CN1924296A - 带有控制阀的气动制动致动器 - Google Patents

Abstract

一种车辆气动制动致动器系统，包括弹簧制动致动器和主制动致动器，弹簧制动致动器包括带有弹簧腔和压力腔的密封壳体，布置在弹簧制动致动器内并可轴向运动以应用停车制动的中空致动杆，主制动致动器包括用来应用主制动的主压力腔，其中制动致动器系统的控制阀包括可被安置在中空致动杆内的阀体，阀体包括形成在其中的开孔，该开孔用来允许弹簧制动致动器的弹簧腔与主制动致动器的主压力腔之间通过中空致动杆的流体连通，控制阀包括由弹性材料形成的薄膜并具有形成为穿过其中的通气孔，薄膜位于阀体开孔内，并构造成当薄膜不遭受超过阀值水平的流体压力时，密封除了通气孔外的开孔。

Description

带有控制阀的气动制动致动器

技术领域

本发明涉及用于车辆的气动膜片式制动器，更具体地涉及主制动器和弹簧制动致动器组件和用来提供密封弹簧腔的内置排气阀机构，所述密封弹簧腔可保护弹簧使其免于直接暴露于大气和环境污染。

背景技术

用于例如公共汽车、卡车、拖车和其它重型车辆等车辆的空气制动系统包括制动蹄和制动鼓组件，所述组件通过有选择性的应用压缩空气以操作致动器组件的方法来致动。传统的空气制动致动器既具有用来在正常驾驶条件下通过应用压缩空气致动制动器的主制动致动器，也具有当气压已释放时引起制动器动作的弹簧式紧急制动致动器。该紧急制动致动器包括强力压缩弹簧，当空气释放时，所述强力压缩弹簧强制应用制动器。这通常称为弹簧制动器。

气动制动致动器为活塞式或膜片式。在膜片式制动致动器中，两个气动膜片式制动致动器通常布置成串联的结构，这两个气动膜片式制动致动器包括用来应用车辆正常工作制动的气动主制动致动器和用来应用车辆驻车或紧急制动的弹簧制动致动器。主制动致动器和弹簧制动致动器都包括具有弹性膜片的壳体，所述弹性膜片将所述壳体的内部分成两个不同的流体腔。另一方面，除了替代膜片之外，活塞式制动致动器在与上述基本相同的原理下工作，活塞在气缸中往复运动以应用车辆的正常和/或驻车制动。

在典型的主制动器致动器中，主制动器壳体分成压力腔和推杆腔。压力腔流体地连接到压力空气源，推杆腔安装有与制动器组件相连的推杆，由此压缩空气在压力腔中的进出使推杆往复运动进出于壳体，以应用和释放制动操作。

在典型的弹簧制动器致动器中，弹簧制动器壳体分成压力腔和弹簧腔。压力盘在弹簧腔内位于膜片与强力压缩弹簧之间，其中强力压缩弹簧与压力盘接触的相反一端邻接壳体。在一个公知的结构中，致动杆延伸穿过压力盘和膜片，进入到压力腔，并穿过隔离壁，所述隔离壁将弹簧制动器致动器从主制动器致动器分开。致动器的末端流体地连接到主制动器致动器的压力腔。

当应用停车制动时，弹簧制动器致动器压力从压力腔排出，强力压缩弹簧将压力盘和膜片推向弹簧制动器致动器与主制动器致动器之间的隔离壁。在这个位置，推动连接到压力盘的致动杆以应用停车或紧急制动，从而强制车辆不再运动。为了释放停车制动，压力腔向大气关闭，将压缩空气引入弹簧制动器致动器的压力腔，压缩空气使压力腔扩大，使膜片和压力盘向着弹簧制动器致动器壳体相反一端运动，从而压缩强力压缩弹簧。

关于这种设计的弹簧制动器致动器的一个已知问题为，当压缩强力压缩弹簧时，压力腔容积增加，弹簧腔容积减小，导致了弹簧腔内的压力升高，除非弹簧腔包括用来释放该弹簧腔内升高的压力的特定系统。制动器释放时在弹簧腔内的压力升高是非常不合需要的，因为为了充分地压缩弹簧从而充分地释放制动器，必须通过压力腔内的压力增加来抵销弹簧腔内的压力升高。

