CN106122516B - 流动通道切换单元 - Google Patents

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Abstract

一种流动通道切换单元(10)，包括：形成有多个端口(40，42，44，46，48)的阀体(24)、在轴线方向上可滑动地布置在阀体(24)的内部的阀芯(30)、用于在A方向上驱动阀芯(30)的阀芯驱动单元(32)、被构造成在阀体(24)的内部弹性地偏压阀芯(30)的偏压机构(34)，以及基于第一输出端口(42)的压力在B方向上对阀芯(30)施加力的活塞部件(36)。

Description

流动通道切换单元
技术领域
本发明涉及一种流动通道切换单元，其用于配备有气缸的气动系统中。
背景技术
在各种型式的自动化机械中被广泛用作气动执行机构的气缸中，固定有杆的活塞通过在其各个压力腔中供应和排出压缩空气而往复移动。另外，通常来说，通过切换阀执行对于这类气缸的供应和排出压缩空气。
附带的，在上述气缸中，在用于在活塞的往复运动中进行工作的工作行程期间，由于外载荷被施加于该杆，需要较大的驱动力。与此相反，在当活塞返回其初始位置时的返回行程期间，由于上述外载荷未被施加于杆，以相比于在工作行程期间小的驱动力完成返回行程。该驱动力取决于被供应至压力腔的压缩空气的压力水平。能够通过降低在返回行程时的压力实现节约耗气量。
因此，为解决上述问题，日本平开专利公布2013-024345提出了一种节能阀。该节能阀配备有主阀体、单个阀芯、阀芯驱动部分以及压力调节活塞，其中主阀体中形成有阀孔、供气端口、第一输出端口、第二输出端口和排出端口，单个阀芯可滑动地插入阀孔中，并且将第一输出端口和第二输出端口分别连接至供气或者排出端口，阀芯驱动部分将阀芯从第一位置切换至第二位置，并且压力调节活塞具有压力接收表面，该压力接收表面受到来自第二输出端口的压力的作用，并且弹性偏压力施加在该压力接收表面上。对应于第二输出端口的压力，阀芯被移动从而改变流动通道的横截面区域，流动通道从供气端口贯穿至第二输出端口，从而阀芯将第二输出端口的压力设定至设定压力，该设定压力小于从供气端口供应的压缩空气的压力。
发明内容
关于如上所述常规方法设计了本发明，并且本发明目的在于提供流动通道切换单元，其由于节约了耗气量而能够抑制运转成本和初始成本，具有简单的结构，并且具有良好的经济适用性。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种流动通道切换单元，该流动通道切换单元用于配备有气缸的气动系统，该气缸被构造成通过将压缩空气导入第一压力腔执行活塞的工作行程，并且通过将压缩空气导入第二压力腔执行活塞的返回行程，该流动通道切换单元包含：其中形成有阀孔的阀体、供气端口、连接至第一压力腔的第一输出端口、连接至第二压力腔的第二输出端口、以及开放至大气的排出端口，来自压缩空气供应源的压缩空气被供应至该供气端口，其中供气端口、第一输出端口、第二输出端口和排出端口与阀孔连通；阀芯，该阀芯在其轴线方向上包含第一端和第二端，该阀芯被构造成能够在阀孔内沿着该轴线方向往复滑动；阀芯驱动单元，该阀芯驱动单元包括电磁阀，该阀芯驱动单元被构造成通过取决于电磁阀的激励状态而在该阀芯的第一端上施加力而在第一方向上从第一端侧朝向第二端侧驱动该阀芯；偏压机构，该偏压机构布置在阀体内部，该偏压机构被构造成弹性地偏压该阀芯；以及布置在阀体内部的活塞部件，该活塞部件被构造成基于第一输出端口的压力在与第一方向相反的第二方向上施加力至该阀芯。在流动通道切换单元中，当阀芯驱动单元处于关闭(off)状态并且活塞部件基于第一输出端口的压力施加的力大于偏压机构的偏压力时，阀芯抵抗偏压机构的偏压力而位于允许第一输出端口和排出端口处于连通并且允许供气端口和第二输出端口处于连通的第一位置。此外，当活塞部件基于第一输出端口的压力施加的力小于偏压机构的偏压力时，由于偏压机构的偏压力，阀芯被移动至不允许供气端口与第一输出端口和第二输出端口中的任何一个连通的第二位置。
