CN116568935A - 浮球排气阀 - Google Patents
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Abstract
一种用于作业机器(1)的液压系统(10)的浮球排气阀(30)，包括阀主体(32)，其具有入口端口(34)、出口端口(36)和其间的轴向通道(38)。通道(38)可以由圆柱形入口室(40)、圆柱形出口室(42)和连接入口室(40)和出口室(42)的锥形座(44)限定。出口室(42)可以包括靠近出口端口(36)的环形保持槽(48)。球形浮子(46)可以定位在出口室(42)中。浮子(46)的尺寸可以形成为当安装在锥形座(44)上时密封通道(38)。定位在保持槽(48)中的保持器(50)可以包括具有多个孔(52)的外部月牙形区域(54)、尺寸形成为将浮子(46)保持在出口室(42)中的中心区域(56)、以及将外部区域(54)连接到中心区域(56)的连接区域(58)。
Description
技术领域
本发明总体上涉及排气阀，并且更具体地涉及一种用于液压系统的排气阀。
背景技术
作业机器的工作流体中存在空气会导致相当大的性能问题和耐久性问题，这甚至会导致机器故障或早期部件故障。例如，液压系统中的异常噪声通常由滞留的空气引起。有时，以特定方式布置液压系统的各个部件可以减轻这些问题。然而，液压泵吸入管路的设计和液压箱的设计要求并不总是能够去除滞留在液压箱和液压泵入口之间的所有空气。如果空气滞留在液压箱和液压泵之间，则在高压操作期间，空气最终可能被迫通过泵。这会导致液压泵部件的严重腐蚀、噪声过大和严重的系统故障。即使所有的空气最初从液压泵吸入管路中清除，空气也经常在操作期间从液压流体中逸出，并且可能积聚在管路中。
从液压系统中消除空气的现有尝试已经涉及尝试分离滞留在液压流体中的气泡的解决方案。例如，美国专利第7，105，044号公开了一种悬挂在流体箱内的旋流室。在通过过滤器之后，残留在液压流体中的气泡聚集在旋流室中的液压流体的中心顶部，在那里产生涡流。气泡在旋流室的内部压力下通过排气流动路径排出。
由于不同的作业机器和车辆型号利用不同尺寸和形状的部件来满足特定的需要，所以上述的这种系统和方法不能提供对排出流体系统中滞留的空气的问题的通用解决方案。因此，需要本发明的浮球排气阀。
发明内容
根据本发明的一方面，公开了一种浮球排气阀。浮球排气阀可以包括阀主体，其具有入口端口、出口端口和其间的轴向通道。通道可以由圆柱形入口室、圆柱形出口室和连接入口室和出口室的锥形座限定。出口室可以包括靠近出口端口的环形保持槽。球形浮子可以定位在出口室中，并且其尺寸可以形成为当安装在锥形座上时密封通道。浮球排气阀还可以包括定位在保持槽中的保持器。保持器可以包括具有多个孔的外部月牙形区域、尺寸形成将浮子保持在出口室中的中心区域、以及将外部区域连接到中心区域的连接区域。
根据本发明的另一方面，公开了一种作业机器的液压系统。液压系统可以包括具有多个壁并且经配置保持液压流体供应的箱。泵可以流体地连接到箱。液压系统还可以包括联接到箱的多个壁中的一个的吸入管。吸入管可以流体地连接到在泵和箱之间延伸的吸入管路。最后，液压系统可以包括与吸入管流体地联接的浮球排气阀。浮球排气阀可以包括阀主体，其具有由入口室、出口室和其间的锥形座限定的轴向通道。定位在出口室中的球形浮子的尺寸可以形成为当安装在锥形座上时密封通道。浮球排气阀还可以包括定位在出口室中的保持器，其尺寸形成为将浮子保持在出口室中。
根据本发明的又一方面，公开了一种用于作业机器的液压系统。液压系统可以包括经配置保持液压流体供应的箱、流体地连接到箱的泵、联接到泵和箱的吸入管路、以及固定到吸入管路的浮球排气阀。浮球排气阀可以包括阀主体，其具有由入口室、出口室和其间的锥形座限定的轴向通道。浮子可以定位在出口室中。浮球排气阀还可以包括定位在出口室中的保持器，其尺寸形成为将浮子保持在出口室中。
