CN88102464A - 三通液压阀 - Google Patents

Abstract

应用于电路断路器的液压控制回路的中立开口液压三通阀，包括一个由第一弹簧回复到关闭位置的进油阀头，和一个由导向油缸和第二弹簧移向关闭位置的排油阀头，第二弹簧的力量大于第一弹簧，并趋向于关闭排油阀头，还包括一个弹性半锁定机构，当导向油缸没有压力时，该半锁定机构使排油阀头反抗第二弹簧的作用而保持在打开位置。

Description

本发明是关于一个中立开口三通液压阀，用于将工作回路可选择地或是连接到高压源（进油位置），或是连接到低压油箱（排油位置），所述阀由一个液压导向油缸液压驱动，该导向油缸通过一个控制回路或是与一高压源相通，或是与一低压油箱相通，从而使阀处于一个位置或另一个位置。

这种类型的阀特别应用在高压电路断路器的液压控制中。一般来说，在这种情况下，这种阀带有一个所谓“自我保持”液压回路，以便将一瞬时压力信号施加到导向油缸的前述控制回路中，这种自我保持回路的作用是在该压力信号消失后，将阀保持在所述瞬时压力信号使之所处的位置（进油或排油位置）。

上面所述的阀已在1954年1月15日提交的法国专利1，098，565（或美国专利2，900，960）中作了描述，并已标准化地应用在高压电路断路器的液压控制中。

由于这种类型的阀在进油位置和排油位置中绝对不能有泄漏，所以这种阀没有任何滑阀，但带有关闭件或所谓的阀头，即一个进油阀头和一个排油阀头。

在传统设计中，为了具有良好的维护性和可靠性起见，有必要确保进油和排油阀头被最佳地导向，从而使得关闭件总是按同一印迹作用在它们各自的阀座上。结果，这两个阀头从结构上来说是独立的，并且它们仅仅通过施加推力而相互作用。在高压供油侧的可相对于阀座移动的进油阀头是通过一个弹簧位移的，在低压供油侧可相对于其阀座移动的排油阀头是通过所述液压导向油缸位移的。

这样，在高压源中产生压力不足的情况下，进油阀头在其弹簧的作用下关闭，而排油阀头被打开。在高压源增压的情况下，该阀是不泄漏的，并且不阻碍增压，这是因为进油阀头是关闭的，并且高压和排油油箱不相通。

在应用于控制高压电路断路器的情况中，这些阀的一个特征是：在触发电路断路器断路的时候，即相应于排油位置，工作延迟时间必须尽可能地短，约为1毫秒。这样，关闭的排油位置和关闭的进油位置之间的移动距离约为零点几毫米（约为阀座孔径的四分之一），在通过进油位置和排油位置之间的中间位置的过渡期间，这也具有减少泄漏的效果（有中立开口的阀）。

总之，在高压源压力消失的情况下，传统的这种类型的阀自然就处于稳定位置，就是“排油”位置。

在许多液压电路断路器控制系统中，使用了一个差动油缸，用来驱动电路断路器的活动触头。在这种油缸中，环形油缸腔总是承受高压源的高压，以迫使电路断路器总是朝着其断开位置。这种液压控制系统的一个例子已在1975年7月7日递交的法国专利2，317532中进行了描述（或美国专利4，026，523）。

然而，正如本说明书下面要详细描述的，当这种已知的阀被用来控制这种差动油缸的进油/排油时，如果压力源中的压力降低或减小到零，电路断路器的工作就有某些缺点（低速工作）。

所以，一般来说有必要在压力下降到预定界限值以下的情况下，使用一个触发电路断路器自动断路的系统，以避免电路断路器的任何低速工作。

在某些电能分配系统中，电路断路器的自动断路是不可接受的，反之，最好保持电路断路器处于闭合位置。

正是因为这个原因，已经提供了将电路断路器本身稳定在闭合位置的系统，但从结构上看较复杂，并且事实上有降低安全系数的效果。也提供了在某些情况下确保阀不返回到静止位置（相应于电路断路器断开位置的排油位置）的装置，特别是在压力源中有压降的情况下。然而，这种装置难以制造，并且不能提供可靠的操作效果，特别是由于阀头的移动距离如前所述较短。

