CN102149926A - 流体操作的致动系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种致动系统（200）。该致动系统（200）包括流体操作的致动器（211）和控制阀（230）。控制阀（230）可在第一位置和第二位置之间移动并适于当控制阀（230）处于第一位置时开放从加压流体源（240）到致动器（211）的流体流路。提供了分流流体管道（246），其适于当控制阀（230）处于第一位置时分流供应到致动器（211）的加压流体的一部分。通过流体管道（246）分流的加压流体将控制阀（230）偏压向第二位置。

Description

流体操作的致动系统
技术领域
本发明涉及流体操作的致动器，更具体地，涉及用于流体操作的致动器的阀控制系统。
背景技术
本领域已知流体控制的致动器。根据一种设计，提供到致动器的流体利用由两个或更多导向阀致动的控制阀来控制。导向阀控制对控制阀的压力供应，其致动控制阀到第一或第二位置。这种构造获得了一些成功，然而，该系统是复杂的，体积大的，并需要过多的时间来对致动器的位置进行反应以及改变致动器的位置。
图1示出了根据现有技术的阀控制系统100。图1所示的阀控制系统100包括致动器101、加压流体管道102、第一导向阀103、第二导向阀104和控制阀105。响应于作用在致动器101上的加压流体，通过管道106或通过管道107，致动器101的活塞108在第一和第二位置之间移动。加压流体可包括任何形式的实质上不可压缩的流体，例如诸如气动流体或液压流体。通常，所使用的加压流体将依赖于特定的应用。
提供到致动器101的加压流体基于控制阀105的位置来确定。控制阀105利用第一和第二导向阀103、104来致动。在导向阀103、104包括螺线管导向阀的情况下，激励螺线管线圈（未示出）将会致动导向阀，允许加压流体流到控制阀105。例如，如果第一导向阀103被致动，则导向阀103的端口112对端口113开放，从而允许加压流体通过管道123作用在控制阀105的第一侧127。作用在控制阀105的第一侧127上的压力将控制阀105移动到第一位置。在第一位置，控制阀105的端口115对端口116开放，从而提供从管道111至管道107的开路。在该位置，作用在腔125的压力将活塞108移动到图1所示的左侧，允许来自腔126的流体通过管道106而从控制阀105的端口119排出。
当希望在另一方向上移动活塞108时，第一导向阀103被去致动，第二导向阀104被致动，从而将端口112对端口113关闭，并将端口120对第二导向阀104的端口121开放。然后，加压流体可以从管道110流到控制阀105的第二侧128，以便将控制阀105移动到第二位置。在第二位置，端口115对控制阀105的端口118开放。然后，加压流体可以从管道111流到管道106，以便对致动器101的腔126加压，从而将活塞108移动到右侧。
尽管以上所述的设计能够在有限的情况下工作，但阀控制系统100由于需要使用两个导向阀而需要大量空间、功率和构件。此外，在切换致动器101时会有响应时间的延迟，因为在控制阀105的任何移动之前，一个导向阀需要被去致动，而另一个导向阀需要被致动。另外，各导向阀具有内在的延迟时间，因此，提供多个导向阀会使该问题更严重。在致动器以重复的方式被切换或需要快速响应时间的情况下，这种延迟将产生问题。
因此，需要快速响应的流体控制的致动器，并且其使所需的材料和空间最小化。本发明解决了该问题以及其它问题，获得了本领域中的优势。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于操作适于选择性地将加压流体源提供至致动器的控制阀的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述控制阀致动到第一位置以开放从加压流体源到所述致动器的流体流路，其中，供应到所述致动器的所述加压流体也将所述控制阀偏压向第二位置。
优选地，所述方法还包括用供应到所述致动器的所述加压流体将所述控制阀致动到所述第二位置的步骤。
优选地，一旦所述控制阀处于所述第二位置，则将所述控制阀偏压向所述第二位置的所述加压流体被排放。
