CN102803804A - 具有供应压力卸载功能的电动-液压提升阀 - Google Patents

Abstract

电磁促动阀组件(18)包括阀主体(38)，其限定：供应端口(20)，其与流体供应(12)相连通；上部或第一腔室(42)；下部或第二腔室(56)，其与第一腔室(42)相连通；第一阀座(46)；以及，控制端口(20)，其与下游流体部件(23)成流体连通。在电磁阀(36)处于关闭位置时，电枢(48)抵靠第一阀座(46)而密封，且弹性构件(50)另外将电枢(48)偏压抵靠着第一阀座(46)上。下部阀装置(24)位于第二腔室(56)中、且具有可移动部分(62,70)，可移动部分(62,70)在打开位置选择性地容许流体(16)进入到第二腔室(56)内。阀主体(38)限定着在供应端口(20)与第一阀座(46)之间的至少一个孔口(23)，该孔口(23)提供压力卸载功能用以当不促动电磁阀(36)时将经过阀装置(24)泄漏的流体(16)排出。

Description

具有供应压力卸载功能的电动-液压提升阀

技术领域

本发明大体而言涉及电动-液压电磁阀，且特定而言涉及一种具有一个或多个内部提动阀芯型阀装置的电磁阀。

背景技术

一种被配置用于电动-液压流体控制系统或流体回路内的电磁控制阀能够被用来选择性地控制压力下的油或其它流体的流动。提升阀组件(PVA)包括圆柱形内部腔室和锥形或成形的提动阀芯装置，诸如电枢、球或另一合适装置。容许压力下的流体响应于对PVA的电磁部分通电而进入到PVA的阀主体部内。液压和/或磁力的施加移动或促动了在内部腔室内的提动阀芯装置、或多个提动阀芯或其它阀装置。其内的流体路径因此选择性地打开，以允许流体流动经过阀主体的各个通路以便馈送/进给各种下游流体回路负载。

在PVA内，流体密封完整性在很大程度上取决于提动阀芯和阀座的配合表面的靠近/紧密度（closeness）和品质。结果，通常会遇到某些流体泄漏或旁通/迂回绕过。取决于提动阀芯装置和下游流体回路控制系统的特定配置，流体泄漏可从某种程度上最低限度的到变化为相对显著的。因此常规提升阀和相关联的流体控制回路的泄漏性能可能低于最佳情况。在某些液压系统中，将需要从PVA卸载供应压力以便准确地量化PVA和下游流体回路的泄漏。在这种系统中，还需要最小化寄生流体损失和用来实施它的成本。本发明用于满足这些需要。

发明内容

根据本发明的实施例的阀组件具有一种带有可通电线圈的电磁部分和连接到它的阀主体。阀主体包含阀装置，阀装置具有与线圈邻近而定位的电枢和与电枢在轴向对准的下部阀。电枢和其阀座可统称作“上部阀”以表示其相对于下部阀的下游位置。电枢由诸如弹簧或另一合适返回装置这样的弹性构件加以偏压，并且在阀主体的腔室内在轴向上朝着下部阀而延伸。下部阀在一个实施例中可被配置为滑阀/柱形阀（spool valve），且在另一实施例可被配置为球形提动阀芯，尽管在不偏离本发明的预期范围的情况下也可使用其它合适阀装置。

电磁线圈可使用诸如电池、电插座这样的能源或任何其它可用能源来选择性地通电以将电枢从第一位置移动到第二位置，由此容许流体经由供应端口流入到阀主体内。电枢的移动允许流体在下部阀与下部阀座之间通过，且然后在电枢与上部阀座之间通过。流体最终经由控制端口从阀主体排放，其中，其被输送到下游流体回路，例如，液压机器和/或过程、汽车系统、和/或其它液压构件或装置。

当阀组件关闭时，这可发生于线圈根据需要处于断电或通电状态时，电枢被偏压以密封抵靠着上部阀座。与下部阀表面相接触的电枢的一端移动所述下部阀以至少部分地打开在阀主体中的一个或多个孔口。孔口将流体从阀组件排出，例如排出到阀主体外部的低压罐或槽，且因此提供在供应端口下游的压力卸载功能，如本文所述的那样。因此显著地最小化了经过上部阀座的、且进入到下游控制回路内的流体旁通或泄露。因此，在阀组件下游的流体泄漏或压力衰减可更精确地检测到，而同时充分地最小化了在通电状态中的寄生损失。

