路车辆。如美国铁路协会(AAR)所规定的，制动命令及其它ECP信息利用诸如Echelon LonWorks系统之类的电力线通信系统传送出机车头。沿ECP列车管路，制动命令然后通过分支线路传送到每一铁路车辆的ECP制动设备。相似地，以铁路工业熟知的方式，制动管通过分支管输送到每一节铁路车辆的ECP制动设备。
这样，主控制器可以通过制动命令，指示行使从释放制动到紧急施加制动之间的任何一种作用或者在这两个极限之间的任何程度的制动作用。制动设备也可设计成提供制动器的逐渐释放。由主控制器指示的制动施加程度通常以施加全力作用制动所需的压力百分比的形式传送。例如，零百分比(0％)通常表示释放制动，15％为最小作用的制定施加，100％为全力施加制动，而120％为紧急施加制动。
在各铁路车辆上的ECP制动设备通常可包括车厢控制单元(CCU)、若干压力变换器、各种气动与/或电动气动阀门、辅助贮存器、应急贮存器和最少一个制动气缸。为了监控制动管中的压力，制动气缸和两贮存器、压力变换器将表示那些压力的电信号输送到CCU。
每一CCU包括一个收发器和一个微处理器。在微处理器的控制下，收发器通过分支线路连接到ECP列车管路，从该管路它接受由主控制器发出的制动命令。收发器把电气制动命令转换成微处理器可用的形式。按照其程序编码和制动命令的规定以及其它所接收的电气信号工作，微处理器按照制动控制技术所熟知的方式控制上述电动气动阀门。通过这些电动气动阀，空气保持在贮存器中、从其中排出或从其中引导至制动气缸。通过把自动制动手柄移动到作用区域，例如，机车头中的列车司机将使ECP控制制动系统沿ECP列车管路发出制动作用命令。响应于制动作用命令，每一节车辆上的微处理器将从辅助贮存器或者从应急贮存器引出适量的空气，通过合适的电动气动阀门引到制动气缸。
此外，作为安全措施，应急制动命令不但以电气方式沿ECP列车管路，同时也以气动方式沿制动管传送到铁路车辆。通过把手柄移动到应急位置，机车头中的列车司机使制动管中的压力以一应急速率降低。该压力降低然后迅速沿制动管传播到列车的每一车辆。如果ECP设备失去动力或有其他电气故障，它仍将以气动方式对制动管在紧急状态下产生的警示性的压力降低作出响应。ECP制动设备设计成通过从辅助及应急贮存器对制动气缸供应增压空气而响应紧急的压力降低，并由此施加紧急制动。没有施加制动的命令，并在一些制动控制技术中所熟悉的条件下，铁路车辆制动设备通过其气动阀中的一个，用从制动管获得的增压空气对这两个贮存器进行充气。
不管如何加压，制动气缸把所接受的增压空气转换为机械力。该机械力利用机械连杆机构传递到制动闸瓦。紧抵在轮式和/或圆盘式制动器上的制动闸瓦用来使车轮的转动慢下来或停止。施加在车轮上的制动力的大小与气缸中建立的压力成正比。
如铁路工业中众所周知的，ECP系统通常仅作为传统气动或电动气动(EP)制动控制系统的一个重设或附属而应用在货运列车上。不象ECP制动控制系统，机车头中的传统EP制动系统使用制动管以气动方式将所有制动命令到列车中的每一节车辆，而不仅仅是应急命令。
除了驾驶室工作站单元之外，传统EP制动控制系统包括制动控制计算机(BCC)和气动操作单元(POU)。BCC响应于驾驶室工作站单元的输出信号，即手柄和/或按钮的输出。根据这些及其它信号以及支配其操作的软件，BCC控制包括BOU的各种气动或电动气动操作装置的工作。这些装置主要包括气动逻辑电路和电磁操作阀门，因而通常称作操作部分。就是通过这些操作部分，BCC实际上控制制动管(以及其它各种气动列车管路和贮存器)中的压力。
各铁路车辆上的传统气动制动设备包括诸如由西屋气刹车技术股份有限公司(WABTEC)生产的ABD、ABDX或ABDW型阀门之类的气动制动控制阀。制动控制阀(BCV)包括作用部分及应急部分，二者都装在一管子支架上。管子支架有一定数量的内部通道和几个开孔。每一个开孔连接于来自铁路车辆的互连管子中的一条管子，诸如那些通向制动管、制动气缸和两个贮存器的管子。通过管子支架的内部通道和开孔，BCV的作用和应急部分与铁路车辆中的气动管道流体连通。
