具有独立反馈压力的流体流量控制阀组件

摘要

一种流体流量控制阀组件(10)可采用一电气操作的或气动操作的流量控制阀(26)进行致动，它包括一具有一流体供应通道(44)、一流体排出通道(52)以及一流体旁路通道(54)的阀体。一自动控制的安全阀(16)设置在流体旁路通道内，其中，自动控制安全阀阻塞流体旁路通道以在自动控制安全阀的上游形成一压力，以便致动具有一控制管线(42)的一不同的自动控制的装置(40)，该控制管线(42)与自动控制安全阀上游的流体旁路通道流体地连通。流过在与流体排出通道相交的流体旁路通道内的一文丘里喷嘴(24)的流体降低了流体排出通道内的压力。

说明书

                     对相关申请的交叉参照

不适用。

                  有关联邦政府资助的研究的声明

                         发明背景

本发明涉及控制阀，尤它是涉及具有独立反馈压力的流体流量控制阀组件。

流体流量控制阀组件普遍地用来控制诸如液压流体、空气等的流体的流动，它流入和流出气缸以伸出和缩回一活塞。控制阀组件通常包括一将流体供应到气缸的流体供应通道和一将流体从气缸排出的流体排出通道。可设置一控制通过诸通道的流体的流动的多位置阀。

一用来操作一单一作用气缸的已知流体流量控制阀组件揭示在美国专利4,823,550中。控制阀组件包括一控制通过一流体供应通道的流体流动的手工操作的转动的多位置流量控制阀以及一通过一阀体形成的流体排出通道。形成在控制体(control block)内的一流体旁路通道包括一文丘里喷嘴。流体排出通道在文丘里喷嘴下游与流体旁路通道相交，这样，流体快速地从气缸中抽出通过文丘里喷嘴泵送的流体。手工操作的转动的多位置流量控制阀控制通过阀体内的通道的流体流动，它具有三个位置：一加载位置、一保持位置以及一卸载位置。在加载位置，流体通过控制阀泵送到气缸内。在保持位置，控制阀阻塞流入和流出气缸的所有流动。最后，在卸载位置，控制阀引导流体通过文丘里喷嘴并允许流体流出气缸。在本专利中揭示的一实施例中，一阻塞流出气缸的流体的止回阀响应于引向文丘里喷嘴的流体而打开。

通常希望使用一与自动控制的止回阀合作的电动或气动操作的流量控制阀来控制一气缸，所述止回阀可将流体保持在气缸内，并使流量控制阀处于复原位置。一自动控制的止回阀包括一控制管线，该止回阀响应于控制管线内的反馈压力而打开。可惜，上述控制阀组件不提供一独立于流量控制阀位置的反馈压力，因此，不能使用一与自动控制的止回阀合作的电动或气动操作的流量控制阀来进行操作，所述止回阀可将流体保持在气缸内，并使流量控制阀处于复原位置。因此，需要有一种流量控制阀组件，它可使用一与自动控制的止回阀合作的电动或气动操作的流量控制阀来控制一气缸，所述止回阀可将流体保持在气缸内，并使流量控制阀处于复原位置。

                          发明概要

本发明提供一种可使用电动或气动操作的流量控制阀致动的流体流量控制阀组件。该流体流量控制阀组件包括一阀体，它具有一流体供应通道、一流体排出通道以及一流体旁路通道。一自动控制的安全阀(pilot oparatedrelief valve)设置在流体旁路通道内，其中，该自动控制安全阀阻塞流体旁路通道，以在自动控制安全阀上游形成一压力，从而致动一不同的自动控制的装置(pilot operated device)，该装置具有与自动控制安全阀的上游的流体旁路通道流体地连通的一控制管线(pilot line)。在一实施例中，一文丘里喷嘴设置在流体旁路通道内并具有一上游端和一下游端，其中，流体排出通道在靠近文丘里喷嘴下游端与流体旁路通道相交，以使流过文丘里喷嘴的流体降低流体排出通道内的压力。

本发明的总的目的是提供一种可操作先导操作装置的流体流量控制阀组件。该目的通过提供一自动控制安全阀来实现，该自动控制安全阀阻塞通道而形成一压力来操作该自动控制的装置。

本发明的另一目的是提供一种能快速地从流体排出通道内抽出流体的流体控制阀组件。该目的通过提供一在与流体排出通道相交的流体旁路通道内的文丘里喷嘴来实现，以使流过该文丘里喷嘴的流体降低流体排出通道内的压力。

