CN106122532B - 流动通道单元和切换阀 - Google Patents

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Abstract

一种切换阀(10A)的流动通道单元(26)，包括设置在流动通道本体(60)的第二流动通道(62)中的节能阀机构(66)。节能阀机构(66)具有：可移动体(74)，可移动体(74)包括活塞部件(76)和阀构件(78)；和弹性构件(80)，弹性构件(80)弹性地偏压可移动体(74)。在压缩空气被供应至第二流动通道(62)时，当基于第一流动通道(61)的压力作用在活塞部件(76)上的力变得小于弹性构件(80)的偏压力时，由于弹性构件(80)的偏压力，可移动体(74)移动至阀闭合位置以阻塞第二流动通道(62)。

Description

流动通道单元和切换阀
技术领域
本发明涉及一种流动通道单元和切换阀，该流动通道单元和切换阀用于配备有气缸的气动系统。
背景技术
在各种类型的自动化机械中被广泛地用作气动执行器的气缸中，其上固定有杆的活塞通过在其相应的压力腔中供应和排出压缩空气而往复移动。另外，通常，通过切换阀执行相对于这类气缸的压缩空气的供应和排出。
附带地，在上述气缸中，在从活塞的往复运动之间进行工作的工作行程期间，由于在杆上施加外负载，需要大的驱动力。与此相反，在活塞返回至其初始位置的返回行程期间，由于上述外负载不再施加于杆，可以以相比于在工作行程期间更小的驱动力完成返回行程。驱动力依赖于供应至压力腔的压缩空气的压力水平。可以通过在返回行程时降低压力来节约空气消耗量。
因此，为了解决上述问题，日本平开专利公报No.2013-024345提出了一种节能阀。该节能阀配备有：主阀体，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，该阀芯可滑动地插入该阀孔中，并且分别将第一输出端口和第二输出端口连接至供气端口或排出端口；阀芯驱动部件，该阀芯驱动部件将阀芯从第一位置切换至第二位置；和压力调节活塞，该压力调节活塞具有压力接收表面，来自第二输出端口的压力作用在该压力接收表面上，并且弹性偏压力也被施加在该压力接收表面上。对应于第二输出端口的压力，阀芯被移动以改变从供气端口至第二输出端口的流动通道的横截面面积，从而阀芯将第二输出端口的压力设为设定压力，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
相对于如上所述的常规方法提出本发明，并且本发明的目的在于提供一种流动通道单元和切换阀，所述流动通道单元和切换阀由于节约空气消耗量而能够抑制运行成本和最初成本，并且利用其简单的结构，在使用性方面是优越的。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种流动通道单元，该流动通道单元用于配备有气缸的气动系统，气缸被构造成通过将压缩空气导入第一压力腔而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而执行活塞的返回行程；流动通道单元包括：流动通道本体，流动通道本体包括第一流动通道和第二流动通道，该第一流动通道连接至第一压力腔，该第二流动通道连接至第二压力腔；和节能阀机构，该节能阀机构设置在流动通道本体内部的第二流动通道中，节能阀机构被构造成切换第二流动通道的打开和阻塞；其中该节能阀机构包括：可移动体，该可移动体包括活塞部件和阀构件，活塞部件被构造成接收第一流动通道的压力，阀构件被构造成与活塞部件整体地移动；和弹性构件，弹性构件被构造成在阻塞第二流动通道的方向偏压可移动体。在这种情况下，在压缩空气被供应至第二流动通道时，当基于第一流动通道的压力作用在活塞部件上的力变得大于弹性构件的偏压力时，可移动体抵抗弹性构件的偏压力移动至阀打开位置以打开第二流动通道，而当基于第一流动通道的压力作用在活塞部件上的力变得小于弹性构件的偏压力时，由于弹性构件的偏压力，可移动体移动至阀闭合位置以阻塞第二流动通道。
根据如上所述构造的流动通道单元，在气缸的返回行程期间，当活塞到达行程终点时，由于第二流动通道被节能阀机构阻塞，压缩空气至气缸的第二压力腔的任何不必要的导入被阻止，并且第二压力腔的压力的升高也被阻止。因此，在返回行程时，由于空气消耗量的节约，可以抑制运行成本。此外，由于流动通道单元可以被堆叠在切换阀下方，实现了简化随后附加的组件的便利性，并且进一步，可以在例如气缸的工作行程侧和返回行程侧反向的情形中进行一些变型。
在上述流动通道单元中，当压缩空气被供应至第一流动通道时，由于第一流动通道的压力作用在活塞部件上，可移动体能够抵抗弹性构件的偏压力移动至阀闭合位置。
由于这种结构，因为压缩空气的压力被用作一种先导压力，使可移动体运行至阀打开位置，因此当压缩空气被供应至第一流动通道以在在气缸中执行工作行程时，第二流动通道自动地处于打开状态。因此，允许来自气缸的排气流经第二流动通道，并且可以毫无问题地执行气缸的工作行程。
在上述流动通道单元中，流动通道本体可以包括滑孔，可移动体可滑动地布置在滑孔中；并且滑孔可以通过活塞部件分隔成第一流动通道和第二流动通道。
根据这种构造，可以利用简单结构实现一种机构，该机构能够使得第一流动通道的压力作用于可移动体上。
在上述流动通道单元中，垫圈可以安装在活塞部件的外周部分上，并且耐磨环可以安装在垫圈的两侧。