优选地，将所述控制阀致动到所述第一位置的步骤包括对所述控制阀的第一侧施加力，所述力大致等于将所述控制阀偏压向所述第二位置的所述加压流体的压力。
优选地，所述控制阀的所述第一位置开放从所述加压流体源至所述致动器的第一腔的流体流路，并且其中，所述控制阀的所述第二位置开放从所述加压流体源至所述致动器的第二腔的流体流路。
根据本发明的一个方面，一种包括流体操作的致动器的致动系统，包括：
可在第一位置和第二位置之间移动的控制阀；
将所述控制阀联接到所述流体操作的致动器的第一腔的第一流体管道，其中，所述控制阀的所述第一位置开放流体流路，以便利用来自加压流体源的流体对所述第一流体管道和所述第一腔加压；以及
第二流体管道，所述第二流体管道联接到所述第一腔并且适于分流供应到所述第一腔的加压流体的一部分，以便将所述控制阀偏压向所述第二位置。
优选地，一旦所述控制阀被致动到所述第二位置，则所述控制阀排放偏压所述控制阀的所述加压流体。
优选地，从所述流体操作的致动器的所述第一腔排出的加压流体将所述控制阀保持在所述第二位置。
优选地，所述致动系统还包括适于减少将所述控制阀偏压向所述第二位置的所述加压流体的压力调节器。
优选地，所述致动系统还包括适于将从所述加压流体源至所述流体操作的致动器的所述流体流路基本关闭的偏压部件。
根据本发明的一个方面，一种包括流体操作的致动器的致动系统，包括：
可在第一位置和第二位置之间移动的控制阀，
将所述控制阀联接到所述流体操作的致动器的第一流体管道，其中，所述控制阀的所述第一位置开放流体流路，以便利用来自加压流体源的流体对所述第一流体管道和所述流体操作的致动器的第一腔加压；以及
第二流体管道，所述第二流体管道联接到所述第一流体管道并且适于分流所述第一流体管道中的加压流体，以便将所述控制阀偏压向所述第二位置。
优选地，一旦所述控制阀被致动到所述第二位置，则所述控制阀排放偏压所述控制阀的所述加压流体。
优选地，从所述流体操作的致动器的所述第一腔排出的加压流体将所述控制阀保持在所述第二位置。
优选地，所述致动系统还包括适于减少将所述控制阀偏压向所述第二位置的所述加压流体的压力调节器。
优选地，所述致动系统还包括适于将从所述加压流体源至所述流体操作的致动器的所述流体流路基本关闭的偏压部件。
附图说明
图1示出了现有技术的流体控制的致动器。
图2示出了根据本发明实施例的阀控制系统。
图3示出了根据本发明另一实施例的阀控制系统。
图4示出了根据本发明又一实施例的阀控制系统。
具体实施方式
图2-4以及以下的说明书为本领域技术人员描述了实现和利用本发明的最佳方式的具体示例。为了教导本发明的原理的目的，简化或省略了某些传统方面。本领域技术人员将意识到落在本发明的范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将意识到以下所述的特征可以各种方式组合来形成本发明的多种变型。结果，本发明不限于以下所述的具体示例，而仅由权利要求及其等价物限定。
图2示出了根据本发明的实施例的用于流体操作的致动器211的致动系统200。图2所示的致动系统200包括致动器211、导向阀220、控制阀230和流体源240。   流体源240可包括例如气动或液压流体源。然而，应该理解的是，通常用于操作流体致动的装置的其它流体可如本领域已知地使用。
根据本发明的实施例，致动器211包括线性致动器。然而，应该理解的是，也可以使用其它致动器，并且具体的流体操作的致动器不应该限制本发明的范围。根据本发明的实施例，致动器211包括活塞212以及流体端口213、214。尽管示出了两个流体端口，但致动器211可包括具体应用中所要求的任意数量的流体端口。活塞212可以响应于通过端口213、214中的一个引入而从另一端口排出的流体而移动。例如，当流体被提供到第一端口213时，流体能够进入腔215以使压力升高。响应于升高的压力，活塞212能够移动到左侧（如图2所示），并且腔216中的流体能够通过第二端口214排出。类似地，当流体被提供到第二端口214和腔216时，活塞212能够移动到右侧，并且腔215中的流体通过第一端口213排出。
