CN112664586A - 具有带抗粘附表面处理的电枢的离合器控制阀组件 - Google Patents
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Abstract
一种传动系统包括离合器控制阀组件，该离合器控制阀组件具有用于调节阀的电枢，电枢在重力作用下搁置在金属滑动轴承上。电枢包括：金属的并且软磁性的芯材料；非金属的外薄膜涂层；以及置于芯材料和外薄膜涂层之间的用于支承外薄膜涂层的背衬基底材料。背衬基底材料可为源自芯材料的表面硬化材料，如铁素体氮碳共渗的(FNC)铁。外薄膜涂层可为类金刚石碳(DLC)材料。
Description
技术领域
本公开大体上涉及离合器控制阀组件，并且更具体地涉及具有用于抑制金属轴承材料的粘附性的表面处理的离合器控制阀组件的电枢。
背景技术
许多不同类型的现代机械利用变速器来改变旋转部件之间的齿轮比。典型的实例包括用于地面接合机器的驱动或推进系统中的传动系统。多个不同离合器可用于选择性地接合变速器内的不同齿轮或齿轮系，变速器联接在诸如发动机的旋转动力源与旋转机器的地面接合元件的最终驱动之间。在非公路应用中，传动系统部件可能经受相对恶劣的条件。用于接合和脱离离合器的子系统常常稳健地设计成在可包括频繁接合和脱离、高旋转扭转传递和相对高的操作压力和温度的使用条件下操作。
用于这样的系统的离合器接合和脱离的控制通常是电液的，使用一个或多个电致动阀，其改变供应给传动系统中的离合器的液压流体的压力。传动系统中的电液离合器的一种已知设计在美国专利号6,223,113B1中有所描述。
发明内容
一方面，一种机器包括：框架，框架被结构化为与地面接合元件联接以用于支承在地面垂直上方的机器；以及传动系统，其由框架支承并且包括变速器、离合器和离合器控制阀组件。离合器控制阀组件包括螺线管、多个金属的滑动轴承以及电枢。电枢搁置在多个滑动轴承上，且响应于改变螺线管的电能状态而能在缩回位置与前移位置之间沿水平方向移动。电枢包括：金属的并且软磁性的芯材料；非金属的并且与多个滑动轴承接触的外薄膜涂层；以及背衬基底材料，所述背衬基底材料是金属的并且置于芯材料和外薄膜涂层之间。
另一方面，一种用于机器的传动系统包括：离合器；以及离合器控制阀组件，其包括阀壳体、阀、螺线管、多个金属的滑动轴承、和用于调整阀的位置从而在接合状态与脱离状态之间调整离合器的电枢。电枢在重力作用下搁置在多个滑动轴承上，且响应于改变螺线管的电能状态而能在缩回位置与前移位置之间沿水平方向移动。电枢包括：金属的并且软磁性的芯材料；非金属的并且与多个滑动轴承接触的外薄膜涂层；以及背衬基底材料，所述背衬基底材料是金属的并且置于芯材料和外薄膜涂层之间。
又一方面，一种用于传动系统中的离合器的离合器控制阀组件包括阀壳体、螺线管、电枢和滑动轴承，滑动轴承支承电枢，所述电枢用于响应于改变螺线管的电能状态而在阀壳体内在缩回位置与前移位置之间移动。离合器控制阀组件进一步包括阀，阀与电枢联接且基于电枢在缩回位置与前移位置之间的移动而能在打开位置与关闭位置之间移动。电枢包括：金属的并且软磁性的芯材料；非金属的并且与滑动轴承接触的外薄膜涂层；以及背衬基底材料，所述背衬基底材料是金属的并且置于芯材料和外薄膜涂层之间。
附图说明
图1是根据一个实施例的机器的图解侧视图；
图2是根据一个实施例的离合器控制阀组件的截面侧部图解视图；
图3是图2的离合器控制阀组件的一部分的截面侧部图解视图；
图4是示出离合器控制阀组件中的具有第一类型的电枢表面处理的传动系统中的电流与离合器控制压力的比较的曲线图；以及
图5是示出离合器控制阀组件中的具有另一类型的电枢表面处理的传动系统中的电流与离合器控制压力的比较的曲线图。
具体实施方式