从以下的描述中将会明白本发明的上述的和其它的目的和优点。在以下的描述中，参照属于本文一部分的附图，附图中图示出本发明的一优选的实施例。

附图的简要说明

图1是体现本发明的一控制阀组件的流体回路图；

图2是图1的控制阀组件的正视图；

图3是沿图2的线“3-3”的截面图；

图4是沿图2的线“4-4”的截面图；

图5是沿图2的线“5-5”的截面图；

图6是沿图2的线“6-6”的截面图；

图7是图2的控制阀组件的仰视图；

图8是沿线“8a-8a”和“8b-8b”的组合截面图；

图9是图2的下阀体的侧视图；

图10是沿图9的线“10-10”的截面图；以及

图11是图9的下阀体的俯视图。

                   本发明的详细描述

如图1所示，一操作一单一作用的流体缸12的流体回路10包括一控制阀组件14，它具有一自动控制安全阀16，它提供一反馈压力以便控制从流体缸12排出的流体通过供应管线18的流体流动。该控制阀组件14包括一引导流体流入和流出流体缸12的多位置流量控制阀26以及具有一将流体抽出流体缸12的文丘里喷嘴24的阀体组件19。一与控制阀组件14流体连通的泵28泵送流体通过控制阀组件14，以将流体供应到流体缸12并通过文丘里喷嘴24而将流体抽出流体缸12。自动控制安全阀16阻塞流过控制阀组件14的流体，以提供一独立于多位置流量控制阀26的反馈压力。

泵28通过控制阀组件14将流体供应到流体缸12，泵包括一与容纳一诸如液压流体、空气等的流体的容器30流体连通的入口(未示出)。流体通过泵入口从容器30抽出，并通过一排出端口被泵排出到控制阀组件14内。泵28可以是已有技术内已知的任何类型的泵，例如活塞泵、离心泵等。

单一作用的流体缸12可以是已有技术内已知的任何缸，例如液压的或气动的缸，它具有一可滑动地接纳在一外壳34内的活塞32。通过泵送流体进入外壳34一端内而将活塞32的一端推出外壳34到达一伸出的位置，这样可致动流体缸12。允许流体流出流体缸12可使活塞32返回到其原始位置或其它的缩回位置。

当流体缸12被致动而伸出活塞32时，供应管线18将流体供应到流体缸12，而当活塞32缩回时将流体排出流体缸12。如图1所示的流体回路10所显示，供应管线18的一端36连接于流体缸12，而一相对端38与控制阀组件14的多位置流量控制阀26流体连通。

参照图1-8，控制阀组件14控制流体缸12和容器30之间流体的流动，控制阀组件14包括阀体组件19，该组件具有一上阀体21和一下阀体22。多位置流量控制阀26安装在上阀体21上，而上阀体21安装在下阀体22上。较佳地，阀体组件19由诸如金属之类的一个或多个固体材料块形成。

多位置流量控制阀26安装在上阀体21上，它包括三个位置：一加载位置46、一复原位置48以及一卸载位置50。在不脱离本发明范围的前提下，多位置流量控制阀26可以多种方式操作，例如一转动阀可手工地操作，例如电磁阀可电气地操作，以及，使用诸如液压或气动的流体进行操作。此外，在不脱离本发明范围的前提下，多位置流量控制阀26可具有任何数量的位置，例如，仅两个位置，加载和卸载位置，或控制流体流入其它缸的三个以上位置。

多位置流量控制阀26的位置控制流体流过供应管线18和下阀体22内的通道44、52、54。在加载位置46，多位置流量控制阀26引导流体从形成在下阀体22内的流体供应通道44进入供应管线18内。在复原位置48，多位置流量控制阀26阻塞流入和流出供应管线18的流体，并引导流体从通道44进入流体排出通道52内。在卸载位置50，多位置流量控制阀26引导流体从供应管线18进入形成在阀体组件19内的流体排出通道52内，并引导流体从流体供应通道44进入流体旁路通道54内。

阀体组件19形成以下诸部分：供应管线通道23、流体供应通道44、流体排出通道52以及流体旁路通道54，如下文中描述的，流体旁路通道54流体地连接泵28和流体缸12，通过多位置流量控制阀26快速而有效地致动流体缸12。如下文中描述的，分别设置在供应管线和流体旁路通道23、54内的阀40、16，响应于流体旁路通道54内的压力控制流体的流动。尽管示出一由上和下阀体形成的阀体组件19，但在不脱离本发明范围的前提下，阀体组件也可由一个或多个阀体形成。此外，在不脱离本发明范围的前提下，控制阀组件可由流体地连接的个别部件形成，例如用软管连接的个别部件，而不是一阀体。