在上述流动通道单元中，可以进一步设置安全阀机构，该安全阀机构被构造成在压缩空气未供应至第一流动通道或第二流动通道时，阻塞第一流动通道。在这种情况下，安全阀机构可以包括：阀部分，阀部分被构造成在阻塞第一流动通道的位置和打开第一流动通道的位置之间移动；偏压构件，偏压构件被构造成朝向阀闭合位置弹性地偏压阀部分；和可移动构件，可移动构件包括活塞部件，并且可移动地设置在流动通道本体的内部，其中当压缩空气被供应至第二流动通道时，通过接收压缩空气的压力，可移动构件将阀部分移动至打开第一流动通道的位置。
由于这种结构，在气缸的操作期间，在供应至流动通道单元的供应压力变为零的情形中，第一流动通道通过安全阀机构的操作被阻塞。因此，在气缸设置成其活塞杆向下定向的构造中，在第二流动通道被阻塞之后供应压力变为零的情形中，由于空气被阻塞，能够防止气缸下落。另外，通过设置安全阀机构，在气缸设置成其活塞杆向上定向以用于升高工件的情形中，即使当供应压力被降低至零，也能够防止气缸下落(更具体地，其活塞和活塞杆下落)。
在上述流动通道单元中，流动通道本体可以包括：第一容纳腔，安全阀机构的活塞部件被收容在该第一容纳腔中；第一连通通道，第一连通通道被构造成提供第二流动通道和第一容纳腔之间的连通；第二容纳腔，节能阀机构的活塞部件被收容在该第二容纳腔中；和第二连通通道，第二连通通道被构造成提供第一流动通道和第二容纳腔之间的连通。
根据这种构造，可以实现一种简单结构的流动通道单元，其中该流动通道单元配备有由第一流动通道的压力操作的节能阀机构和由第二流动通道的压力操作的安全阀机构。
此外，根据本发明，可以提供一种切换阀，切换阀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而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而执行活塞的返回行程；切换阀包括：主阀单元，主阀单元包括供气端口、第一输出端口、第二输出端口、排出端口和阀芯，压缩空气从压缩空气供应源供应至供气端口，阀芯被构造成能够在轴线方向上滑动，其中根据阀芯在轴线方向上的位置，主阀单元在将供气端口和第一输出端口处于连通的状态和在将供气端口和第二输出端口处于连通的状态下操作；和流动通道单元，流动通道单元连接至主阀单元。在这种情况下，流动通道单元可以包括：流动通道本体，流动通道本体包括第一流动通道和第二流动通道，第一流动通道连接至第一压力腔，第二流动通道连接至第二压力腔，第一流动通道与第一输出端口连通，第二流动通道与第二输出端口连通；和节能阀机构，节能阀机构设置在该流动通道本体内部的第二流动通道中，节能阀机构被构造成切换第二流动通道打开和阻塞。进一步，该节能阀机构可以包括：可移动体，可移动体包括活塞部件和阀构件，活塞部件被构造成接收第一流动通道的压力，阀构件被构造成与活塞部件整体地移动；和弹性构件，弹性构件被构造成在阻塞第二流动通道的方向上弹性地偏压可移动体。在这种布置下，在压缩空气被供应至第二流动通道时，当基于第一流动通道的压力作用在活塞部件上的力变得大于弹性构件的偏压力时，可移动体抵抗弹性构件的偏压力移动至阀打开位置以打开第二流动通道，而当基于第一流动通道的压力作用在活塞部件上的力变得小于弹性构件的偏压力时，由于弹性构件的偏压力，可移动体移动至阀闭合位置以阻塞第二流动通道。
根据本发明的流动通道单元和切换阀，由于在空气消耗量上的节约，可以抑制运行成本和最初成本，并且利用一种简单结构，流动通道单元和切换阀在使用性方面是优越的。
本发明的上述及其他目的、特点和优势通过以下结合附图的描述将变得更加明显，其中本发明的优选实施例通过说明性的实施例示出。
附图说明
图1是配备有根据本发明的第一实施例的切换阀的气动系统的轮廓示意图(操作的第一说明性附图)；
图2是图1中所示的气动系统的操作的第二说明性附图；
图3是图1中所示的气动系统的操作的第三说明性附图；
图4是图1中所示的气动系统的操作的第四说明性附图；
图5是配备有根据本发明的第二实施例的切换阀的气动系统的轮廓示意图(操作的第一说明性附图)；
图6是图5中所示的气动系统的操作的第二说明性附图；
图7是图5中所示的气动系统的操作的第三说明性附图；和
图8是图5中所示的气动系统的操作的第四说明性附图。
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第一优选实施例和第二优选实施例的流动通道单元和切换阀。在第二实施例中，其中与第一实施例具有相同的作用和效果的组成元件由相同的参考符号表示，并且省略这些特征的详细说明。
[第一实施例]
图1所示的根据本发明的第一实施例的切换阀10A用于配置有气缸14的气动系统12A中。气缸14包括：缸筒18，缸筒18中形成活塞腔16；活塞20，活塞20布置为用于在缸筒18的内部可滑动地往复移动；和活塞杆22，活塞杆22连接至活塞20。
通过活塞20，活塞腔16被分隔成第一压力腔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，执行返回行程以使活塞20返回至其初始位置。
切换阀10A包括主阀单元24和流动通道单元26，主阀单元24用于切换来自未图示的压缩空气供应源(空气压缩机等)的压缩空气20相对于气缸14的供应和排出，流动通道单元26连接至主阀单元24。
主阀单元24包括阀本体28、阀芯30和电磁阀52，阀芯30布置为能够在阀本体28内部在轴线方向上往复滑动，电磁阀52与阀芯30共同驱动驱动活塞51。在阀本体28中，形成阀孔34、供气端口36、第一输出端口38、第二输出端口40、第一排出端口42和第二排出端口44。阀芯30被插入阀孔34中。
阀孔34形成为在轴线方向上贯穿阀本体28，并且阀芯30布置为能够在阀孔34内部往复滑动。在本实施例的情形中，阀孔34由中空圆柱导向套筒39的中空部分构成，该导向套筒39以固定的方式布置在阀本体28的内部。
