CN107667239B - 用于空气压缩机的卸载阀的活塞组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于空气压缩机的卸载阀的活塞组件。该组件包括卸载器活塞，卸载器活塞具有：具有第一直径的第一开孔和具有第二直径的第二开孔，第二直径小于第一开孔的直径。该组件还包括卷簧，卷簧具有：中心开口，布置在第二开孔中的一个端部部分，以及延伸到第一开孔中的相对的端部部分。该组件进一步包括平衡活塞，平衡活塞包括：大小设置成布置在第一开孔中的头部部分，从头部部分延伸且具有小于第一开孔和第二开孔的直径的第一杆部分，以及第二杆部分，其从第一杆部分延伸且延伸到卷簧的中心开口中，并且具有小于第一杆部分的直径。

Description

用于空气压缩机的卸载阀的活塞组件
技术领域
本申请涉及空气压缩机的卸载阀，并且特别涉及用于空气压缩机的卸载阀的活塞，该空气压缩机是诸如在类似卡车的重型车辆的空气制动系统中使用的车辆空气压缩机。
背景技术
卡车空气制动系统包括对于空气制动系统积累空气压力的车辆空气压缩机。调节器通过监测供应储器中的空气压力在预先设定的最大和最小压力水平之间控制系统空气压力。当供应储器空气压力变得大于调节器的预先设定的“切断”设定的空气压力时，调节器控制压缩机使压缩机停止积累空气。随着供应储器空气压力下降到调节器的预先设定的“接通”设定，调节器使压缩机重新积累空气。
车辆空气压缩机典型地是往复式空气压缩机且连续地运行。压缩机在加载模式或卸载模式中运行。当压缩机在加载模式中运行时，压缩空气被输送到空气制动系统。当压缩机在卸载模式中运行时，压缩空气被引导到不同于空气制动系统的备选位置。而且，当压缩机在卸载模式中运行时，卸载阀释放在压缩机内部积累的加压空气，以减少压缩机中的加压空气，这进而减小驱动压缩机的装置上的负载。这最大程度地降低在压缩机在卸载模式中操作期间的功率消耗。
一种类型的卸载阀包括平衡活塞，平衡活塞具有延伸到卷簧的中心开口中的杆部分，卷簧进而延伸到卸载器活塞的较大直径的开孔中。弹簧可变形和压靠到平衡活塞的杆部分上。更特别地，在压缩机活塞在加载模式期间来回操作时，空气在卸载阀的两个腔室之间来回流动。
进入和离开卸载器活塞的较大直径的开孔的空气流的来回移动用有限量的时间上下行进经过弹簧的各个圈，导致沿着弹簧的长度的压差。沿着弹簧的长度的此压差引起弹簧振动。由于弹簧可变形和压靠到平衡活塞的杆部分上，弹簧的振动趋向于引起平衡活塞的杆部分过早磨损。需要提供一种克服了使用平衡活塞的已知卸载阀的缺点的卸载阀。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种用于空气压缩机的卸载阀的活塞组件。活塞组件包括卸载器活塞，其具有：(i)具有第一直径的第一开孔，以及(ii)具有第二直径的第二开孔，第二直径小于第一开孔的直径。活塞组件还包括卷簧，卷簧具有：中心开口，布置在卸载器活塞的第二开孔中的一个端部部分，以及延伸到卸载器活塞的第一开孔中的相对的端部部分。活塞组件进一步包括平衡活塞，平衡活塞包括：(i)头部部分，其具有大小设置成布置在卸载器活塞的第一开孔中的直径，(ii)第一杆部分，其从头部部分延伸并且具有比卸载器活塞的第一开孔和第二开孔的直径小的直径，以及(iii)第二杆部分，其从第一杆部分延伸并且延伸到卷簧的中心开口中，并且具有比第一杆部分的直径小的直径。