上阀体21形成供应管线通道23，它形成供应管线18的一部分，供应管线18通过阀体组件19流体地将流体缸12连接到多位置流量控制阀26。一螺纹地接合于阀体组件19且与供应管线通道23流体连通的连接器84适于与诸如一管、软管等的流体管道偶联，流体管道连接到流体缸12而形成供应管线18的另一部分。较佳地，连接器84包括NPTF管螺纹以防止流体通过连接器84泄漏出通道23外。当然，在不脱离本发明范围的前提下，也可提供诸如O形环、密封垫等的其它密封方法来防止流体通过连接器84泄漏出通道23外。

设置在形成在上阀体19内的供应管线通道23的部分内的一自动控制的保持止回阀(hold check valve)40允许流体朝向流体缸12流动，并有选择地防止流体通过供应管线排出。有利地是，当流体不供应通过控制阀组件14时该止回阀40在供应管线18内保持压力，且不要求缩回活塞32。

止回阀40包括一控制管线42，当要求缩回活塞32时该控制管线42打开止回阀40。控制管线42与一流体旁路通道54流体地连通，并当流体旁路通道54内的流体压力超过一预定水平时打开止回阀40。有利地是，止回阀40保持打开，直到流过流体旁路通道54的流体被多位置流量控制阀26阻塞为止。

下阀体22形成供应管线通道23、流体供应通道44、流体排出通道52和流体旁路通道54的部分，它们与形成在上阀体21内的同样通道的部分流体地连通。使用已有技术内已知的方法，例如通过诸块体进行钻削、打孔等方法，通道23、44、52、54形成在下阀体22内。如下文中描述的，将多个单个的钻孔互连而形成各个通道23、44、52、54。

如图1和7-11所示，下阀体22由上半部和下半部56、58形成，它们在内部界面60、62处连接以简化组装，且下阀体22具有被侧边68连接的顶表面64和底表面66。顶表面64包括一外部界面70以便流体地连接到各通道44、52、54的一端。尽管将下阀体22分成上和下半部56、58是较佳的，但在不脱离本发明范围的前提下，下阀体22也可由一块或多块形成。

供应管线通道23形成通过下阀体22并包括一入口端73和一出口端75。较佳地，供应管线通道23包括一从外部界面70延伸的垂直轴95。一从阀体下半部58的侧边形成的水平孔96相交于垂直轴95，并接纳用来连接到流体缸12的连接器84。可设置一包围垂直轴95并形成在上半部56的内部界面60内的内腔，用来接纳一O形环或其它类型的密封件。O形环防止流体从阀体上和下半部56、58的内部界面60、62之间的供应管线通道23泄漏。

流体供应通道44形成通过下阀体22并包括一入口端72和一出口端74。出口端74通向外部界面70，而从出口端74流出的流体受多位置流量控制阀26控制。较佳地，从外部界面70通过下阀体底部66钻孔一垂直轴76进入到阀体半部56、58，从而形成流体供应通道44。

流体旁路通道54也形成通过下阀体22并包括一入口端90和一出口端92。入口端90通向外部界面70，而流入入口端90的流体受多位置流量控制阀26控制。较佳地，流体旁路通道54包括一从外部界面70伸出的第一倾斜钻孔94。一从阀体上半部56的侧边68形成的水平孔96相交于水平孔96的内端98处的倾斜钻孔94，并接纳自动控制安全阀16。一通向阀体上半部56的内部界面60的第二倾斜钻孔100在离水平钻孔96的内端98的一距离处相交于水平钻孔96。可提供一包围第二倾斜钻孔100且形成在上半部56的内部界面60内的内腔102用来接纳一O形环104或其它类型的密封件。O形环104防止流体从阀体上和下半部56、58的内部界面60、62之间的流体旁路通道54泄漏。

一形成在阀体下半部58内的垂直轴106通向阀体下半部58的内部界面62，并与形成在阀体上半部56内的第二倾斜钻孔100流体连通。垂直轴106包括一通向内部界面62的入口108和一相对端110。一从下阀体22的底表面66形成的倾斜钻孔112具有相交于垂直轴106的一端部114。倾斜钻孔112的一相对端116通向阀体底表面66，并与流体容器30流体地连通，以便将流体排入容器30内。

流体排出通道52也形成通过下阀体22并包括一入口端118和一出口端120。该入口端118通向外部界面70，而出口端120靠近垂直钻孔相对端110相交于流体旁路通道54的垂直轴106。有利地是，流过流体旁路通道54的流体抽取流体通过流体排出通道52。

自动控制安全阀16被接纳在流体旁路通道54的水平钻孔96内，并控制通过阀体上半部56的外、内部界面70、60之间的流体旁路通道54的流体的流动。自动控制安全阀16可以是任何市场上出售的阀，就如佛罗里达州的Sarasota市的Sun Hydraulics公司出品的阀门，它响应于控制管线126内的压力控制在一阀入口122和出口124之间流动的流体，以便按照需要保持流体旁路通道52内的压力而操作自动控制的载荷保持止回阀。