在上述导向套筒39中，设置侧孔50a至50e，分别对应于供气端口36、第一输出端口38、第二输出端口40、第一排出端口42和第二排出端口44。供气端口36、第一输出端口38、第二输出端口40、第一排出端口42和第二排出端口44分别通过侧孔50a至50e与阀孔34连通。
可以在阀本体28中设置单个通用排出端口，以代替分离设置的第一排出端口42和第二排出端口44。
压缩空气从压缩空气供应源供应至供气端口36。对应于阀芯30的位置，第一输出端口38能够经由设置在阀芯30上的凹陷的第一环形流动路径46选择性地与供气端口36和第一排出端口42连通。对应于阀芯30的位置，第二输出端口40能够经由设置在阀芯30上的凹陷的第二环形流动路径48选择性地与供气端口36和第二排出端口44连通。第一环形流动路径46和第二环形流动路径48在轴向方向上布置在阀芯30的不同位置。
根据阀芯30在轴向方向上的位置，主阀单元24在第一切换状态和第二切换状态之间运行，在第一切换状态中供气端口36和第一输出端口38处于连通，同时第二输出端口40和第二排出端口44处于连通(图2)，在第二切换状态中供气端口36和第二输出端口40处于连通，同时第一输出端口38和第一排出端口42处于连通(图1)。在第一切换状态中，供气端口36和第二输出端口40不连通。在第二切换状态中，供气端口36和第一输出端口38不连通。以下，阀芯30在第一切换状态中的轴向位置将被称为“第一位置”，阀芯30在第二切换状态中的轴向位置将被称为“第二位置”。
在图示的示例中，供气端口36、第一输出端口38、第二输出端口40、第一排出端口42和第二排出端口44布置在阀本体28的同一侧。在一种变型中，供气端口36、第一输出端口38、第二输出端口40、第一排出端口42和第二排出端口44可以以分散的方式布置在阀本体28的一侧和另一侧。例如，第一输出端口38和第二输出端口40可以布置在阀本体28的一侧，而供气端口36、第一排出端口42和第二排出端口44可以布置在阀本体28的另一侧。
驱动活塞51沿着阀芯30的轴线方向可滑动地设置，驱动活塞51布置为能够在管状构件41的内部滑动，该管状构件41设置在阀本体28的内部，垫圈51a安装在驱动活塞51的外周表面上。电磁阀52被构成，使得从供气端口36供应的压缩空气的压力(供应压力P)作用于驱动活塞51的与阀芯30相对的一侧表面上，从而驱动驱动活塞51。电磁阀52内部的流动通道经由形成在阀本体28内的连通通道53与供气端口36连通。电磁阀52被切换，从而当通过向电磁阀52供应电流而使电磁阀52打开时，允许压缩空气流入压力作用腔23，并且当取消向电磁阀52供应电流而使电磁阀52关闭时，压力作用腔23内部的空气被排出至外部。
进一步，在阀本体28的内部，设置返回活塞55，返回活塞55作用在阀芯30上以基于供气端口36的压力(供应压力P)在B方向施力。返回活塞55能够在阀芯30的轴线方向上滑动地设置在形成在阀本体28中的滑孔71内部。垫圈55a安装在返回活塞55的外周部分上。由于滑孔71由返回活塞55封闭，因此在滑孔71的内部形成压力作用腔73。
在阀本体28中形成连通通道59，连通通道59连通供气端口36和压力作用腔73。供气端口36的压力经由连通通道59作用在返回活塞55的压力接收表面上。因此，返回活塞55基于供气端口36的压力在B方向上偏压阀芯30。上述驱动活塞51的压力接收面积大于返回活塞55的压力接收面积。
流动通道单元26包括流动通道本体60和节能阀机构66，流动通道本体60中形成第一流动通道61和第二流动通道62，第一流动通道61与第一输出端口38连通，第二流动通道62与第二输出端口40连通，节能阀机构66设置在流动通道本体60内部的第二流动通道62内。
流动通道本体60通过一起装配多个本体元件而形成。在本实施例的情形中，流动通道本体60包括主流动通道构件60a和端板60b、60c，端板60b、60c设置在主流动通道构件60a的两侧。
在流动通道本体60中，进一步形成导入通道68、第一排气通道70和第二排气通道72，导入通道68与主阀单元24的供气端口36连通，并且来自压缩空气供应源的压缩空气经由导入通道68被导入，第一排气通道70与第一排出端口42连通，并且来自第一压力腔16A的排气经由第一排气通道70流动，来自第二压力腔16B的排气流经第二排气通道72。
第一流动通道61是与气缸14的第一压力腔16A流体连接的流动通道，从而当主阀单元24在上述第一切换状态中(图2)运行时，来自压缩空气供应源的压缩空气经由主阀单元24的第一输出端口38被导入，并且压缩空气被供应至气缸14的第一压力腔16A。此外，在第一流动通道61中，当主阀单元24在上述第二切换状态中(图1)运行时，来自气缸14的第一压力腔16A的排气被导入，并且排气被引导至主阀单元24的第一输出端口38。
第二流动通道62是与气缸14的第二压力腔16B流体连接的流动通道，从而当主阀单元24在上述第一切换状态中运行时，来自气缸14的第二压力腔16B的排气被导入，并且排气被引导至主阀单元24的第二输出端口40。此外，在第二流动通道62中，当主阀单元24在第二切换状态中运行时，来自压缩空气供应源的压缩空气经由主阀单元24的第二输出端口40被引导，并且压缩空气被供应至气缸14的第二压力腔16B。
节能阀机构66配备有可移动体74和弹性构件80(在图示示例中为螺旋弹簧)，可移动体74包括活塞部件76和阀构件78，弹性构件80在阻塞第二流动通道62的方向上弹性地偏压可移动体74。可移动体74设置为能够在滑孔82中往复滑动，滑孔82形成在流动通道本体60中，并且环形垫圈84安装在可移动体74的活塞部件76的外周部分上。
