CN100353080C - 用于减小能量消耗的电磁阀 - Google Patents

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Abstract

一种控制阀系统，包括壳体，该壳体有进口、第一输出口和第二输出口。该控制阀系统还包括滑动阀，该滑动阀可位于第一位置、第二位置和第三位置，在该第一位置，在进口和第一输出口之间形成流体连通；在该第二位置，在进口和第二输出口之间形成流体连通；而在该第三位置，防止在进口和第一或第二输出口之间流体连通。电磁阀组件连接成与进口流体连通，并可位于驱动位置和未驱动位置，在该驱动位置，电磁阀组件与进口形成流体连通，以便使阀从第一位置运动至第二位置。活塞根据在第一输出口中的流体压力而可选择地伸出，以便使阀定位在第三位置。

Description

用于减小能量消耗的电磁阀
相关申请的交叉引用
本发明是美国专利申请No.10/209655的部分延续，该申请的申请日为2002年7月31日，它要求申请日为2001年8月3日的美国临时申请No.60/309843的优先权。上述申请的说明书被本文参引。
技术领域
本发明通常涉及一种控制阀，尤其是涉及一种能够减小能量消耗的控制阀。
背景技术
如本领域公知，控制阀通常用于控制和供给通向工作设备的工作流体，例如空气。通常，这些控制阀采用布置在阀壳体内的活动阀芯。该阀壳体包括多个流体通道，这些流体通道根据阀芯的运动而可选择地互连，以便控制流体的流动，从而控制该控制阀的输出。
普通控制阀通常采用安装在它上面的电磁阀，用于驱动阀芯。该电磁阀通过电输入信号而在第一位置和第二位置之间进行控制运动，在该第一位置，电磁阀断电，以便关闭在输入先导压力和输出控制压力之间的流体通道，并向大气打开出口；而在该第二位置，螺线管通过电输入而通电，以便打开在输入先导压力和输出控制压力之间的通道，并堵塞从出口通向排气口的流体通道。
本领域技术人员应当知道，为了施加恒定的控制压力，电控信号必须持续激励电磁阀。也就是，对于普通控制阀，为了使阀芯保持在预定位置，必须在该阀芯的一侧保持恒定控制压力。因此，为了在该阀芯上保持该恒定压力，需要使电磁阀保持在打开的激励状态。而且，需要利用全线路(full line)流体压力，以便使工作设备移动和保持在预定位置。因此，应当知道，与在降低线路压力下操作设备的情况相比，在全线路压力下操作设备需要更多能量来驱动压缩机。
因此，在相关技术中需要提供一种控制阀，该控制阀能够产生用于普通工作设备的工作流体输出，该控制阀能够使驱动过程中的能量消耗减至最小。而且，在相关技术中需要提供一种控制阀，该控制阀在小于全线路压力的压力下保持控制元件的位置。还有，在相关技术中需要克服现有技术的缺点。
发明内容
本发明提供了一种具有优选结构的控制阀系统。该控制阀系统包括一种滑动阀，该滑动阀可位于第一位置、第二位置和第三位置，在该第一位置，在进口和第一输出口之间形成流体连通；在该第二位置，在进口和第二输出口之间形成流体连通；而在该第三位置，防止在进口和第一或第二输出口之间流体连通。电磁阀组件连接成与进口流体连通，并可位于驱动位置和未驱动位置，在该驱动位置，电磁阀组件与进口形成流体连通，以便使阀从第一位置运动至第二位置。活塞根据在第一输出口中的流体压力而与阀选择啮合，以便使阀定位在第三位置。
本发明还提供了一种控制阀系统，包括：壳体，该壳体有进口、第一输出口、第二输出口和阀腔；阀芯，该阀芯可滑动地布置在所述阀腔内，所述阀芯可位于第一位置、第二位置和第三位置，在该第一位置，在所述进口和所述第一输出口之间形成流体连通；在该第二位置，在所述进口和所述第二输出口之间形成流体连通；而在该第三位置，将基本防止在所述进口和所述第一输出口或所述第二输出口之间流体连通，所述阀芯被偏压向所述第一位置；电磁阀组件，该电磁阀组件连接成与所述进口流体连通，所述电磁阀组件可位于驱动位置和未驱动位置，在该驱动位置，将在所述进口与所述阀芯之间形成流体连通，以便使所述阀芯从所述第一位置运动至所述第二位置；以及活塞，该活塞可位于伸出位置和退回位置，当所述第一输出口中达到预定流体压力时，活塞位于该伸出位置，从而驱使所述阀芯从所述第一位置到所述第三位置。