本发明的目的是提供一个克服这些缺点的三通阀，它有两个稳定位置，即一个排油位置和一个进油位置。

本发明是关于一个具有一进油阀头和一排油阀头的中立开口液压三通阀，进油阀头和排油阀头在结构上是独立的但在推动中相互配合，一个弹簧迫使进油阀头朝关闭位置移动，一个液压导向油缸使排油阀头朝关闭位置移动。根据本发明的阀的特征是：排油阀头还受到一个第二弹簧的作用，该弹簧沿与进油阀头的第一弹簧相反的方向也迫使所述排油阀头向关闭位置移动，所述第二弹簧的力量大于所述第一弹簧，所以在不存在液压压力时，阀倾向于被保持在进油位置，其特征还在于排油阀头带有一个具有有限抵抗力的弹性半锁定机构，它使所述排油阀头仅仅反抗第二弹簧的趋向于关闭所述阀头的弹力而保持在打开位置，但在所述第二弹簧和液压导向油缸的推力的共同作用下，该半锁定机构释放所述阀头，使其进入关闭位置。

上述结构构成了一个双稳态阀，在其液压导向油缸作用下，它可以进入它的二个位置（进油或排油）中的任何一个位置。

图1示意性示出了本发明的阀所应用的液压电路断路器控制系统。

图2是本发明的阀处于排油位置的断面图;

图3是同一阀处于进油位置的断面图。

使用根据本发明的阀的液压电路断路器控制系统示于图1中。

电路断路器的活动触头2连接于一个差动油缸8上的活塞6的应急杆4。差动油缸的环形腔10通过管路12，14总是连接于构成高压源的油压蓄能器16。

油缸的主腔18有一个进油/排油孔20，它通过一个三通阀22或是连接到蓄能器16或是连接到低压油箱24。在第一状态下，阀22连通了孔20和阀的进油口26（由实线表示的进油位置）。在第二状态中，阀22连通了孔20和阀的排油口28（由点划线表示的排油位置）。

阀22从其一个位置转换到另一个位置是由一个液压控制回路30完成的，它终接在阀22的控制入口32上。

在图1所示的位置，阀处于进油位置，电路断路器处于闭合位置，活动触头2起连接固定触头34，34′的作用。为了使电路断路器处于断开位置，有必要使阀22处于排油位置，因为腔10中占优势的高压使活塞6向下位移，并使活动触头2离开固定触头24。

用于电路断路器的这种液压控制系统是已知的，并已被描述过，如（参照图3）1975年7月7日提交的法国专利2，317，532（或美国专利4，026，523）。

图2中以断面示出的阀22包括下列已知另件：一个带有各种孔的阀体36，所述各种孔包括一个连接于油缸28的进油/排油孔20的工作孔38或进油/排油孔（图1），一个进油口26，一个排油口28和一个控制压力口32。

阀体36的轴孔中，容纳了一个与阀座42配合的进油阀头40和一个与阀座46配合的排油阀头44

一个弹簧48将进油阀头40朝关闭位置推。排油阀头44刚性固接于滑动安装在孔50内的活塞49上，孔50构成了阀的导向油缸的圆柱体表面。导向油缸的腔52通过控制压力口32接收由控制回路30发出的高压或低压控制信号。

从图2可明显看出，两个阀头40和44在结构上是两个独立的另件，它们仅在推杆54的推动中相互作用，推杆54刚性固接在其中一个阀头上，在图示例子中即固接于排油阀头44上。

值得注意，阀头分别借助于环形导向凸台56，56′，56″在它们各自的孔中滑动导向，所以保证了所述阀头被最佳地导向它们各自的阀座。

所有上述的另件都是用于控制电路断路器用的已知阀中的传统另件。很明显，当仅仅作用于进油阀头40的弹簧48起作用时，在静止条件和零压下，这种已知阀基本上进入图2所示的位置，这就是说处于进油阀头被关闭，排油阀头被打开的位置。

