CN201772105U - 全平衡控制阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种全平衡控制阀，其包括：一气路块以及平衡阀体，其中：气路块中设置有储存腔以及连通通道；平衡阀体上设置有平衡腔、输入腔、输出腔以及换向腔，各腔体内分别对应设置平衡阀芯、输入阀芯、输出阀芯以及换向阀芯，输入腔连通外部输入控制流体组件，输出腔连通连接外部输出控制流体组件以及外部流体回收组件，换向腔连通外部换向控制流体组件，储存腔内可密封和外部控制体内流体等压的流体，储存腔和外部控制体内流体分别作用于平衡阀芯两端，外部控制体内流体压力的变化可推动平衡阀芯运动，从而改变外部控制体内流体容量。本实用新型结构简单、易于控制和维护。

Description

全平衡控制阀 

技术领域

本实用新型涉及一种机械装置，具体涉及一种可用于气动平衡吊或机械手的全平衡控制阀。 

背景技术

全平衡控制阀主要应用在各种场合中，诸如气动平衡吊，气动马达，助力机械手等助力搬运场合。此外，也可应用于其他领域，诸如在需要将一些液压缸或气缸负载后能容易的停在任意位置。 

目前在气动平衡领域，多使用气动调压阀来完成气体压力的控制，其原理是通过转动手柄来改变其输出压力，它不能感知负载力的变化而自动调节压力，因此对需要自动感知负载力的变化而自动调节的平衡器来说是不符合要求的。此时，需要使用气动调压阀和气动换向回路来串联实现压力的变化，显然其结构复杂，成本较高。 

另外还有一种电-气比例阀，则通过传感器感知负载力的变化，而调节气压阀的压力，显然其缺点同样是结构复杂成本高。 

现有的全平衡控制方式控制回路比较复杂，元器件比较多，不利于维护；价格较高；由于控制件多由输送管串联，安全性不高。 

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种全平衡控制阀，以解决现有技术的控制阀结构复杂、安全性能较差且成本较高的问题。 

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案： 

一种全平衡控制阀，包括：一气路块以及可与该气路块连接为一体的平衡阀体，其中：该气路块中设置有可储存流体的储存腔以及可与外部控制体 相通的连通通道，且该储存腔在该气路块中与该连通通道不相通；该平衡阀体上设置有平衡腔、输入腔、输出腔以及换向腔，各腔体内分别对应设置平衡阀芯、输入阀芯、输出阀芯以及换向阀芯，该些阀芯与对应腔体密封，且可在各自对应的腔体内在压力控制下滑动；该输入腔连通外部流体输入控制组件，该输出腔连通外部流体输出控制组件以及外部流体回收组件，该换向腔连通外部流体换向控制组件，该平衡腔与输出腔通过第一通道连接、该输入腔与换向腔通过第二通道连接，该换向腔与该平衡腔通过第三通道连接，且该第二通道通过一输入口接通外部流体源；该平衡腔、输出腔以及输入腔连通该气路块的与外部控制体相通的连通通道，该平衡腔与该输入腔连通该储存腔。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述平衡阀芯的两端各有一个精密弹簧，所述平衡腔的中间段通过所述连通通道与外部控制体相通，且平衡阀芯的中间段与所述平衡阀芯的两端密封隔离。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述平衡阀芯、输入阀芯、输出阀芯以及换向阀芯各通过弹簧保持初始位置。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述平衡腔与输入腔及储存腔的连通是通过以下方式实现的： 

所述平衡腔设置第三开口，所述输入腔设置第一开口，分别与设置在气路块上与储存腔相通且位置对应于第一开口和第三开口的开口密封连接。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述平衡腔设置第四开口和第五开口，该第四开口和第五开口连通该气路块的连通通道。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述输出腔设置有第二开口，该第二开口连通气路块的该连通通道；该输入腔通过第六开口连通该气路块的连通通道。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述平衡阀芯上设置四个密封圈，该些密封圈与平衡腔的腔体壁贴合密封，且可跟随平衡阀芯在平衡腔体内滑动。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述换向阀芯上设置有两个密封圈，该些密封圈与换向腔的腔体壁贴合密封，且可跟随换向阀芯在换向腔内滑动。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述输出阀芯上设置有三个密封圈，该些密封圈与输出腔的腔体壁贴合密封，且可跟随输出阀芯在换向腔内滑动。 