通过移动自动制动手柄，机车头中的列车司机能够控制制动管子中的压力水平，并由此操纵是否施加制动器及施加到何种程度。用自动制动手柄改变其压力水平，制动管可用来将释放、施加和紧急制动命令传送到各节铁路车辆中的气动制动设备。响应于释放制动命令(即当制动管压力恢复到其正常操作压力时)，BCV的作用部分不仅对两个贮存器用其从制动管所获取的增压空气进行充气，而且还使制动气缸向大气排气，使车辆中的制动器释放。响应于施加制动命令(即当制动管压力以一作用速率减少时)，作用部分仅从辅助贮存器向制动气缸供应空气以施加制动。制动管压力减少的程度，亦即制动施加的大小，取决于自动制动手柄向全力作用位置移动的远近程度。响应于应急制动命令(即当制动管以应急速率排放到大气时)，BCV的作用及应急部分从两个贮存器同时向制动气缸供给空气，以更快速、更有力地施加制动。
在传统EP制动控制系统的控制下，制动管，或准确地说，其中的压力水平，决定BCV是否对两个贮存器充气，或者把先前存储在一个或二个贮存器的增压空气送往制动气缸。
在同时装备有两种形式的制动系统的货运列车中，机车头中的列车司机能够选择是否使用传统EP制动控制系统还是ECP制动控制系统来操作制动器。当选用传统制动模式时，制动管将被用来将制动命令以气动方式传送至各铁路车辆中的气动制动设备。当选用ECP制动模式时，ECP列车管路将将制动命令传送至各车辆中的ECP制动设备，而作为安全措施，制动管也将被用来传送紧急制动命令。
在各铁路车辆上，安装于BCV的管子支架的是ECP歧管组件，在
图1中总的由标号1表示。只有局部地显示，ECP歧管组件1包括歧管150和盖板200。在歧管150中至少包含一部分上述的阀门。ECP歧管150包含四个镗孔关断孔10、通气孔30、辅助孔50和应急孔70。孔50及70通常称作注入孔。每一镗孔均有多个孔，从顶部到底部逐次看去，各孔具有逐步缩小的直径，以便容纳装在其中的具体阀门组件的外形。
ECP歧管150也限定了若干内部通道。应急通道2使应急孔70的底部71与铁路车辆中的应急贮存器互相连接。同样，辅助通道3使辅助孔50的底部51与辅助贮存器气动连通。从辅助通道分支出去的是控制通气孔4。通气通道5使通气孔30的中部33与大气连通。进入通道6使关断孔10的中部13与BCV的作用部分互相连通。例如，在ABDX制动控制阀中，进入通道6较佳地连接于作用部分中的c1通道。公共通道7分别与镗孔10、30、50及70的下部12、32、52及72连通。公共通道7使这些下部与制动气缸互相连通。
ECP歧管150装有若干阀门组件(即阀门插入件)。镗孔10用来容装关断阀门插入件100。镗孔30用来容装通气阀门插入件300。镗孔50用来容装辅助阀门插入件500，而镗孔70用来容装应急阀门插入件700。阀门插入件500及700通常称作注入插入件。图1中所示的插入件应用了现有技术中公知的设计。
通过盖板200，阀门插入件容纳在歧管150内。虽然在图中只有显示出一个，但在盖板200中限定出了四个引导通道8，每一镗孔顶部上都有一个。例如，在插入件100上方，引导通道8与镗孔10的顶部17连通。在阀门插入件300、500及700的上方，其它引导通道分别与镗孔30、50和70的顶部37、57和77相连通。
如图2及3中最明显地显示的，各阀门插入件包括主衬套800和活塞组件900。衬套800限定了一个中心孔，它由上、中、下腔室801、802、803构成。上腔室801的直径大于中间腔室802的直径。因此，在上腔室801的底部有一环形凸肩，在此中心孔缩小到中间腔室802。同样，在下腔室803的顶部有一环形凸肩。主衬套800在中心孔中也具有两个环形阀座。第一阀座810形成在上腔室801底部的环形凸肩上，第二阀座830形成在下腔室803顶部的环形凸肩上。各阀座是平坦的，并与中心孔纵向轴心线形成一个角度。如果从三维空间来看，每一阀座看上去象一锥形环状表面。
主衬套800围绕其周边也形成有三个环形凸缘。环形凸缘811位于衬套800的顶部周围。环形凸缘812和813分别位于衬套800的中部和底部周围。各凸缘的外直径是相同的，并且各环形凸缘限定一凹槽，其中固定一O形圈。配置了O形圈后，主衬套800设计为可与ECP歧管150中任何一个镗孔滑动配合。O形圈可以防止容装阀门插入件的镗孔各部分之间的泄漏。
活塞组件900设计成可嵌于主衬套800的中心孔内。活塞组件900包括一个插入活塞910和密封元件920及930。从活塞的头部911延伸出一轴912。头部912围绕其周边形成有一环形颈圈913。该颈圈限定出一凹槽，以便在其中固定O形圈914。该O形圈914防止空气从头部911周围泄漏。头部911在其顶部也有凸钮915。