根据如上所述构成的流动通道切换单元，当活塞在气缸的返回行程期间到达其行程终点时，阀芯通过偏压机构的弹性力被移动至使得供气端口不与第一输出端口和第二输出端口中的任何一个连通的第二位置(关闭的中心位置)。因此，在气缸的返回行程完成的同时，阻止了任何不必要的压缩空气被导入第二压力腔，并且第二压力腔的压力升高被停止。因此，在返回行程时，由于耗气量的节约，可以抑制运转成本。进一步，流动通道切换单元的结构简单，并且具有极好的经济适用性。
在上述流动通道切换单元中，阀芯驱动单元可以包含驱动活塞，该驱动活塞被构造成当供气端口和第一输出端口处于连通时接收压缩空气的压力，并且该驱动活塞的压力接收区域可以大于活塞部件的压力接收区域。
由于这种结构，通过利用压力接收区域的差异，由于接收压缩空气的压力的驱动活塞，阀芯能够可靠地被移动至使得供气端口和第一输出端口处于连通的位置。因此，气缸的工作行程能够没有任何问题地执行。
上述流动通道切换单元中，阀体的内部可以设置有止动部分，该止动部分被构造成通过与偏压机构接合而止动该偏压机构，并且当阀芯在偏压机构的偏压作用下从第一位置移动至第二位置时，由于该止动部分通过与偏压机构接合而止动偏压机构，阀芯可以被止动在第二位置。
由于这种构造，随着气缸返回行程的完成，阀芯能够可靠地被移动至第二位置。
根据本发明的流动通道单元，由于节约了耗气量，可以抑制运转成本和初始成本，并且由于具有简单结构，该流动通道切换单元具有极好的经济适用性。
本发明的上述及其他目标、特征和优势通过以下描述连同附图将变得更加明显，其中本发明的最优实施例通过说明性的实例来展示。
附图说明
图1是配备有根据本发明的实施例的流动通道切换单元的气动系统的轮廓示意图(运行的第一说明性附图)；
图2是图1中所示的气动系统的运行的第二说明性附图；
图3是图1中所示的气动系统的运行的第三说明性附图；以及
图4是图1中所示的气动系统的运行的第四说明性附图。
具体实施方式
以下将参考附图详细地呈现和描述根据本发明的流动通道单元和流动通道切换单元优选实施例。
图1中所示的根据本发明的实施例的流动通道切换单元10被用于配备有气缸14的气动系统。气缸14包括气缸筒18、活塞20和连接至活塞20的活塞杆22，活塞腔16形成在气缸筒18中，活塞20被布置成能够滑动地在气缸筒18的内部往复移动。
活塞腔16被活塞20分隔成第一压力腔16A和第二压力腔16B。在气缸14中，通过将压缩空气供应至第一压力腔16A，执行工作行程以进行工作，并且通过将压缩空气供应至第二压力腔16B，执行返回行程以将活塞20返回其初始位置。
该气动系统12包括上述气缸14以及流动通道切换单元10，流动通道切换单元10用于相对于气缸14从未图示的压缩空气供应源(空气压缩机等等)供应和排出压缩空气之间切换。
流动通道切换单元10包括：阀体24，阀体24中形成有阀孔25和多个端口；适配器26，适配器26在阀体24的轴线方向上以固定的方式连接至第一端24a；端板28，端板28在阀体24的与第一端24相反的侧上以固定方式连接至第二端24b；阀芯30，阀芯30布置在阀体24的内部，从而能够以往复运动方式在轴线方向上滑动；阀芯驱动单元32，用于在第一方向(A方向)上从第一端24a朝向第二端24b驱动阀芯30；能够弹性地偏压阀芯30的偏压机构34；以及活塞部件36，活塞部件36在与第一方向相反的第二方向(B方向)上对阀芯30施加力。