当结合附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它方面和特征。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的作业机器的侧视图；
图2是根据本发明的实施例构造的作业机器的液压系统的一部分的侧透视图。
图3是根据本发明的实施例构造的浮球排气阀的侧透视截面图。
图4是根据本发明的实施例构造的浮球排气阀的顶部透视图。
图5是根据本发明的实施例构造的浮球排气阀的卡环的顶部透视图。
图6是根据本发明的实施例构造的浮球排气阀的侧透视截面图。
图7是根据本发明的实施例构造的液压箱和浮球排气阀的一部分的侧透视图。
图8是根据本发明的实施例构造的液压箱和浮球排气阀的一部分的侧透视图。
图9是具有根据本发明的实施例构造的浮球排气阀的液压系统的一部分的示意图。
图10是根据本发明的实施例构造的浮球排气阀的侧透视截面图。
图11是根据本发明的实施例构造的浮球排气阀的侧透视截面图。
图12是根据本发明的实施例构造的浮球排气阀的底部透视图。
图13是根据本发明的实施例构造的作业机器的液压系统的一部分的侧透视图。
具体实施方式
现在将详细参照具体实施例或特征，其示例在附图中示出。只要可能，在所有附图中使用相应或类似的附图标记来表示相同或相应的零件。
图1示出了根据本发明的实施例的作业机器1的侧视图。示例性作业机器1可以是车辆，诸如适用于地下采矿应用的负载运输倾卸(LHD)装载机，尽管本文所公开的特征可以与其它类型的机器一起使用，而与机器所执行的作业的类型无关。所示的作业机器1通常包括支撑一个或多个牵引装置3的框架2，牵引装置3经配置接合工地的地面4；操作员驾驶室5和可以容纳在外壳6内的原动机8。原动机8可以产生机械和/或电力输出，其可以经由液压系统10(图2)转换成加压流体形式的液压动力。加压流体随后可以经转换成机械运动以操作作业机器1的各种部件。作业机器1还可以包括作业工具7(例如铲斗)或其它辅助结构，并且可以相对于作业机器提升和倾斜。可替代地或附加地，作业工具7可以以本领域已知的任何其它方式枢转、旋转、滑动、摆动或移动。
图2示出了根据本发明的实施例的作业机器1的液压系统10的一部分的侧透视图。示例性液压系统10可以表示图1所示的作业机器1的液压系统，但也可以表示诸如装载机、铲式装载机、平地机或自卸卡车的液压系统，尽管本文所公开的特征可以与其它类型的机器一起使用，而与机器所执行的作业的类型无关。液压系统10可以包括保持流体供应的箱12和经配置产生可变加压流体流的至少一个泵14。泵14可以体现为可变排量泵或经配置产生可变加压流体流的另一种类型的泵。泵14还可以通过例如副轴、皮带、电路或以任何其它合适的方式可驱动地连接到作业机器1的原动机8。
保持在箱12中的流体可以包括例如液压油、发动机润滑油、变速器润滑油或本领域已知的任何其它流体。每个泵14可以经由吸入管路16从箱12抽吸流体。作业机器1内的一个或多个液压系统可以从箱12抽吸流体并且将流体返回到箱12。还可以设想，液压系统10可以根据需要包括多个单独的流体箱。箱12可以包括多个壁18和多个吸入管20，吸入管20可以经由一个或多个安装块22联接到吸入管路16和其它出口管路(未示出)。液压流体可以经由返回管路24返回到箱12，返回管路24可以包括过滤器26和出口28。
在正常操作期间，泵14的流速可以不保持从吸入管路16或其它液压管路(未示出)清除空气。类似地，与流体波动相结合的机器动态特性(诸如在坡度上操作或机器加速)可以将液压流体中的大气泡抽吸向泵14。即使在箱12充满后所有的空气从液压管路清除，液压流体中夹带的任何空气也会随着时间的推移从溶液中出来，并且形成大到足以吸入泵14的气泡。随着时间的推移，大的气泡可能对液压系统10的部件造成损坏。因此，气泡必须具有逸出液压系统10的吸入管路16和吸入管20的装置，以便防止对液压系统及其各个部件的损坏。