本发明还提供了一种控制阀系统，包括：壳体，该壳体有进口、第一输出口、第二输出口和阀腔；阀芯，该阀芯可滑动地布置在所述阀腔内，所述阀芯可位于第一位置、第二位置和第三位置，在该第一位置，在所述进口和所述第一输出口之间形成流体连通；在该第二位置，在所述进口和所述第二输出口之间形成流体连通；而在该第三位置，将基本防止在所述进口和所述第一输出口或所述第二输出口之间流体连通，所述阀芯被偏压向所述第一位置；电磁阀组件，该电磁阀组件连接成与所述进口流体连通，所述电磁阀组件可位于驱动位置和未驱动位置，在该驱动位置，将在所述进口与所述阀芯之间形成流体连通，以便使所述阀芯从所述第一位置运动至所述第二位置；活塞，该活塞可移动到伸出位置和退回位置，当所述第一输出口中达到预定流体压力时，活塞移动到该伸出位置，从而驱使所述阀芯从所述第一位置到所述第三位置；以及反馈通道，该反馈通道从所述第一输出口伸向所述活塞。
通过下面的详细说明将更清楚本发明的其它用途。应当知道，详细说明和特定实例以及本发明的优选实施例都只是用于说明目的，而不是限制本发明的范围。
附图说明
通过下面的详细说明和附图，能够更充分地了解本发明，附图中：
图1是本发明第一实施例的控制阀系统的剖视图，表示了电磁阀组件通电时的正常工作模式；
图2是表示图1的控制阀系统在电磁阀组件断电时的剖视图；
图3是表示图1的控制阀系统的剖视图，该控制阀系统保持在预定0位置，同时电磁阀组件保持断电，且阀芯处于平衡位置；
图4是表示本发明第一实施例的控制阀系统的回路图；
图5是本发明第二实施例的控制阀系统的剖视图，表示处于当第一和第二电磁阀组件断电且活塞静止时的初始位置；
图6是表示图5的控制阀系统的剖视图，其中，第一电磁阀组件通电，而第二电磁阀组件断电；
图7是表示图5的控制阀系统的剖视图，其中，第一和第二电磁阀组件断电，活塞继续伸出；
图8是表示图5的控制阀系统的剖视图，其中，第一电磁阀组件断电，第二电磁阀组件通电；
图9是表示图5的控制阀系统的剖视图，其中，第一和第二电磁阀组件断电，活塞继续退回；
图10是表示图5的控制阀系统的剖视图，其中，第一和第二电磁阀组件断电，活塞静止；
图11是表示本发明第二实施例的控制阀系统的回路图；
图12是本发明第三实施例的控制阀系统的回路图，表示了当电磁阀组件断电且活塞静止时的初始位置；
图13是表示布置在阀壳体外部的反馈通道的示意图；
图14是表示布置在阀壳体内部的反馈通道的示意图；
图15是本发明第四实施例的控制阀系统的剖视图，表示了当电磁阀组件通电时的正常工作模式；
图16是表示图15的控制阀系统的剖视图，其中，该电磁阀组件断电；
图17是表示图15的控制阀系统的剖视图，该控制阀系统保持在预定位置，同时电磁阀组件保持断电，且阀芯处于平衡位置；
图18是图15的控制阀系统的剖视图，它有反转的端帽，处于当电磁阀组件通电时的正常工作模式；
图19是图15的控制阀系统的剖视图，它要反转的端帽，其中，电磁阀组件断电；
图20是图15的控制阀系统的变化形式的剖视图，表示了当电磁阀组件通电时的正常工作模式；
图21是表示图20的控制阀系统的剖视图，其中，电磁阀组件断电；
图22是图20的控制阀系统的剖视图，该控制阀系统保持在预定位置，同时电磁阀组件保持断电，且阀芯处于平衡位置。
具体实施方式
下面对优选实施例的详细说明仅仅是举例说明，决不是用于限制本发明、本发明的用途或使用。例如，本发明的原理同样可用于各种阀系统，例如滑阀、提升阀(即弹性、金属、陶瓷等)、截留按压件以及反馈控制。
下面参考图1-4，在这些附图中，相同的参考标号表示相同或相应的部件，图中表示了总体表示为参考标号10控制阀系统。控制阀系统10在图1-3中表示为流体控制阀，而在图4中表示为流体回路。
特别参考图1-3，控制阀系统10包括主阀组件12和电磁阀组件14。主阀组件12位于电磁阀组件14附近，并可操作地与该电磁阀组件14连接。主阀组件12包括流体进口通路16、第一排气通道18、第二排气通道20和阀孔22。阀部件或阀芯24布置在阀孔22中。阀芯24通常由弹簧26偏压至支承位置，在该支承位置处，阀芯24的表面部分28与布置在阀孔22中的第一止动器30接触，以便使流体从活塞组件34的后侧腔室32由第二排气通道20排出。如下面所述，阀芯24还可位于非支承位置，在该非支承位置，阀芯24的表面部分28与阀孔22的第一止动器30间开，且布置在阀芯24的相对侧的凸肩部分36与布置在阀孔22中的第二止动器38接触，以便使流体从活塞组件34的前侧腔室40通过第一排气通道18排出。
应当知道，弹簧26可以省略。这时，阀芯24可以根据施加在阀芯24的相对表面上的不同流体压力而驱动。应当知道，这些表面可以包括不同大小的表面面积(即不同面积比)，这可以很容易改变控制阀系统10，以便产生很宽范围的不同输出压力。
控制阀系统10还包括多个流体通道、这些流体通道使流体进口通道16、第一排气通道18和第二排气通道20相互连接。流体通道42在流体进口通道16和通向电磁阀组件14的进口之间延伸。流体通道42用作向电磁阀组件14提供先导压力的引导通道。流体通道44在电磁阀组件14的出口和换向阀46之间延伸。