根据另一个实施例，提供了一种用于空气压缩机的卸载阀设备。卸载阀设备包括：卸载器活塞，其具有纵向中心轴线并且可沿着纵向中心轴线在加载位置和卸载位置之间移动，以及卷簧，其具有中心开口且布置在卸载器活塞中。卸载阀设备进一步包括平衡活塞，平衡活塞包括：(i)头部，其用于支持卸载器活塞在加载位置和卸载位置之间的移动，在加载位置中，卸载器活塞阻塞卸载器端口，且在卸载位置中，卸载器活塞不阻塞卸载器端口，以及(ii)杆，其从头部延伸，并且包括用于在卷簧在卸载器活塞处于加载位置时振动的时候减小杆的磨损的器件。
根据又一个实施例，提供了一种用于重型车辆制动系统的车辆空气压缩机设备。车辆空气压缩机设备包括压缩机曲柄轴箱组件和压缩机气缸盖组件，压缩机气缸盖组件布置在曲柄轴箱组件上并且与曲柄轴箱组件协作以产生压缩空气。气缸盖组件包括：(i)空气入口端口，可通过其接收空气以用于在曲柄轴箱和气缸盖组件内压缩，(ii)排出端口，压缩空气可通过其从气缸盖组件输送，以及(iii)卸载通道。车辆空气压缩机设备进一步包括在曲柄轴箱和气缸盖组件的内部连接的卸载阀组件。卸载阀组件包括：(i)卷簧，其包括相对的端部部分和在相对的端部部分之间延伸的中心开口，(ii)卸载器活塞，其具有开孔，卷簧的相对的端部部分中的一个布置在开孔中，以及(iii)平衡活塞，其包括具有第一直径的第一杆部分和具有与第一杆部分的直径不同的直径的第二杆部分，其中，第一杆部分和第二杆部分在卷簧的相对的端部部分中的一个处布置在中心开口中。
附图说明
图1是包括根据实施例构造的卸载阀设备的车辆空气压缩机的透视图。
图2是大致沿着图1中显示的线2-2得到的截面图，并且显示了卸载阀设备的部件。
图3是大致从图2的顶部观察页面的透视图，并且以分解图显示包括活塞组件的某些部件。
图4是图3中显示的活塞组件的平衡活塞的立面图。
图5是类似于图4的视图，并且显示了现有技术中的平衡活塞。
具体实施方式
参照图1，空气压缩机100包括压缩机气缸盖组件104，其按已知的方式布置在压缩机曲柄轴箱组件106上。曲柄轴箱组件106的构件和气缸盖组件104的构件共同合作以产生压缩空气。压缩机100可基于从位于俄亥俄州伊利里亚的Bendix Commercial VehicleSystems LLC市售的Bendix® BA-921®压缩机的设计。
气缸盖组件104包括空气入口端口107，可通过其接收空气以用于在曲柄轴箱组件106和气缸盖组件104内压缩。气缸盖组件104包括排出端口110(即，空气出口端口)，压缩空气可通过其从气缸盖组件104输送。提供成对的冷却剂端口108(图1中仅显示了一个冷却端口)，冷却剂可流过其以在压缩空气产生时冷却气缸盖组件104。气缸盖组件104进一步包括安全阀端口114和调节器端口(未显示)，调节器端口可经由气动控制线(未显示)连接至调节器(也未显示)。
压缩机100进一步包括布置在曲柄轴箱组件106和气缸盖组件104之间的卸载阀组件200。卸载阀组件200邻接阀板280，阀板280邻接曲柄轴箱组件106和冷却板290，冷却板290邻接气缸盖组件104且在阀板280上。利用成对紧固件(诸如螺钉208)将盖板206紧固至气缸盖组件104。
参照图2，大致沿着图1中显示的线2-2得到截面图，并且显示了卸载阀组件200的部件。参照图3，示出大致从图2的顶部观察页面的透视图。图3的透视图以分解图显示包括活塞组件300的某些部件。参照图4，示出了图3的活塞组件300的平衡活塞250的立面图。