垫圈84的外周表面被保持为在整个圆周上紧密接触形成滑孔82的内周表面，因此形成气密封。滑孔82被活塞部件76以气密的方式分隔为第一流动通道61和第二流动通道62。活塞部件76包括压力接收表面86，压力接收表面86接收第一流动通道61的压力。此外，在垫圈84相应的两侧(即压力接收表面86侧和杆部件88侧)，耐磨环85安装在活塞部件76的外周部分上，耐磨环85例如由硬树脂构成。
比活塞部件76更窄的杆部件88从活塞部件76的与其压力接收表面86相对的一侧延伸。杆部件88包括小直径部分88a和大直径部分88b。在滑孔82中，在相比于活塞部件76侧更加靠近阀构件78侧，安装环形分隔构件79，其中在分隔构件79的内部以及外周部分安装密封构件(O形环)。在分隔构件79的外周侧的密封构件保持与滑孔82的内周表面紧密接触，并且分隔构件79的内周侧的密封构件保持与杆部件88的大直径部分88b紧密接触。因此，第二流动通道62的压力不会作用于活塞部件76。阀构件78以固定的方式连接至杆部件88的延伸端。
阀构件78包括环状垫圈90以及保持该垫圈90的垫圈保持器92，垫圈90由例如橡胶材料或者弹性材料等的弹性体构成。在流动通道本体60的内部，座构件96与垫圈90面对面地布置。在垫圈90座设在座构件96上的状态下，第二流动通道62被阻塞。在垫圈90与座构件96分离的状态下，第二流动通道62被打开。
在本实施例中，相对于阀构件78，弹性构件80设置在可移动体74的相对侧，并且朝向可移动体74侧弹性地偏压阀构件78，当第一流动通道61在大气压力下时，阀构件78由于弹性构件80的偏压力被按压以抵靠座构件96。当基于作用在压力接收表面86上的第一流动通道61的压力、在A方向上移动可移动体74的移动力变得大于弹性构件80的偏压力(弹性力)时，可移动体74抵抗弹性构件80的偏压力而在A方向上移动。因此，阀构件78(垫圈90)与座构件96分离，并且第二流动通道62被打开。当基于作用在压力接收表面86上的第一流动通道61的压力、在A方向上移动可移动体74的移动力小于弹性构件80的偏压力(弹性力)时，可移动体74通过弹性构件80的偏压力在B方向移动。因此，阀构件78(垫圈90)与座设在座构件96上，并且第二流动通道62再次被阻塞。
接下来，将描述如上所述构造的配备有流动通道单元26的切换阀10A的操作和效果。
在图1中，虽然来自压缩空气供应源的压缩空气被供应至供气端口36，但是电磁阀52处于关闭状态，主阀单元24的阀芯30被定位在第二位置，并且可移动体74在弹性构件80的偏压力作用下被定位在闭合位置。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。
从图1中所示的情形看，当电磁阀52处于打开状态时，供应至供气端口36的压缩空气的压力(供应压力P)被施加于驱动活塞51的压力接收表面上，从而阀芯30在A方向上被驱动活塞51按压。因此，如图2所示，阀芯30被移动至使得供气端口36和第一输出端口38处于连通的位置，并且第二输出端口40和第二排出端口44处于连通。
此外，在这种情况下，虽然供应压力P也经由连通通道59被施加于返回活塞55上，但是由于驱动活塞51的压力接收区域大于返回活塞55的压力接收区域，驱动活塞51在A方向上按压阀芯30的力大于返回活塞55在B方向上按压阀芯30的力。因此，如上所述，驱动活塞51可以使得阀芯30抵抗返回活塞55在B方向上的按压力而在A方向上移动。
伴随阀芯30以这样的方式移动，供应至供气端口36的压缩空气经由流动通道本体60的第一流动通道61和第一输出端口38被导入气缸14的第一压力腔16A。此外，此时，通过第一流动通道61中流动的压缩空气作用在可移动体74的活塞部件76的压力接收表面86上的压力(供应压力P)，可移动体74抵抗弹性构件80的偏压力朝向阀打开位置移动，从而第二流动通道62被打开。
因此，伴随压缩空气导入气缸14的第一压力腔16A，气缸14执行工作行程以推进活塞杆22。此时，由于第二输出端口40和第二排出端口44在主阀单元24中是连通的，并且第二流动通道62在流动通道单元26中被打开，积聚在气缸14的第二压力腔16B中的空气经由第二流动通道62流入第二输出端口40，并且进一步经由第二排出端口44和第二排气通道72被排出到外部。因此，通过电磁阀52被维持在打开状态，如图3所示，气缸14的活塞20被移动至工作侧的行程终点并且停止。
接下来，当关闭电磁阀52而维持压缩空气至供气端口36的供应时，如图4所示，伴随阀芯30移动至第二位置，供气端口36和第二输出端口40连通，第一输出端口38和第一排出端口42连通。此时，由于第一流动通道61的压力而作用在可移动体74上的A方向上的力仍然大于弹性构件80的偏压力。因此，可移动体74抵抗弹性构件80的偏压力而被定位在阀打开位置上，从而第二流动通道62保持打开。
因此，伴随压缩空气导入气缸14的第二压力腔16B，气缸14执行返回行程以拉回活塞杆22。此时，已经积聚在气缸14的第一压力腔16A中的空气经由第一流动通道61流入第一输出端口38，并且进一步通过第一排出端口42和第一排气通道70被排出至外部。
此外，伴随气缸14的活塞20到达返回侧的行程终点，由于第一流动通道61的压力而作用在可移动体74上的力变得小于弹性构件的偏压力，从而如图1所示，可移动体74在弹性构件80的偏压作用下移动至阀闭合位置。因此，第二流动通道62被阻塞。通过这样的方式，通过阻塞第二流动通道62，压缩空气至气缸14的第二压力腔16B的供应被阻塞。因此，在气缸14的活塞20到达返回侧的行程终点之后，由于不必要的压缩空气不会供应至气缸14的第二压力腔16B，可以减小空气消耗量。
