具有用于每个致动方向的不同的泵的双作用液压致动器

摘要

一种能够操作成使阀杆在打开位置与关闭位置之间移动的致动器，该致动器包括：气缸，该气缸包括打开侧和关闭侧，气缸联接至阀杆；第一泵，该第一泵连接至气缸并且能够操作成将第一高压流体输送至气缸的打开侧以使阀杆朝向打开位置移动；以及第二泵，该第二泵与第一泵分开，该第二泵连接至气缸并且能够操作成将第二高压流体输送至气缸的关闭侧以使阀杆朝向关闭位置移动。

说明书

技术领域

本公开总体上涉及液压致动阀，并且更具体地涉及独立式液压阀和致动器。

背景技术

液压致动器通常用于需要高水平的力、快速运动或需要高水平的力和快速运动这两者的应用中。典型的液压致动器需要由远程集中式源提供的高压流体供应，该远程集中式源将高压流体提供给多个致动器。供应源与致动器之间的管道可能很昂贵，并且可能成为不期望的泄漏的源。

发明内容

一种能够操作成使阀杆在打开位置与关闭位置之间移动的致动器包括：气缸，该气缸包括打开侧和关闭侧，气缸联接至阀杆；第一泵，该第一泵连接至气缸并且能够操作成将第一高压流体输送至气缸的打开侧以使阀杆朝向打开位置移动；以及第二泵，该第二泵与第一泵分开，该第二泵连接至气缸并且能够操作成将第二高压流体输送至气缸的关闭侧以使阀杆朝向关闭位置移动。

在另一种构造中，一种能够操作成使阀杆在打开位置与关闭位置之间移动的致动器包括：气缸，该气缸包括打开侧和关闭侧，气缸联接至阀杆；第一对泵，所述第一对泵连接至气缸并且能够操作成将第一高压流体输送至气缸的打开侧并且从气缸的关闭侧抽吸第一供应流体以使阀杆朝向打开位置移动；以及第二对泵，所述第二对泵与所述第一对泵分开，所述第二对泵连接至气缸并且能够操作成将第二高压流体输送至气缸的关闭侧并且从气缸的打开侧抽吸第二供应流体以使阀杆朝向关闭位置移动。

在另一种构造中，一种操作致动器的方法包括：将具有打开侧和关闭侧的气缸连接至可动阀杆；操作第一泵以将第一高压流体输送至气缸的打开侧从而将可动阀杆朝向打开位置驱动；以及操作第二泵以将第二高压流体输送至气缸的关闭侧从而将可动阀杆朝向关闭位置驱动，第二泵与第一泵分开。该方法还包括将第一泵和第二泵控制成以下述三种模式中的一种模式进行操作：第一泵操作而第二泵不工作的第一模式；第二泵操作而第一泵不工作的第二模式；以及第一泵和第二泵均不工作的第三模式。

前面已经相当广泛地概述了本公开的技术特征，以便本领域技术人员可以更好地理解以下的详细描述。本公开的形成权利要求的主题的附加特征和优点将在将下文中描述。本领域技术人员将理解的是，他们可以容易地将所公开的概念和特定实施方式用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等效构造不脱离本公开的最广泛形式的精神和范围。

另外，在进行下面的详细说明之前，应当理解的是，在整个说明书中提供了某些单词和短语的各种定义，并且本领域的普通技术人员将理解的是，这样的定义在许多情况下——如果不是大多数情况下——适用于这样定义的词和短语的先前以及将来的使用。尽管某些术语可以包括各种各样的实施方式，但是所附权利要求可以明确地将这些术语限制为特定的实施方式。

附图说明

图1是独立式液压致动器的示意图。

图2是图1的独立式液压致动器处于第一操作模式的示意图。

图3是图1的独立式液压致动器处于第二操作模式的示意图。

图4是泵和马达的立体分解图。

在详细解释本发明的任何实施方式之前，要理解的是，本发明的应用不限于在以下描述中所阐述的或者在以下附图中所图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式实践或执行。此外，要理解的是，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。