当结合附图，从执行本发明的最佳实施方式的详细描述，本发明的上述特征和优点和其它特征和优点将会显而易见。

附图说明

图1是具有根据本发明的阀组件的流体回路的示意图；

图2是可用于图1的流体回路内的、且具有各自处于关闭位置的一对内阀的阀组件的示意截面图；

图3是处于打开位置的图2的阀组件的示意截面图；

图4为处于关闭位置的替代阀组件的阀主体部的示意截面图；

图5是处于打开位置的图4的替代阀组件的阀主体部的示意截面图。

具体实施方式

参看图1，流体回路10包括低压罐、储集器或流体槽12和泵(P)14。槽12包含流体16，流体16由泵14抽吸且在压力(P1)下经由供应管线26输送到电磁操作阀组件(VA)18。阀组件18经由无线或硬接线（hard-wired）电连接30而电连接到图1中标记为ES的能源28，例如，电池、电容器或其它合适的电或电化学储存装置、或者电插座。

可实施控制逻辑(未图示)以根据需要来选择性地打开和关闭阀组件18以向一组流体部件32提供动力，诸如(但不限于)液压机械、阀、活塞、蓄能器或蓄电池（accumulator）或者其它流体回路装置。流体部件32继而经由返回管线34来与槽12成流体连通。压力换能器（transducer）11可定位于阀组件18下游以感测在流体回路10中的下游回路部分13中的压力衰减。

容许所述流体16经由供应管线26通过供应端口20以供应压力(P1)进入到阀组件18内。当阀组件18接通/打开时，这在常闭装置中当阀组件18被选择性地通电时发生，则被容许进入到阀组件18内的流体16最终在控制压力(P2)的情况下经由控制端口22从阀组件18排放。至少一个孔口23经由另一返回管线39而与槽12成流体连通以提供压力卸载特征，如在下文中参看图2至图5所陈述的那样。虽然在各个附图中为了简单起见示出了单个孔口，在本发明的范围内也可使用额外孔口23。所用孔口23的数量可由可用阀冲程、孔口大小、和在打开位置与关闭位置经过下部阀24泄漏的量来确定，如在下文中所解释的那样。

参看图2，阀组件18示出处于关闭位置，阻挡了到控制端口22的压力(P1)的通路。阀组件18包括电磁部分36和阀主体38。电磁部分36电连接到图1的能源28，如在该图中所示出的那样。在此实施例中，当电磁部分36在常闭配置中被断电时，阻挡了流体16到达控制端口22。即，防止了流体16经由控制端口22从阀主体38排放，控制端口22能被布置于其壁76中。以此方式，在控制端口22处的控制压力(P2)(参看图3)并不可用于由图1所示的构件32使用。

阀组件18可被配置为电动-液压装置，且可包括一种电磁外壳40，电磁外壳40包含电磁绕组或线圈41。线圈41缠绕于线轴（bobbin）43上，且可以被选择性地通电以促动阀组件18或向阀组件18提供动力。即，当线圈41断电时，阀组件18限制了在供应端口20与控制端口22之间的流体连通。当线圈41被通电时，感应/感生出了磁场，从而生成磁通量，磁通量最终打开阀组件18以允许从供应端口20流向控制端口22，如图3所示和下文所述的那样。

除了控制端口22之外，阀主体38包括内壁44，内壁44限定了上部腔室42，上部腔室42限定了上部阀座46。在不存在磁场的情况下，电枢48在上部腔室42内在箭头C的方向中在轴向移动，如上文所述的那样。诸如弹簧或其它合适返回装置这样的弹性构件50可定位于电枢48的第一端51与极部55的底面54之间，以作用抵对于底面54上、且用以由此提供足够的返回力用于：当电磁部分38断电时使电枢48在箭头C的方向中移动，如在图2中所图示的那样。

电枢48安置于磁性套筒15中与之协同移动。在一实施例中，磁性套筒15可环绕着电枢48。套筒15可移动地安置于阀主体38的上部腔室42内，且与极部55的底面54一起限定空气间隙47。电枢48的第二端53被配置成以预定的最大流体旁通率来抵靠住上部阀座46而密封。电枢48在轴向朝向阀主体38的下部腔室56延伸、并且通过连接端口33而接触下部阀24，且连接端口33分别提供在上部腔室42与下部腔室56之间的流体连通。

仍参看图2，下部腔室56的体积由内壁58限定，内壁58包含或容纳下部阀24。如在图2和图3的实施例中所图示的那样，下部阀24可被配置为滑阀。但是，在不偏离本发明的预期范围的情况下，其它实施例也是可能的，包括(但不限于)在下文中所描述的图4和图5的球形提动阀芯。