参照图2和3，大体上圆柱形的卸载器活塞220具有纵向中心轴线221，并且可沿着纵向中心轴线221在图2中显示的承座位置(在阀板280上)(其对应于在加载模式中运行的压缩机100)和非承座位置(未显示且其对应于在卸载模式中运行的压缩机100)之间移动。卸载器活塞220具有：端部部分，其具有限定腔室227的第一开孔222；中间部分，其具有限定腔室225的第二开孔224；以及相对的端部部分，其具有限定腔室229的第三开孔226。第一开孔222具有比第二开孔224更大的直径，第二开孔224又具有比第三开孔226更大的直径。
平衡活塞250包括头部部分252(图2和4)、从头部部分252延伸的第一杆部分254、第二杆部分258，以及使第一杆部分254和第二杆部分258互连的渐缩杆部分256。第二杆部分258具有比第一杆部分254的直径相对更小的直径。第一杆部分254和第二杆部分258连同渐缩杆部分256一起延伸到卷簧230的中心开口232中，如图2中显示的那样。
第一密封件(诸如第一O形环270)布置在密封腔室中，密封腔室布置在卸载器活塞220的内直径支承表面中。第一O形环270在平衡活塞250的头部部分252的外直径支承表面和由卸载器活塞220的第一开孔222限定的腔室227内的卸载器活塞220的内直径支承表面之间提供气密密封。第一O形环270提供气密密封以支持卸载器活塞220相对于平衡活塞250的上下移动。
第二密封件(诸如第二O形环272)布置在另一个密封腔室中，该另一个密封腔室布置在卸载器活塞220的第一外直径支承表面中。第二O形环272在卸载器活塞220的第一外直径支承表面和压缩机100的气缸盖组件104的第一内直径支承表面之间提供气密密封。
第三密封件(诸如第三O形环274)布置在又一个密封腔室中，该又一个密封腔室布置在卸载器活塞220的第二外直径支承表面中。第三O形环274在卸载器活塞220的第二外直径支承表面和压缩机100的气缸盖组件104的第二内直径支承表面之间提供气密密封。第二O形环272和第三O形环274提供气密密封以支持卸载器活塞220相对于气缸盖组件104的本体的上下移动。
卷簧230的一个端部布置在卸载器活塞220的第二开孔224的腔室225中。卷簧230的相对端部延伸到卸载器活塞220的第一开孔222的腔室227中，如图2中显示的那样。卷簧230的一个端部紧靠卸载器活塞220的表面，并且卷簧230的相对端部紧靠平衡活塞250的表面。包括卸载器活塞220、平衡活塞250、卷簧230以及第一O形环270、第二O形环272和第三O形环274的构件组合(在图3中显示)构成活塞组件300。
平衡活塞250用来提供体积空间，空气流到该体积空间中，以产生将卸载器活塞220从非承座位置(即，压缩机100的卸载模式)朝图2中显示的承座位置(即，压缩机100的加载模式)向下推的足够的空气压力。体积空间必须保持为最小，因为否则其将影响压缩机100的流率。平衡活塞250的第一部分254和第二部分258的材料可包括不同于塑料的任何类型的材料。例如，第一部分254和第二部分258可包括金属材料，诸如黄铜。
当压缩机100在加载模式中运行时，卸载器活塞220处于图2中显示的承座位置。当压缩机100在卸载模式中工作时，卸载器活塞220处于非承座位置(未显示)。图2中显示的卸载器活塞220的承座位置将被称为加载位置、加载模式或阻塞位置。卸载器活塞220的非承座位置将被称为卸载位置、未阻塞位置或非阻塞位置。