阀孔25形成为在轴线方向上贯穿阀体24，并且阀芯30被布置成在阀孔25的内部能够往复滑动。多个环状密封构件38在轴线方向上相互间具有间隙地安装在阀芯30的外周部。
阀体24的多个端口包括供气端口40、第一输出端口42、第二输出端口44、第一排出端口46和第二排出端口48。供气端口40、第一输出端口42、第二输出端口44、第一排出端口46和第二排出端口48与阀孔25连通。
可以在阀体24中设置单个共用排出端口，以代替分离地设置的第一排出端口46和第二排出端口48。
压缩空气从压缩空气供应源被供应至供气端口40。对应于阀芯30的位置，第一输出端口42能够通过设置在阀芯30上的环形第一凹部52选择性地与供气端口40和第一排出端口46连通。进一步，对应于阀芯30的位置，第二输出端口44能够通过设置在阀芯30上的环形第二凹部54选择性地与供气端口40和第二排出端口48连通。第一凹部52和第二凹部52在轴线方向上安置在阀芯30上的不同位置处。
对应于阀芯30在轴线方向上的位置，流动通道切换单元10在下述切换状态间运行，即供气端口40和第一输出端口42处于连通、第二输出端口44和第二排出端口48处于连通的切换状态(图2)，供气端口40和第二输出端口44处于连通、第一输出端口42和第一排出端口46处于连通的切换状态(图3)，和供气端口40不与第一输出端口42和第二输出端口44中的任何一个连通的切换状态(图1、图4)。
在图解的示例中，供气端口40、第一输出端口42、第二输出端口44、第一排出端口46和第二排出端口48布置在阀体24的同一侧。在变型的示例中，供气端口40、第一输出端口42、第二输出端口44、第一排出端口46和第二排出端口48可以以分散的方式安置在阀体24的一侧和另一侧。例如，第一输出端口42和第二输出端口44可以布置在阀体24的一侧，而供气端口40、第一排出端口46和第二排出端口48可以安置在阀体24的另一侧。
阀芯驱动单元32包括驱动活塞56和对驱动活塞56进行驱动的电磁阀58，驱动活塞56可滑动地布置在阀芯30的轴线方向上，并且在A方向上按压阀芯30。在阀体24的侧部开口的凹部61安置在适配器26中，并且驱动活塞56可滑动地布置在凹部61的内部。环形的密封构件64安装在驱动活塞56的外周部上。密封构件64保持与适配器26的内周表面的整个周边紧密接触。
电磁阀58被构造成使得被供应至供气端口40的压缩空气的压力施加在驱动活塞56的压力接收表面上，该压力接收表面布置在与阀芯30相对的侧，从而在A方向上驱动该驱动活塞56。通过形成在阀体24中的气流通道63和形成在适配器26中的气流通道，电磁阀58内部的流体路径与供气端口40连通。以下述方式切换电磁阀58，当电磁阀58通过向其供应的电流开启时，允许压缩空气流入压力作动腔室65，并且当向其供应的电流取消而关闭电磁阀58时，压力作动腔室65内部的空气被排出至外部。
该偏压机构34布置在阀体24的内部，并且被构造成能够在轴线方向上弹性地偏压阀芯30。更具体地说，根据本实施例，偏压机构34包括第一可动构件59和第二可动构件60、以及保持在第一可动构件59和第二可动构件60之间的弹性构件68(螺旋弹簧)，第一可动构件59和第二可动构件60能够在阀芯30的轴线方向上移动。管形构件29在第一端24a的一侧布置在阀体24内部，并且偏压机构34布置在管形构件29内部。
第一可动构件59构造为在其中包括通孔59a的环形形状。第二可动构件60构造为在其中包括通孔60a的环形形状。阀芯30在其B方向侧的轴插入通过第一可动构件59的通孔59a和第二可动构件60的通孔60a。阀芯30中形成有环形凹部31(小直径部分)，环形凹部31中收容第一可动构件59和第二可动构件60。如图1所示，第一可动构件59与设置在环形凹部31的A方向侧的阶梯部分31a接合，并且第二可动构件60与设置在环形凹部31的B方向侧的阶梯部分31b接合。