阀主体38还限定了供应力平衡端口20A，在其内安置了挡止装置60，例如环形卡环、或其它合适的柱塞固持（spool-retaining）装置。当图1的能源28向线圈41通电时，套筒15被磁性地吸引朝向极部55，且因此电枢48在上部腔室42内在箭头O的方向上沿着轴向移动。因此，克服了弹性构件50的力，且弹性构件50抵靠着底表面54而压缩(参看图3)。当电枢48在箭头O的方向中移动时，下部阀24也响应于在供应力平衡端口20A处的流体压力而在箭头O方向中自由移动。

当如在图2和图3的实施例所图示的那样，下部阀被配置成滑阀时，下部阀可包括在其中限定着轴向流体通路64的柱塞62。柱塞62包括延伸部57，延伸部57接触着电枢48，从而使得电枢48的运动能够移动该柱塞62。当阀组件18处于打开位置时，如下文所述的那样，在供应端口20、20A处提供压力(P1)的流体16可流经轴向流体通路64，流经连接端口33、且流入到上部腔室42内，在上部腔室42中，其最终通过控制端口22排放以提供控制压力P2。因此流体流动具备跨越整个阀组件18上的最小压降，其优选地小于大约0.5巴(g)。

至少一个孔口23在下部阀24与电枢48之间安置于阀主体38中。如上文所提到的那样，取决于多种因素，可使用多个孔口23或如图所示只使用一个孔口。这些因素可包括(但未必限于)可用的阀冲程、孔口大小、可允许的经过下部阀24的泄漏等。举例而言，一个实施例可包括近似相等地间隔开的多个孔口23，例如，与每个相邻孔口23以90度间隔开而定位的四个孔口23。孔口23的大小可根据针对特定应用的需要而确定，例如，根据另一实施例的大约0.5mm至大约1mm的直径，在某些应用中，使用单个孔口23可能无法实现适当排出。而且，经过下部阀24的泄漏可能难以预测。因此，可提供多个孔口23，切孔口23中的某些孔口根据需要被堵塞以调节用于特定应用的阀组件18。

更特定而言，孔口23可形成于阀主体38的壁76内。因此在下部腔室56与槽12(参看图1)之间的流体流率受到孔口23限制。在图3所示的打开位置，孔口23受到柱塞62限制且限制着流体16的流动，由此减少了寄生流体损失。孔口23在图2的关闭位置也减少了由于经过下部阀24发生的任何流体泄漏所造成的任何明显的压力累积。

当阀组件18处于图2所示的关闭位置时，孔口23允许通过倾倒经柱塞62所泄漏的流体而从阀组件18排出。根据一个实施例，制造上部阀座46和电枢48以在关闭位置具有小于大约100 mg/min的流体泄漏或旁通。在关闭位置经过下部阀24的流体泄漏可高出几个数量级，且仍提供可接受的压力卸载功能。孔口23被配置为具有提供最佳压力卸载的直径(d)。在一实施例中，孔口23的直径(d)为大约0.5mm至大约1mm。但是，在不偏离本发明的预期范围的情况下也可使用其它直径大小。

如上文所提到的那样，孔口23应足够大以减小在关闭位置由于经过柱塞62的流体泄漏所造成的任何明显压力累积。孔口23的大小也可足够小，用以当电枢48和下部阀24处于图3所示的打开位置时减少到槽12的寄生流体损失。当处于图3所示的打开位置时，直径(d)的大小应被确定成充分地使得跨越过阀组件18上的任何压降最小化。

参看图3，在图示实施例中，当电磁线圈41通电时，阀组件18打开，从而允许流体16从端口20流到控制端口22。当生成磁场时，由流体压力克服弹性构件50的偏压力以使得电枢48在箭头O的方向中移动。当电枢48在箭头O的方向中移动时，其第二端53远离延伸部57移动。不再受到电枢48对抗，下部阀24在箭头O的方向中自由移动以允许流体从端口20流到控制端口22，且显著地阻挡孔口23，即，在一实施例中阻挡住了孔口23至少大约75%。