换向阀46通常包括换向(shuttle)球48，该换向球48活动布置在换向室50内。如下面所述，换向阀46根据流体压力而运动，以便逆着流体流而流体堵塞该换向阀46的相对端。换向阀46通过流体通道54与阀腔52流体连接。阀腔52邻近阀芯24的表面部分28，并布置在阀孔22内，这样，在阀腔52内的流体压力作用在表面部分28上，以便使阀芯24逆着弹簧26的偏压力而运动。
不过，如图12-14所示，换向球48可以省略，以便提供更简化的设计。特别是，流体通道100在前侧腔室40和螺线管58之间延伸。当螺线管58处于图12所示位置时，流体通道100允许先导流体从阀腔52通向或排出到前侧腔室40。不过，应当知道，流体通道100可以在主阀组件12的外部(见图13)或内部(图14)延伸。
控制阀系统10还包括在换向阀46和第一排气通道18之间延伸的反馈通道56。因此，换向阀46的换向球48可在换向室50中运动至第一位置和第二位置，在该第一位置，换向球48防止流体流过反馈通道56，而在该第二位置，换向球48防止流体通过流体通道44回流。
图1表示了处于正常工作模式时的控制阀系统10，其中，来自流体进口通道16的压力流体引入活塞组件34的后侧腔室32，以便向外驱动活塞62(向图中右侧)。特别是，流体压力从流体进口通道16进入流体通道42。参考图4，通电的电磁阀组件14将在流体通道42和流体通道44之间形成流体连通。也就是，电磁阀组件14的螺线管58通电，从而使螺线管线圈59克服螺线管弹簧60的偏压力而向图4中的右侧运动。然后，压力流体从流体通道44引入换向阀46，从而使换向球48逆着反馈通道56运动。然后，在换向阀46内的压力流体引入阀腔52。在阀腔52内的流体压力作用在阀芯24的表面部分28上。当阀腔52内的流体压力大于弹簧26的偏压力时，阀芯24向右运动，直到阀芯24的凸肩部分36抵靠第二止动器38。阀芯24的该运动使得流体能够从流体进口通道16流入阀组件34的后侧腔室32中，从而使活塞62向外伸出(向图1-4中的右侧)。因此，当控制阀系统10处于图1中所示的位置时，流体进口通道16、活塞组件34的后侧腔室32、流体通道42、换向阀46和阀腔52都处于相同的流体压力，即等于流体进口通道16的流体压力。
下面参考图2，电磁阀组件14断电，因此，将防止来自流体通道42的引导流体进入换向阀46，因此防止该引导流体进入阀腔52。因此，作用在阀芯24的凸肩部分36上的弹簧偏压力26将阀芯24向左偏压，直到表面部分28基本与第一止动器30接触。阀芯24的该向左运动使得流体进口通道16和活塞组件34的前侧腔室40之间流体连通，从而使活塞62退回。
如图2所示，反馈通道56与活塞组件34的前侧腔室40流体连通，因此处于相同的流体压力。压力流体从流体进口通道16引入前侧腔室40和反馈通道56将迫使换向阀46的换向球48向左运动，因为这时流体进口通道16的流体压力大于阀腔52中的流体压力。换向球48和换向阀46的向左运动再使得流体从活塞组件34的前侧腔室40流入阀腔52，从而再次增加阀腔52内的流体压力。这时，流体从活塞组件34的后侧腔室32通过第二排气通道20排出。
正如图3所示，流体将继续从流体进口通道16流入活塞组件34的前侧腔室40和阀腔52，直到阀腔52内的压力等于弹簧26的偏压力。当阀腔52内的流体压力等于弹簧26的偏压力，阀芯24到达中间平衡位置，其中，将防止流体从流体进口通道16流入任何其余流体通道。不过，本领域技术人员应当知道，能减小活塞组件34的前侧腔室40中的流体压力的任何流体泄漏或其它异常情况都将使阀腔52内的流体压力同时减小。在阀腔52中的流体压力减小能够使通过弹簧26使阀芯24向左运动，从而再次使流体进口通道16和活塞组件34的前侧腔室之间流体连通。如上所述，该流体连通持续进行，直到前侧腔室40、反馈通道56和阀腔52中的流体压力等于弹簧26的偏压力。因此，应当知道，反馈通道56提供了一种能够通过选择弹簧26的合适偏压力而简单自动保持活塞组件34的前侧腔室40中的流体压力的方法。要保持的优选流体压力与弹簧26的力成正比，因此，可以选择弹簧26以便确定平衡流体压力。
而且，应当知道，本发明的流体调节特性并不需要提供全线路压力，否则将消耗过大电能。也就是，作为非限定实施例，普通双作用缸通常这样操作，即它们只能通过全线路压力才能返回它们的初始位置。在返回冲程中利用全线路压力将使得消耗的压缩空气的量等于在做功冲程过程中的消耗量。在返回冲程中消耗压缩空气并不必须。根据本发明的原理，在一个出口中的低压足以用于快速返回冲程，这减小了压缩空气的消耗量，从而降低了做功元件消耗的能量。此外，由于施加低压，在缸和/或接头中发生泄漏的可能性减小。这些优点通过使阀芯作为压力调节器工作而实现。