阀入口122与第一倾斜钻孔94流体地连通，而阀出口124与第二倾斜钻孔100流体地连通。自动控制安全阀16密封地接合于水平钻孔94的内表面，以防止流体泄漏通过阀16从第一倾斜钻孔94到第二倾斜钻孔100，或通过水平钻孔94流出下阀体22。

控制管线126形成自动控制安全阀16的部分并在自动控制安全阀16的入口122处打开，以便检测阀入口122处的流体压力。当控制管线126内的压力超过一预定值时，自动控制安全阀16打开(即，允许流体流过阀入口和阀出口之间的自动控制安全阀)。较佳地，自动控制安全阀16包括一“下弯(kickdown)”特征，当控制管线126内的压力超过预定值，该特征则保持安全阀16打开，而自动控制安全阀16不复原(即，阻塞流体流过阀入口和阀出口之间的自动控制安全阀)，直到通过流体旁路通道54的流动被其它阀或其它障碍物所阻塞为止。

文丘里喷嘴24被接纳在流体旁路通道的垂直轴76内，并抽取流体通过流体排出通道52进入流体旁路通道54内，流体旁路通道54又将流体排入容器30内。文丘里喷嘴24具有一靠近垂直轴106的入口108的入口端128和一靠近垂直轴106的出口110的出口端130。流过流体旁路通道54的流体通过文丘里喷嘴入口端128进入文丘里喷嘴24，并通过文丘里喷嘴出口端130退出文丘里喷嘴24，从而降低与文丘里喷嘴出口端130附近的流体旁路通道54相交的流体排出通道52内的压力，以便将流体排出通道52内的流体抽取到流体旁路通道54内。

在使用中，通过将多位置流量控制阀26移动到加载位置46并启动泵28，可启动流体缸12。泵28从容器30泵送流体，通过下阀体22内的流体供应通道44，通过多位置流量控制阀26，以及通过自动控制的载荷保持止回阀40进入供应管线18内。被泵送的流体流入缸外壳34内推动活塞32到达伸出的位置。

关闭泵28而使活塞32停止伸出，以便停止通过流体供应通道44的流体的流动。尽管自动控制的载荷保持止回阀40防止流体无意地通过供应管线18从流体缸12排出，但较佳地是，多位置流量控制阀26移动到复原位置48，以防止流体反过来流过流体供应通道44而进入泵排出端口。

打开泵28并将多位置流量控制阀26转换到卸载位置，则活塞32缩回到缸外壳34内。泵28泵送流体从容器30流入流体供应通道44内，通过多位置流量控制阀26并进入流体旁路通道54内。自动控制安全阀16阻塞流体旁路通道54内的流体流动，这导致流体旁路通道54内的压力上升。当在流体旁路通道54内和形成自动控制的载荷保持止回阀40的部分的控制管线42内的压力达到自动控制的载荷保持止回阀40的预定的操作值时，止回阀40打开而允许流体缸12和供应管线18内的流体流过多位置流量控制阀26进入流体排出通道52。当自动控制的载荷保持止回阀40打开，且形成自动控制安全阀16的部分的控制管线126内的压力达到自动控制安全阀16的预定操作值，即高于自动控制的载荷保持止回阀40的预定操作值时，则自动控制安全阀16打开而释放流体旁路通道54内的压力，并允许泵送到流体供应通道44内的流体流过文丘里喷嘴24而抽取流体通过流体排出通道52和流出流体缸12。有利地是，不管流体旁路通道54内的压力如何，载荷保持止回阀40和安全阀16保持打开直到通过阀16、40的流体的流动停止为止。

通过将多位置流量控制阀26移动到复原位置48，它阻塞流体流过载荷保持止回阀40和安全阀16，由此载荷保持止回阀40和安全阀16复原(即，关闭而阻塞流体的流动)。有利地是，在复原位置48，多位置流量控制阀26引导被泵28泵送的流体进入流体供应通道44和进入流体排出通道52内，它排入位于文丘里喷嘴24下游处的流体旁路通道54内并返回到容器30内，以避免压力积聚在下阀体22内，并将连接泵28的导管连接于下阀体22。当然，当多位置流量控制阀26处于复原位置48时泵28可以关闭，以防止压力积聚在下阀体22内，并将连接泵28的导管连接于下阀体22。

尽管已经显示和描述了目前认为是优选的本发明的实施例，但对于本技术领域内的技术人员来说，显然，在不脱离由附后的权利要求所限定的本发明范围的前提下可以作出各种变化和修改。因此，各种替代物和实施例都被认为纳入附后的权利要求的范围之内，这些权利要求特别地指出和鲜明地主张本发明相关的主体。