参考图1，示出了根据一个实施例的机器10。机器10包括框架，框架被结构化以与地面接合元件14联接，并且如图所示，与地面接合元件实际联接，以用于支承地面20垂直上方的机器10。在非公路采矿卡车的背景下示出了机器10，该卡车具有支承在框架12上并位于倾卸床18前方的驾驶室16。在本公开的范围内还可考虑其它非公路机器，如反铲、装载机、平地机、拖拉机和各种其它设备。机器10还包括传动系统22，传动系统由框架12支承，并包括变速器24、离合器26和离合器控制阀组件28。变速器24可包括适当的齿轮系，以用于提供多个不同的齿轮比来用于操作和旋转地面接合元件14以用于推进机器10。机器10还可包括发动机32，如柴油或双燃料发动机或柴油电混合动力，其被结构化成向变速器24的输入轴34提供旋转动力，最终旋转变速器24的输出轴36以操作地面接合元件14。本领域技术人员将熟悉可设在变速器24中的许多内部部件，包括差动齿轮系、多个不同离合器等，并且因此为方便起见，图1图示中省略了除离合器26以外的这些部件。应当认识到，传动系统22可包括与离合器26类似构造或相似地操作的多个离合器，并因此应该以类推的方式理解单数形式的离合器26的本描述，以指代可能在传动系统22中使用的任何离合器。
传动系统22还可包括液压泵30，其被结构化成通过离合器控制阀组件28向离合器26提供加压液压流体，以用于例如将离合器26从脱离状态调整到接合状态。离合器控制阀组件28可被结构化成选择性地提供加压液压流体或低压，以使得能够以如本文中进一步讨论的合适方式使离合器接合和分离。离合器控制阀组件28通常将电子地控制，其中操作者或机载电子控制单元(ECU)操作离合器控制阀组件28，以提供如本文进一步讨论的期望结果。将回想起，地面接合元件14支承地面20的垂直上方的框架12和机器10。如本文中所使用，术语“垂直地”或“垂直的”应参考机器10自身作为参考系而理解，其中“水平地”或“水平的”类似地理解，并且指代大体上横向于垂直的方向。从以下描述将进一步显而易见，传动系统22的某些部件水平地定向和/或在水平方向上移动，导致通过本公开的技术解决方案解决的挑战。
现在还参考图2，其更详细地示出了离合器控制阀组件28。离合器控制阀组件28包括被结构化为与电源(未示出)电连接的螺线管线圈44(在下文中称为“螺线管44”)、多个金属的滑动轴承46和47以及电枢48。离合器控制阀组件28还包括阀壳体38，阀壳体在所示实施例中具有第一壳体件40和第二壳体件42。阀壳体38可为任何合适的设计，并且具有任何数量的壳体件。离合器控制阀组件28还包括阀，阀可包括与电枢48联接的导向阀60，以及先导操作的离合器压力控制阀或主阀62。电枢48由滑动轴承46和47支承，当为了维修或测试而安装时，在重力的作用下搁置在滑动轴承46和47上，并且响应于改变螺线管44的电能状态而在缩回位置与前移位置之间沿水平方向移动。
离合器控制阀组件28还包括联接在电枢48与导向阀60之间的推动器销64。电枢48、导向阀60、推动器销64和主阀62在所示实施例中的阀壳体38中同轴地布置。改变螺线管44的电能状态(可包括使螺线管44通电)引起电枢48滑动通过滑动轴承46和47，以接触推动器销64，推动器销将电枢48的运动传送到导向阀60。阀壳体38中也形成了导向阀座66。在一些实施例中，导向阀60可包括球形球阀，但是本公开不限于此，可在阻挡导向阀座66的关闭位置与打开位置之间移动。主阀62可在阀壳体38内的第一位置或关闭位置(大致如图2中所示)与第二位置或打开位置之间移动。主阀62包括暴露于基于导向阀60的位置变化的流体压力的控制表面63。阀壳体38，并且在所示的实施例中，壳体件42具有形成于其中的供应压力入口50，其例如可流体地连接到泵30。壳体件42还具有形成于其中的离合器控制压力出口52、主排放口54和导向排放口56。主阀62具有控制边缘68，控制边缘定位成随着离合器压力控制阀62的移动而移动，以允许选择性地将供应压力入口50流体地连接到离合器控制压力出口52，或者阻挡该流体连接。