下面参考图5-11，在这些附图和第一实施例的附图中，相同的参考标号表示相同或相应的部件，图中表示了本发明第二实施例的控制阀系统10′。控制阀系统10在图5-10中表示为流体控制阀，在图11中表示为示意流体回路图。
下面参考图5，控制阀系统10′包括第二电磁阀组件70，该第二电磁阀组件70安装在主阀组件12′上。主阀组件12′位于第一电磁阀组件14和第二电磁阀组件70附近，并可操作地与该第一电磁阀组件14和第二电磁阀组件70连接。主阀组件12′包括流体进口通路16、第一排气通道18、第二排气通道20和阀孔22。阀芯24布置在阀孔22中。阀芯24通常由弹簧26偏压至支承位置，在该支承位置处，阀芯24的表面部分28与布置在阀孔22中的第一止动器30接触，以便使流体从活塞组件34的后侧腔室32由第二排气通道20排出。如上所述，阀芯24可位于非支承位置，在该非支承位置，阀芯24的表面部分28与阀孔22的第一止动器30间开，且凸肩部分36与布置在阀孔22中的第二止动器38接触，以便使流体从活塞组件34的前侧腔室40通过第一排气通道18排出。
控制阀系统10′还包括多个流体通道，这些流体通道使流体进口通道16、第一排气通道18和第二排气通道20相互连接。流体通道42在流体进口通道16和通向电磁阀组件14的进口之间延伸。流体通道42用作向电磁阀组件14提供先导压力的引导通道。流体通道44在电磁阀组件14的出口和换向阀46之间延伸。换向阀46通常包括换向球48，该换向球48活动布置在换向室50内。如下面所述，换向阀46根据流体压力而运动，以便逆着流体流而流体堵塞该换向阀46的相对端。换向阀46通过流体通道54与阀腔52流体连接。阀腔52邻近阀芯24的表面部分28，并布置在阀孔22内，这样，在阀腔52内的流体压力作用在表面部分28上，以便使阀芯24逆着弹簧26的偏压力而运动。
控制阀系统10′还包括在活塞组件34的后侧腔室32和第二电磁阀组件70的进口之间延伸的第一反馈通道72。节流阀74布置在流体通道70中，以便限制流过第一反馈通道72的流体流量。流体通道76在第二电磁阀组件70和第二换向阀78之间延伸。流体通道76还与节流阀74下游的第一反馈通道78流体连通。
第二换向阀78通常包括换向球80，该换向球80活动布置在换向室82内。如下面所述，第二换向阀78根据流体压力而运动，以便逆着流体流而流体堵塞该第二换向阀78的相对端。第二换向阀78通过流体通道84与活塞组件34的前侧腔室40流体连接。而且，第二反馈通道86在第二换向阀78和第一换向阀46之间延伸。因此，第一换向阀46的换向球48可在换向室50中运动至第一位置和第二位置，在该第一位置，换向球48防止流体从第一换向阀46流向第二换向阀78，并允许流体流入阀腔52，而在该第二位置，换向球48防止流体通过流体通道44回流，并允许流体从第二反馈通道86流向阀腔52。而且，第二换向阀78的换向球80可在换向室82内运动至第一位置和第二位置，在该第一位置，换向球80防止流体从流体通道76流向流体通道84，而在该第二位置，换向球80防止流体从第二反馈通道86回流至流体通道76。不过，应当知道，第二换向阀78的换向球80不能堵塞第二反馈通道86，因此，第二反馈通道86总是与流体通道76或流体通道84流体连通。
图5表示了处于初始平衡位置的控制阀系统10′。图6则表示了第一电磁阀组件14通电时的情况。
图6表示了处于正常工作模式时的控制阀系统10′，其中，来自流体进口通道16的压力流体引入活塞组件34的后侧腔室32，以便向外驱动活塞62(向图中右侧)。特别是，流体压力从流体进口通道16进入流体通道42。第一电磁阀组件14通电，从而在流体通道42和流体通道44之间形成流体连通。然后，压力流体从流体通道44引入换向阀46，从而使换向球48逆着第二反馈通道86运动。然后，在换向阀46内的压力流体引入阀腔52。在阀腔52内的流体压力作用在阀芯24的表面部分28上。当阀腔52内的流体压力大于弹簧26的偏压力时，阀芯24向右运动，直到阀芯24的凸肩部分36抵靠第二止动器38。阀芯24的该运动使得流体能够从流体进口通道16流入阀组件34的后侧腔室32中，从而使活塞62向外伸出(向图5-11中的右侧)。因此，在后侧腔室32以及第一反馈通道72、第二电磁阀组件70和第二换向阀78之间形成流体连通。由于在第二换向阀78中的压力差，换向球80将移动成关闭流体通道84和打开第二反馈通道86。因此，当控制阀系统10′处于图6中所示的位置时，流体进口通道16、活塞组件34的后侧腔室32、流体通道42、第一换向阀46和阀腔52都处于相同的流体压力，即等于流体进口通道16的流体压力。