由于重型车辆的大部分压缩空气系统工作在工业标准最大压力，所以弹簧腔内的压力升高加剧。弹簧与弹簧腔内气压升高的联合压力不能接近用来使制动器正确工作的最大值。当与弹簧压力和弹簧腔内的压力升高相关的合力接近由最大压力施加的力时，制动器就不能释放，只是部分地释放，或者释放得非常慢，所有这些都是不期望的。

解决弹簧腔内压力升高问题的一个典型方案是在弹簧腔内提供适当的排气孔设计。膜片式制动器致动器内最普通的排气机构是在壳体内绕着弹簧腔设置多个孔。这种排气孔的主要缺点是弹簧腔的内部就这样暴露于外界环境中。外界物质，例如灰尘、盐粒和水份，就能进入弹簧腔，加速各种内部制动器部件(例如弹簧)的磨损、腐蚀或损耗。外界物质对内部制动器部件的损坏能引起维修的增多或者弹簧的过早损坏及随后制动器致动器的置换。

将弹簧腔直接向外排气的另外一个问题是车辆(例如，牵引车/拖车)在邻接码头的停车场经常停放很长时间。这些停车场通常为斜坡且在地面以下。在大雨或大雪条件下，停车场能充满水达到超过排气孔的高度，流进弹簧腔的内部。虽然水通常会在释放制动器时通过排气孔从弹簧腔排出，但是这个注水会加速腐蚀，带来其它的环境危害。在某些环境条件下，水会冻结，这会阻止制动器完全地释放。

由于外界物质通过排气孔进入弹簧腔所带来的问题，已做出密封弹簧腔的尝试来阻止各种外界物质的进入。但是，密封弹簧腔带来了其它的问题，当应用停车制动时，在弹簧腔内有形成真空或低压的趋势，除非设置了用来补偿或解除低压的系统。如果低压足够低，那么它能使停车制动的反应时间迟钝，这是不期望的。

几个用于消除弹簧腔内的压力升高和真空产生且同时阻止外界物质入内的已知的尝试包括，例如，将弹簧制动器致动器的弹簧腔流体地连接到主制动器致动器的任意一个腔，在排气孔设置过滤器，和设置从弹簧腔、穿过致动杆、进入主制动器压力腔的内部流体通路。所有这些解决方案都是折衷方案，因为它们没有提供完整的解决方案或在那里带来了其它的问题。例如，设置了过滤器的排气孔固有地允许外界空气进入制动器，产生未全部密封的制动器。只要过滤器打开，外界的物质就有可能通过过滤器进入制动器，例如如果制动器致动器浸没在充满水的停车场。

在2000年2月29日发布的美国专利No.6029447中提供有设置了过滤器的排气孔的实例。延伸穿过致动器的内部流体通路需要设计复杂的双向阀，其控制流体流动以释放弹簧腔内的压力升高且同时允许压缩流体的进入以阻止弹簧腔内的真空。1998年3月3日发布的美国专利No.5,722,311和1994年12月13日发布美国专利No.5372059也都公开了这种双向阀的实例。

另一方面，2003年7月8日发布的美国专利No.6,588,314公开了单向阀的实例，这里引用其全部的公开内容作为参考。该排气孔设计通过允许内部空气从弹簧腔排向主制动器压力腔，提供弹簧腔内压力升高问题的有效解决方案。然而，在弹簧腔内的压缩弹簧必须选择具有比传统的弹簧腔弹簧强力得多的弹簧，以克服当应用弹簧制动时或相反当在期望的应用时间中不能适当地应用弹簧制动时在弹簧腔内产生的低压或真空。

希望有一种包括弹簧制动器致动器的气动制动器致动器，其中弹簧制动器致动器密封，并且不需要复杂的或高保养的阀和过滤系统和/或在弹簧腔内不需要非常强力的弹簧，就能消除压力提高和真空形成。

发明内容

本发明总体涉及气动主制动致动器系统和弹簧制动致动器系统，该系统的弹簧制动致动器具有密封腔和控制阀机构，它们可提供保护以免于直接暴露于大气和环境污染，同时提供了双向通气阀功能，用来控制弹簧制动致动器的弹簧腔中的压力累积和真空形成。