在卸载阀组件200的操作期间，卸载器活塞220响应于来自调节器(未显示)的控制信号压力。卸载器活塞220响应于控制信号压力移动到非承座位置。压缩机然后处于卸载模式。当控制信号压力移除时，卸载器活塞220回到承座位置。压缩机然后处于加载模式。来自阀板280中的卸载通道282的压缩空气流到卸载器活塞220的腔室229、225、227中。来自卸载通道282的该空气压力帮助使卸载器活塞220相对于卷簧230的偏置从非承座位置(未显示)推到承座位置(在图2中显示)。
可通过比较图4中显示的平衡活塞250与图5中显示的现有技术的平衡活塞550来示出上面描述的实施例的有利结果。现有技术平衡活塞550包括头部部分552和从头部部分552延伸的杆部分554。杆部分554具有沿着杆部分554的整个长度的均匀直径。
在将体现现有技术的平衡活塞550(图5)而非平衡活塞250(图4)的卸载阀组件200(图2)的操作期间，卷簧230可变形，并且卷簧230的内直径表面趋向于压靠到现有技术平衡活塞550的杆部分554的外表面上。卷簧230的变形会在卷簧230的内直径和现有技术的平衡活塞550的杆部分554的外直径之间在现有技术的平衡活塞550上产生横向力，从而产生诸如由图5中显示的参考标号560显示的磨损图案。
更特别地，卷簧230的该变形和压靠到现有技术的平衡活塞550的杆部分554的外表面上的倾向是由于在压缩机100的压缩机活塞(未显示)在加载模式中操作时，在卸载器活塞220的腔室227和腔室229之间来回穿过腔室225的空气流引起的。空气流的该移动用有限量的时间上下行进经过卷簧230的各个圈，导致沿着卷簧230的长度的压差。压差引起卷簧230振动，这又趋向于沿着现有技术的平衡活塞550的杆部分554的长度引起过早磨损，如图5中显示的那样。
然而，图4中显示的平衡活塞250的实施例没有图5的现有技术的平衡活塞550中显示的这种磨损图案560。图4的平衡活塞250中没有磨损图案要归因于相对较小直径的杆部分258通过渐缩杆部分256连接到较大直径的杆部分254。渐缩杆部分256设计成使得卷簧230的变形远离渐缩的边缘。
应当注意，当卸载器活塞220处于图2中显示的承座位置时，(即，压缩机100在加载模式中运行)，存在上文描述的类型的振动。然而，当卸载器活塞220处于非承座位置时(即，压缩机100在卸载模式中运行)，不存在上文描述的类型的振动。
通过提供根据上面描述的实施例构造的卸载阀组件200产生了多个优点。一个优点是平衡活塞250的相对较小直径的第二杆部分258在第二杆部分258的外表面和卷簧230的各个圈的内表面之间提供充分的间隙，使得卷簧230的振动不会引起第二杆部分258的外表面过早磨损。更特别地，渐缩杆部分256帮助卸载器活塞220使压力均衡，这防止自动升起以及防止湍流空气趋向于引起卷簧230摇摆。因此，平衡活塞250的外形包括第二杆部分258，第二杆部分258比相对较大直径的第一杆部分254具有相对较小的直径，平衡活塞250的外形提供更耐用的卸载阀组件。结果是当卸载阀组件200需要修理时，维护压缩机100涉及较少的时间和成本。
另一个优点在于，可轻易地将图3中显示的活塞组件300翻新成没有渐缩杆部分(其使相对较小直径的杆部分和相对较大直径的杆部分互连)的现有卸载阀组件。这些已知的卸载阀组件的结果是在需要维修或更换部件的时机之间的时段更长。