下面参考图7，第一电磁阀组件14和第二电磁阀组件70断电，因此，将防止来自流体通道42的引导流体进入换向阀46，因此防止该引导流体进入阀腔52。因此，作用在阀芯24的凸肩部分36上的弹簧偏压力26将阀芯24向左偏压，直到表面部分28基本与第一止动器30接触。阀芯24的向左运动使得流体进口通道16和活塞组件34的前侧腔室40之间流体连通，从而使活塞62退回。
如图8所示，当第二电磁阀组件70通电时，使得流体通道76和排气通道88流体连通。因此，流体压力在阀腔52，第一换向阀46，第二反馈通道86，第二换向阀78，以及在节流阀74下流的至少一部分第一反馈通道72减弱。流体压力在阀腔52中的减小使得阀芯24在弹簧26的偏压力作用下向左移动，如图9所示。因此，在流体进口通道16和活塞腔组件32的前侧腔室40之间形成流体流动使活塞62回撤。
最好如图10所示，第一通道84、第二换向阀78、第二反馈通道86以及第一换向阀46在活塞组件34的前侧腔室40和阀腔52之间形成流体连通，因此这时处于相同流体压力。如第一实施例所示，这些通道用于使前侧腔室40中的流体压力保持为与弹簧26成正比的压力，并能够利用小于全线路压力的压力来克服压力泄漏等，从而降低能量消耗量。
下面参考图15-19，在这些附图和前述实施例的附图中，相同的参考标号表示相同或相应的部件，图中表示了本发明第四实施例的控制阀系统10″。
特别参考图15-17，控制阀系统10″包括主阀组件12″和电磁阀组件14。主阀组件12″位于电磁阀组件14附近，并可操作地与该电磁阀组件14连接。主阀组件12″包括流体进口通路16、第一排气通道18、第二排气通道20和阀孔22″。阀部件或阀芯24″布置在阀孔22″中。阀芯24″通常由弹簧26以及作用在端表面36″上的流体压力而偏压至左侧位置，以便使流体从活塞组件34的后侧腔室32(图1-14中)由第二排气通道20排出(图16)。如下面所述，阀芯24″还可位于右侧位置，以便使流体从活塞组件34的前侧腔室40通过第一排气通道18排出(图15)。
控制阀系统10″的阀芯24″还包括安装在阀芯24″上或与该阀芯24″形成一体的放大表面部分28″。放大端表面28″布置在阀孔22″的放大阀孔部分200内。放大表面部分28″包括密封件202，该密封件202布置在放大表面部分28″以及放大阀孔部分200的侧壁之间，以便在放大阀孔部分200的第一腔室(图15)和放大阀孔部分200的第二腔室206(图16)之间形成密封啮合。第二腔室206可通过通风口207而通风。如图所示，放大表面部分28″的直径大于阀芯24″。与上述实施例相比，这样的结构使得来自电磁阀组件14的更小先导压力能够驱动阀芯24″以克服弹簧26的偏压力以及作用在端表面36″上的流体压力。不过，应当知道，在控制阀系统10″的物理界限内，放大表面部分28″可以为有助于特定用途的任意尺寸。
控制阀系统10″还包括活塞208，该活塞208可运动地布置在活塞缸筒210内。活塞208包括密封件212，该密封件212布置在活塞208和活塞缸筒210之间，以便在活塞缸筒210的第一腔室214(图15)和活塞缸筒210的第二腔室216(图17)之间形成密封啮合。杆218通过孔219从活塞208垂直伸入放大阀孔部分200中。杆218的尺寸设置为与阀芯24″的放大表面部分28″选择啮合，如后面所述。优选是，活塞208的直径大于阀芯24″。孔219的尺寸为使第一腔室214和第一腔室204能够彼此流体连通。
控制阀系统10″还包括多个流体通道，这些流体通道使流体进口通道16、第一排气通道18、第二排气通道20、阀芯24″以及活塞208相互操作连接。流体通道42″在流体进口通道16和通向电磁阀组件14的进口之间延伸。流体通道42″用作向电磁阀组件14提供先导压力的引导通道。流体通道42″还沿相反方向伸向由阀芯24″、阀孔22″的端表面36″以及端帽222确定的流体腔室220。流体通道44″在电磁阀组件14的出口和放大阀孔部分200的第一腔室204之间延伸。
控制阀系统10″还包括在前侧腔室40和活塞缸筒210的第二腔室216之间延伸的反馈通道224。因此，反馈通道224用于提供从前侧腔室40作用在活塞208上的流体压力，以便向右驱动活塞208。如图15-19所示，反馈通道224穿过端帽226延伸。该结构的意义将在下面介绍。