根据本发明的一方面，用来应用车辆停车制动的气动制动致动器包括：密封壳体，其包括第一端壁，与第一端壁相对的第二端壁，在第一端壁与第二端壁之间延伸的外围侧壁，第一端壁、第二端壁与外围侧壁一起限定了其中的内腔；膜片，其跨越内腔，并将内腔分成位于膜片与第一端壁之间的弹簧腔，和位于膜片与第二端壁之间的压力腔，当压力腔被流体增压时，膜片处于第一位置，当压力腔被排放时，膜片处于第二位置；弹簧，其布置在弹簧腔中，并将膜片朝向第二端壁的方向偏压；中空致动杆，其一端连接到膜片的中心孔，另一端延伸穿过第二端壁，其中当膜片在第二位置时，中空致动杆位于应用停车制动的位置，当膜片在第一位置时，中空致动杆位于释放停车制动的位置；控制阀，其位于中空致动杆内，该控制阀包括阀体，阀体具有形成于其内的开孔用来允许弹簧腔与第二端壁和压力腔相对的一侧之间通过中空致动杆的流体连通，控制阀包括由弹性材料形成的薄膜，并具有形成为穿过其中的通气孔，薄膜位于阀体开孔内，且构造成当薄膜不遭受超过预定水平的流体压力时，密封除了通气孔外的开孔。

优选地，阀体的开孔通常具有圆形截面，薄膜具有构造成紧靠在由阀体开孔限定的围壁上的圆形薄膜部分。阀体的开孔通常包括在阀体较低的内部区域形成的轴向圆柱孔，从圆柱孔轴向延伸的圆锥孔，及从圆锥孔延伸到阀体顶面的小的中心孔，薄膜位于开孔内圆柱孔与圆锥孔的交界处。

优选地，控制阀还包括牢固地容纳在圆柱孔较低部分内的保持架，该保持架具有在其周围限定的大致轴向的流体通路，用来允许流体通过该流体通路流动。保持架通常具有圆形的形状，其在圆形保持架相对侧形成有两个平边，保持架的流体通路形成在平边与阀体圆柱孔之间限定的间隙处。控制阀的阀体可包括在阀体底面沿径向方向形成的且相应于由平边与阀体圆柱孔限定的间隙的流体通道。

优选地，控制阀还包括连接到阀体顶面的过滤元件，并且控制阀的阀体具有形成在阀体顶面的中心凹入部分。

在本发明的一个优选实施例中，当弹簧腔内及中空致动杆内部的流体压力达到阈值点时，弹性薄膜的圆形薄膜部分向保持架轴向变形，以允许流体绕着圆形薄膜部分的周围流动，并在弹簧腔内释放压力累积。

在本发明的另一个优选实施例中，控制阀的薄膜包括球头部分，该球头部分形成在薄膜的中心，并构造成当薄膜沿相应方向变形时，关闭阀体的小中心孔。从而，当与压力腔相对的第二端壁侧的流体压力达到阈值压力时，薄膜被推压到由圆锥开孔限定的内壁上，其球头部分关闭阀体的小中心孔以密封控制阀的开孔。

根据本发明的一方面，公开了用在车辆气动制动致动器系统中的控制阀，其中制动致动器系统包括串联布置的弹簧制动致动器和主制动致动器，弹簧制动致动器包括带有弹簧腔和压力腔的密封壳体，中空致动杆一般布置在弹簧制动致动器中并可朝着主制动致动器轴向运动以应用停车制动，主制动致动器包括用来应用主制动的主压力腔。本发明的控制阀包括：可被安置在中空致动杆内的阀体，阀体包括形成在其中的开孔，该开孔用来允许弹簧制动致动器的弹簧腔与主制动致动器的主压力腔之间通过中空致动杆的流体连通，控制阀包括由弹性材料形成的薄膜并具有形成为穿过其中的通气孔，薄膜位于阀体开孔内，并构造成当薄膜不遭受超过预定水平的流体压力时，密封除了通气孔外的开孔。

在本发明的一个优选实施例中，当弹簧腔内及中空致动杆内部的流体压力达到预定点时，弹性薄膜轴向变形，以允许流体绕着薄膜的圆周流动，从而能够释放弹簧腔内的压力累积。

在本发明的另一个优选实施例中，控制阀的薄膜构造成当薄膜圆周变形挤压开孔内的阀体壁时，关闭阀体整个开孔。从而，当主压力腔内的流体压力达到阈值时，薄膜被推压到开孔的内壁上，以关闭并密封控制阀阀体内的开孔。

