CN107002492A - 气动马达 - Google Patents

Abstract

气动马达具有增压空气源、两个空气室、先导阀和方向控制阀。方向控制阀的阀芯是不平衡型的，并且包括通过排气端口与大气连续连通的活塞表面和与阀芯的大端和活塞表面交替连通的增压受限端口。增压空气源通过受限端口的交替连通相对于活塞表面与大气的连续连通是受限制的。在方向控制阀转变时，活塞表面通过受限端口与增压空气源连通。

Description

气动马达

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年10月24日提交的名称为“Air Motor(气动马达)”的美国临时专利申请No.62/068,433的优先权，该临时专利申请的内容作为本申请的依据并通过引用以其全文并入本文。

技术领域

本发明的领域是往复式气动马达。

背景技术

具有由引导通过气动马达的压缩空气驱动的双活塞和双隔膜的装置是公知的。参考美国专利No.8,360,745；No.5,957,670；No.5,213,485；No.5,169,296和No.4,247,264，以及参考美国专利公开No.2014/0377086。上述美国专利和专利公开的公开通过引用以其全文并入本文。这些气动隔膜泵采用使用反馈控制系统的气动马达来提供用于驱动泵的往复压缩空气。

涉及气动隔膜泵的许多此类现有装置中常见的是存在具有面向外从而与通过共同轴耦接的泵活塞和隔膜协作的空气室的气动马达壳体。泵隔膜向外是泵室壳体、入口歧管和出口歧管。通路从泵室壳体过渡到歧管。球形止回阀位于入口通路和出口通路二者中。与空气室之间的气动马达壳体相关联的致动器机构包括往复通过其中并且通过中心活塞与位于空气室和泵室之间的隔膜耦接的共同轴。

用于空气驱动泵的空气室之间的致动器通常包括方向控制阀，该方向控制阀控制空气流以使到每个空气室以及来自每个空气室的压力和排气交替，从而导致泵的往复运动。方向控制阀由先导系统(pilot system)控制，先导系统进而由泵隔膜或活塞的位置控制。因此，提供反馈控制机构以将恒定的空气压力转换成将增压空气往复分配到每个对置操作的空气室。

当车间空气或其他方便的增压空气源可用时，采用限定往复式空气分配系统的致动器是非常有利的。其他增压气体也用于驱动这些产品。术语“空气”通常用于指代任何和所有的此类气体。通常期望用增压空气来驱动产品，因为这样的系统避免了会产生火花的部件。通过抵靠泵的阻力，使致动器在压力均衡的情况下轻易地允许达到失速(stall)点，致动器也能够提供连续的泵压力源。随着抵靠泵的阻力减小，系统将再次开始运行，根据需要创建一个运行的系统。

使用这种系统能够泵送黏度和物理性质差别很大的各种各样的材料。在使用这种致动器来驱动这种泵时，能够经历差别很大的需求。泵送材料的黏度、吸入压头或排出压头以及所需的流量速率影响操作。通常，增压空气源是相对恒定的。美国专利No.8,360,745中公开了一种用于可预测地调节流量限制的机构。在美国专利公开No.2014/0377086中，响应于泵位置产生流量限制。随着泵载荷和入口流量限制的变化，气动马达的反馈控制机构能够在方向控制阀的转变期间导致致动器机构的失速。

发明内容

本发明涉及具有增压空气源、两个空气室和方向控制阀的气动马达。为了处理工艺空气，方向控制阀包括分别与两个空气室连通的两个空气分配通路和一个具有在两个空气分配通路之间的凸台(land)的往复式阀芯。第一空气入口通路与增压空气源和两个空气分配通路之间的凸台连续连通。先导阀系统可以控制方向控制阀的阀芯的往复运动。

往复式阀芯还具有与到方向控制阀的控制空气相互作用的三个活塞表面。第一活塞表面与增压空气源连续连通。大于第一活塞表面的第二活塞表面与增压空气源和大气交替连通。第三活塞表面通过排气端口与大气连续连通。

方向控制阀还包括受限端口。受限端口与增压空气源连续连通并且与第二活塞表面和第三活塞表面交替连通。增压空气源通过受限端口的交替连通相对于第三活塞表面与大气的连续连通是受限制的。相对流量限制取决于空气阀的尺寸和气动动力学，并且是最佳经验确定的以提供高于大气的分压力。为了最佳的操作，当凸台横穿空气入口通路时，第三活塞表面通过受限端口与增压空气源连通。