图3-6示出了根据本发明的实施例构造的用于液压系统10中的浮球排气阀30。阀30可以允许空气离开吸入管20或吸入管路16，同时防止空气重新进入吸入管或管路。阀30可以包括具有入口端口34和出口端口36的主体32，入口端口34和出口端口36限定延伸穿过壳体中心的轴向通道38的相对端。更具体地，通道38可以包括入口室40和出口室42。入口室40和出口室42通常可以是圆柱形的，尽管也可以考虑其它形状，并且通过锥形座44连接。出口室可以包括浮球46，当浮球46安装在锥形座44中时，密封入口室40。最后，出口室42可以包括环形保持槽48，环形保持槽48的尺寸可以形成容纳保持器50，这将在下面进一步详细描述。
如图所示，本发明的浮球46可以是球形和中空的，以确保浮球在液压流体中的浮力。在一个实施例中，浮球46可以由聚丙烯塑料制成，但是适合使用的耐油材料的其它示例包括聚酰胺，诸如尼龙6/6。浮球46的尺寸可以形成使得油和空气可以在出口室42内围绕其流动。例如，浮球46的直径可以是10mm。如上所述，浮球46的尺寸可以形成使得当安装在锥形座44上时，入口室40与可以从出口端口36向后流向入口端口34的流体或空气的入口密封。为此，考虑锥形座44的角度α(图3)或β(图6)。具体地，具有液压系统10的作业机器可以在高达60°或更高的斜坡或坡度上操作。这些斜坡操作可以降低箱12一侧上的液压流体水平，并且可以降低阀30下方的液压流体水平，从而使浮球46安装。为此，确保浮球46在锥形座44上的适当安装，锥形座的角度可以具有90°的角度α(图2)或60°的角度β(图5)。
保持器50可以确保空气和流体可以自由地流过通道38，同时还确保浮球46保持在出口室42内。保持器50可以由金属制成，并且可以例如被冲压或激光切割，尽管也可以考虑其它制造方法。保持器50可以包括定位在保持器的外部环54中的至少两个孔52，以及经由连接区域58连接到外部环的中心区域56。在阀30中安装保持器50期间，孔52可以被拉在一起，使保持器50收缩，从而减小其直径。然后可以将保持器50插入通过出口端口36并且与环形槽48对准。一旦对准，孔52可以被释放，并且保持器50可以膨胀到槽48中，用于牢固安装在阀30中。因此，外部环54可以是月牙形，以确保稳定性，同时还允许在安装期间的柔性。保持器50的中心区域56可以是光滑且平坦的，以确保与浮球46的任何接触不会损害浮球的结构完整性。在一个实施例中，保持器50的中心区域56的直径可以是7mm，但是也可以考虑其它尺寸和配置。
现在参照图7和8，在利用液压系统10的某些型号的作业机器中，将阀30安装在箱12内部的吸入管20上可能是有利的。如图所示，吸入管20通过安装块22联接到吸入管路16(图2)。安装块22可以通过焊接或本领域已知的其它方式固定到箱12的壁18的内表面62。类似地，吸入管20可以通过焊接(例如，使用3mm角焊缝)或通过本领域已知的其它方法固定到安装块22。安装块22可以包括多个钻孔60，其尺寸可以形成容纳多个紧固件(未示出)，诸如螺栓，用于将吸入管路16固定在箱12的与安装块22相对的外表面64上。每个吸入管20可以经由形成在安装块22中的通道66联接到阀30。
阀30的主体32包括具有螺纹外部的下部区域70和上部区域72。如图所示，上部区域72可以具有六边形外部以辅助阀的安装，诸如通过扳手，但也可以考虑其它配置。在安装到安装块22中期间，阀30的带螺纹的下部区域70可以与带螺纹的钻孔74螺纹地接合。钻孔74可以靠近通道66的端部，通道66能够实现吸入管20和阀30之间的流体连接。如图7和8进一步所示，排气端口76也可以形成在安装块22中。例如，在箱中的液压流体的水平位于排气端口76上方的情况下，排气端口可以有助于为从液压流体释放的气泡提供附加的出口。
现在参照图9-12，在可替代的实施例中，将阀30安装在箱12外部的吸入管路16上可以是有利的。在这种布置中，阀30可以直接安装在吸入管路16中的最高点上。排气管路软管78可以联接到阀30的出口端口36，以将阀连接到箱12。优选地，排气管路软管78应该恒定地上升回到箱12，以消除气泡被阀30和箱之间的油滞留的机会。