轴912围绕其周边形成有三个周缘。密封元件920在周缘921与头部911下侧之间固定在轴912周围，而密封件930在周缘922与923之间固定在轴912周围。密封元件920的底部外边设计成与第一阀座810恰好密封对齐。同样，密封元件930的顶部外边设计成与第二阀座830恰好密封对齐。密封元件920和第一阀座810在一起用作上阀门，而密封元件930和第二阀座830在一起用作下阀门。
如图3中最清楚示出的，弹簧940设置在插入活塞910周围，并受压缩地设置在颈圈913下侧与上腔室801的底部凸肩之间。该弹簧将插入活塞910向上偏压，使下阀门正常时关闭而上阀门正常时打开。
图1中所示的诸阀门插入件基本上是相同的，只是阀门插入件300没有设置辅助插入件，该辅助插入件通常称为加压器。图2表示具有加压器的阀门插入件，而图3表示没有加压器的阀门插入件。总的由标号950表示的加压器具有容纳在副衬套970内的副活塞960。在其顶部，衬套970有一环形唇缘971，用来限制活塞960的向上运动。
副活塞960环绕其周边形成有环形凸缘961。该凸缘限定一可固定0形圈962的凹槽。该O形圈防止空气从活塞960周围泄漏。活塞960的下侧含有一中空的轴964。该中空的轴设计成与插入活塞910的凸钮915相配合，如图2所示。
盖板200的顶部安装有四个螺线管110，图1中仅示出其中的螺线管110。在各阀门插入件的上方，对于相应的镗孔，一个螺线管与控制通气孔4和引导通道8相连通。各螺线管有一个电枢杆，它围绕有一励磁线圈。电枢杆在其头部端具有一密封件。当线圈不通电时，电枢杆的头部端压靠于阀门插入件上方的盖板顶面。这使引导通道8与控制通气孔4及与此连接的辅助贮存器密封隔离，并因此可防止增压空气作用于阀门插入件的顶部。
在选择何种制动控制系统将引导制动器的控制时，机车头中的列车司机最终决定ECP歧管150中关断阀门插入件100的状态。当选择传统的EP制动模式时，各铁路车辆上的CCU不通过ECP列车管路受到命令对螺线管110进行励磁以便关断阀门插入件100。这使关断阀门插入件100保持在关闭状态，即其下阀门关闭而上阀门打开。(如图1中清楚示出的，下阀门没有用到。)因此，无论何时传统制动控制系统沿制动管路传送制动施加命令，关断阀门插入件100都将容许增压空气流过其上阀门并进入制动气缸。具体地说，来自BCV的作用部分中的c1通道的空气将容许流入进入通道6并穿过镗孔10的中部和下部13和12。然后，增压空气将流经阀座810和通过公共通道7进入制动气缸，并由此促使铁路车辆上的制动器起作用。
当选择ECP制动模式时，各铁路车辆上的CCU通过ECP列车管路受到命令对螺线管110通电。当通电后，螺线管110以电磁力迫使其电枢杆向上，并由此使阀门插入件100的引导通道8与控制通气孔4相互连接。来自辅助贮存器的控制空气然后作用于副活塞960的顶部。当控制压力建立时，中空轴964围住凸钮915，并立刻克服弹簧940的偏压将插入活塞910向下推。这迫使关断阀门插入件100进入其切入状态，即其上阀门关闭。在此状态下，关断阀门插入件100将使进入通道6与公共通到7切断，并由此将制动气缸与BCV作用部分内的c1通道断开连接。
而且，在ECP制动模式，制动器仅通过通气、辅助和应急阀门插入件300、500和700利用使制动气缸排气或增压而释放或施加作用。各铁路车辆上的CCU通过ECP列车管路接收释放或施加作用命令，并对在适当阀门插入件上方的螺线管通电。
无论何时ECP制动控制系统沿ECP列车管路传送制动操作命令，例如，CCU将对在辅助阀门插入件500和/或应急阀门插入件700上方的螺线管110通电。(实际上，通常是应急阀门插入件受激发而响应作用制动指令。)来自辅助贮存器的控制空气然后作用于副活塞960的顶部。当控制压力建立时，中空轴964围住凸钮915并立刻克服弹簧940的偏压而将插入活塞910向下推。这迫使应急阀门插入件700进入其通电状态，即其上阀门关闭而下阀门打开。(如图1中清楚示出的，上阀门未用到。)在此状态下，应急阀门插入件700容许增压空气从应急贮存器通过其下阀门而进入制动气缸。具体地说，空气从应急通道2进入镗孔70的底部71。然后，增压空气通过公共通道7流经阀座830而进入制动气缸，并由此使制动器施加作用。