依照本实用新型较佳实施例所述的全平衡控制阀，所述输入阀芯上设置有四个密封圈，该些密封圈与输入腔的腔体壁贴合密封，且可跟随输入阀芯在换向腔内滑动。 

由于采用了以上的技术方案，使得本实用新型相比于现有技术具有以下的优点和积极效果： 

第一，本实用新型无须通过复杂的控制元器件，仅仅通过平衡阀体内精巧的结构，即可实现平衡的效果，结构简单； 

第二，本实用新型可保护外部控制体内流体突变，且基本无管件连接，从而安全性能更高，且维护性更强。 

附图说明

图1为本实用新型的全平衡控制阀的一上视角结构示意图； 

图2为本实用新型的全平衡控制阀的下视角结构示意图； 

图3A为本实用新型的平衡阀体的平面剖视图； 

图3B为本实用新型的气路块的平面剖视图； 

图4为本实用新型的平衡阀体在手动输入状态下的剖视图； 

图5为本实用新型的平衡阀体在手动输出状态下的剖视图； 

图6为本实用新型的平衡阀体在自动输入状态下的剖视图； 

图7为本实用新型的平衡阀体在自动输出状态下的剖视图 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的几个优选实施例进行详细描述，但本实用 新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。 

本实用新型的原理在于：提供全平衡控制阀，包括输出阀芯、输入阀芯、换向阀芯、平衡阀芯等，将四个阀芯依尺寸分别放在相应的腔体中，阀芯和相应腔体由密封圈密封，各阀芯可控制各腔体的流体流向。输入阀芯可将外部流体源流体输入到外部控制体中，且保存在全平衡控制阀中的储存腔中；输出阀芯可将外部控制体中的流体输出到外部；换向阀芯可将输入流体隔离，使输入阀芯失去作用；平衡阀芯可通过外部控制体中流体压力的变化来控制流体对外部控制体的输入或输出。输入阀芯、输出阀芯、换向阀芯由密封圈和相应的腔体密封，通过弹簧和外部流体压力实现换向；平衡阀芯两端由弹簧和储存腔体流体压力与外部控制体内流体压力实现平衡。 

输入腔和换向腔、输入腔和储存腔、换向腔和平衡腔、输出腔和控制体、输出腔和外部组件都有通口。当换向阀芯未受外部流体压力，输入腔和平衡腔封闭，输入阀芯受外部流体压力动作时，输入腔和控制体、储存腔连通，流体进入控制体和储存腔；输出阀芯受外部流体压力作用，输出腔和控制体、输出外部组件连通，此时控制体内的流体可流入外部组件中，此刻即为手动平衡状态。手动状态下可通过外部流体对输入和输出阀芯的压力作用来控制外部控制体中的流体容量。 