阀30可以包括下部密封环80和上部密封环82。阀30的上部区域72和上部密封环82可以形成根据SAE J1926-2构造的O形环面密封(ORFS)。然后，排气管路软管78可以联接到阀的出口端口36，并且上部密封环82确保防漏密封。类似地，下部密封环80在螺纹地安装在吸入管路16中时确保防漏密封。在一个实施例中，阀的螺纹下部区域70可以是直螺纹O形环(STOR)连接。
具体参照图11和12，在另一个实施例中，为了适应排气管路软管78与阀30的联接，可以使用软管配件84。软管配件84可以包括外螺纹表面86，外螺纹表面86根据SAE J1453经构造具有直螺纹O形环(STOR)连接，并且适于螺纹地接合阀30的螺纹出口区域88。在其它实施例中，软管配件84和阀30可以适于螺纹地接合其它类型的适配器和配件以及具有外螺纹表面或内螺纹表面的其它螺纹部件，如本领域技术人员所理解的。为了密封软管配件84的螺纹表面86和螺纹出口区域88之间的螺纹接合，可以使用密封环90。
在图11和12所示的实施例中，软管配件84可以包括用于浮球46的锥形上部座92。锥形上部座92可以包括沿座的长度轴向延伸的多个凹口94。以这种方式，浮球46可以通过液压流体的流动而被推靠在上部座92上，但是流体和/或空气仍然可以通过座中的凹口而围绕球逸出。
在可替代的实施例中，如图13所示，将阀30直接安装在吸入管20上是有利的。阀30可以使用焊接凸台96安装在吸入管20上。焊接凸台96可以与吸入管20中的孔(未示出)对准，并且经由螺柱焊接或本领域已知的任何其它焊接技术固定到吸入管。内表面(未示出)可以是带螺纹的，以便匹配地接合阀30的下部区域70的带螺纹的外部，使得可以通过对准阀的螺纹和焊接凸台，并且旋转阀直到其被固定来将阀安装在焊接凸台96中。
工业实用性
在操作中，本发明可以用于各种工业应用，诸如但不限于运输、采矿、建筑、工业、运土、农业和林业机器和设备。例如，本发明可以有益于利用液压系统的作业机器，包括但不限于装载机、铲土机、平地机和自卸卡车。本发明提供了一种浮球排气阀，其用于允许空气离开吸入管或管路，同时防止空气重新进入吸入管或管路。本发明的浮球排气阀极大地提高了泵的可靠性，并且减少了机器的保修。
根据本发明中描述的实施例，本发明的浮球排气阀30可以联接到在液压流体箱12和泵14之间延伸的液压流体管路。该管路可以包括吸入管路16，吸入管路16从箱12的一个壁18的外表面64延伸到泵，该泵可以联接到吸入管20，吸入管20从箱的壁18的内表面62延伸到存储在箱中的液压流体中。阀30可以通过将阀安装在吸入管20的安装块22上而与吸入管20流体连通；可替代地，阀30可以通过将阀直接安装在吸入管路上而与吸入管路16流体连通。
不管阀30的位置如何，本发明的浮球排气阀30包括浮球46。在静止时，浮球46可以安装在锥形座44中。当安装时，阀30处于关闭位置，由此通道38被密封以防止流体和空气从出口端口36流向入口端口34。液压流体中的不同空气压力和浮力可以导致浮球46从其安装位置向上浮动，从而打开阀30并且允许流体和空气流出吸入管路16或管20。以这种方式，流体和空气可以从入口端口34朝向出口端口36单向流动。当流体和空气流过阀30时，浮球46可以经由保持器50或上部座92保持在阀中。保持器50包括中心区域56以将浮球46保持在阀30中，同时仍允许空气和流体围绕浮球流动并且流向出口端口36。类似地，上部座92的功能是以类似的方式将浮球46保持在阀30中，同时仍允许空气和流体通过多个凹口94流向出口端口36。