根据本发明的实施例，致动系统200包括导向阀220。根据本发明的实施例，导向阀220包括螺线管供电的导向阀220。然而，应该理解的是，也可以使用其它导向阀，并且在本发明的范围内。以下的说明仅为了清楚而将导向阀220作为螺线管供电的阀来进行讨论，不以任何方式限制本发明的范围。当上电时，导向阀220将端口221对端口222开放。这将以来自管道242的流体对管道243加压。管道243中的加压流体作用在控制阀230的第一侧236，以将控制阀230向第一位置偏压。应该理解的是，尽管管道243中的加压流体将控制阀向第一位置偏压，但阀将不被致动，除非偏压力足以克服控制阀的阻力，诸如摩擦力或存在的流体压力。一旦偏压力足够大，控制阀230将被致动到第一位置。控制阀230的第一侧236可包括例如流体致动开关。
根据本发明的实施例，控制阀230包括闸阀。然而，应该理解的是，控制阀230不限于闸阀，可以使用其它合适的阀，并仍然在本发明的范围内。在图2所示的实施例中，控制阀230包括5/2阀，因为它具有五个端口和两个位置。在第一位置，加压流体被允许流到致动器211的第一腔215，而加压流体从第二腔216排出。在第二位置，加压流体被允许流到第二腔216，而从第一腔215排出。然而，应该理解的是，根据本发明的其它实施例的控制阀230包括其它类型的阀，例如，具有三个位置的5/3阀。可能的第三位置可关闭控制阀230的所有端口，从而保持致动器211的当前状态（见图4）。
一旦管道243中的流体将控制阀230致动到第一位置，则端口231对端口232开放。然后，联接到流体源240的管道241能够对管道245加压。管道245联接到致动器211的第一端口213。因此，加压流体进入第一腔215，从而作用在活塞212的右侧，并使活塞212向左侧移动。除了端口231对端口232开放之外，端口234对端口235开放。根据一个实施例，端口235包括排放到大气的排放端口。然而，在希望使流体再循环的其它实施例中，端口235可联接到储存器（未示出）并储存，以备将来使用。因此，当活塞212移动到左侧，腔216中的流体能够从端口214通过管道244和控制阀230的端口234、235排出。
根据本发明的实施例，分流流体管道246联接到致动器供应管道245。分流流体管道246还联接到控制阀230的第二侧237。因此，当供应管道245被加压时，分流流体管道246也被加压。分流管道246中的压力作用在控制阀230的第二侧237，以将控制阀230偏压向第二位置。根据本发明的实施例，即使分流流体管道246中的加压流体将控制阀偏压向第二位置，但控制阀230不改变位置，因为作用在控制阀230的第一和第二侧236、237的压力基本上是相同的，从而彼此抵消了。这是因为作用在两侧的流体是来自相同的流体源240。换句话说，控制阀230的左侧和右侧以基本上作用在致动器211上的流体源压力来加压。在其它实施例中，管道246中的压力可以比管道243中的压力大或小。这可以使用例如压力调节器（未示出）来实现。应该理解的是，为了使控制阀230致动到第二位置，由分流流体管道246中的压力所提供的偏压力必须大于所施加的与分流流体管道246中的压力相反的任何摩擦力或致动力。
根据本发明的实施例，通过将导向阀220去致动，致动器211可以在相反方向被致动。根据本发明的实施例，对导向阀220去致动将使端口221对端口222关闭，因此，作用在控制阀230的第一侧236上的压力将通过端口223排出。然而，管道246中的流体压力仍然作用在控制阀230的第二侧237上。因此，由分流管道246中的压力提供的偏压力将控制阀230致动到第二位置。根据本发明的实施例，当控制阀230位于第二位置时，端口231对端口232关闭，并对端口234开放，从而将加压流体供应到管道244，该加压流体进入腔216以将活塞212偏压向右侧。当腔216被加压，腔215内的流体被强制通过端口213流出致动器211到达管道245。除了加压流体通过管道245排出之外，压力仍然通过管道246施加在控制阀230的第二侧237上。根据本发明的实施例，在腔215被排放的同时供应到控制阀230的第二侧237的压力小于供应到致动器216的压力。根据另一实施例，随着第一腔215中的压力降低，作用在控制阀230的第二侧的管道246中的压力也降低。因为至少一些压力保持在控制阀230的第二侧237上，因此控制阀230保持在第二位置。根据本发明的另一实施例，管道245可包括止回阀，当腔215被排放时，该止回阀限制通向管道246的流。在该实施例中，控制阀230可能不需要力将其保持在给定位置。因此，在压力被限制不能作用在控制阀230的第一侧236上之后的短时间内，仍作用在控制阀230的第二侧237上的压力能够将控制阀230移向其第二位置，一旦阀230切换并且腔215被排放，则流体压力也从控制阀230的第二侧237被移除。