虽然以上描述描述了具有渐缩形状的平衡活塞250，如图4的视图中最佳地显示的那样，但可构想到平衡活塞250可具有不同的渐缩形状。还可构想到相对较小直径的杆部分258与相对较大直径的杆部分254的比率可不同于图2-4中显示的比例。应当注意，为了更好地示出平衡活塞250，图4中夸大地显示了相对直径。渐缩可为从直线到第一杆部分254和第二杆部分258之间的花键形式的任何形状。
此外，虽然以上描述描述了已经被修改成对平衡活塞250的上面描述的实施例提供卸载器活塞220的特定市售模型的压缩机，但可构想到可制造新的压缩机来提供上文描述的有利结果。
另外，虽然以上描述描述了在诸如卡车的重型车辆中使用卸载阀组件200，但可构想到可在诸如例如公共汽车的其它类型的重型车辆中使用卸载阀组件200。
虽然已经通过示例过程和系统构件的描述示出了本发明，而且虽然已经详细描述了各种过程和构件，但申请人不意于使权利要求的范围局限于或以任何方式受限于这样的细节。额外的修改对本领域技术人员也将是明显的。因此本发明在其最宽泛方面不受所显示和描述的具体细节、实现方式或示范性示例的限制。因此，可在不偏离申请人的一般创造性概念的精神或范围的情况下从这样的细节偏离。

Claims (20)

1.一种用于空气压缩机的卸载阀的活塞组件，所述活塞组件包括：
卸载器活塞，其具有：(i)具有第一直径的第一开孔，以及(ii)具有第二直径的第二开孔，所述第二直径小于所述第一开孔的直径；
卷簧，所述卷簧具有中心开口、布置在所述卸载器活塞的所述第二开孔中的一个端部部分以及延伸到所述卸载器活塞的所述第一开孔中的相对的端部部分；以及
平衡活塞，所述平衡活塞包括：(i)头部部分，其具有大小设置成布置在所述卸载器活塞的所述第一开孔中的直径，(ii)第一杆部分，其从所述头部部分延伸并且具有比所述卸载器活塞的所述第一开孔和所述第二开孔的直径小的直径，以及(iii)第二杆部分，其从所述第一杆部分延伸并且延伸到所述卷簧的所述中心开口中，并且具有比所述第一杆部分的直径小的直径。
2.根据权利要求1所述的活塞组件，其特征在于，所述平衡活塞包括使所述第一杆部分和所述第二杆部分互连的渐缩杆部分。
3.根据权利要求2所述的活塞组件，其特征在于，所述渐缩杆部分包括自所述第一杆部分和所述第二杆部分的花键形式。
4.根据权利要求1所述的活塞组件，其特征在于，所述卸载器活塞具有第三开孔，所述第三开孔具有比所述第二开孔的直径小的第三直径，其中，所述第二开孔布置在所述第一开孔和所述第三开孔之间。
5.根据权利要求1所述的活塞组件，其特征在于，所述活塞组件进一步包括：
布置在第一密封腔室中的第一密封件，所述第一密封腔室布置在所述卸载器活塞的内直径支承表面中，以在所述平衡活塞的所述头部部分的外直径支承表面和所述卸载器活塞的所述第一开孔内的内直径支承表面之间提供气密密封。
6.根据权利要求5所述的活塞组件，其特征在于，所述活塞组件进一步包括：
布置在第二密封腔室中的第二密封件，所述第二密封腔室布置在所述卸载器活塞的第一外直径支承表面中，以在所述卸载器活塞的所述第一外直径支承表面和所述压缩机的气缸盖的第一内直径支承表面之间提供气密密封。
7.根据权利要求6所述的活塞组件，其特征在于，所述活塞组件进一步包括：
布置在第三密封腔室中的第三密封件，所述第三密封腔室布置在所述卸载器活塞的第二外直径支承表面中，以在所述卸载器活塞的所述第二外直径支承表面和所述压缩机的所述气缸盖的第二内直径支承表面之间提供气密密封。
8.根据权利要求1所述的活塞组件，其特征在于，所述卸载器活塞响应于控制信号压力以使所述卸载器活塞相对于所述卷簧的偏置移动且从而使所述卸载器活塞从加载位置移动到卸载位置。