附图说明

图1为根据本发明的串联式气动制动致动器的截面图，示出了用来控制弹簧腔与主压力腔之间流体流动的双向控制阀，在主压力腔内限位螺栓处在内缩位置；

图2为图1中串联式气动制动致动器的截面图，示出了当弹簧制动器未致动并且限位螺栓处在伸出位置时的情形；

图3为图1中控制阀的放大仰视图；

图4为控制阀沿图3中A-A线的放大截面图，示出容纳在控制阀内的膜片处在没有遭受超过某一水平的流体压力的常规状态；

图5为控制阀沿图3中A-A线的放大截面图，示出了容纳在控制阀内的膜片处在遭受弹簧制动致动器弹簧腔的流体压力的状态；

图6为控制阀沿图3中A-A线的放大截面图，示出了容纳在控制阀内的膜片处在遭受主制动致动器压力腔的流体压力的状态。

具体实施方式

图1和图2示出了串联式气动制动致动器10，包括与弹簧制动致动器14结合的主制动致动器12。主制动致动器12应用和释放车辆的主制动或工作制动。弹簧制动致动器14用来应用车辆的紧急或停车制动。

主制动致动器12和弹簧制动致动器14都包括壳体16、18，这两个壳体由分别连接到主制动器盖22和弹簧制动器盖24的连接壳20形成。连接壳20限定了共有的隔离壁，其将主制动器壳体16从弹簧制动器壳体18分开，同时形成它们的一部分。用很像主制动器盖22和弹簧制动器盖24的不连续覆盖元件替代连接壳20处在本发明的范围内。

本实施例的可动元件包括弹性膜片30、32，通过具有可压缩地保持在连接壳20与相应的主制动器盖22和弹簧制动器盖24之间的膜片外边，可动元件分别跨越主制动和弹簧制动壳体16、18的内部。可以理解，本发明还可应用到替换了膜片的活塞式制动器，活塞跨越圆柱形弹簧制动器壳体的内部。

特别关注主制动致动器12，膜片30将主制动器致动器12流体地分成推杆腔36和压力腔38。一端布置有压力盘42的推杆40设置在推杆腔36内，压力盘42与膜片30相邻，推杆40延伸穿过布置在主制动器盖22开孔46内的轴承44。轴承44与压力盘42之间布置有回位弹簧48以帮助将压力盘42与推杆40一起偏压到主制动器壳体16的内部中。虽然未示出，但在S-凸轮制动组件中，推杆40的末端连接到S-凸轮制动器组件的松紧调整器，由此推杆40相对于主制动器壳体16的往复运动引起主制动的应用和释放。

压力腔38通过进气孔50流体地连接到压缩空气源。当车辆驾驶员踩制动踏板时，压缩空气通过进气孔50从压缩腔38进出，以使推杆40往复运动。压力腔38内压缩空气的增加将压力盘42和推杆40从连接壳20推向主制动器盖22以提供主制动。

更紧密地关注弹簧制动器致动器14，膜片32将弹簧制动器壳体18流体地分成压力腔56和弹簧腔58。压力腔56通过孔流体地连接到压缩空气源，所述孔图中未示出但基本上与进气孔50相同。通常，向压力腔56供应的压缩空气系统与向主制动器致动器12供应的压缩空气系统在物理上是不同的。

弹簧腔58内设置有压力盘60，在压力盘60与弹簧制动器盖24之间布置有强力压缩弹簧62。压力盘60包括环状槽63，环状槽63内容纳膜片32的内径向边缘64。可将定位环66设置成压配合在环状槽63附近以将膜片32的内边64保持到压力盘60。压力盘60还包括轴向阶梯孔68，轴向阶梯孔68内限定了例如致动杆肩部和轴承肩部72。轴向孔68与弹簧制动器盖24内的开孔74对齐。