此外，在图1中所示的情形中，由于第二流动通道62被阻塞，在气缸14设置成其活塞杆22向下定向的构造的情况下，即使停止供应压力P，也可以防止气缸14(更具体地，其活塞20和活塞杆22)无意地下落。
如上所述，根据本实施例的切换阀10A，当供应压力P被施加于气缸14的第二压力腔16B以便在气缸14中执行返回行程，直到活塞20到达返回侧的行程终点(返回位置/初始位置)时，由于流动通道61的压力作用在节能阀机构66的活塞部件76上，第二流动通道62保持打开。因此，通过经由第二流动通道62施加供应压力P至气缸14，可以没有毫无问题地执行气缸14的返回行程。
此外，伴随气缸14的活塞20到达返回侧的行程终点，当由于第一流动通道61的压力而作用在活塞部件76的压力接收表面86上的力变得小于弹性构件80的偏压力时，可移动体74由于弹性构件80的偏压力而移动至阀闭合位置，并且第二流动通道62被阻塞。因此，压缩空气至气缸14的第二压力腔16B的任何不必要的导入被阻塞，并且第二压力腔16B的压力的升高也被阻止。因此，在返回行程时，由于空气消耗量的节约，可以抑制运行成本。
此外，如上所述，由于压缩空气至气缸14的第二压力腔16B的不必要的导入被阻止，第二压力腔16B内部的压力不会增加至超过所需要的。因此，在下一个周期的工作行程期间，第二压力腔16B的压力对移动的阻力被减小，因此，工作行程的速度增加是可以预期的。
本发明的流动通道单元26具有简单结构，并且可与诸如主阀单元24的传统的电磁阀单元(流动通道切换阀)组合使用。此外，如果流动通道单元26相对于主阀单元24是可附接的和可拆卸的，通过根据需要安装该流动通道单元26，其使用的自由度也会增加。例如，在节能问题发生在电磁阀单元已经连接至气缸14之后的情形中，作为一种防范措施，这种问题可以通过附接流动通道单元26而解决。
在本实施例的情况下，由于压缩空气的压力被用作先导压力，用于使可移动体74运行至阀打开位置，因此当压缩空气被供应至第一流动通道61以在气缸14中执行工作行程时，第二流动通道62自动地处于打开状态。因此，允许来自气缸14的排气流经第二流动通道62，并且可以毫无问题地执行气缸14的工作行程。
此外，在本实施例的情况下，流动通道本体60包括滑孔82，可移动体74可滑动地布置在滑孔82中，并且滑孔82通过活塞部件76分隔为第一流动通道61和第二流动通道62。根据这种配置，可以实现一种具有简单结构的机构，通过该机构使第一流动通道61的压力作用于可移动体74。
根据本实施例，流动通道单元26被描述为具有连接至主阀单元24的结构。然而，在一种变型中，可以设置如下构造：主阀单元24和流动通道单元26以不可分离的方式整体地构造。
[第二实施例]
如图5所示，根据本发明的第二实施例的切换阀10B用于配备有气缸14的气动系统12B。在本实施例中，气缸14设置为其活塞杆22向上定位，从而在工作行程期间，活塞20和活塞杆22被升高，并且在返回行程期间，活塞20和活塞杆22被降低。
切换阀10B包括：主阀单元24，主阀单元24用于切换来自压缩空气供应源(空气压缩机等)的压缩空气相对于气缸14的供应和排出；和流动通道单元100，流动通道单元100连接至主阀单元24。
流动通道单元100包括流动通道本体104、安全阀机构106和节能阀机构66，流动通道本体104中形成有第一流动通道101和第二流动通道102,，第一流动通道101与第一输出端口38连通，第二流动通道102与第二输出端口40连通，安全阀机构106设置在流动通道本体104内部的第一流动通道101中，节能阀机构66设置在流动通道本体104内部的第二流动通道102中。
流动通道本体104是块状构件，其中，其多个本体元件(第一构件至第五构件104a至104e)被组装在一起。在流动通道本体104中，进一步形成导入通道108，导入通道108与主阀单元24的供气端口36连通并且来自压缩空气供应源的压缩空气经由导入通道108被导入。
第一流动通道101是与气缸14的第一压力腔16A流体连接的流动通道，从而当主阀单元24在上述第一切换状态中(图6)运行时，来自压缩空气供应源的压缩空气经由主阀单元24的第一输出端口38被导入，并且压缩空气被供应至气缸14的第一压力腔16A。此外，在第一流动通道101中，当主阀单元24在上述第二切换状态中(图5和图8)运行时，来自气缸14的第一压力腔16A的排气被导入，并且排气被引导至主阀单元24的第一输出端口38。
第二流动通道102是与气缸14的第二压力腔16B流体连接的流动通道，从而当主阀单元24在上述第一切换状态中运行时，已经积聚在气缸14的第二压力腔16B中的空气被导入，并且该空气被引导至主阀单元24的第二输出端口40。此外，在第二流动通道102中，当主阀单元24在上述第二切换状态中(图8)运行时，来自压缩空气供应源的压缩空气经由主阀单元24的第二输出端口40被导入，并且压缩空气被供应至气缸14的第二压力腔16B。
安全阀机构106被构造成当来自压缩空气供应源的压缩空气未供应至第一流动通道101或者第二流动通道102时阻塞第一流动通道101。更具体地，安全阀机构106包括阀部分114、偏压构件116(在图示实施例中为螺旋弹簧)和可移动构件118。
阀部分114设置为能够在阻塞第一流动通道101的位置(参见图7)和打开第一流动通道101的位置之间移动(参见图5、图6和图8)。阀部分114能够沿着可移动构件118的轴线方向(可移动方向)移动。根据本实施例，阀部分114包括盘状的垫圈120和保持该垫圈120的垫圈保持器122。垫圈120也可以被构造为环状。