图4和图5示出下部阀24被配置为球形提动阀芯的另一阀组件118。为了简单起见，图2和图3的电磁部分36从图4和图5中省略，且上文所述的电磁部分36的操作和机-电结构同样适用于图4和图5的实施例。相对于图2和图3的柱塞设计，可使用球形提动阀芯作为较低成本的装置。但是，球形提动阀芯可预期相对于柱塞设计以更高速率泄漏，且因此在决定出在给定流体回路中在特定实施例之间采用哪种特定实施例时，可考虑性能相对于效率的权衡（tradeoff）。

在图4的实施例中，球体或球70由电枢48，例如经由轴向臂或电枢销48A（其可联接至上文所述的电枢48）而朝向关闭位置加以偏压。下部阀座71被成形为当电枢销48A推动球70抵靠或靠近下部阀座71时相对于球70形成流体密封，如在图4中所图示的那样。

下部阀座71可由合适材料制成以限定多个轴向凹槽72和径向孔口74。下部阀座71的无凹槽部分在轴向路径内包含了球70，而凹槽72允许流体被引导经过球70。径向孔口74经由在下部阀座71和阀主体38的壁76之中和/或之间所形成的环形通道75而与孔口23成流体连通。在此实施例中，在控制端口20B处作用于球70上的流体压力(P1)超过或克服弹性构件50的返回力(参看图2和图3)。但是，相对于球70可存在着某些量的流体泄漏。

因此绕开球70的流体16被引导通过轴向凹槽72、径向孔口74和环形通道75，其中，其最终经由孔口23排到槽12以限制作用于电枢48上的压力。当阀组件18、118关闭时，通过从阀组件18排出流体16，使得能在下游流体回路中对由于流体泄漏所造成的压力衰减进行准确测量，诸如图1的流体回路13。图1所示的压力换能器11也可用于执行所需压力测量。即，在不使用孔口23进行这种排出的情况下，取决于泄漏的严重性，可能会有损于经过电枢48和上部阀座46的流体泄漏的测量准确性。

参看图5，当阀组件118在常闭配置中被通电时，球70不再在箭头C的方向中由电枢销48A偏压。流体压力(P1)然后能在轴向凹槽72内移动球70。球70应仅移动到基本上阻挡住径向孔口74那么远，从而最小化流入到孔口23内的流体流动。以此方式，当阀组件118处于如图5所示的通电或打开位置时，最小化了寄生损失。

如将由本领域普通技术人员所了解的那样，诸如上文所述的阀组件18和118的电磁促动阀可被配置为常开或常闭装置。仅当通电时关闭的常开装置将会在停电或电力故障情况下在打开位置出现故障。常闭装置则将会是恰恰相反的，即，在关闭位置出现故障，需要激励电流来促动该装置。虽然阀组件18和118各自在上文中描述为常闭装置，任何实施例可修改为常开装置而不偏离本发明的预期范围。

虽然详细地描述了执行本发明的最佳实施方式，熟悉本发明所属领域的技术人员将会认识到在所附权利要求的范畴内用于实践本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (15)

1.一种阀组件(18)，包括：

阀主体(38)，其限定：与流体供应(12)成流体连通的供应端口(20)；第一腔室(42)；第二腔室(56)，其与所述第一腔室(42)成流体连通；第一阀座(46)；以及，控制端口(22)，其与至少一个流体部件(32)成流体连通；

电枢(48)，其至少部分地定位于所述第一腔室(42)中，其中所述电枢(48)被配置成：当所述阀组件(18)关闭时，用以抵靠所述第一阀座(46)而密封；且当所述阀组件(18)打开时，用以远离所述第一阀座(46)移动以允许流体(16)传递到所述控制端口(22)；以及

阀装置(24)，其定位于所述第二腔室(56)中、且具有可移动部分 (62, 70) ，所述可移动部分 (62, 70)邻近所述供应端口(20)定位、用以当所述阀组件(18)打开时选择性地容许流体(16)进入到所述第二腔室(56)内、且经过所述第一阀座(46)；

其中所述阀主体(38)进一步限定在所述供应端口(20)与所述第一阀座(46)之间的至少一个孔口(23)，所述孔口(23)提供压力卸载功能以用来当关闭阀组件(18)时使得泄漏经过所述阀装置(24)的流体(16)排出。

2.根据权利要求1所述的阀组件(18)，其特征在于，其还包括弹性构件(50)，弹性构件(50)被定位成当所述阀组件(18)关闭时使所述电枢(48)抵靠所述第一阀座(46)而受偏压。