无论何时ECP制动控制系统沿ECP列车管路传送释放命令，CCU都将对在通气阀门插入件300上方的螺线管通电。然后，来自辅助贮存器的控制空气作用于插入活塞910的顶部。当控制压力建立时，插入活塞910克服弹簧940的偏压向下移动。这迫使通气阀门插入件300进入其通电状态，即其上阀门关闭而下阀门打开。(如图1中清楚示出的，上阀门未用到)。在此状态下，通气阀门插入件300容许在制动气缸内预先形成的增压空气流经其下阀门而进入大气。具体地说，空气从制动气缸通过公共通道7进入镗孔30的底部31。然后，增压空气通过通气通道5流经阀座830而进入大气，并由此使制动器释放。
关断和注入阀门插入件100、500和700最初设计成不带加压器950。这带来与ECP歧管组件1的操作相关的问题。例如，当注入阀门500或700在制动气缸充气后回到其未通电状态(即下阀门关闭)时，来自制动气缸的增压空气可自由地经过打开的上阀门流过公共通道7，而作用在围绕头部911下侧的密封环914上。不幸的是，在头部911下方建立起来的压力起到抵抗插入活塞910向下运动的作用。因此，为将注入阀门插入件移动到其通电状态(即下阀门打开)，这意味着需要更高的控制压力来克服作用在头部911下侧的弹簧940的力和制动气缸的压力的组合力而使活塞插入件向下移动。
然而，不久就知道，为使注入阀门正常地操作，辅助贮存器中的压力在某些情况下相对于制动气缸压力来说太低。在这些情况下，作用于头部911顶部的控制压力(来自通道3、控制通气孔4及引导通道8)不足以使活塞组件900向下运动到打开位置。这意味着当制动器在ECP模式下时，不再有增压空气能输送到制动气缸。因此，对注入和关断阀门均增加了加压器。
在辅助贮存器中压力相对于制动气缸压力而降低期间，加压器950使活塞组件900能够更好工作。具体地说，如图2最清楚示出的，加压器活塞960周围的密封件962具有比插入活塞910的头部911周围的密封圈914更大的表面积。作用于副活塞960顶上较大有效面积的控制压力可产生更大的向下力作用于活塞组件上。(以活塞端面有效面积乘上作用于其上的压力即为作用于该端面上的力)。这使控制压力更容易克服由插入活塞910的头部911下侧上建立的压力所造成的反抗力。
尽管有性能上的改进，加压器并未解决与传统工艺的阀门插入件有关的所有问题。一个问题在于关断和注入阀门插入件100、500和700设计中固有的压力不平衡。围绕插入活塞910的头部911的O形密封圈914具有相对较大的有效面积。它大于与第二阀座830一起使用以形成下阀门的密封元件930的面积。有效面积之差具有使活塞组件900自动趋向关闭位置的效果。当制动气缸压力增加时，作用于活塞头部911下侧的力相应地增加，并趋向将下阀门压向关闭位置。因此，为了要使制动操作更加有力而增加制动气缸中压力，必须对副活塞960的顶部施加更强的控制压力以打开阀门插入件。
另一问题是，对于所有现有技术的阀门插入件，插入活塞910在主衬套800内的运动不受引导。周缘921和922各有斜角表面以分别适合与其关联的阀座810和830，以帮助引导插入活塞910在衬套800的中心孔内的移动。不过，如图2清楚示出的，这些周缘几乎不能防止轴912的下端前后或左右活动。这常称作铃锤效应。因此，当控制压力消除以后，随着弹簧940将插入活塞910向上缩回，周缘921和922可能不始终与中心孔的纵向轴线对准。这样，活塞组件900可能在开放位置卡住。
因此，本发明的目的是提供一种通气阀门插入件，其设计可防止活塞组件在衬套组件中纵向运动时发生纵向运动，并因此防止现有技术的阀门插入件所存在的铃锤效应。
另一目的是提供一种通气阀门插入件，它具有弹簧负载和阀座设计，它们相配合可提供比现有技术的阀门插入件可靠得多的密封，特别在低压和低温条件下。
除了上面列出的目的和优点，所属技术领域的技术人员在阅读本文件的详细描述以后很容易理解本发明的各种其它的目的和优点。当结合附图和所附权利要求书考虑该详细描述时，本发明的其它目的和优点将变得特别清楚。