阀体24设置有第一止动部分69，通过与第一可动构件59处于接合状态而止动第一可动构件59，第一止动部分69调节第一可动构件59朝向A方向侧的移动极限位置。另一方面，管形构件29设置有第二止动部分75，通过与第二可动构件60处于接合状态而止动第二可动构件60，第二止动部分75调节第二可动构件60朝向B方向侧的移动极限位置。
弹性构件68的一端抵靠第一可动构件59。弹性构件68的另一端抵靠第二可动构件60。
活塞部件36布置在阀体24的内部，并且被构造成基于第一输出端42的压力在第二方向(B方向)上施加力到阀芯30。衬垫77安装在活塞部件36的外周部分上。根据本实施例，活塞部件36整体地形成在阀芯30的位于A方向上的一端上。然而，活塞部件也可以被构造成与阀芯30分离的部件。
端板28形成有面对活塞部件36的压力作动腔室72和连通通道76，该连通通道76连通压力作动腔室72和布置在阀体24中的流动通道74。通过流动通道74和连通通道76，第一输出端口42的压力施加在活塞部件36的压力接收表面。因此，基于第一输出端口42的压力，活塞部件36在B方向上偏压阀芯30。上述驱动活塞56的压力接收区域大于活塞部件36的压力接收区域。
当气缸14进行返回行程时，上述弹性构件68在A方向上相对于阀芯30的偏压力(弹性力)小于活塞部件36在B方向上通过第一输出端口42的压力偏压阀芯30的力。因此，在压缩空气被供应至供气端口40的状态中，当阀芯驱动单元32从开启(on)状态切换至关闭(off)状态时，由于基于第一输出端口42的压力的活塞部件在B方向上的偏压力，阀芯30抵抗偏压机构34(弹性构件68)在A方向上的偏压力而在B方向上移动。
进一步，当气缸14的返回行程完成时，活塞部件36在B方向上相对于阀芯30的偏压力变得小于偏压机构34在A方向上的偏压力。因此，由于偏压机构34在A方向上的偏压力，阀芯30在A方向上移动。
接下来，将描述如上所述构造的流动通道切换单元10的运行和效果。
在图1中，尽管来自压缩空气供应源的压缩空气被供应至供气端口40，阀芯驱动单元32的电磁阀58处于关闭状态，并且阀芯30位于使得供气端口40不与第一输出端口42和第二输出端口44中的任何一个连通的位置(关闭的中心位置)。此外，气缸14的活塞20被定位在初始位置(在返回侧的行程终点)，并且保持在少量空气压力仍然余留在第二压力腔16B中的状态。
根据图1所示的状况，当阀芯驱动单元32处于开启状态，供应至供气端口40的压缩空气的压力(供应压力P)被施加于驱动活塞56的压力接收表面上，从而驱动活塞56在A方向上按压阀芯30。因此，如图2所示，阀芯30被移动至使得供气端口40和第一输出端口42处于连通、并且第二输出端口44和第二排出端口48处于连通的位置。随着阀芯30在A方向上的移动，与阶梯部分31b接合的第二可动构件60也在A方向上移动，并且弹性构件68在轴线方向上被压缩。
此外，在这种情况下，虽然供应压力P施加在通过空气流动通道74和连通通道76与第一输出端口42连通的活塞部件36上，由于驱动活塞56的压力接收区域大于活塞部件36的压力接收区域，驱动活塞56在A方向按压阀芯30的力大于活塞部件36在B方向上偏压阀芯30的力。因此，如上所述，驱动活塞56能够导致阀芯30抵抗活塞部件36在B方向的偏压力而在A方向上移动。