3.根据权利要求1所述的阀组件(18)，其特征在于，所述可移动部分 (62, 70)为球(70)和柱塞(62)之一。

4.根据权利要求3所述的阀组件(18)，其特征在于，所述可移动部分 (62, 70)为所述球(70)，所述阀组件(18)还包括在所述第二腔室(56)内的第二阀座(71)，其中所述电枢(48)包括轴向延伸部(48A)，所述轴向延伸部(48A)具有自由端，当所述阀组件(18)关闭时，所述自由端将所述球(70)选择性地移动成与所述第二阀座(71)相接触。

5.根据权利要求4所述的阀组件(18)，其特征在于，所述第一阀座(46)相对于所述阀主体(38)固定，且其中所述第二阀座(71)可相对于所述阀主体(38)移动。

6.根据权利要求1所述的阀组件(18)，其特征在于，所述阀装置(24)配置成当所述阀组件(18)打开时基本上阻挡住所述孔口(23)。

7.根据权利要求5所述的阀组件(18)，其特征在于，在所述阀组件(18)打开时，所述阀装置(24)阻挡住所述孔口(23)直径的至少大约75%。

8.一种阀组件(18)，包括：

阀主体(38)，其限定：第一腔室(42)；第二腔室(56)；第一阀座(46)，其至少部分地限定所述第一腔室(42)；供应端口(20)；控制端口(22)；以及，至少一个孔口(23)；

磁性套筒(15)，其安置于所述阀主体(38)内；

电枢(48)，其适于与所述磁性套筒(15)协同移动、且基本上定位于所述第一腔室(42)内；

电磁线圈(41)，其可被通电以生成足以将所述磁性套筒(15)和电枢(48)移动到打开位置和关闭位置之一的磁场；

弹性构件(50)，其在所述阀组件(18)关闭时使所述电枢(48)抵靠所述第一阀座(46)而受偏压；以及

阀装置(24)，其定位于所述第二腔室(56)内且当所述阀组件(18)打开时由所述电枢(48)加以偏压以相对于所述供应端口(20)形成流体密封；

其中当所述阀组件(18)打开以允许所述阀装置(24)远离所述供应端口(20)移动时、所述磁性套筒(15)和所述电枢(48)远离所述第一阀座(46)移动，从而容许流体进入到所述阀主体(38)内且到所述控制端口(20)；以及

其中在所述关闭位置，所述磁性套筒(15)和所述电枢(48)朝向所述第一阀座(46)移动以阻挡流体进入到所述阀主体(38)内、且允许经过所述阀装置(24)的预定量的流体泄漏通过所述孔口(23)排出且从所述阀主体(38)出来。

9.根据权利要求8所述的阀组件(18)，其特征在于，所述阀装置(24)包括柱塞(62)和球(70)之一。

10.根据权利要求8所述的阀组件(18)，其特征在于，所述第一阀座(46)限定着在所述第一腔室(42)与所述第二腔室(56)之间的连接端口(33)，且其中所述电枢(48)在轴向延伸穿过所述连接端口(33)。

11.一种阀组件(18)，包括：

阀主体(38)，其限定：供应端口(20)；和至少一个孔口(23)，其用于当所述阀组件(18)关闭时将流体(16)选择性地从所述阀主体(38)排出；

阀装置(24)，其定位于所述阀主体(38)的第一腔室(42)内；以及

可移动的电枢(48)，其至少部分地定位于在所述第一腔室(42)下游的所述阀主体(38)的第二腔室(56)内，当所述阀组件(18)关闭时，可移动的电枢(48)适于使所述阀装置(24)在第一方向受偏压以最小化通过所述供应端口(20)的流体输入；

其中所述孔口(23)的一端安置于所述第一腔室(42)内。

12.根据权利要求12所述的阀组件(18)，其特征在于，所述阀装置(24)是滑阀和球形提动阀芯之一。

13.根据权利要求13所述的阀组件(18)，其特征在于，其包括所述滑阀(62)，其中所述滑阀(62)被配置成用以当所述阀组件(18)打开时基本上阻挡住所述孔口(23)。

14.根据权利要求13所述的阀组件(18)，其特征在于，其包括所述球形提动阀芯和阀座(71)，其中所述阀座(71)限定着多个轴向凹槽(72)、以用于当所述阀组件(18)打开时将所述球形提动阀芯的球部(70)保持于轴向路径中。

15.根据权利要求14所述的阀组件(18)，其特征在于，所述阀座(71)限定径向通道(74)，当所述阀组件(18)关闭时，所述径向通道(74)在所述轴向凹槽(72)与所述孔口(23)之间形成流体路径。

Images