在流动通道本体104的内部，设置管状构件123，管状构件123具有座表面，该座表面形成为与垫圈120面对面。多个侧孔125形成管状构件123中，该多个侧孔125之间沿着圆周方向具有间隔。在垫圈120座设在管状构件123的座表面上的状态下，第一流动通道101被阻塞。在垫圈120与管状构件123的座表面分离的状态下，第一流动通道101被打开。
偏压构件116朝向阀闭合位置弹性地偏压阀部分114。在本实施例中，相对于阀部分114，偏压构件116设置在可移动构件118的相对侧，并且偏压构件116朝向可移动构件118侧弹性地偏压阀部分114。
可移动构件118包括活塞部件126，并且可移动地设置在流动通道本体104的内部。在压缩空气被供应至第二流动通道102时，通过可移动构件118接收压缩空气的压力，阀部分114被移动至打开第一流动通道101的位置。
可移动构件118能够沿着轴线方向移动。活塞部件126包括压力接收表面127，并且可滑动地容纳在第一容纳腔128的内部，第一容纳腔128形成在流动通道本体104的内部。第一容纳腔128与第二流动通道102经由形成在流动通道本体104中的第一连通通道130互相连通。
环形的第一垫圈132安装在活塞部件126的外周部分上。第一垫圈132的外周表面被保持为在整个圆周上紧密接触第一容纳腔128的内周表面，因此形成气密封。杆部件133从活塞部件126的与其压力接收表面127相对的一侧朝向阀部分114侧延伸。杆部件133比活塞部件126更窄，并且杆部件133的延伸端(与活塞部件126相对侧的一端)能够按压阀部分114。环形的第二垫圈135安装在杆部件133的外周部分上。第二垫圈135的外周表面被保持为沿着整个圆周紧密接触管状构件123的内周表面，因此形成气密封。
当压缩空气从第一输出端口38被导入第一流动通道101时，偏压构件116的偏压力(弹性力)小于通过压缩空气的压力(供应压力P)朝向阀打开位置按压阀部分114的力。此外，当压缩空气从第二输出端口40被导入第二流动通道102时，偏压构件116的偏压力小于可移动构件118通过压缩空气的压力朝向阀打开位置按压阀部分114的力。因此，当压缩空气未被导入第一流动通道101，并且压缩空气未被导入第一容纳腔128时，由于偏压构件116的偏压力，阀部分114被按压抵靠管状构件123，从而第一流动通道101被阻塞。
类似于图1中所示的节能阀机构66，在本实施例中，节能阀机构66配置有可移动体74和弹性构件80(在图示示例中为螺旋弹簧)，可移动体74包括活塞部件76和阀构件78，弹性构件80在阻塞第二流动通道102的方向上弹性地偏压可移动体74。活塞部件76被可滑动地容纳在第二容纳腔134的内部，该第二容纳腔134形成在流动通道本体104的内部。第二流动通道102和第二容纳腔134由活塞部件76密封地分离。第二容纳腔134与第一流动通道101经由形成在流动通道本体104中的第二连通通道136连通。
管状构件140设置在流动通道本体104的内部，并且在管状构件140中沿着圆周方向互相间隔地形成多个侧孔142。环形的垫圈144安装在杆部件88的外周部分上。垫圈144的外周表面被保持为沿着整个圆周紧密接触管状构件140的内周表面，因此形成气密封。当经由第一流动通道101的压力作用在活塞部件76上的力小于弹性构件80的偏压力时，可移动体74的阀构件78(垫圈90)的一部分通过弹性构件80的偏压力被按压抵靠管状构件140，从而第二流动通道102被阻塞。
接下来，将描述如上构造的配备有流动通道单元100的切换阀10B的操作和效果。
在图5中，虽然来自压缩空气供应源的压缩空气被供应至供气端口36，但是电磁阀52处于关闭状态，主阀单元24的阀芯30被定位在第二位置，安全阀机构106的活塞部件126接收供应压力P从而阀部分114被定位在阀打开位置，并且节能阀机构66的可移动体74在弹性构件80的偏压力作用下被定位在阀闭合位置。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)，并且被保持在少量空气压力仍然余留在第二压力腔16B中的状态。
从图5中所示的情形，当电磁阀52被打开时，如图6所示，伴随阀芯30移动至第一位置，供气端口36和第一输出端口38处于连通，并且通过导入第一流动通道101的压缩空气的压力(供应压力P)，阀部分114抵抗偏压构件116的偏压力被保持在阀打开状态。因此，压缩空气经由第一输出端口38和第一流动通道101被导入气缸14的第一压力腔16A。此外，此时，通过压缩空气经由第二连通通道136被导入第二容纳腔134，供应压力P作用在可移动体74的活塞部件76的压力接收表面86上。因此，可移动体74抵抗弹性构件80的偏压力朝向阀打开位置移动，并且第二流动通道102被打开。
因此，伴随压缩空气被导入气缸14的第一压力腔16A，气缸14执行工作行程以推进(升高)活塞杆22。此时，由于第二输出端口40和第二排出端口44在主阀单元24中是连通的，并且第二流动通道102在流动通道单元100中被打开，积聚在气缸14的第二压力腔16B中的空气经由第二流动通道102流入第二输出端口40，并且进一步经由第二排出端口44被排出外部。因此，通过电磁阀52被维持在打开状态，如图7所示，气缸14的活塞20被移动至工作侧的行程终点并且停止。
在从压缩空气供应源至切换阀10B的供应压力P由于一些原因降低至零的情形中，伴随供应压力P不能作用于安全阀机构106的阀部分114，由于偏压构件116的偏压力，阀部分114被移动至阀闭合位置并且第一流动通道101被阻塞。因此，阻碍了空气从气缸14的第一压力腔16A排出，并且防止活塞20和活塞杆22无意地下落。