随着阀芯30以这样的方式移动，供应至供气端口40的压缩空气通过第一输出端口42被引入气缸14的第一压力腔16A。因此，气缸14执行工作行程，以进给活塞杆22。此时，由于第二输出端口44和第二排出端口48处于连通，在气缸14的第二压力腔16B中积聚的空气流动进入第二输出端口44，并且进一步通过第二排出端口48排出至外部。因此，通过将电磁阀58保持在开启状态，如图2所示，气缸14的活塞20移动至工作侧的行程终点并且被止动。
接下来，当阀芯驱动单元32的电磁阀58被关闭且维持供应压缩空气至供气端口40，如图3所示，阀芯30位于使得第一输出端口42与第一排出端口46处于连通、并且供气端口40与第二输出端口44处于连通的位置(第一位置)。
更具体地，当电磁阀58被关闭，导致下述情形，即供应至供气端口40的压缩空气的压力不施加在驱动活塞56的压力接收表面上。因此，活塞部件36基于第一输出端口42的压力在B方向上偏压阀芯30的偏压力变得大于偏压机构34在A方向上偏压阀芯30的偏压力。因此，阀芯30抵抗偏压机构34的偏压力而在B方向上移动。此时，第一可动构件59被阀芯30的阶梯部分31a按压，并且在B方向上移动，并且第二可动构件60通过与管形构件29的第二止动部分75的接合而被止动。
随着阀芯30以这样的方式移动，供应至供气端口40的压缩空气通过第二输出端口44被引入气缸14的第二压力腔16B。因此，气缸14执行返回行程以撤回活塞杆22。此时，积聚在气缸14的第一压力腔16A中的空气流动进入第一输出端口42，并且进一步经由第一排出端口46被排出至外部。
另外，当第一输出端口42的压力随着气缸14的活塞20到达返回侧的行程终点而降低时，活塞部件36基于第一输出端口42的压力在B方向上偏压阀芯30的力变得小于偏压机构34在A方向上偏压阀芯30的力。
因此，如图4所示，在偏压机构34的偏压作用下，阀芯30在A方向上移动。此时，偏压机构34的第一可动构件59被止动在其与第一止动部分69接合的位置。阀芯30也随着第一可动构件59的停止而被止动。因此，阀芯30位于使得供气端口40不与第一输出端口42和第二输出端口44中的任何一个连通的位置(第二位置/关闭的中心位置)。
因此，进入气缸14的第二压力腔16B的压缩空气供应被阻塞。因此，在气缸14的活塞20到达返回侧的行程终点后，由于没有不必要的压缩空气被供应至气缸14的第二压力腔16B，可以减小耗气量。
根据本实施例的流动通道切换单元10，如上所述，当活塞20在气缸14的返回行程期间到达其行程终点时，通过偏压机构34的弹性力，阀芯30被移动至使得供气端口40不与第一输出端口42和第二输出端口44中的任何一个连通的位置(关闭的中心位置)。因此，在气缸14的返回行程完成的同时，阻止任何不必要的压缩空气被导入第二压力腔16B，并且停止了第二压力腔16B的压力升高。因此，在返回行程时，由于耗气量的节约，可以抑制运转成本。
此外，如上所述，由于阻止了任何不必要的压缩空气被导入气缸14的第二压力腔16B，第二压力腔16B内部的压力不会比所需要的增大更多。因此，在工作行程的下一周期，减小了对于由于第二压力腔16B的压力而移动的阻力，并且因此，可以预期工作行程的速度增加。
根据本实施例，由于驱动活塞56的压力接收区域大于活塞部件36的压力接收区域，通过利用压力接收区域的差异，由于接收压缩空气的压力的驱动活塞56，阀芯30能够可靠地被移动至使得供气端口40和第一输出端口42处于连通的位置。因此，气缸14的工作行程能够没有任何问题地执行。
此外，在阀体24的内部，可以设置第一止动部分69，第一止动部分69能够通过与偏压机构34接合而止动偏压机构34，并且当阀芯30在偏压机构34的偏压作用下从第一位置(图3)移动至第二位置(图4)时，由于第一止动部分69能够通过与偏压机构34接合而止动偏压机构34，阀芯30可以被止动在第二位置(图4)。由于这种构造，随着气缸14的返回行程的完成，阀芯30能够可靠地被移动至第二位置。