9.根据权利要求1所述的活塞组件，其特征在于，所述卷簧的所述一个端部部分紧靠所述卸载器活塞的表面，并且所述卷簧的相对的端部部分紧靠所述平衡活塞的表面。
10.一种用于空气压缩机的卸载阀设备，所述卸载阀设备包括：
卸载器活塞，其具有纵向中心轴线并且可沿着所述纵向中心轴线在加载位置和卸载位置之间移动；
卷簧，其具有中心开口且布置在所述卸载器活塞中；以及
平衡活塞，所述平衡活塞包括：(i)头部，其用于支持所述卸载器活塞在所述加载位置和所述卸载位置之间的移动，在所述加载位置中，所述卸载器活塞阻塞相关联的卸载通道，且在所述卸载位置中，所述卸载器活塞不阻塞所述卸载器通道，以及(ii)杆，其从所述头部延伸并且包括用于在所述卷簧在所述卸载器活塞处于所述加载位置时振动的时候减小所述杆的磨损的器件。
11.根据权利要求10所述的卸载阀设备，其特征在于，所述器件包括渐缩杆部分。
12.根据权利要求10所述的卸载阀设备，其特征在于，所述器件包括第一杆部分和第二杆部分，以及使所述第一杆部分和所述第二杆部分互连的渐缩杆部分。
13.根据权利要求10所述的卸载阀设备，其特征在于，所述器件包括第一杆部分和第二杆部分，各个杆部分具有不同的直径。
14.根据权利要求13所述的卸载阀设备，其特征在于，所述器件包括使所述第一杆部分和所述第二杆部分互连的渐缩杆部分。
15.根据权利要求14所述的卸载阀设备，其特征在于，所述渐缩杆部分包括自所述第一杆部分和所述第二杆部分的花键形式。
16.一种用于重型车辆制动系统的车辆空气压缩机设备，所述车辆空气压缩机设备包括：
压缩机曲柄轴箱组件；
压缩机气缸盖组件，其布置在所述曲柄轴箱组件上并且与所述曲柄轴箱组件协作以产生压缩空气，其中，所述气缸盖组件包括：(i)空气入口端口，可通过其接收空气以用于在所述曲柄轴箱和气缸盖组件内压缩，(ii)排出端口，压缩空气可通过其从所述气缸盖组件输送；以及(iii)卸载通道；以及
卸载阀组件，所述卸载阀组件在所述曲柄轴箱和气缸盖组件的内部连接，并且包括：(i)卷簧，其包括相对的端部部分和在所述相对的端部部分之间延伸的中心开口，(ii)卸载器活塞，其具有开孔，所述卷簧的所述相对的端部部分中的一个布置在所述开孔中，以及(iii)平衡活塞，其包括第一杆部分和第二杆部分，所述第一杆部分具有第一直径，并且所述第二杆部分具有与所述第一杆部分的直径不同的直径，其中，所述第一杆部分和所述第二杆部分在所述卷簧的所述相对的端部部分中的一个处布置在所述中心开口中。
17.根据权利要求16所述的车辆空气压缩机设备，其特征在于，所述卸载器活塞可相对于所述卷簧的偏置力在阻塞位置和卸载位置之间移动，在所述阻塞位置中，在压缩空气输送通过所述排出端口时，压缩空气被阻塞而不能离开所述卸载通道，且在所述卸载位置中，允许压缩空气从所述曲柄轴箱和所述气缸盖组件卸载。
18.根据权利要求16所述的车辆空气压缩机设备，其特征在于，所述平衡活塞包括使所述第一杆部分和所述第二杆部分互连的渐缩杆部分。
19.根据权利要求18所述的车辆空气压缩机设备，其特征在于，所述渐缩杆部分包括自所述第一杆部分和所述第二杆部分的花键形式。
20.根据权利要求16所述的车辆空气压缩机设备，其特征在于，所述平衡活塞包括头部部分，所述头部部分从所述第一杆部分延伸并且具有比所述第一杆部分和所述第二杆部分的直径中的每一个大的直径。
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