当螺线管48被断电时，电枢48可朝与止动件78的接触而水平地移动(缩回)，以释放由导向阀60上的推动器销64提供的闭合力，并允许流体流过导向阀座66，以减小主阀62的控制表面63上的致动压力。在这种情况下，各种部件可采取大致如图2所示的状态。当导向阀60阻挡导向阀座66时，允许压力在导向阀60和离合器压力控制阀62之间累积，使得主阀62趋于向右移动，使得控制边缘68准许将供应压力从供应压力入口50传送到离合器压力出口52。如所描述的打开流体连通提供了可致动和锁定离合器26的增加的流体压力。在所示实施例中，液压流体可通过形成于主阀62中的通路65传送到在导向阀60和主阀62的控制表面63之间形成的空间或间隙67，且然后通过导向阀座66排放至导向排放口56，直到螺线管44通电并且电枢48移动以关闭导向阀座66的此时刻为止。多种其它设计策略可用于在供应压力下提供流体，或者提供排放压力到图2所示的离合器压力控制阀组件28的各种部件，在各种部件之间提供，以及在各种部件之中提供。
现在还参考图3，其进一步详细地示出了离合器控制阀组件28的各方面。电枢48包括细长大体上圆柱形的电枢本体71。诸如O形环密封件的密封件80定位成在止动件78与作为阀壳体38的一部分的套筒70之间流体密封。将回想到，电枢48在重力作用下搁置在滑动轴承47和48上。离合器控制阀组件28中的滑动轴承47和48中的每个为金属的，且可由青铜形成。在所示实施例中，使用总共两个滑动轴承47和48，每个滑动轴承在电枢48的缩回位置和前移位置中的每个位置处沿周向围绕细长电枢本体71延伸。最右侧滑动轴承48可包括通过钎焊例如与套筒70附接的钎焊滑动轴承。最左侧滑动轴承47可包括压入或以其它方式过盈配合的轴承。电枢48限定在细长圆柱形电枢本体71的第一轴向端74与细长圆柱形电枢本体71的第二轴向端76之间延伸的纵向轴线72。电枢48可为自由浮动的，其中其位置由螺线管44的电能状态和液压流体压力控制。在其它情况下，电枢48可与螺线管44产生的磁拉力相反地朝向其缩回位置被弹簧偏压。主阀62也可被弹簧偏压例如到第一位置，在第一位置，图2中控制压力出口52流体地连接到主排放口54，使得在通过使螺线管44断电而打开导向阀60时，弹簧偏压推动主阀62到达第一位置。
还如上文所指出，电枢48可被结构化以改进对可在某些其它离合器控制阀组件设计中发生的性能下降的抵抗性，且经表面处理以抑制轴承材料与电枢材料之间的粘附。为此目的，电枢48包括金属且软磁性的芯材料75。在一种实施方式中，芯材料75包括软磁性铁，如IE303或具有足够低碳含量的另一种钢，使得芯材料75不会基于螺线管44的电磁操作而变得永久磁化。电枢48还包括外薄膜涂层77，外薄膜涂层为非金属的且与滑动轴承47和48接触。滑动轴承47和48可各自包括分别与外薄膜涂层77接触的内周表面93和92。在实际实施方式中，外薄膜涂层77可包括类金刚石碳(DLC)材料。用于外薄膜涂层77的其它合适材料可为商品名RF85TM下市售的。
电枢48还包括背衬基底材料79，背衬基底材料为金属的并且置于芯材料75和外薄膜涂层77之间。并且，在实际实施方式策略中，细长的圆柱形电枢主体71包括硬化壳81。硬化壳81可源自芯材料75，并且形成背衬基底材料79。背衬基底材料79可包括含有弥散在其中的碳和/或氮的铁，这可通过各种表面硬化技术来生产。背衬基底材料79的硬度小于外薄膜涂层77的硬度，并且大于芯材料75。背衬基底材料79比芯材料75磁性更硬。在一个实施例中，背衬基底材料79为铁素体氮碳共渗的(FNC)铁。芯材料75的FNC表面硬化提供合适的表面硬化技术，其可在低于芯材料75的铁经历相变的温度的热处理温度下实施。背衬基底材料79的厚度82可为约0.005毫米至约0.025毫米。在许多情况下，将期望将表面硬化的深度限于小于其中表面硬化开始干扰电枢48的磁性性质的深度，但厚到足以对外薄膜涂层77提供稳健支承，以限制剥离、断裂或其它形式的降解。在进一步的精细处理中，厚度81可为约0.020毫米。术语“约”在本文中应理解为大体上、大致或基本上等于测量误差内所列值的含义。