图15表示了处于正常工作模式时的控制阀系统10″，其中，来自流体进口通道16的压力流体引入活塞组件34的后侧腔室32，以便向外驱动活塞62(向图中右侧)。特别是，流体压力从流体进口通道16进入流体通道42。如图15所示，电磁阀组件14通电，从而在流体通道42″和流体通道44″之间形成流体连通。然后，压力流体从流体通道44″引入放大阀孔部分200的第一腔室204。在放大阀孔部分200的第一腔室内的流体压力内的流体压力作用在阀芯24″的放大表面部分28″上。同时，压力流体从流体通道42″引入流体腔室220中，并作用在阀芯24″的端表面36″上。当由放大阀孔部分200的第一腔室204中的流体压力施加在放大表面部分28″上的力大于弹簧26的偏压力和施加在阀芯24″的端表面36″上的力的总和时，阀芯24″向右运动，直到放大表面部分28″与凸肩部分228啮合。阀芯24″的该运动使得流体能够从流体进口通道16流入阀组件34的后侧腔室32中，从而使活塞62向外伸出(向图1-4中的右侧)。因此，当控制阀系统10″处于图15中所示的位置时，流体进口通道16、活塞组件34的后侧腔室32、流体通道42″、流体腔室220以及放大阀孔部分200的第一腔室204都处于相同的流体压力，即等于流体进口通道16的流体压力。
下面参考图16，电磁阀组件14断电，因此，将防止来自流体通道42″的引导流体进入放大阀孔部分200的第一腔室204。因此，第一腔室204、第二腔室206和第一腔室214通向大气。因此，弹簧26的偏压力以及在腔室220中作用在阀芯24″的端表面36″的流体压力的总和将阀芯24″向左偏压，直到放大表面部分28″基本与杆218接触。阀芯24″的该向左运动使得流体进口通道16和活塞组件34的前侧腔室40之间流体连通，从而使活塞62退回。
如图16所示，反馈通道224与活塞组件34的前侧腔室40流体连通，因此流体压力与流体进口通道16相同。压力流体从流体进口通道16引入前侧腔室40和反馈通道224将进入活塞缸筒210的第二腔室216，并迫使活塞208向右运动。由于杆218和阀芯24″的放大表面部分28″之间的物理接触，活塞208的任何向右运动都使得阀芯24″相应向右运动。
当阀芯24″向右运动时的压力除了取决于弹簧26的偏压力外，还取决于活塞208和阀芯24″的端表面36″之间的相对表面面积。换句话说，当施加在活塞208上的流体力大于施加在右侧的流体力、偏压力和任意摩擦力的总和时，阀芯24″将向右运动。因此，为了确定施加的力，需要考虑1)流体压力和2)流体压力作用的表面面积。如图16所示，作用在活塞208和阀芯24″上的流体压力彼此相等(即等于流体进口通道16的流体压力)。这样，因为活塞208的表面面积大于阀芯24″的端表面36″的表面面积，因此在阀芯24″左侧产生更大的力，该力将克服弹簧26的偏压力，并使阀芯24″向右运动。
如图17所示，阀芯24″将继续向右运动，直到阀芯24″堵塞流体进口通道16，这时，阀芯24″到达平衡位置。该平衡位置的特征在于：由于反馈通道224、活塞缸筒210的第二腔室216，在前侧腔室40中有小于流体进口通道16的进口压力但又大于大气压的预定流体压力。施加在活塞208上的力与施加在端表面36″上的力与弹簧26的力的总和相等。不过，本领域技术人员应当知道，降低该平衡的任何流体泄漏或其它异常情况都将使活塞缸筒210的第二腔室216内的流体压力同时减小。在活塞缸筒210的第二腔室216内的流体压力减小能够通过作用在阀芯24″的端表面36″上的压力以及弹簧26的偏压力而使阀芯24″向左运动，从而再次使流体进口通道16和活塞组件34的前侧腔室之间流体连通，直到再次形成平衡。因此，应当知道，该结构提供了一种能够通过选择活塞208和端表面36″的合适相对面积以及选择弹簧26的合适偏压力而简单自动保持活塞组件34的前侧腔室40中的预定流体压力的方法，从而不需要换向阀46。
下面参考图18和19，可以看见，本实施例可以完全绕过活塞208，从而使控制阀能够以不节省能量的模式工作。如本领域技术人员公知，有时优选是在一种用途中使用能量节省控制阀，而在另外用途中使用不节省能量的控制阀。因为储备两种可更换控制阀的成本很高，因此，控制阀系统10″可以以能量节省模式或不节省能量的模式来使用一个控制阀。因此，控制阀系统10″装备有可拆下的端帽226。反馈通道224穿过端帽226。因此，当需要采用能量节省模式时，端帽226布置成如图15-17所示(在前侧腔室40和活塞缸筒210的第二腔室216之间保持流体连通)。不过，另一方面，当需要采用不节省能量的模式时，端帽226反转成如图18-19所示(断开在前侧腔室40和活塞缸筒210的第二腔室216之间的流体连通)。在该位置，控制阀系统10″的操作类似于标准的两位置四通控制阀。