环形轴承或凸缘导向器76安装在轴向孔68内，通过接触轴承肩部72定位。中空致动杆78一端压配合在轴向孔68内，通过邻接环形轴承76的凸缘部分定位。取决于弹簧制动器致动器14的特殊设计，膜片32和致动杆78连接到压力盘60的结构可与上述不同。环形轴承76和压力盘60在其中限定了沿着限位螺栓94的空气通路或间隙(未示出)，以允许空气流动，使得空气可在弹簧腔58与中空致动杆78内腔之间来回流动。

致动杆78的另一端延伸穿过支承密封组件80，该组件布置在形成于连接壳20内的开孔81中。支承密封组件80是公知的。

阀片(transfer plate)82关闭致动杆78与压力盘60相对的一端。阀片82包括螺纹容纳在致动杆78内部的螺纹突起84。阀片82和突起84一起形成阀体和容纳根据本发明的双向通气阀(或控制阀)86。在阀片82的较低面中形成有径向延伸的流体通道87(看图3和图4)，阀片82的较低面具有优选的尺寸以容纳在连接壳的凹槽88内。

制动致动器还包括限位螺栓组件90，该限位螺栓组件90包括通过旋拧方式安装并永久固定到限位螺栓94的调节螺母92，限位螺栓94终止于限位螺栓顶部96。限位螺栓组件通过将限位螺栓94和限位螺栓顶部96置于致动杆78的内部，然后将限位螺栓94的另一端延伸穿过轴向孔68，再将限位螺栓旋拧通过罩或轴环97，和将调节螺母92永久地固定在限位螺栓上，从而将压力盘和致动杆连接到弹簧制动致动器14，其中罩或轴环97以基本密封的方式铆接到弹簧制动器顶部24。由于螺母92和限位螺栓顶部96的直径比通路68的最小直径大，所以限位螺栓将压力盘连接到弹簧制动器顶部24。

限位螺栓顶部96优选地包括布置在相对轴环100之间的轴承98。轴承98与致动杆78的内表面接触以防止轴环100和限位螺栓94与致动杆78的内部接触，同时有助于在应用和释放紧急制动期间引导致动器的往复运动。轴承面内形成有轴向槽99以形成环绕轴承的流体流路。

限位螺栓组件90用来机械地收缩强力压缩弹簧62并将其保持在压缩状态(如图1中特别示出的)。通过转动调节螺母92，能通过旋拧方式使限位螺栓从弹簧制动器壳体18退出。当限位螺栓退出时，限位螺栓顶部96在致动杆78上端接触轴承76以将致动器和压力盘与限位螺栓一起退出，从而压缩弹簧。强力压缩弹簧的锁止件是公知的，通常用于制动致动器的装配过程中和/或用于在压缩空气系统失效或缺失情况下机械地释放制动器。

现在参考图3和图4，更详细地描述控制阀86。螺栓突起84和阀片82一起有效地用作阀体，并在其较低的内部区域限定轴向圆柱孔110。保持架112压配合在孔110的较底端，优选地紧靠在孔内的环形肩部上，并处于基本上关闭除了在其中限定的小孔或通路之外的开孔的方式，所述小孔或通路用来允许穿过其中的流体连通。如图3所示，保持架112可为圆形的轮廓，其具有两个在圆形保持架112的相对侧形成的平边113，平边113在圆柱孔110中留下侧面间隙115。间隙115与径向延伸的流体通道87对齐，用来提供通过保持架112和沿着阀片82较低面的连续径向通路。保持架112的底面平坦且与阀片82的底面齐平，并且包括可用来将保持架112组件引导到孔110的凹槽114。保持架112的顶面优选也是平坦的，包括在平边113处的径向延伸的槽116，当保持架112装配进阀体82和阀体84时与通道87对齐。槽116、平边113和通道87形成通过保持架112侧面并沿着阀片82的连续的空气通路。但是，保持架的形状和流体通道不限于所示的结构，可采用其它的形状，只要它们可充分地使得带有允许空气在周围流动的限制流体通路的孔110基本关闭。在圆柱孔110上侧的为从孔110向上延伸的圆锥腔118，通过阀体84的顶面形成有小中心孔120。阀体84的顶面优选地包括中心凹入部分122，过滤元件126牢固地连接在阀体84顶面上，覆在轴向孔之上。过滤元件优选地由合成聚脂或其它过滤材料制成，并连接到阀体，例如，用压敏粘合剂衬背将过滤元件固定到阀体上。优选地，过滤元件126为多孔可透气聚脂薄膜，其具有疏水和疏油特性，并具有大约一微米的气孔尺寸。可接受的过滤元件包括处理过的，膨胀聚四氟乙烯(PTFE)，可从W.L.Goreand Associates和销售的Gore-Tex品牌下的产品得到。