前面提到的目的和优点是通过一种新型的通气阀门插入件来实现的。在其各个实施例中，通气阀门插入件包括一衬套组件、一活塞组件和一弹簧。围绕衬套组件形成有多个环形凸缘。每个凸缘限定一凹槽，其中固定有一O形密封圈。O形圈使衬套组件紧密地和密封地嵌于一合适的镗孔内，例如一ECP歧管组件的通气镗孔。衬套组件限定一纵向孔，该纵向孔具有一上腔室、一中间腔室和一下腔室。它也限定一第一开口孔，它下腔室连接。衬套组件还有一下弹簧座，它形成在上腔室的底部的圆周上。它还有一环形阀座，围绕纵向孔而形成。此阀座朝下面对一位于下腔室下方的底部区域。环形阀座的特征为，具有突起的内部，该内部相对于一倾斜的外部以一预定角度逐渐变细。在纵向孔中可在打开和关闭位置之间往复运动，活塞组件包括一插入活塞和一环形密封件。插入活塞的头部设置在上腔室中，而其杆身向下延伸穿过下腔室。头部有一环形颈圈。该颈圈限定一凹槽，在其中设置一第一环形密封件，以防止头部周围的泄漏。杆身有一个底部，环形密封件固定于该底部。环形密封件有一平坦的上表面，当活塞组件处于关闭位置时，该表面用于与环形阀座的突起内部密封接合。通气阀门插入件的特征也在于，具有在活塞组件于纵向孔内纵向运动时可防止其作非纵向运动的装置。设置在插入活塞周围的弹簧被压缩在环形颈圈的下侧与下弹簧座之间。弹簧将纵向孔中的活塞组件偏压到关闭位置。在打开位置，活塞组件有控制压力作用于其顶部的一控制表面上。控制压力克服弹簧阻力而强制环形密封件向下离开环形阀座，并由此在下腔室与底部区域之间建立连通。在没有控制压力时，活塞组件弹簧作用而向上回复到关闭位置。弹簧的扩张向上拉起环形密封件而抵靠环形阀座，由此切断下腔室与底部区域之间的连通。
图1是包含四个现有技术阀门插入件的一ECP歧管组件的剖视图，这四个阀门插入件从左到右为关断阀门插入件、通气阀门插入件和两个注入阀门插入件。
图2是配备有加压器的图1的现有技术阀门插入件的放大剖视图。
图3是未配备有加压器的图1的现有技术阀门插入件的放大剖视图。
图4是本发明一个实施例的通气阀门插入件的剖视图。
图5是一ECP歧管组件的剖视图，表示自左第二个通气阀门插入件。
图6是本发明另一个实施例的通气阀门插入件的剖视图。
在详细描述本发明之前先请读者注意，在各图中，具有相同功能的相同部件尽可能地标以相同的标号。这是为了清楚起见并有利于对发明的理解。
图4和5示出了本发明的一个实施例，即通气阀门插入件，它总的由标号80表示。以下描述本发明时，其所指环境为本文背景部分所陈述的。尽管全文是关于ECP歧管组件而进行描述的，但在阅读本文后应理解，本发明可在各种流体控制系统中实施，甚至是一个不属于铁路工业的系统。在上下文中所提供的本发明并不限制下面所限定的权利要求的范围，而仅仅为简化对本发明的描述以及便于对它的理解。
新型的通气阀门插入件80包括一衬套组件、一活塞组件、一导向环和一弹簧，如图4中清楚示出的。围绕衬套组件形成有多个环形凸缘311、312和313，它们总的由标号130表示。各凸缘分别位于衬套组件130的顶部、中部和底部。围绕每一个凸缘的周边限定一凹槽，在其中固定一O形圈。凸缘和O形圈使衬套组件130紧密地和密封地配合在一个合适的镗孔之中，如图5中所示的ECP歧管150的通气镗孔30。O形圈321、322和323防止容装通气阀门插入件80的镗孔的各部分之间产生泄漏。例如，顶部O形圈321在衬套组件130与罩盖它的盖板200之间提供密封。
衬套组件130限定一个纵向孔，它总的由标号310表示，在其中容装活塞组件。纵向孔310具有一上腔室301、一中间腔室302和一下腔室303。衬套组件130也限定一个或更多个第一开口孔305与下腔室303直接连通。
衬套组件130还有一下弹簧座306，它形成在上腔室301底部的圆周上。其特点也在于有一环形阀座，总的由标号330表示，该阀座形成在下腔室303的周边。阀座330朝下面向一位于下腔室303下方的底部区域307。环形阀座330的特征为，具有突起的内部331，该内部相对于倾斜外部332以一预定角度逐渐变细。通常，该预定角度可以在25到35度的范围内。较好的是30度，但它可按照各种约束条件调整，诸如通气阀门插入件80将要使用的环境。