当换向阀芯受外部流体压力作用时，输入腔和平衡腔连通，此时外部流体源和外部控制体间由平衡阀芯密封，当平衡阀芯朝某一方向动作时，外部流体源流体就可进入控制体中；此时外部流体回收组件和外部控制体由平衡阀芯密封，当平衡阀芯朝另一方向动作时，外部控制体中流体可流出到外部流体回收组件中。而平衡阀芯的动作方向由附加在外部控制体上的作用力来决定。当外部控制体上作用力减少，控制体内容积增大，外部控制体内流体压力减小，作用在平衡阀芯端的压力就减小，而另一端，平衡阀芯受储存腔中流体压力作用，而储存腔中流体始终保持不变，即：平衡阀芯在储存腔端 的压力要大于外部控制体端的压力，控制体朝外部控制体连通口方运动，外部控制体和外部流体源连通，流体从流体源流入到外部控制体中，直到外部控制体和储存腔中流体压力相同，平衡阀芯复位，流体源和外部控制体断开。当外部控制体上作用力增大时，外部控制体内容积减小，外部控制体内流体压力增大，作用在平衡阀芯端的压力就增大，而平衡阀芯在储存腔端的压力始终保持不变，即：平衡阀芯在储存腔端的压力要小于外部控制体端的压力，平衡阀芯朝储存腔端运动，外部控制体和外部流体回收组件连通，流体从控制体中流出，直到两端流体压力相同，平衡阀芯复位，外部组件和控制体断开。此刻即为自动方式状态。自动状态下，使用者不必再控制输入、输出阀芯来控制外部控制体中的流体容量。使用者只需在控制体的作用力上附件很小的力就可控制体内流体的容量。 

请参考图1、图2、图3A和图3B，本实用新型一种实施例中的全平衡控制阀包括平衡阀体10和气路块20，平衡阀体10上设置有平衡腔23、换向腔24、输入腔21以及输出腔22，其内分别设置有平衡阀芯12、换向阀芯15、输入阀芯14以及输出阀芯13，其上分别设置有数目不等的密封圈，与各对应的腔体壁密封，各阀芯可在对应的腔体内滑动。 

气路块20内设置有可储存流体的储存腔201以及可与外部控制体相通的连通通道202，且该储存腔201在该气路块20中与连通通道202不相通。 

该输入腔21通过入口32连通外部流体输入控制组件，该输出腔22通过开口32连通连接外部流体输出控制组件，通过开口33连接外部流体回收组件，该换向腔24通过开口34连通外部换向控制流体组件，该平衡腔23与输出腔22通过第一通道51连接、该输入腔21与换向腔24通过第二通道52连接，该换向腔24与该平衡腔23通过第三通道53连接，且该第二通道52通过一输入口35接通外部流体源；该平衡腔23、输出腔22以及输入腔21连通该气路块20的与外部控制体相通的连通通道202，该平衡腔23与该输入腔21连通该储存腔201。 

其具体方式如下，所述平衡腔23设置第三开口43，所述输入腔21设置第一开口41，分别与设置在气路块20上于储存腔201相通且位置对应于第一 开口41和第三开口43的开口411和开口431密封连接；平衡腔设置第四开口44和第五开口45，该第四开口44和第五开口45连通该气路块20的连通通道202，分别对应气路块上的开口441和开口451密封连接；输出腔22设置有第二开口42，该第二开口42通过与其密封连接的开口421连通气路块20的该连通通道202；该输入腔21通过一第六开口46通过与其密封连接的开口461连通该气路块的连通通道202，连通通道可以连接外部的控制体例如气缸。 

各阀芯和腔体采用密封圈密封，各自端有压缩弹簧保持初始位，而开口71、72、73、和74可用堵头密封，必要时再打开。 

以下结合附图说明本实用新型的具体应用过程： 

请参考图4，现在详细描叙全平衡阀流体输入的过程，流体输入到外部控制体中是在全平衡阀手动状态下实现的。此时开口34无外部流体输入，此时换向阀芯15处于初始位，即图示位置。当外部输入控制组件不作用，无流体输入时，输入阀芯14的一端由于弹簧压力使输入阀芯14保持在初始位，使输入流体源和输入腔21中的上腔62和下腔63段隔离，即流体源流体此时无法进入输入腔21的上腔62和下腔63。当外部输入控制组件将流体输入到开口31，流体产生的压力推动输入阀芯14向上动作，使流体源流体可同时进入到输入腔的上腔62和下腔63，而上腔62通过连通通道202和外部控制体相通，下腔63和储存腔201相通，则此时流体源流体进入外部控制体和储存腔201中。输入控制组件停止流体对输入腔21的压力作用后，输入阀芯14由于受到弹簧的作于而复位。使流体源和上腔62和下腔63隔离，流体被单独密封于外部控制体和储存腔201中。且外部控制体中流体压强和储存腔201中流体压强相等，完成流体源输入。 