通常，阀30可以在作业机器1启动之前打开。如果在操作期间气泡随着时间的推移累积在吸入管路16或管20中，则阀30可以允许空气在泵14流量需求中的松弛时间期间离开吸入管路16或管20，从而防止气泡达到临界尺寸，该临界尺寸随后将导致气泡被抽吸到泵中。在正常的机器操作期间，箱12中的液压流体的水平可以极大地改变。如果阀30安装在箱12内，则当或如果箱12中的液压流体的水平下降到阀30之下时，浮球46可以重新安装在锥形座44内，从而关闭阀30并且防止空气重新进入吸入管20，从而防止泵14失去启动。如果意外的液压流体损失是将箱12中的液压流体的水平降低到较低优先级吸入管路入口以下，则阀30还由此保持泵优先级。如上所述，即使当机器在坡度或斜坡表面上操作时，由于锥形座44的锥度，浮球46仍将正确地安装并且关闭阀30。
虽然已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以通过对所公开的机器、系统和组件进行修改来设想各种附加实施例。此类实施例应当被理解为落入基于权利要求书及其任何等同物所确定的本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种用于作业机器(1)的液压系统(10)的浮球排气阀(30)，所述浮球排气阀(30)包括：
阀主体(32)，其具有入口端口(34)、出口端口(36)和其间的轴向通道(38)，所述通道(38)由圆柱形入口室(40)、圆柱形出口室(42)和连接所述入口室(40)和出口室(42)的锥形座(44)限定，所述出口室(42)包括靠近所述出口端口(36)的环形保持槽(48)；
球形浮子(46)，其定位在所述出口室(42)中，所述浮子(46)的尺寸形成为当安装在所述锥形座(44)上时密封所述通道(38)；以及
保持器(50)，其定位在所述保持槽(48)中，所述保持器(50)包括具有多个孔(52)的外部月牙形区域(54)、尺寸形成将所述浮子(46)保持在所述出口室(42)中的中心区域(56)、以及将所述外部区域(54)连接到所述中心区域(56)的连接区域(58)。
2.根据权利要求1所述的浮球排气阀(30)，其中所述阀主体(32)进一步包括靠近所述出口端口(36)并且具有六边形外表面的上部区域(72)，以及靠近所述入口端口(34)并且具有螺纹外表面的下部区域(70)。
3.根据权利要求2所述的浮球排气阀(30)，其中所述阀主体(32)和所述保持器(50)由金属制成。
4.根据权利要求1所述的浮球排气阀(30)，其中所述锥形座(44)的角度(β)为60度。
5.根据权利要求1所述的浮球排气阀(30)，其中所述浮子(46)是中空的并且由聚丙烯塑料和尼龙6/6中的一种制成。
6.根据权利要求1所述的浮球排气阀(30)，其中所述液压系统(10)包括经配置保持流体供应的箱(12)和经由安装块(22)固定到所述箱(12)的壁(18)的吸入管(20)，并且其中所述浮球排气阀(30)安装在所述安装块(22)上。
7.根据权利要求6所述的浮球排气阀(30)，其中所述安装块(22)包括在所述浮球排气阀(30)的所述入口端口(34)与所述吸入管(20)之间延伸的流体通道(66)。
8.根据权利要求1所述的浮球排气阀(30)，其中所述液压系统(10)包括泵(14)、经配置用于保持流体供应的箱(12)、以及联接到所述箱(12)和所述泵的吸入管路(16)，其中所述箱(12)包括固定到所述箱(12)的壁(18)的内表面(62)的吸入管(20)，其中所述吸入管(20)与所述吸入管路(16)流体连通，并且其中所述浮球排气阀(30)经由焊接凸台(96)安装在所述吸入管(20)上。
9.根据权利要求1所述的浮球排气阀(30)，其中所述液压系统(10)包括泵(14)、经配置保持流体供应的箱(12)、以及联接到所述泵(14)和所述箱(12)的吸入管路(16)，并且其中所述浮球排气阀(30)安装在所述吸入管路(16)上。
10.根据权利要求9所述的浮球排气阀(30)，进一步包括联接到所述浮球排气阀(30)和所述箱(12)的上部区域(72)的排气管路软管(78)。
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