总的由标号160表示的活塞组件设计成嵌于衬套组件130的纵向孔310内，并可在其中纵向来回移动。活塞组件160包括一插入活塞210和一环形密封件，该密封件总的由标号230表示。插入活塞210的头部211设置在上腔室301中，而其杆身212向下延伸穿过下腔室303。头部211围绕其周边具有一环形颈圈213，并在其顶部限定一腔室223。围绕颈圈213限定有一凹槽215，它容纳有一第一环形密封件214，以防止插入活塞210的头部211周围发生泄漏。
导向环260固定于衬套组件130的圆柱形内壁324上。该圆柱形内壁324限定中间腔室302。导向环260位于圆柱形内壁324底部处的一环形凸肩325上。图4示出了杆身212的中间部分，它延伸通过导向环260中所限定的一通孔或开孔261。当活塞组件160在纵向孔310内纵向运动时，导向环260可防止活塞组件160的非纵向运动。
杆身212的中部的尺寸制成可嵌入导向环260的开孔内并平滑地滑动。由于精密地配合于孔261中，杆身212的中部可防止杆身212的底部在前后或左右方向推撞，如图4中所示。这种设计不仅可引导插入活塞210在衬套组件130中运动，也可防止现有技术的通气阀门插入件所存在的铃锤效应。
总之，圆柱形内壁324和固定在其中的导向环260实质上可以认为是一种在活塞组件160于纵向孔310内纵向运动时防止其发生非纵向运动的装置。应该理解，这一装置也可以用各种其它的构件和结构来实现。
固定在杆身212的底部的环形密封件230包括一个环形圆盘231。环形圆盘231限定一通孔232，杆身212的底部延伸通过该孔。由弹性材料构成的圆盘231有一平表面233，当活塞组件160在纵向孔310内处于关闭位置时，该表面与阀座330的突起内部331密封地接合。
围绕插入活塞210而设置的弹簧压缩在环形颈圈213下侧与下弹簧座306之间。与现有技术的通气阀门插入件所使用的弹簧提供的2磅的负荷相比，该弹簧最好传递3磅的负荷。弹簧240在纵向孔310内将活塞组件160偏压到关闭位置。在关闭位置，活塞组件160将下腔室303与位于下腔室下方的底部区域307切断。在打开位置，活塞组件容许下腔室303与底部区域307之间连通。
再参见衬套组件130，第一开口孔305设计成与ECP歧管150的通气通道5对准。这在图5中清楚地示出，位于自左起第二个。通气阀门插入件80表示为容装在通气镗孔30中，其第一开口孔305与通气镗孔30的中部33连通，并由此与通气通道5相通。此外，底部区域307为通气镗孔30的底部31。这样，底部区域307与公共通道7连通，并由此与安装本发明的铁路车辆上的制动气缸连通。在插入活塞210的头部211的顶部，腔室223与盖板200中的控制通气孔4对准。
在没有控制压力作用于插入活塞210的顶面216时，弹簧240的作用迫使活塞组件在纵向孔310内向上运动。固定于杆身212底部的环形密封件230因而受弹簧作用而向上运动，使其平表面233密封地抵住环形阀座330的突起内部331。因此，通气阀门插入件80正常地是被偏压到关闭位置，其中下腔室303与第一开口孔305与底部区域307切断。
当来自控制通气孔4的控制压力作用于插入活塞210的顶面216并进入其中所限定的腔室223时，活塞组件160克服弹簧的反力而被向下压。插入活塞210的向下运动促使环形密封件230的平表面233离开环形阀座330的突起内部331。被控制压力移动到打开位置后，活塞组件160容许下腔室303和第与之相通的开口孔305同底部区域307连通。当安装在歧管150的通气镗孔30内时，这样打开的通气阀门插入件80容许先前在制动气缸内建立的增压空气逸入大气。具体地说，空气将从制动气缸通过公共通道7流入镗孔30的底部31。增压空气将继续流过阀座330进入下腔室303，并通过第一开口孔305和通气通道5到达大气，由此使铁路车辆的制动器释放。
图4示出一个支撑环形衬垫275。它还示出一个在插入活塞210的头部211的底部处围绕杆身212而限定的环形凹陷217。支撑环形衬垫275的内部固定在该凹陷217内。当活塞组件160被在腔室223内建立的控制压力移动到打开位置时，衬垫275的底面与导向环260的顶面接合。
在杆身212的底部，环形密封件有一内部垫圈234，弹性盘231围绕形成其周围。在靠近插入活塞210的底部处，杆身212围绕其周边还形成有一周缘218。随着杆身212的底部插入其通孔232，密封件230由螺帽或类似装置235固定于该周缘218的下侧。周缘218的外表面向下倾斜。这可进一步帮助引导活塞组件160在纵向孔310内纵向运动。