请参考图5，现在详细描叙全平衡阀手动状态下实现全平衡阀流体输出的过程。即，开口34无外部流体输入，此时换向阀15处于初始位，即图示位置。当外部输出控制组件不作用，无流体输入时，输出阀芯13一端由于弹簧压力使输入阀芯13保持在初始位，第二开口42和输出腔体22相通，第二开口42通过连通通道202和外部控制体连通，即外部控制体和输出腔体22相 通，开口33接外部流体接收组件，即此时外部控制体和外部流体接收组件隔离。控制体中流体不能流出到外部流体回收组件。当外部输出控制组件将流体输入到开口32，流体产生的压力推动输出阀芯13向上动作，输出腔22和开口33连通，外部控制体中流体从第二开口42流出到开口33被外部流体回收组件接收。即外部控制体中流体容量减少。输出控制组件停止流体对输出阀芯13的压力作用后，输出阀芯13由于受到弹簧的作于而复位。开口33和第二开口42隔离，完成控制体中流体输出。 

请参考图6，现在详细描叙全平衡阀在换向阀自动状态下实现流体输入的过程。即开口34有外部流体输入，此时换向阀12动作，即图示位置。此时第二通道52和第三通道53相通，即第三通道53和流体源相通。第四开口44和外部控制体相通，第三开口43和储存腔201相通，当控制体负载作用力不变，无外加作用力时，平衡阀芯12的两端所受流体压力相等。即此时平衡阀芯12处于平衡状态，在平衡状态下，平衡腔23的分段61和第三通道53受平衡阀芯12隔离，平衡腔23的分段61和第五开口45相通，而第五开口45又和控制体相通，即此时流体源流体不能流入到外部控制体中。第一通道51和开口33相通，在平衡状态下，第五开口45和第一通道51隔离，即控制体中流体不能从开口33流出。当控制体负载作用力减少，外部控制体内流体压力减小，即第四开口44端的流体压力减小，储存腔201内流体压力不变，此时平衡阀芯12在第四开口孔44端的压力小于第三开口43端的压力，平衡阀芯12向第四开口44端的方向运动，平衡腔23的分段61和第三通道53连通。而平衡腔23的分段61和第六开口46连通，第六开口46和外部控制体连通，即第三通道53和外部控制体连通，换向阀芯15处于自动状态下，即第二通道52和第三通道53连通，即流体源和外部控制体连通，流体源流体流入到外部控制体中。当控制体负载作用力还原，由于外部控制体本身特性，外部控制体容积增大，外部控制体内流体压力还原，即外部控制体内流体压力和流体输入前控制体内压力一样。则外部控制体从第四开口44作用于平衡阀芯12的流体作用力和储存腔201从第三开口43端的流体压力又处于相等状态，平衡阀芯12复位，第三通道53和平衡腔23的分段61隔离密封，流体源流 体无法从第五开口45处流入控制体中，即此时平衡阀芯12又处于平衡状态，完成换向阀芯15自动状态下控制体流体的输入。 