因此，本发明的目标是提供一种改进的往复式气动马达。下面将出现其他和进一步的目标和优点。

附图说明

图1是气动马达的示意图，其示出了紧接在方向控制阀的转变之后的方向控制阀和先导阀的第一位置。

图2是气动马达的示意图，其示出了按顺序在如图1所示的气动马达的位置之后的方向控制阀的转变期间方向控制阀和先导阀的位置。

图3是气动马达的示意图，其示出了按顺序在如图2所示的气动马达的位置之后的方向控制阀的转变结束时方向控制阀和先导阀的位置。

图4是气动马达的示意图，其示出了按顺序在如图3所示的气动马达的位置之后的方向控制阀的转变期间方向控制阀和先导阀的位置。

具体实施方式

具体参考附图，气动马达10包括分别通过隔膜16、18封闭的相对的空气室12、14。气动马达10的主体包括通路，通过该通路以接收轴20，轴20在其端部处包括活塞22、24以固持隔膜16、18。空气入口26提供增压空气源，增压空气源可以是车间空气、空气压缩机等通过主动或被动控制阀不受限制或受限制的流。先导阀28也延伸穿过气动马达10的主体并进入空气室12、14。先导阀28以常规方式与活塞22、24接合而失去运动。先导阀28包括先导轴30、纵向通道32和轴环止动件34、36。在先导轴30上和图中其他地方所绘的所有其他实心黑色元件代表密封件。

方向控制阀38与气动马达10的主体相关联。方向控制阀38包括阀缸40。阀缸40限定在每个端部处封闭的圆柱形腔，其中第一部分42具有第一直径，并且第二部分44具有较大的第二直径。阀芯46被定位成在由阀缸40限定的圆柱形腔内往复运动。阀芯46关于旋转的中心轴线对称。

空气入口26与工艺空气入口通路48连通，以将工艺空气引导到方向控制阀38的圆柱形腔中。圆柱形腔中的阀芯46包括两个活塞50、52，两个活塞50、52间隔分离至工艺空气入口通路48的每一侧。活塞50、52之间的凸台54从其间隔开，以横跨阀产生工艺空气通路56、58。空气分配通路60、62将工艺空气从圆柱形腔的第一部分42分别传送到空气室12、14。活塞50、52和凸台54各自具有一个或更多个环形密封件。空气被这些密封件阻止在圆柱形腔中从而无法纵向地流过这些密封件，但是能够在圆柱形缸内的活塞50、52和凸台54的周围且纵向流动直到这些密封件。因此，端口打开和关闭的正时由密封件确定，而不是由活塞50、52和凸台54的主体确定。

控制空气从空气入口26通过第一控制空气入口通路66被传送到活塞52上的第一活塞表面64。第一控制空气入口通路66连续地打开并与第一活塞表面64连通。第二控制空气入口通路68延伸到圆柱形腔的第二较大直径部分44中的受限端口70。第二控制空气入口通路68还向先导阀28的纵向通道32供应控制空气。控制通路72从先导阀28延伸到第二较大直径部分44的与活塞50的第二活塞表面74连续连通的端部。活塞50还包括第三活塞表面76。排气通路78从先导阀28延伸至大气。先导阀28控制第二控制空气入口通路68和排气通路78与控制通路72的连通。

排气端口80、82从圆柱形腔的第一部分42通过消音器延伸到大气。排气端口80、82通过阀芯46控制以分别从通路56、58交替地排出工艺空气。控制排气端口84与第三活塞表面76连续地连通。端口70相对于连续地通向大气的控制排气端口84被限制，使得当端口70打开以与第三活塞表面76连通时通过端口70的流提供抵靠第三活塞表面76的高于大气压力的分压力，该分压力比第二控制空气入口通路68中的压力低。

在操作中，附图示出了在运行期间气动马达的连续位置。在图1中，方向控制阀38刚刚完成朝向圆柱形腔的大端的转变。轴20和相关联的活塞22、24沿流动箭头指示的方向移动；并且先导阀28被定位成排出与第二活塞表面74相关联的圆柱形腔的大端。

工艺空气流过工艺空气入口通路48到通路58，在通路58工艺空气然后被传送通过空气分配通路62至空气室14。通过第一控制空气入口通路66的控制空气压力与第一活塞表面64连通，以使阀芯46朝向圆柱形腔的大端偏置。已经被活塞24压到其行程的抵靠轴环止动件36的一端的先导阀轴30通过纵向通道32将控制通路72连通到排气通路78。第二活塞表面74上的压力减小到大气压。

通过第二控制空气入口通路68的控制空气在先导阀28处被切断，但是通过受限端口70被打开以与第三活塞表面76连通并且流过连续打开的控制排气端口84，从而向第三活塞表面76提供分压力。受限端口70和排气端口84有意地被构造成添加抵靠第三活塞表面76的分压力，使得第一活塞表面64和第三活塞表面76协同工作以迫使阀芯46抵靠圆柱形腔的大端。工艺空气入口通路48与凸台54连续地连通，凸台54横穿工艺空气入口通路48以将空气控制到通路56、58的一个或另一个。当排气端口82被活塞52封闭时，以及当排气端口80在凸台54的另一侧被打开时，工艺空气通过空气分配通路62被引入并通过空气分配通路60被排出。