图3示出了根据本发明的另一实施例的致动系统200。在图3所示的实施例中，省略了导向阀220。不是使用导向阀将控制阀230致动到第一位置，而是提供了电致动器338。电致动器338可包括螺线管或可包括某个其它的电致动器。在图3所示的实施例中，当电致动器338上电时，控制阀230被致动到第一位置。如上所述，当处于第一位置时，控制阀230将加压流体提供到致动器211的第一腔215。另外，分流流体管道246现在可以直接联接到第一腔215而不是联接到流体管道245。因此，第一腔215中的加压流体能够利用分流流体管道246分流到控制阀230的第二侧，以将控制阀偏压向第二位置。如上所述，控制阀230将不致动到第二位置，除非偏压力能够克服控制阀230的摩擦力以及提供到控制阀的第一侧上的任何致动力。根据本发明的实施例，电致动器338能够提供与加压流体源所提供的基本相同的力。因此，当控制阀230处于第一位置时，由电致动器338所提供的致动力与流体压力通过管道246所提供的偏压力基本相同。因此，当电致动器338被致动时，由分流流体管道246中的压力提供的偏压力不会导致控制阀230的任何移动。
根据本发明的实施例，一旦电致动器338被去电，则作用在控制阀230的第二侧237的管道246中的流体压力将控制阀230致动到第二位置，以便将加压的流体源提供到致动器211的第二腔216并排放致动器211的第一腔215。应该理解的是，尽管示出了用电致动器338来替代导向阀220，但也可以使用将控制阀230致动到第一位置的其它装置。例如，可以使用机械致动器，诸如弹簧、柱塞、杆、凸轮辊等将控制阀230致动到第一位置。然后，控制阀230可以利用提供给致动器211的加压流体来将控制阀230致动到第二位置。
图4示出了根据本发明的另一实施例的致动系统200。在图4所示的实施例中，控制阀230包括5/3式弹簧中心阀。如可看到的，使用螺线管致动器338将控制阀230致动到第一位置，并使用提供到致动器211的第一腔215的加压流体将控制阀230致动到第二位置。另外，使用偏压部件439将控制阀230置中到第三位置。在第三位置，控制阀230的所有端口都关闭。因此，致动器211的当前位置被保持，因为没有流体进入或离开致动器211。根据本发明的实施例，图4所示的控制阀230以与图3中所示的控制阀230基本相同的方式相对于第一和第二位置操作。应该理解的是，尽管控制阀230显示为使用一对偏压部件439来将阀230置中到中间位置，但也可以使用其它致动部件，本发明不限于所使用的偏压部件。
以上所述的本发明包括致动系统200，其使用作用在流体操作的致动器上的压力将控制阀230从第一位置致动到第二位置。因此，本发明不需要第二致动器，诸如第二导向阀。
以上实施例的详细说明不是穷尽的，发明者所构思的所有实施例的描述都在本发明的范围内。实际上，本领域技术人员将意识到，上述实施例的某些元件可以不同地组合或省略以产生其它实施例，并且这些其它实施例落在本发明的范围和教导之内。另外对本领域技术人员还清楚的是，上述实施例可以全部或部分地组合以产生在本发明的范围和教导之内的其它实施例。
因此，本领域技术人员将意识到，尽管是以说明的目的描述了本发明的具体实施例和示例，但各种等效修改也位于本发明的范围内。本文提供的教导可以应用于其它致动器系统，而不是仅应用于以上所述以及附图中所示出的实施例。因此，本发明的范围应该从权利要求来确定。

Claims (15)