工业适用性
出于许多原因，期望对传动系统中的离合器压力进行相对精确、准确和可预测的控制。当操作者或自主控制系统确定适合换档的条件时，通常有必要使一个离合器接合，而另一个离合器则相对快速而可靠地脱离。在某些传动系统中已经观察到，大体上与本文公开的那些类似地构造的电枢的性能显然可基于轴承材料与电枢材料之间的粘附力而随时间降低。具体而言，已经观察到，由软磁性铁和其它金属(如青铜轴承)形成的电枢的金属与金属接触可导致轴承材料转移到电枢上。因此，电枢可能“粘住”并完全阻止离合器正常操作，或者在给螺线管通电时需要比最佳电功率相对更大的功率。对于水平定向的电枢，这样的现象将是特别麻烦的，其中电枢的底侧在重力的作用下与滑动轴承接触，并且粘附的轴承材料最终在电枢的底侧上形成。
DLC涂层以及其它坚硬而光滑的非金属涂层，当放置在某些基底(如软磁性铁)上时可能会有粘附问题，并且会剥落、断裂或以其它方式降解，最终使界面恢复为金属与金属。出于这些原因，在软磁性铁上直接涂覆DLC的尝试可能无法提供性能改进，至少随时间推移而无法提供性能改进。通过硬化电枢的外部材料来提供更硬或更稳健的金属与金属界面的尝试也可能不足以提供可接受的性能结果。参考图4，示出了经过几周的抖动测试的离合器控制阀组件的X轴上的螺线管通电电流(安培)与Y轴上的离合器控制压力(千帕斯卡)的比较。在102处示出较高可接受性能阈值，且在100处示出较低可接受极限阈值。带104示出为表示阀随时间的实际功能。图3的实例中的电枢在用FNC工艺进行表面处理，但无外涂层，使得电枢和轴承界面为FNC铁与青铜。可以看出，带104示出在上限阈值102之外的偏差，至少在0和0.5安培之间。粘住、粘住然后快速滑动，或其它不期望的现象可导致这种偏差，最终导致离合器压力太高或太低，或在错误的时间发生，导致离合器无法在期望时或以期望的方式接合或脱离。据信图4的实例中的设备在部件之间经历了由于金属与金属接触而导致的材料粘附和转移。相比之下，图5中示出的是离合器控制阀组件的带204，其中电枢利用FNC表面硬化工艺进行表面处理，以及在FNC铁上的DLC外薄膜涂层。因此，非金属DLC涂层接触如本公开中的青铜轴承。可以看出，带204在所有条件下处于下限阈值200以及上限202内，表明DLC涂层已经保持就位，并且已防止轴承和电枢之间的材料传递。
本说明书仅用于说明目的，并且不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围。因此，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的完整和合理范围和精神的情况下，可对本文公开的实施例进行各种修改。通过查看附图和所附权利要求书，其它方面、特征和优点将变得显而易见。如本文所使用，冠词“一(a)”和“一(an)”旨在包括一个或多个物品，且可与“一个或多个”互换使用。在想要表示仅有一个物品时，使用术语“一个(one)”或类似语言。此外，如本文中所使用，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在为开放式术语。此外，短语“基于”意图表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。
Claims (10)
1.一种机器，包括：