转到图2，气动马达在通过空气分配通路62进入空气室14的工艺空气的作用下行进，以使先导阀28的先导轴30通过其与活塞22的接合朝向空气室14移动。在该位置，排气通路78不再与先导阀28的纵向通道32连通，控制通路72继续与纵向通道32连通；并且第二控制空气入口通路68刚刚暴露于纵向通道32，以便与控制通路72连通。这种通过纵向通道32的连通通过向第二活塞表面74提供控制空气压力而使方向控制阀阀芯46朝向圆柱形腔的小端移动。第一活塞表面64被示出为小于第二活塞表面74。因此，第二活塞表面74上的力大于持续作用在第一活塞表面64上的力，从而当二者相等地增压时使阀芯46朝向圆柱形腔室的小端移动。排气端口84保持恒定打开。

图2中示出的凸台54恰好横穿工艺空气入口通路48。凸台54保持与工艺空气入口通路48连续的连通；但是在方向控制阀38的转变期间，工艺空气可以从通路56、58被充分地或完全地封闭片刻。在凸台54横穿工艺空气入口通路48的情况下，受限端口70还没有被活塞50的密封件所封闭，并保持与第三活塞表面76连通。

转到图3，气动马达10已经完成其朝向空气室14的行程。这已经驱使先导轴30抵靠轴环止挡件34。此时，阀芯46也完全转变到方向控制阀38的圆柱形腔的小端。在该位置，通过工艺空气入口通路48的工艺空气被引导到通路56并且通过空气分配通路60对空气室1 2增压。排气端口80被阀芯46覆盖以维持该压力。排气端口82未被活塞52的运动覆盖，使得来自空气分配通路62的废气被排放至大气。

在先导阀轴30被如所指示放置的情况下，纵向通道32将控制空气入口通路68与控制通路72完全连通。此外，受限端口70也打开以与第二活塞表面74连通，从而增加流来使第二活塞表面74增压以帮助完成阀芯46到所示位置的转变。第三活塞表面76还依然与排气端口84连通。

图4示出了气动马达的下一个顺序位置。先导阀28的先导轴30被示出为朝向空气室12已经部分地转变以通过排气通路78从控制通路72排出空气，从而减小第二活塞表面74上的压力。这允许阀芯46在第一活塞表面64上的通过第一控制空气入口通路66的当前的不平衡压力的作用下移动到左侧。凸台54继续与工艺空气入口通路48连续连通；但是在方向控制阀38的转变期间，工艺空气可以再次被充分地或完全地从通路56、58封闭片刻。在凸台54到达图4中所示的位置之前，流动被恢复通过受限端口70以与第三活塞表面76再次连通。下一个顺序视图将再次是图1的配置。

具体地考虑在气动马达10的操作期间在工艺空气被向空气室12、14递送中转变时的受限端口70(如图2和图4所示)，受限端口70通向第三活塞表面76。受限端口70通过第二控制空气入口通路68与增压空气源26连续地连通。暴露于第二活塞表面74和第三活塞表面76中的任何一个增强了方向控制阀38的阀芯46的转变。将横跨活塞50的密封件的位移量最小化使得受限端口70能够促进至第二活塞表面74或第三活塞表面76的压力连通，从而使用于使方向控制阀38失速的机会最小化。然而，已经认识到通过受限端口70与第三活塞表面76在凸台54横跨工艺空气入口通路48处的连通对避免气动马达失速是有利的。在优选实施例中，阀芯46竖直地安装在方向控制阀38的圆柱形腔中，从而也向阀芯46提供小的重力偏压。

因此，已经公开了一种改进的往复式气动马达。虽然已经示出并描述了本发明的实施例和应用，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本文的发明构思的情况下可以进行更多的修改。因此，本发明仅由随附权利要求的精神限制。

Claims (3)

1.一种气动马达，其包括：增压空气源；两个空气室；以及一个方向控制阀，所述方向控制阀包括分别与所述两个空气室连通的两个空气分配通路，具有与所述增压空气源连续连通的凸台的往复式阀芯，与所述增压空气源连续连通的第一活塞表面，以及与所述增压空气源和大气交替连通的大于所述第一活塞表面的第二活塞表面，所述凸台气动地在所述两个空气分配通路之间并且控制所述增压空气源与所述两个空气分配通路之间的连通；所述气动马达的特征在于，所述往复式阀芯还具有与大气连续连通的第三活塞表面，所述方向控制阀还包括与所述增压空气源连续连通的受限端口，所述受限端口相对于所述第三活塞表面与大气的连通是流动受限制的并且与所述第二活塞表面和所述第三活塞表面交替连通，所述第一活塞表面和所述第三活塞表面与所述第二活塞表面相对。

2.根据权利要求1所述的气动马达，所述第三活塞表面在所述凸台横穿所述空气入口通路时通过所述受限端口与所述增压空气源连通。

3.根据权利要求2所述的气动马达，还包括：先导阀，所述第二活塞表面通过所述先导阀与所述增压空气源和大气交替连通。