在工作行程完成之后，当关闭电磁阀52而保持压缩空气至供气端口36的供应时，如图8所示，伴随阀芯30移动至第二位置，供气端口36和第二输出端口40处于连通，第一输出端口38和第一排出端口42处于连通。此时，通过供应压力P经由第一连通通道130作用在安全阀机构106的活塞部件126的压力接收表面127上，可移动构件118抵抗偏压构件116的偏压力将阀部分114按压至阀打开位置，从而第一流动通道101被打开。另一方面，即使在阀芯30如上所述移动之后，作用在可移动体74的压力接收表面上的力仍然大于弹性构件80的偏压力。因此，可移动体74抵抗弹性构件80的偏压力而被定位在阀打开位置上，从而第二流动通道102保持打开。
因此，伴随压缩空气导入气缸14的第二压力腔16B，气缸14执行返回行程以拉回活塞杆22。此时，已经积聚在气缸14的第一压力腔16A中的空气经由第一流动通道101流入第一输出端口38，并且进一步经由第一排出端口42被排出至外部。
此外，伴随气缸14的活塞20到达返回侧的行程终点，作用在可移动体74的压力接收表面上的力变得小于弹性构件80的偏压力，从而如图5所示，可移动体74在弹性构件80的偏压作用下被移动至阀闭合位置。因此，第二流动通道102被阻塞。通过这样的方式，通过阻塞第二流动通道102，压缩空气至气缸14的第二压力腔16B的供应被阻塞。因此，在气缸14的活塞20到达返回侧的行程终点之后，由于不必要的压缩空气不会供应至气缸14的第二压力腔16B，可以减小空气消耗量。
如上所述，根据本实施例的切换阀10B，当活塞20在气缸14的返回行程期间到达行程终点时，由于第二流动通道102通过节能阀机构66被阻塞，压缩空气至气缸14的第二压力腔16B的任何不必要的导入被阻塞，并且第二压力腔16B的压力的升高也被阻止。因此，在返回行程时，由于空气消耗量的节约，可以抑制运行成本。
对于上述第一实施例(参见图1至图4)，在从导入通道68的供应端口被供应的压缩空气被导入主阀单元24之前，节能阀机构66降低了流动通道内部的流动速率。与此相反，对于第二实施例，在从导入通道108的供应端口被供应的压缩空气被导入主阀单元24之前，定位在与导入通道108分开的位置的节能阀机构66不会降低流动通道内部的流动速率。
根据本实施例，在气缸14工作期间，在供应至流动通道单元100的供应压力P变成零的情形中，第一流动通道101经由安全阀机构106的操作被阻塞。因此，在气缸14设置成其活塞杆22向上定向的构造中，即使供应压力P被降低为零，也可以防止气缸14(更具体地，其活塞20和活塞杆22)无意地下落。
此外，根据本实施例，流动通道本体104包括第一容纳腔128、第一连通通道130、第二容纳腔134和第二连通通道136，第一容纳腔128中收容安全阀机构106的活塞部件126，第一连通通道130提供第二流动通道102和第一容纳腔128之间的连通，第二容纳腔134中收容节能阀机构66的活塞部件76，第二连通通道136提供第一流动通道101和第二容纳腔134之间的连通。根据这种构造，可以实现一种简单结构的流动通道单元100，其中该流动通道单元100配备有节能阀机构66和安全阀机构106，节能阀机构66由第一流动通道101的压力操作，安全阀机构106由第二流动通道102的压力操作。
根据本实施例，虽然流动通道单元被描述为一种连接至主阀单元的结构，但是在一种变型中，可以设置流动通道单元并入主阀单元中的构造。
在第二实施例中，关于与第一实施例共同的相应组成元件，理所当然可以获得与第一实施例相同的相应组成元件相同的或者类似的作用和效果。
虽然如上所述呈现了本发明的优选实施例，但是本发明并不局限于上述实施例，并且在不背离本发明附加权利要求限定的基本的范围的情况下，显然可以采用各种附加的或者改进的设置。

Claims (7)

1.一种流动通道单元(26，100)，所述流动通道单元(26，100)用于配备有气缸(14)的气动系统(12A，12B)，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)而执行活塞(20)的返回行程；其特征在于，所述流动通道单元(26，100)包含：
流动通道本体(60，104)，所述流动通道本体(60，104)包括第一流动通道(61，101)和第二流动通道(62，102)；所述第一流动通道(61，101)连接至所述第一压力腔(16A)，所述第二流动通道(62，102)连接至所述第二压力腔(16B)；和
节能阀机构(66)，所述节能阀机构(66)设置在所述流动通道本体(60，104)内部的所述第二流动通道(62，102)中，所述节能阀机构(66)被构造成切换所述第二流动通道(62，102)的打开和阻塞；
其中，所述节能阀机构(66)包括：
可移动体(74)，所述可移动体(74)包括活塞部件(76)和阀构件(78)，所述活塞部件(76)被构造成接收所述第一流动通道(61，101)的压力，所述阀构件(78)被构造成与所述活塞部件(76)整体地移动；和
弹性构件(80)，所述弹性构件(80)被构造成在阻塞所述第二流动通道(62，102)的方向上弹性地偏压所述可移动体(74)；并且
其中，当压力供应源被连接时，当基于所述第一流动通道(61，101)的压力作用在所述活塞部件(76)上的力变得大于所述弹性构件(80)的偏压力时，由于作用在所述活塞部件上的所述力，所述可移动体(74)抵抗所述弹性构件(80)的偏压力移动至阀打开位置，以打开所述第二流动通道(62，102)；而当基于所述第一流动通道(61，101)的压力作用在所述活塞部件(76)上的力变得小于所述弹性构件(80)的偏压力时，由于所述弹性构件(80)的偏压力，所述可移动体(74)移动至阀闭合位置，以阻塞所述第二流动通道(62，102)；并且