图6表示本发明的较佳实施例。在此实施例中，通气阀门插入件81包括一衬套组件131、一活塞组件161和一弹簧240，但不包括导向环。弹簧240与前面实施例所采用的相比没有变化。不过，衬套组件131和活塞组件161各有某些特征分别不同于前面描述的衬套组件130和活塞组件160。
关于衬套组件131，上、下腔室301和303与图4的衬套组件130相比基本上没有变化。不过，中间腔室320有不同的构形，这是因为前述实施例的导向环被取消。更具体地说，限定中间腔室320的圆柱形内壁342设计成可容纳不同设计的杆身221。
关于活塞组件161，它设计成可嵌入衬套组件131的纵向孔310内，并可在其中纵向往复运动。活塞组件161包括插入活塞201和环形密封件230。不过，活塞201有一个不同于图4的插入活塞210的设计。它的头部处于上腔室301内，杆身221向下延伸通过下腔室303。然而，杆身221的中间部分251限定一个环形凹槽，其中固定有一个O形圈254。中间部分251的尺寸制成可平滑地嵌入和在衬套组件131的圆柱形内壁342中滑动。由于它嵌于中间腔室320内，杆身221的中间部分251可防止杆身221的底部在前后或左右方向上推撞，如在图6中所见。这一设计不仅可引导活塞201在衬套组件131内运动，而且还可防止现有技术通气阀门插入件所存在的铃锤效应。
在该较佳实施例中，O形圈254和杆身221的中间部分251一起作为防止活塞组件在其在纵向孔310纵向运动时产生非纵向运动的装置。O形圈254和中间部分251，以及它们在其中运动的圆柱形内壁342共同执行本发明另一实施例(即通气阀门插入件80)中导向环260的功能。然而，一个具有前述设计特征的通气阀门插入件与有导向环特征的设计比较，其成本较低并更容易制造。
以上已按照专利法详细描述了实施本发明的目前为止最佳的和备选的实施例。然而，本发明的所属技术领域的技术人员可以认识到，在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下，本发明有各种不同的替代实施方式。具有相关技术的人们也可认识到，上述描述仅为说明性的，而并不是将所附权利要求书限制到任何特定的狭义的解释。
因此，为促进科学和实用技术的发展，我通过专利证书为自己取得下列权利要求所包含的所有主题的专利权，其时间为专利法所规定。
权利要求
1.一种通气阀门插入件，包括(a)一衬套组件，围绕它形成有多个环形凸缘，每个所述环形凸缘限定一凹槽，其中固定有一O形圈，使所述衬套组件装于一合适的镗孔内，所述衬套组件限定(i)一纵向镗孔，具有一上腔室、一中间腔室和一下腔室，以及(ii)一第一开口孔，连接于所述下腔室，所述衬套组件还具有(iii)一下弹簧座，形成在所述上腔室底部的圆周上，以及(iv)一环形阀座，围绕所述纵向孔而形成，该阀座朝下面对一位于所述下腔室下方的底部区域，所述环形阀座的特征为，具有一突起的内部，该内部相对于一倾斜的外部以一预定角度逐渐变细；(b)一活塞组件，可在所述纵向孔中于一打开与一关闭位置之间往复运动，所述活塞组件包括一插入活塞，所述插入活塞具有一设置在所述上腔室中的头部和一向下延伸穿过所述下腔室的杆身，所述头部有一环形颈圈，该颈圈限定一凹槽，凹槽中设置一第一环形密封件以防止所述头部周围的泄漏，所述杆身有一个底部，一环形密封件固定于该底部，所述环形密封件有一平坦的上表面，用于在活塞组件处于所述关闭位置时与所述环形阀座的所述突起内部密封接合；(c)一用于在所述活塞组件于所述衬套组件的所述纵向孔内纵向运动时防止所述活塞组件作非纵向运动的装置；以及(d)一弹簧，围绕所述插入活塞而设置，并被压缩在所述环形颈圈的下侧与所述下弹簧座之间，所述弹簧将所述活塞组件偏压到(i)所述关闭位置，在该位置，所述环形密封件被拉向上而抵靠所述环形阀座，以便切断所述下腔室与所述底部区域之间的连通，以及离开(ii)所述打开位置，在该位置，作用于所述头部的顶部的一控制表面上的控制压力克服所述弹簧并将所述环形密封件向下而压离开所述环形阀座，从而在所述下腔室和所述底部区域之间建立连通。