然而，如果这种已知阀被用来控制一个差动油缸，如图1所示的油缸，这种阀就显示出其缺点。事实上，假设电路断路器处于闭合位置和在高压源中有压降产生（如泄漏的结果），电路断路器仍将处于闭合状态，这是因为相同的压力（虽然比常规高压低）作用于主油缸28（图1）的活塞6的两面。如果压力降为零。阀在进油阀头的回位弹簧作用下就返回到其静止位置，或换句话说返回到排油位置（进油阀头关闭，排油阀头打开）。

在这种条件下，当液压回路重新加压时，仅仅在差动油缸8（图1）的环形腔10内建立了压力，这是因为主腔18借助于阀22连接在排油口，结果，电路断路器从其闭合位置慢慢移动到其断开位置。然而，这种情况是不能接受的，并且相应地需要提供一个安全系统如一个自动断路控制以防万一有压降。

除了刚被描述过的已知另件，根据本发明的阀带有一个第二弹簧58，一方面它作用在阀体的一部分60上，另一方面它又作用在导向活塞49的顶面上，从而迫使排油阀头44进入关闭位置。这样两个阀头（40，44）都承受弹簧（48，58）的作用，弹簧（48，58）总是趋向于使阀头抵靠在阀座上。然而，根据本发明，排油阀头44的弹簧58的力量比进油阀头的弹簧48大，结果，阀头组件总是趋向于处于图3所示的稳定位置，即排油阀头44处于关闭位置，进油阀头40处于打开位置。

而且，根据本发明的阀带有一个用于半锁定排油阀头的弹性机构。该机构具有有限的反抗弹簧58的抵抗力，用来将排油阀头44保持在打开位置（如图2所示），在没有任何控制液压压力作用于导向油缸50的活塞49上的情况下，弹簧58的力总是趋向于关闭排油阀头44。然而，当后者除了承受弹簧58的作用外还承受导向活塞的推力时，该抵抗力就不能足以保持排油阀头处于打开位置，这样，排油阀头44就移动到关闭位置（如图3所示），结果，就将进油阀头40移动到打开位置。

在图2和图3所示的实施例中，该半锁定机构一方面带有一个加工在排油阀头44的连接杆60上的斜面凸台62，另一方面带有一个安装在阀体36内的一个弹性推力单元。所述弹性推力单元最好包括一个或一组受弹簧66的作用抵靠在排油阀头的杆60上的钢球64。

从以上的描述中可清楚地了解根据本发明的阀的工作，无需再作叙述，需要解释的是：在相应于电路断路器的断开位置的排油位置（图2），导向油缸的腔52内的压力是零，和在抵靠着钢球64的斜面凸台62施加的支承力作用下排油阀头44被保持在打开位置，仅仅弹簧58的力是不足以克服抵靠着斜面凸台的钢球64的抵抗力。由于排油阀头是打开的，进油阀头40被允许在其弹簧48作用下向上运动，从而关闭。

为了闭合电路断路器，压力指令被送入导向油缸。结果，在导向活塞49上的压力和弹簧58的共同作用下，斜面凸台62能够克服弹簧66施加在钢球64上的力。所以，排油阀头44进入关闭位置（图3），并且在一个由杆54的端部施加的向下推力作用下，使进油阀头40反抗其弹簧48位移。所以进油阀头被打开，并且通过进油口26输入的高压经工作孔38传递到差动油缸8的主腔18内（如图1所示）。所以电路断路器就移动到闭合位置。

为了触发电路断路器断路，导向油缸50通过控制回路30被连接到排油口。在工作回路中占优势的高压在包括排油阀头和导向油缸活塞的组件上产生一个强大的反抗弹簧58的向上推力。活塞撤回到其行程终端挡块处（如利用导向凸台56″顶到钢球上或其它行程限制系统），并且由于斜面凸台62被锁定在顶住钢球64的位置，排油阀头44保持在打开位置。同时，在高压和回位弹簧48的综合作用下，已摆脱排油阀头推力的进油阀头40相应地关闭（图3）。这样差动油缸8（图1）的主腔18被连接到排油口，电路断路器的活动触头在活塞6的环形表面上的恒定高压作用下返回到断开位置。