而且，应当知道，本发明的流体调节特性并不需要提供全线路压力，否则将消耗过大电能。也就是，作为非限定实施例，普通双作用缸通常这样操作，即它们只能通过全线路压力才能返回它们的初始位置。在返回冲程中利用全线路压力将使得消耗的压缩空气的量等于在做功冲程过程中的消耗量。在返回冲程中消耗压缩空气并不必须。根据本发明的原理，在一个出口中的低压足以用于快速返回冲程，这减小了压缩空气的消耗量，从而降低了做功元件消耗的能量。此外，由于施加低压，在缸和/或接头中发生泄漏的可能性减小。这些优点通过使阀芯作为压力调节器工作而实现。
参考图20-22，图中表示了结合第四实施例所述的上述原理的一种变化形式。因此，控制阀系统10表示为有阀芯24，该阀芯24有安装在阀芯24上或与该阀芯24形成一体的放大表面部分28。放大端表面28布置在阀孔22的放大阀孔部分200′内。放大表面部分28包括一对密封件202′，该对密封件202′布置在放大表面部分28以及放大阀孔部分200′的侧壁之间，以便在放大阀孔部分200′的第一腔室204′(图20)和放大阀孔部分200′的第二腔室206′(图21)之间形成密封啮合。如图所示，放大表面部分28的直径大于阀芯24。与上述实施例相比。这样的结构使得来自电磁阀组件14的更小先导压力能够驱动阀芯24以克服弹簧26′的偏压力以及作用在端表面36上的流体压力。不过，应当知道，在控制阀系统10的物理界限内，放大表面部分28可以为有助于特定用途的任意尺寸。
活塞208′可运动地布置在形成于放大表面部分28中的活塞缸筒210′内。活塞208′包括密封件212′，该密封件212′布置在活塞208′和放大表面部分28之间，以便在活塞缸筒210′的第一腔室214′(图20)和活塞缸筒210′的第二腔室216′(图17)之间形成密封啮合。杆218′通过孔219′从活塞208′垂直伸入放大阀孔部分200′中。杆218′的尺寸设置为与端帽226′选择啮合，如后面所述。优选是，活塞208′的直径大于阀芯24。
控制阀系统10还包括穿过阀芯24在前侧腔室40和活塞缸筒210′的第一腔室214′之间延伸的反馈通道224。因此，反馈通道224′用于提供从前侧腔室40作用在活塞208′上的流体压力，以便向左驱动活塞208′。
图20表示了处于正常工作模式时的控制阀系统10，其中，来自流体进口通道16的压力流体引入活塞组件34的后侧腔室32，以便向外驱动活塞62(向图中右侧)。特别是，流体压力从流体进口通道16进入流体通道42。如图20所示，电磁阀组件14通电，从而在流体通道42和流体通道44之间形成流体连通。然后，压力流体从流体通道44引入放大阀孔部分200′的第一腔室204′。在放大阀孔部分200′的第一腔室204′内的流体压力内的流体压力作用在阀芯24的放大表面部分28上。同时，压力流体从流体通道42引入流体腔室220′中，并作用在阀芯24的端表面36″上。当由放大阀孔部分200′的第一腔室204′中的流体压力施加在放大表面部分28和活塞208′的杆218′上的力大于弹簧26的偏压力和施加在阀芯24的端表面36″上的力的总和时，阀芯24向右运动，直到放大表面部分28与凸肩部分228′啮合。阀芯24的该运动使得流体能够从流体进口通道16流入阀组件34的后侧腔室32中，从而使活塞62向外伸出(向图1-4中的右侧)。因此，当控制阀系统10处于图20中所示的位置时，流体进口通道16、活塞组件34的后侧腔室32、流体通道42″、流体腔室220以及放大阀孔部分200′的第一腔室204′都处于相同的流体压力，即等于流体进口通道16的流体压力。
下面参考图21，电磁阀组件14断电，因此，将防止来自流体通道42″的引导流体进入放大阀孔部分200′的第一腔室204′。因此，弹簧26的偏压力以及在腔室220中作用在阀芯24的端表面36″的流体压力的总和将阀芯24向左偏压，直到放大表面部分28和杆218′基本与端帽226′接触。阀芯24的该向左运动使得流体进口通道16和活塞组件34的前侧腔室40之间流体连通，从而使活塞62退回。
如图20-22所示，反馈通道224′与活塞组件34的前侧腔室40流体连通，因此流体压力与流体进口通道16相同。压力流体从流体进口通道16引入前侧腔室40和反馈通道224′将进入活塞缸筒210′的第一腔室214′，并迫使活塞208′向左运动。由于杆218′和端帽226′之间的物理接触，活塞208′的任何向左运动都使得阀芯24相应向右运动。当阀芯24″向右运动时的压力除了取决于弹簧26的偏压力外，还取决于活塞208′和阀芯24的端表面36″之间的相对表面面积。如图22所示，阀芯24将继续向右运动，直到阀芯24堵塞流体进口通道16，这时阀芯24到达上述平衡位置。
应当知道，本变化形式能够高效用于构成控制阀系统，将很容易构成。也就是，在阀芯中的反馈通道的结构比壳体中的该结构简单。不过，与第四实施例(图15-19)相比，本变化形式不能柔性选择表面面积的合适尺寸。