如图4所示，在由圆柱孔110上部与圆锥腔118限定的腔内安装膜片或薄膜130，其圆形周边邻接圆锥腔118的壁与圆柱腔110的接合处以密封开孔。薄膜130包括球头部分132和从球头部分132径向向外延伸的圆形薄膜部分134，为了当应用到薄膜130的气压超过某一水平时薄膜部分134发生弹性变形，薄膜130优选地由具有合适强度及弹性的橡胶或聚合材料制成。当薄膜132安装在阀体84的腔内，没有遭受任何外部气压时，顶部132的圆底与保持架112的顶面接触，并在薄膜部分134的底面与保持架112的顶面之间形成小的环形空间136，这提供了允许其中的薄膜部分134弹性变形的空隙。薄膜部分134还包括尺寸远小于阀体84中心孔120的一个或多个通孔(或通气孔)140。

现在参考图4-6，下面描述制动致动器和控制阀86的工作情形。如图4所示，弹性薄膜130的薄膜部分134自然地偏靠在圆柱孔110与圆锥孔118交界处的侧壁上，所以它密封了开孔以阻止空气穿过它从而在弹簧腔58与主致动器压力腔38之间自由流动。但是，在这种情况下，仅仅允许有限数量的气流通过薄膜130的小通孔140。

当释放停车制动时，压缩空气进入弹簧制动致动器14的压力腔56。随着压力腔56容积的增加，弹簧腔58的容积减小，从而提高了容纳在其中的空气压力。弹簧腔内的压缩空气通过压力盘60的轴向孔68并通过致动杆78的内腔流体地连接到控制阀86。随着弹簧腔58内压力的增加，它可达到克服以其周围邻接阀体84内壁的薄膜130的弹性力的点，并克服薄膜部分134的弹性力将弹性膜130的外围区域轴向推动(如图5所示)。这允许空气从中心孔120绕着薄膜130的周围，通过阀体开孔或侧面间隙115形成的流体通路，沿着通道87，流入主制动器压力腔38，如图5中箭头“a”所示。在这种方式中，在“密封的”弹簧腔58内的压力累积通过本发明控制阀的工作被有效地释放掉，没有象上述传统的弹簧制动致动器一样在弹簧腔内设置排气孔。

当升高的压力从弹簧腔58中释放后，薄膜130恢复图4所示的初始形状，再次密封除了薄膜的小通气孔140外的控制阀86的开孔。图2示出了释放停车制动致动器后，释放压力累积时的状态。

相反，当通过从弹簧制动致动器的压力腔56排出压缩空气来应用停车制动时，压缩弹簧62将压力盘60和膜片32推向弹簧制动致动器14与主制动致动器12之间的隔离壁。结果，推动连接到压力盘60的致动杆78以应用停车或紧急制动，从而以上述或本领域公知的方式强制车辆不再运动。但是，在弹簧腔58膨胀的过程中，膜片32的强制运动产生的真空或低压可延迟弹簧制动器的应用时间或对弹簧制动器的适当操作带来其它危害。在该操作中，在应用停车制动前，控制阀的薄膜130处于如图4所示的常规或非受压状态。在这种情况下，任何经过控制阀86的气流必须只能通过薄膜的小孔140。当应用弹簧制动器时，小孔140允许一些气流填充弹簧腔58扩大的容积。当释放主制动致动器12时，这种“呼吸的”空气可优选地通过相应的孔提供，如孔50。通过根据车辆主制动和弹簧制动系统的特定规格，选择孔140的合适尺寸，可有效解决弹簧腔内的真空产生问题。

特别参考图6，这里描述本发明制动系统的另一个工作情形。当应用主制动器时，压缩空气流进主制动致动器12的压力腔38。这里，主压力腔38内的压缩空气压力超过阈值，膜片130被推压在开孔118的圆锥壁上，顶部132坐靠着阀体84的中心孔140而薄膜部分134变形接触圆锥壁，从而密封控制阀86的整个开孔。在这种方式下，弹簧腔58可避免在其中产生不期望的流体压力累积。相反，当释放主制动器时，控制阀86再次回复如图4所示的常规状态。