本发明并不限于上述实施例，并且在不脱离如所附的权利要求书中阐明的本发明的实质范围的情况下，可以采用各种修改或者附加的布置。

Claims (3)

1.一种流动通道切换单元(10)，所述流动通道切换单元(10)用于配备有气缸(14)的气动系统(12)，所述气缸(14)被构造成通过将压缩空气导入第一压力腔(16A)而执行活塞(20)的工作行程，并且通过将压缩空气导入第二压力腔(16B)而执行所述活塞(20)的返回行程，其特征在于，所述流动通道切换单元(10)包含：
阀体(24)，所述阀体(24)中形成有阀孔(25)、供气端口(40)、连接至所述第一压力腔(16A)的第一输出端口(42)、连接至所述第二压力腔(16B)的第二输出端口(44)、以及开放至大气的排出端口(46，48)，来自压缩空气供应源的压缩空气被供应至所述供气端口(40)，其中所述供气端口(40)、所述第一输出端口(42)、所述第二输出端口(44)和所述排出端口(46，48)与所述阀孔(25)连通；
阀芯(30)，所述阀芯(30)在其轴线方向上包括第一端和第二端，所述阀芯(30)被构造成能够在所述阀孔(25)内沿着所述轴线方向往复滑动；
阀芯驱动单元(32)，所述阀芯驱动单元(32)包括电磁阀(58)，所述阀芯驱动单元(32)被构造成通过取决于所述电磁阀(58)的激励状态在所述阀芯(30)的所述第一端上施加力而在第一方向上从所述第一端侧朝向所述第二端侧驱动所述阀芯(30)；
偏压机构(34)，所述偏压机构(34)布置在所述阀体(24)的内部，所述偏压机构(34)被构造成弹性地偏压所述阀芯(30)；和
活塞部件(36)，所述活塞部件(36)布置在所述阀体的所述内部，所述活塞部件(36)被构造成基于所述第一输出端口(42)的压力在与所述第一方向相反的第二方向上施加力至所述阀芯(30)；
其中，当所述阀芯驱动单元(32)处于关闭状态并且所述活塞部件(36)基于所述第一输出端口(42)的所述压力施加的所述力大于所述偏压机构(34)的偏压力时，所述阀芯(30)抵抗所述偏压机构(34)的所述偏压力而位于允许所述第一输出端口(42)和所述排出端口(46，48)处于连通并且允许所述供气端口(40)和所述第二输出端口(44)处于连通的第一位置；并且
当所述阀芯驱动单元(32)处于关闭状态并且所述活塞部件(36)基于所述第一输出端口(42)的所述压力施加的所述力小于所述偏压机构(34)的偏压力时，由于所述偏压机构(34)的偏压力，所述阀芯(30)被移动至不允许所述供气端口(40)与所述第一输出端口(42)和所述第二输出端口(44)中的任何一个连通的第二位置。
2.如权利要求1所述的流动通道切换单元(10)，其特征在于：
所述阀芯驱动单元(32)包括驱动活塞(56)，所述驱动活塞(56)被构造成当所述供气端口(40)和所述第一输出端口(42)处于连通时接收所述压缩空气的压力；并且
所述驱动活塞(56)的压力接收区域大于所述活塞部件(36)的压力接收区域。
3.如权利要求1所述的流动通道切换单元(10)，其特征在于：
在所述阀体(24)的所述内部布置有止动部分(69)，所述止动部分(69)被构造成通过与所述偏压机构(34)接合而止动所述偏压机构(34)；并且
当所述阀芯(30)在所述偏压机构(34)的偏压作用下从所述第一位置移动至所述第二位置时，由于所述止动部分(69)通过与所述偏压机构(34)接合而止动所述偏压机构(34)，所述阀芯(30)被止动在所述第二位置。
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