如果当电路断路器处于闭合状态时，在液压回路内有缓慢的压降产生（阀处于图3所示的进油位置），在导向油缸50内也产生压降，但阀头44和40借助于排油阀头的力量较大的弹簧58的力仍处于相同位置。所以，差动油缸8不会被连接到排油口，电路断路器仍处于闭合位置。

当液压回路的压力恢复时（阀处于进油位置），差动油缸的主腔18和所述油缸的环形腔10同时被供油，结果不会造成已知类型的三通阀中产生的电路断路器缓慢断开的危险。

所以，很明显无须提供任何在有压降的情况下自动触发电路断路器断路的系统，或任何为保持电路断路器处于闭合位置而停止所述系统的装置。

所以根据本发明的阀有两个稳定位置（进油和排油位置）。

涉及在用于控制电路断路器的三通阀中的阀头锁定系统结构上的困难之一，在于阀头的抬升很小（为了获得快速反应），正如在本说明书介绍部分中所述的。

要注意，根据本发明的阀的两个阀头是独立另件，并且半锁定机构仅作用在排油阀头上。

根据进油阀头40的抬升小的条件（为了得到电路断路器断路持续时间短，这是必要的），排油阀头44的位移可以相对来说大些。这就有可能使得包括排油阀头和导向活塞的组件的半锁定机构较为可靠，而无须任何精密的设计。就电路断路器闭合操作而言，不存在绝对必要的时间延迟问题，要满足的唯一条件是需要一恒定值。

为此原因，如图2和图3所示，排油阀头44的行程范围较进油阀头40长。因同样原因并且如图2所示，在排油位置，在排油阀头的推杆54的底端和进油阀头40的顶面之间有一个间隙或空行程范围68。

在用于使用本发明的阀的电路断路器的液压控制系统中，施加到三通阀的导向油缸50，49的增压（或减压）指令仅是一个瞬时信号，它是由一个被称为“自我保持回路”的液压回路维持。这种“自我保持回路”是已知的，并在早先引用的法国专利1，098，565（或美国专利2，900，960）中作了描述。这种回路可以与根据本发明的阀配合使用，如图3点划线轮廊所示，并包括一根带有限流装置72的管路70。所述管路70将阀的工作管38与导向油缸50，49的腔52连通。

Claims (6)

1、特别应用于电路断路器的液压控制回路的一个中立开口液压三通阀，其中活动触头是由差动油缸驱动，包括一个进油阀头，一个排油阀头，它们在结构上是独立的，但在推动中相互作用，一个弹簧迫使所述进油阀头朝关闭位置移动，一个液压导向油缸的压力驱动所述排油阀头朝关闭位置移动，其中所述阀带有一个作用于排油阀头上的第二弹簧，迫使所述阀头移向关闭位置，其中所述第二弹簧的力量大于第一弹簧，并且其中排油阀头安装了一个具有有限抵抗力的弹性半锁定机构，在液压导向油缸中不存在液压压力的情况下，该半锁定机构使所述排油阀头反抗第二弹簧的作用而保持在打开位置，当所述阀头受到所述第二弹簧和加压后的导向油缸的共同作用时，该半锁定机构释放所述阀头进入关闭位置。

2、根据权利要求1所述的阀，其中半锁定机构包括一个在连接杆上的凸台，连接杆的作用是连接排油阀头和导向油缸的活塞，还包括至少一个弹性推力单元，它由所述阀体支承并与所述凸台配合。

3、根据权利要求2所述的阀，其中所述推力单元包括至少一个钢球，一个弹簧迫使该钢球朝排油阀头的连接杆移动。

4、根据权利要求1所述的阀，其中排油阀头的移动范围比进油阀头的长。

5、根据权利要求4所述的阀，其中排油阀头借助于刚性固定在阀头之一上的推杆施加推力于进油阀头上，其中当阀处于排油位置时推杆的未端与另一阀头隔开一个距离。

6、根据权利要求1所述的阀，其中在阀体中安装有自我保持回路。

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