请参考图7，现在详细描叙全平衡阀在换向阀自动状态下实现外部控制体内流体输出的过程。即开口34有外部流体输入，此时换向阀15动作，即图示位置。此时第一通道51和外接流体回收组件口33连通。第四开口44和通过连通通道202与外部控制体相通，第三开口43通过开口431与储存腔201相通，当控制体负载作用力不变，无外加作用力时，平衡阀芯12两端所受流体压力相等。即此时平衡阀芯12处于平衡状态，在平衡状态下，平衡腔23的分段64和第一通道51受平衡阀芯12隔离，平衡腔23的分段64和第五开口45相通，而第五开口45又通过连通通道202和外部控制体相通，即外部控制体流体无法从开口33流出。当控制体负载作用力增大，控制体内流体压力增大，即第四开口44端的流体压力增大，储存腔201内流体压力不变，此时平衡阀芯12在第四开口44端的压力大于在第三开口43端的压力，平衡阀芯12向第四开口43端方向运动，平衡腔23的分段64和第一通道51连通。而平衡腔23的分段64和第五开口45连通，第五开口45和控制体连通，即第一通道51和控制体连通，换向阀芯15处于自动状态下，即第一通道51和开口33连通，即外部控制体和外部流体回收组件连通，外部控制体流体从开口33流出到外部流体回收组件中。当外部控制体负载作用力还原，由于外部控制体本身特性，控制体容积减小，控制体内流体压力还原，即控制体内流体压力和流体输入前控制体内压力一样。则从第四开口44作用于平衡阀芯12的流体作用力和储存腔201从第三开口43端的流体压力又处于相等状态，平衡阀芯12复位，第一通道51和平衡腔23的分段64隔离密封，控制体内流体无法从第五开口45处流出到外部流体回收组件中，即此时平衡阀芯12又处于平衡状态，完成换向阀芯12自动状态下控制体流体的输出。 

综上所述，由于本实用新型具有全平衡功能，使本实用新型可替换现有复杂流体控制回路，由于本实用新型可保护外部控制体内流体突变，而且基本没有管件连接，使本实用新型具有很高的安全性。同时，由于本实用新型的结构特点，使得本实用新型具有很强的可维护性。且，本实用新型无须通过 复杂的控制元器件，仅仅通过平衡阀体内精巧的结构，即可实现平衡的效果，结构简单。 

本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。 

Claims (6)

1.一种全平衡控制阀，其特征在于，包括：一气路块以及可与该气路块连接为一体的平衡阀体，其中：

该气路块中设置有可储存流体的储存腔以及可与外部控制体相通的连通通道，且该储存腔与在该气路块中的该连通通道不相通；

该平衡阀体上设置有平衡腔、输入腔、输出腔以及换向腔，各腔体内分别对应设置平衡阀芯、输入阀芯、输出阀芯以及换向阀芯，该些阀芯与对应腔体密封，且可在各自对应的腔体内在压力控制下滑动；

该输入腔连通外部流体输入控制组件，该输出腔连通外部流体输出控制组件以及外部流体回收组件，该换向腔连通外部流体换向控制组件；

该平衡腔与输出腔通过第一通道连接、该输入腔与换向腔通过第二通道连接，该换向腔与该平衡腔通过第三通道连接，且该第二通道通过一输入口接通外部流体源；

该平衡腔、输出腔以及输入腔连通该气路块的与外部控制体相通的连通通道，该平衡腔与该输入腔连通该储存腔。

2.如权利要求1所述的全平衡控制阀，其特征在于：所述平衡阀芯的两端各有一个精密弹簧，所述平衡腔的中间段通过所述连通通道与外部控制体相通，且平衡阀芯的中间段与所述平衡阀芯的两端密封隔离。

3.如权利要求1所述的全平衡控制阀，其特征在于，所述平衡阀芯、输入阀芯、输出阀芯以及换向阀芯各通过弹簧保持初始位置。

4.如权利要求1所述的全平衡控制阀，其特征在于，所述平衡腔与输入腔及储存腔的连通是通过以下方式实现的：

所述平衡腔设置第三开口，所述输入腔设置第一开口，分别与设置在气路块上与储存腔相通且位置对应于第一开口和第三开口的开口密封连接。

5.如权利要求1所述的全平衡控制阀，其特征在于，所述平衡腔设置第四开口和第五开口，该第四开口和第五开口连通该气路块的连通通道。

6.如权利要求1所述的全平衡控制阀，其特征在于，所述输出腔设置有第二开口，该第二开口连通气路块的该连通通道；该输入腔设置有第六开口， 该第六开口连通该气路块的连通通道。 

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