框架，所述框架被结构化为与地面接合元件联接以用于支承在地面垂直上方的所述机器；
传动系统，所述传动系统由所述框架支承并且包括变速器、离合器和离合器控制阀组件；
所述离合器控制阀组件包括螺线管、多个金属的滑动轴承以及电枢；
所述电枢搁置在多个滑动轴承上，并且能够响应于改变所述螺线管的电能状态而在缩回位置与前移位置之间沿水平方向移动；并且
所述电枢包括：金属的并且软磁性的芯材料；非金属的并且与所述多个滑动轴承接触的外薄膜涂层；以及背衬基底材料，所述背衬基底材料是金属的并且置于所述芯材料和所述外薄膜涂层之间。
2.根据权利要求1所述的机器，其中：
所述离合器控制阀组件还包括与所述电枢联接的导向阀，以及先导操作的离合器压力控制阀；
所述电枢包括细长圆柱形的电枢本体；
所述细长圆柱形的电枢本体包括源自所述芯材料的硬化壳，所述硬化壳形成所述背衬基底材料；并且
所述多个滑动轴承中的每个滑动轴承由青铜形成。
3.根据权利要求2所述的机器，其中：
所述背衬基底材料包含铁素体氮碳共渗的(FNC)铁；并且
所述硬化壳的厚度为约0.005毫米到约0.025毫米。
4.根据权利要求1-3所述的机器，其中所述外薄膜涂层包括类金刚石碳(DLC)材料。
5.一种用于机器的传动系统，包括：
离合器；
离合器控制阀组件，所述离合器控制阀组件包括阀壳体、阀、螺线管、多个金属的滑动轴承、和用于调整所述阀的位置从而在接合状态与脱离状态之间调整所述离合器的电枢；
所述电枢在重力作用下搁置在多个滑动轴承上，并且响应于改变所述螺线管的电能状态而在缩回位置与前移位置之间沿水平方向移动；并且
所述电枢包括：金属的并且软磁性的芯材料；非金属的并且与所述多个滑动轴承接触的外薄膜涂层；以及背衬基底材料，所述背衬基底材料是金属的并且置于所述芯材料和所述外薄膜涂层之间。
6.根据权利要求5所述的传动系统，其中：
所述多个滑动轴承中的每个滑动轴承由青铜形成；并且
所述外薄膜涂层包括类金刚石碳(DLC)材料。
7.根据权利要求5或6所述的传动系统，其中：
所述多个滑动轴承包括过盈配合轴承和钎焊轴承，每个轴承包括与所述外薄膜涂层接触的内周表面；并且
所述电枢包括细长圆柱形的电枢本体，所述细长圆柱形的电枢本体具有源自所述芯材料的硬化壳，并且所述硬化壳形成所述背衬基底材料。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的传动系统，其中：
所述背衬基底材料为铁素体氮碳共渗的(FNC)铁，并且具有约0.005毫米至约0.025毫米的厚度；并且
所述外薄膜涂层包括类金刚石碳(DLC)材料。
9.一种用于传动系统中的离合器的离合器控制阀组件，包括：
阀壳体；
螺线管；
电枢；
滑动轴承，所述滑动轴承支承所述电枢，所述电枢用于响应于改变所述螺线管的电能状态而在所述阀壳体内在缩回位置与前移位置之间移动；
阀，所述阀与所述电枢联接并且基于所述电枢在所述缩回位置与所述前移位置之间的移动而能够在打开位置与关闭位置之间移动；并且
所述电枢包括：金属的并且软磁性的芯材料；非金属的并且与所述滑动轴承接触的外薄膜涂层；以及背衬基底材料，所述背衬基底材料是金属的并且置于所述芯材料和所述外薄膜涂层之间。
10.根据权利要求9所述的离合器控制阀组件，其中：
所述电枢限定纵向轴线；
所述阀包括导向阀；
所述离合器控制阀组件还包括联接在所述电枢和所述导向阀之间的推动器销，以及先导操作的离合器压力控制阀；并且
所述电枢、所述导向阀、所述推动器销和所述先导操作的离合器压力控制阀在所述阀壳体中同轴地布置；
所述芯材料包括铁；
所述背衬基底材料包括铁并且源自所述芯材料；并且
所述外薄膜涂层包括类金刚石碳(DLC)材料。
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