本发明的说明仅仅是举例说明，因此，没有脱离本发明精神的变化形式将在本发明的范围内。这些变化形式不能认为脱离了本发明的精神和范围。

Claims (22)

1.一种控制阀系统，包括：
壳体，该壳体有进口、第一输出口和第二输出口；
阀，该阀至少可位于第一位置、第二位置和第三位置，在该第一位置，在所述进口和所述第一输出口之间形成流体连通；在该第二位置，在所述进口和所述第二输出口之间形成流体连通；而在该第三位置，将基本防止在所述进口和所述第一输出口或所述第二输出口之间流体连通，所述阀被偏压向所述第一位置；
电磁阀组件，该电磁阀组件连接成与所述进口流体连通，所述电磁阀组件可位于驱动位置和未驱动位置，在该驱动位置，将形成与所述进口的流体连通，以便使所述阀从所述第一位置运动至所述第二位置；以及
活塞，该活塞可位于伸出位置和退回位置，根据在所述第一输出口中的流体压力，该活塞可位于该伸出位置，从而驱使所述阀从所述第一位置到所述第三位置。
2.根据权利要求1所述的控制阀系统，其中：所述活塞包括杆，所述杆与所述阀配合，以便驱动所述阀从所述第一位置到所述第三位置。
3.根据权利要求1所述的控制阀系统，还包括：
反馈通道，该反馈通道从所述第一输出口伸向所述活塞。
4.根据权利要求3所述的控制阀系统，其中：所述反馈通道可以选择性地断开，以便防止所述活塞工作。
5.根据权利要求1所述的控制阀系统，其中：所述阀包括第一端和第二端，所述第一端的面积大于所述第二端的面积。
6.根据权利要求1所述的控制阀系统，其中：所述阀通过弹簧和流体压力而被偏压至所述第一位置。
7.根据权利要求1所述的控制阀系统，其中：所述活塞可运动成与所述阀分离。
8.根据权利要求1所述的控制阀系统，其中：当所述阀处于所述第一位置时，所述第二输出口与大气流体连通，而当所述阀处于第二位置时，所述第一输出口与所述大气流体连通。
9.一种控制阀系统，包括：
壳体，该壳体有进口、第一输出口、第二输出口和阀腔；
阀芯，该阀芯可滑动地布置在所述阀腔内，所述阀芯可位于第一位置、第二位置和第三位置，在该第一位置，在所述进口和所述第一输出口之间形成流体连通；在该第二位置，在所述进口和所述第二输出口之间形成流体连通；而在该第三位置，将基本防止在所述进口和所述第一输出口或所述第二输出口之间流体连通，所述阀芯被偏压向所述第一位置；
电磁阀组件，该电磁阀组件连接成与所述进口流体连通，所述电磁阀组件可位于驱动位置和未驱动位置，在该驱动位置，将在所述进口与所述阀芯之间形成流体连通，以便使所述阀芯从所述第一位置运动至所述第二位置；以及
活塞，该活塞可位于伸出位置和退回位置，当所述第一输出口中达到预定流体压力时，活塞位于该伸出位置，从而驱使所述阀芯从所述第一位置到所述第三位置。
10.根据权利要求9所述的控制阀系统，其中：所述活塞包括杆，所述杆与所述阀芯配合，以便随所述活塞从所述退回位置向所述伸出位置的运动而驱动所述阀芯从所述第一位置到所述第三位置。
11.根据权利要求10所述的控制阀系统，其中：所述阀芯包括第一端和第二端，所述第一端的面积大于所述第二端的面积。
12.根据权利要求11所述的控制阀系统，其中：所述活塞的面积大于所述阀芯的所述第二端的所述面积。
13.根据权利要求9所述的控制阀系统，其中：所述阀芯通过弹簧和流体压力而被偏压至所述第一位置。
14.根据权利要求9所述的控制阀系统，其中：所述活塞可运动成与所述阀芯分离。
15.根据权利要求9所述的控制阀系统，其中：当所述阀芯处于所述第一位置时，所述第二输出口与大气流体连通，而当所述阀芯处于所述第二位置时，所述第一输出口与所述大气流体连通。
16.根据权利要求9所述的控制阀系统，其中：还包括反馈通道，该反馈通道从所述第一输出口伸向所述活塞。
17.根据权利要求16所述的控制阀系统，其中：所述活塞包括杆，所述杆与所述阀芯配合，以便随所述活塞从所述退回位置向所述伸出位置的运动而驱动所述阀芯从所述第一位置到所述第三位置。
18.根据权利要求17所述的控制阀系统，其中：所述活塞的面积大于所述阀芯的一相对端的面积。
19.根据权利要求16所述的控制阀系统，其中：所述反馈通道可以选择性地断开，以便防止所述活塞工作。
20.根据权利要求16所述的控制阀系统，其中：所述阀芯包括第一端和第二端，所述第一端的面积大于所述第二端的面积。
21.根据权利要求16所述的控制阀系统，其中：所述阀芯通过弹簧和流体压力而被偏压至所述第一位置。
22.根据权利要求16所述的控制阀系统，其中：所述活塞可运动成与所述阀芯分离。
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