2.如权利要求1所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述装置包括(a)所述杆身的中部，围绕它限定一个环形凹槽；以及(b)一个O形圈，固定在所述环形凹槽内；所述中部和固定于其周围的O形圈的尺寸制成可平滑地嵌于和滑动于所述中间腔室的一圆柱形内壁内。
3.如权利要求2所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述预定角度在25到35度的范围内。
4.如权利要求3所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述预定角度为30度。
5.如权利要求3所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述弹簧具有约3磅的负荷。
6.如权利要求5所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述适当的镗孔是一歧管组件的通气镗孔，并且所述通气阀门插入件嵌于所述通气镗孔内而使所述第一开口孔与所述歧管组件内的一通气通道连通，所述底部区域与所述歧管组件内的一公共通道连通。
7.如权利要求1所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述装置包括一固定在所述中间腔室的内壁上的导向环，所述杆身的中部延伸通过该导向环，所述导向环防止在所述活塞组件于所述纵向孔内作纵向运动时所述活塞组件作非纵向运动。
8.如权利要求7所述的通气阀门插入件，其特征在于，它还包括一支撑环形衬垫，该衬垫在所述头部基底处围绕所述杆身而设置，当作用于所述头部的所述控制表面上的控制压力压迫所述活塞组件而克服所述弹簧并朝下移动到所述打开位置时，所述支撑环形衬垫与所述导向环的顶面接合。
9.如权利要求8所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述预定角度在25到35度的范围内。
10.如权利要求9中所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述预定角度为30度。
11.如权利要求9所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述弹簧具有约3磅的负荷。
12.如权利要求11所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述适当的镗孔是一歧管组件的通气镗孔，并且所述通气阀门插入件嵌于所述通气镗孔内而使所述第一开口孔与所述歧管组件内的一通气通道连通，所述底部区域与所述歧管组件内的一公共通道连通。
13.如权利要求1所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述预定角度在25到35度的范围内。
14.如权利要求13所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述预定角度为30度。
15.如权利要求1所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述弹簧具有约3磅的负荷。
16.如权利要求1所述的通气阀门插入件，其特征在于，所述适当的镗孔是一歧管组件的通气镗孔，并且所述通气阀门插入件嵌于所述通气镗孔内而使所述第一开口孔与所述歧管组件内的一通气通道连通，所述底部区域与所述歧管组件内的一公共通道连通。
全文摘要
一种通气阀门插入件包括衬套组件、活塞组件和弹簧。它设计成可紧密而密封地嵌于一适当的镗孔内,诸如ECP歧管的通气镗孔内。衬套组件限定一放置活塞组件的纵向孔。当控制压力施加于其顶面时,活塞组件被迫移到打开位置,容许流体流过通气阀门插入件。在没有控制压力作用于顶面时,弹簧的作用迫使活塞组件在纵向孔内向上移动。固定在活塞组件底部的环形密封件被向上带而使其平面阀座抵靠环形阀座的突起内部。
文档编号F16K31/122GK1330005SQ0112230
公开日2002年1月9日 申请日期2001年6月28日 优先权日2000年6月28日
发明者G·M·西奇 申请人:西屋气刹车技术股份有限公司