在所述可移动体的所有位置处，所述可移动体保持所述第一流动通道打开，用于向所述第一压力腔的供应或从所述第一压力腔的排出。
2.如权利要求1所述的流动通道单元(26，100)，其特征在于，其中，当所述压缩空气被供应至所述第一流动通道(61，101)时，由于作用在所述活塞部件(76)上的所述压缩空气的压力，所述可移动体(74)抵抗所述弹性构件(80)的所述偏压力移动至所述阀打开位置。
3.如权利要求1所述的流动通道单元(26)，其特征在于，其中：
所述流动通道本体(60)包括滑孔(82)，所述可移动体(74)可滑动地布置在所述滑孔(82)中；并且
所述滑孔(82)通过活塞部件(76)分隔为所述第一流动通道(61)和所述第二流动通道(62)。
4.如权利要求3所述的流动通道单元(26)，其特征在于，其中，垫圈(84)安装在所述活塞部件(76)的外周部分上，并且耐磨环(85)安装在所述垫圈(84)的两侧。
5.如权利要求1所述的流动通道单元(100)，其特征在于，进一步包含安全阀机构(106)，所述安全阀机构(106)被构造成在所述压缩空气未供应至所述第一流动通道(101)或所述第二流动通道(102)时，阻塞所述第一流动通道(101)；
其中，所述安全阀机构(106)包含：
阀部分(114)，所述阀部分(114)被构造成在阻塞所述第一流动通道(101)的位置和打开所述第一流动通道(101)的位置之间移动；
偏压构件(116)，所述偏压构件(116)被构造成朝向阀闭合位置弹性地偏压所述阀部分(114)；和
可移动构件(118)，所述可移动构件(118)包括活塞部件(126)，并且可移动地设置在所述流动通道本体(104)内部，其中当所述压缩空气被供应至所述第二流动通道(102)时，通过接收所述压缩空气的压力，所述可移动构件(118)将所述阀部分(114)移动至打开所述第一流动通道(101)的位置。
6.如权利要求5所述的流动通道单元(100)，其特征在于，其中，所述流动通道本体(104)包括：第一容纳腔(128)，所述安全阀机构(106)的所述活塞部件(126)收容在所述第一容纳腔(128)中；第一连通通道(130)，所述第一连通通道(130)被构造成提供所述第二流动通道(102)和所述第一容纳腔(128)之间的连通；第二容纳腔(134)，所述节能阀机构(66)的所述活塞部件(76 )被收容在所述第二容纳腔(134)中；和第二连通通道(136)，所述第二连通通道(136)被构造成提供所述第一流动通道(101)和所述第二容纳腔(134)之间的连通。
7.一种切换阀(10A，10B)，所述切换阀(10A，10B)用于配备有气缸(14)的气动系统(12A，12B)，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)而执行活塞(20)的返回行程；其特征在于，所述切换阀(10A，10B)包含：
主阀单元(24)，所述主阀单元(24)包括供气端口(36)、第一输出端口(38)、第二输出端口(40)、排出端口(42，44)和阀芯(30)；压缩空气从压缩空气供应源被供应至所述供气端口(36)，所述阀芯(30)被构造成能够在轴线方向上滑动，其中根据所述阀芯(30)在所述轴线方向上的位置，所述主阀单元(24)在使得所述供气端口(36)和所述第一输出端口(38)处于连通的状态和使得所述供气端口(36)和所述第二输出端口(40)处于连通的状态下操作；和
流动通道单元(26，100)，所述流动通道单元(26，100)连接至所述主阀单元(24)，所述流动通道单元(26，100)包含：
流动通道本体(60，104)，所述流动通道本体(60，104)包括第一流动通道(61，101)和第二流动通道(62，102)，所述第一流动通道(61，101)连接至所述第一压力腔(16A)，所述第二流动通道(62，102)连接至所述第二压力腔(16B)，所述第一流动通道(61，101)与所述第一输出端口(38)连通，并且所述第二流动通道(62，102)与所述第二输出端口(40)连通；和
节能阀机构(66)，所述节能阀机构(66)设置在所述流动通道本体(60，104)内部的所述第二流动通道(62，102)中，所述节能阀机构(66)被构造成切换所述第二流动通道(62，102)的打开和阻塞；
其中，所述节能阀机构(66)包括：
可移动体(74)，所述可移动体(74)包括活塞部件(76)和阀构件(78)，所述活塞部件(76)被构造成接收所述第一流动通道(61，101)的压力，所述阀构件(78)被构造成与所述活塞部件(76)整体地移动；和
弹性构件(80)，所述弹性构件(80)被构造成在阻塞所述第二流动通道(62，102)的方向上弹性地偏压所述可移动体(74)；并且
其中，当压力供应源被连接时，当基于所述第一流动通道(61，101)的压力作用在所述活塞部件(76)上的力变得大于所述弹性构件(80)的偏压力时，所述可移动体(74) 抵抗所述弹性构件(80)的偏压力移动至阀打开位置，以打开所述第二流动通道(62，101)；而当基于所述第一流动通道(61，101)的压力作用在所述活塞部件(76)上的力变得小于所述弹性构件(80)的偏压力时，由于所述弹性构件(80)的偏压力，所述可移动体(74)移动至阀闭合位置，以阻塞所述第二流动通道(62，102)。
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