1. 一种用于操作适于选择性地将加压流体源提供至致动器的控制阀的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述控制阀致动到第一位置以开放从加压流体源到所述致动器的流体流路，其中，供应到所述致动器的所述加压流体也将所述控制阀偏压向第二位置。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用供应到所述致动器的所述加压流体将所述控制阀致动到所述第二位置的步骤。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，一旦所述控制阀处于所述第二位置，则将所述控制阀偏压向所述第二位置的所述加压流体被排放。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述控制阀致动到所述第一位置的步骤包括对所述控制阀的第一侧施加力，所述力大致等于将所述控制阀偏压向所述第二位置的所述加压流体的压力。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制阀的所述第一位置开放从所述加压流体源至所述致动器的第一腔的流体流路，并且其中，所述控制阀的所述第二位置开放从所述加压流体源至所述致动器的第二腔的流体流路。
6. 一种包括流体操作的致动器（211）的致动系统（200），包括：
可在第一位置和第二位置之间移动的控制阀（230）；
将所述控制阀（230）联接到所述流体操作的致动器（211）的第一腔（215）的第一流体管道（245），其中，所述控制阀（230）的所述第一位置开放流体流路，以便利用来自加压流体源（240）的流体对所述第一流体管道（245）和所述第一腔（215）加压；以及
第二流体管道（246），所述第二流体管道（246）联接到所述第一腔（215）并且适于分流供应到所述第一腔（215）的加压流体的一部分，以便将所述控制阀（230）偏压向所述第二位置。
7. 如权利要求6所述的致动系统（200），其特征在于，一旦所述控制阀（230）被致动到所述第二位置，所述控制阀（230）将偏压所述控制阀（230）的所述加压流体排出。
8. 如权利要求6所述的致动系统（200），其特征在于，从所述流体操作的致动器（211）的所述第一腔（215）排出的加压流体将所述控制阀（230）保持在所述第二位置。
9. 如权利要求6所述的致动系统（200），其特征在于，还包括适于减少将所述控制阀（230）偏压向所述第二位置的所述加压流体的压力调节器。
10. 如权利要求6所述的致动系统（200），其特征在于，还包括适于将从所述加压流体源（240）至所述流体操作的致动器（211）的所述流体流路基本关闭的偏压部件（439）。
11. 一种包括流体操作的致动器（211）的致动系统（200），包括：
可在第一位置和第二位置之间移动的控制阀（230），
将所述控制阀（230）联接到所述流体操作的致动器（211）的第一流体管道（245），其中，所述控制阀（230）的所述第一位置开放流体流路，以便利用来自加压流体源（240）的流体对所述第一流体管道（245）和所述流体操作的致动器（211）的第一腔（215）加压；以及
第二流体管道（246），所述第二流体管道（246）联接到所述第一流体管道（245）并且适于分流所述第一流体管道（245）中的加压流体，以便将所述控制阀（230）偏压向所述第二位置。
12. 如权利要求11所述的致动系统（200），其特征在于，一旦所述控制阀（230）被致动到所述第二位置，所述控制阀（230）将偏压所述控制阀（230）的所述加压流体排出。
13. 如权利要求11所述的致动系统（200），其特征在于，从所述流体操作的致动器（211）的所述第一腔（215）排出的加压流体将所述控制阀（230）保持在所述第二位置。
14. 如权利要求11所述的致动系统（200），其特征在于，还包括适于减少将所述控制阀（230）偏压向所述第二位置的所述加压流体的压力调节器。
15. 如权利要求11所述的致动系统（200），其特征在于，还包括适于将从所述加压流体源（240）至所述流体操作的致动器（211）的所述流体流路基本关闭的偏压部件（439）。
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