如上所述，根据本发明的密封气动制动致动器10的一个优点是弹簧制动致动器14相对于大气完全密封。带有双向连通或通气能力的控制阀允许密封弹簧腔内压力的释放，也允许弹簧腔内响应于制动器工作和释放的真空产生问题。控制阀的构造和结构与上述传统的双向或单向阀相比相对简单，其中本发明的制动系统不需要弹簧腔内的排气孔和保持在控制阀内、经常在制动器系统长期使用时出现故障的螺旋弹簧。另外，不必例如象美国专利No.6588314中公开的现有技术的制动系统那样，为了克服当应用停车制动时出现在弹簧腔58内的真空影响而选择具有增强弹簧力的强力压缩弹簧62。

尽管根据其具体实施例对本发明进行了详细描述，但是应当理解这只是作为示例，而不是限制，在其形式和细节上可作出各种修改和改进，所附权利要求的范围应当理解为与现有技术所允许的一样宽广。

Claims (22)

1.一种用来应用车辆停车制动的气动制动致动器，包括：

密封壳体，所述密封壳体包括第一端壁，与所述第一端壁相对的第二端壁，在所述第一端壁与所述第二端壁之间延伸的外围侧壁，所述第一端壁、所述第二端壁与所述外围侧壁一起限定了其中的内腔；

膜片，所述膜片跨越所述内腔，并将所述内腔分成位于所述膜片与所述第一端壁之间的弹簧腔，和位于所述膜片与所述第二端壁之间的压力腔，当所述压力腔被流体增压时，所述膜片处于第一位置，当所述压力腔排气时，所述膜片处于第二位置；

弹簧，所述弹簧布置在所述弹簧腔中，并且朝向第二位置偏置所述膜片；

中空致动杆，所述中空致动杆一端连接到所述膜片的中心孔，另一端延伸穿过所述第二端壁，其中当所述膜片在所述第二位置时，所述中空致动杆位于应用停车制动的位置，当所述膜片在所述第一位置时，所述中空致动杆位于释放停车制动的位置；以及

控制阀，所述控制阀位于所述中空致动杆内，所述控制阀包括阀体，所述阀体具有形成于其内的开孔，用来允许所述弹簧腔与所述第二端壁和所述压力腔相对的一侧之间通过所述中空致动杆的流体连通，所述控制阀包括由弹性材料形成的薄膜，并具有形成为穿过其中的通气孔，所述薄膜位于所述阀体开孔内，并构造成当薄膜遭受低于预定水平的流体压力时密封除了所述通气孔外的所述开孔。

2.如权利要求1所述的制动致动器，其中当所述薄膜遭受超过阈值的流体压力时，所述控制阀允许流体通过所述控制阀以释放在所述弹簧腔内的压力累积。

3.如权利要求1所述的制动致动器，其中所述阀体开孔具有大致圆形的截面，所述薄膜具有构造成紧靠在由所述阀体开孔限定的围壁上的圆形薄膜部分。

4.如权利要求3所述的制动致动器，其中所述阀体开孔包括在所述阀体较低的内部区域形成的轴向圆柱孔，从所述圆柱孔轴向延伸的圆锥孔，以及从所述圆锥孔延伸到所述阀体顶面的小中心孔，所述薄膜位于所述开孔内所述圆柱孔与所述圆锥孔的交界处。

5.如权利要求4所述的制动致动器，其中所述控制阀还包括牢固地容纳在所述圆柱孔较低部分内的保持架，所述保持架具有在其周围限定的大致轴向流体通路，用来允许流体通过所述流体通路流动。

6.如权利要求5所述的制动致动器，其中所述保持架具有圆形的形状，其在所述圆形保持架相对侧形成有两个平边，所述保持架的流体通路形成在所述平边与所述阀体圆柱孔之间限定的间隙处。

7.如权利要求6所述的制动致动器，其中所述控制阀的阀体包括在所述阀体底面沿径向方向形成的且对应于由所述平边与所述阀体圆柱孔限定的间隙的流体通道。

8.如权利要求5所述的制动致动器，其中所述控制阀还包括连接到所述阀体顶面的过滤元件。

9.如权利要求8所述的制动致动器，其中所述控制阀的阀体具有形成在所述阀体顶面的中心凹入部。

10.如权利要求5所述的制动致动器，其中当所述弹簧腔内及所述中空致动杆内部的流体压力达到阈值水平时，所述弹性薄膜的圆形薄膜部分可朝向所述保持架轴向变形，以允许流体绕着所述圆形薄膜部分的周围流动，并释放在所述弹簧腔中的压力累积。

11.如权利要求5所述的制动致动器，其中所述控制阀的薄膜包括球头部分，所述球头部分形成在所述薄膜的中心，并构造成当所述薄膜沿相应方向变形时，关闭所述阀体的小中心孔。

12.如权利要求11所述的制动致动器，其中当与所述压力腔相对的所述第二端壁侧的流体压力达到阈值水平时，所述薄膜被推压到由所述圆锥开孔限定的内壁上，所述球头部分关闭阀体的小中心孔以密封控制阀的开孔。

13.一种用在车辆气动制动致动器系统中的控制阀，制动致动器系统包括串联布置的弹簧制动致动器和主制动致动器，所述弹簧制动致动器包括带有弹簧腔和压力腔的密封壳体，中空制动杆通常布置在所述弹簧制动器致动器内并可朝着所述主制动致动器轴向运动以应用停车制动，所述主制动致动器包括用来应用主制动的主压力腔，所述控制阀包括：

安置在所述中空致动杆内的阀体，所述阀体包括形成在其中的开孔，用来允许所述弹簧制动致动器的弹簧腔与所述主制动致动器的主压力腔之间通过所述中空致动杆的流体连通，所述控制阀包括由弹性材料形成的薄膜并具有形成为穿过其中的通气孔，所述薄膜位于所述阀体开孔内，并构造成当所述薄膜遭受低于阀值水平的流体压力时，密封除了所述通气孔外的开孔。

14.如权利要求13所述的控制阀，其中当所述薄膜遭受超过阈值水平的流体压力时，所述控制阀允许流体通过所述控制阀以释放在所述弹簧腔内的压力累积。

15.如权利要求13所述的控制阀，其中所述阀体开孔具有大致圆形的截面，所述薄膜具有构造成紧靠在由所述阀体开孔限定的围壁上的圆形薄膜部分。

16.如权利要求15所述的控制阀，其中所述阀体开孔包括在所述阀体较低的内部区域形成的轴向圆柱孔，从所述圆柱孔轴向延伸的圆锥孔，以及从所述圆锥孔延伸到所述阀体顶面的小中心孔，所述薄膜位于所述开孔内所述圆柱孔与所述圆锥孔的交界处。

17.如权利要求16所述的控制阀，其中所述控制阀还包括牢固地容纳在所述圆柱孔较低部分内的保持架，所述保持架具有在其周围限定的大致轴向的流体通路，用来允许流体通过所述流体通路流动。

18.如权利要求17所述的控制阀，其中所述保持架具有圆形的形状，其在所述圆形保持架相对侧形成有两个平边，所述保持架的流体通路形成在所述平边与所述阀体圆柱孔之间限定的间隙处。

19.如权利要求18所述的控制阀，其中所述控制阀的阀体包括在所述阀体底面沿径向方向形成的且相应于由所述平边与所述阀体圆柱孔限定的间隙的流体通道。

20.如权利要求17所述的控制阀，其中所述控制阀还包括连接到所述阀体顶面的过滤元件。

21.如权利要求17所述的控制阀，其中当所述弹簧腔内及所述中空致动杆内部的流体压力达到阀值水平时，所述弹性薄膜的圆形薄膜部分可向所述保持架轴向变形，以允许流体绕着所述圆形薄膜部分的周围流动，并释放在所述弹簧腔内的压力累积。

22.如权利要求17所述的控制阀，其中所述控制阀的薄膜包括形成在所述薄膜中心的球头部分，当所述主压力腔内的流体压力达到阈值水平时，所述薄膜被推压到由所述圆锥开孔限定的内壁上，所述球头部分关闭所述阀体的小的中心孔从而密封在所述控制阀中形成的全部开孔。

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