具体实施方式

现在将参考附图来描述与系统和方法有关的各种技术，其中，相同的附图标记始终表示相同的元件。下面所讨论的附图以及在本专利文件中用于描述本公开的原理的各种实施方式仅是说明性的，并且不应以任何方式被解释成限制本公开的范围。本领域技术人员将理解的是，本公开的原理可以在任何适当地布置的设备中实现。要理解的是，被描述为由某些系统元件执行的功能可以由多个元件执行。类似地，例如，元件可以被构造成执行被描述为由多个元件执行的功能。将参照示例性的非限制实施方式来描述本申请的许多新颖教导。

另外，应当理解的是，除非在某些示例中明确地限制，否则本文中所使用的词或短语应当被宽泛地解释。例如，术语“包括”、“具有”和“含有”及其衍生词表示包括但不限于。单数形式“一”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指示。此外，本文中所使用的术语“和/或”指代并且包含相关联的所列出的项目中的一个或更多个相关联的所列出的项目的任何组合和所有可能的组合。术语“或”是包含性的，意思是和/或，除非上下文另外明确指示。短语“与......相关联”和“与其相关联”及其衍生词可以意在包括、被包括在……内、与......互连、包含、被包含在……内、连接至或与......连接、联接至或与......联接、与......可连通、与......配合、交错、并置、接近、结合至或与......结合、具有、具有......的性质等。

此外，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中被用于指代各种元件、信息、功能或动作，但是这些元件、信息、功能或动作不应该受这些术语限制。更确切地说，这些数字形容词被用于将不同的元件、信息、功能或动作彼此进行区分。例如，在不偏离本公开的范围的情况下，第一元件、信息、功能或动作可以被称为第二元件、信息、功能或动作，并且类似地，第二元件、信息、功能或动作可以被称为第一元件、信息、功能或动作。

此外，除非上下文另外明确指示，否则术语“与...邻近”可以表示：元件相对接近另一元件但不与另一元件接触；或者元件与其他部分接触。另外，除非另有明确说明，否则短语“基于”意在表示“至少部分地基于”。术语“约”或“基本上”或类似术语旨在涵盖值的在该尺寸的正常行业制造公差范围内的变化。如果没有可用的行业标准，否则20％的变化将落在这些术语的含义之内，则除非另有说明。

图1示意性地图示了独立式液压致动器10，该独立式液压致动器10可以被用于对任何数量的装置的运动进行控制，这些装置包括控制阀杆15、截止阀、叶片定位器等。致动器10包括气缸20、用于使致动器10在第一方向30上移动的第一对泵25、以及用于使致动器10在与第一方向30相反的第二方向40上移动的第二对泵35。

所图示构造中的气缸20是具有呈弹簧返回件43的形式的偏置构件和位于气缸20的关闭侧的缓冲垫的双作用气缸。气缸20包括将气缸20分成打开侧50和关闭侧55的可动活塞45。轴60延伸至气缸20之外，并连接至要移动的物体、比如控制阀杆15。弹簧返回件43将活塞45偏置到气缸20的一侧。在阀被操作的构造中，偏置通常朝向关闭位置。但是，不同的应用可以将装置或阀门朝向打开位置偏置。缓冲垫被设置成允许一个方向上的快速运动而不会使气缸20损坏。尽管所图示的气缸20是具有偏置构件和缓冲垫的双作用气缸，但是其他合适的气缸可以是单作用的，并且可以省略或包括关于气缸20所讨论的任何特征。另外，如果需要的话，缓冲垫或偏置构件可以被定位在气缸的相对端部上或者可以被省略。

第一对泵25包括如图4所图示的两个基本相同的微型活塞泵65。每个泵65连接至马达70，并且优选地连接至以期望速度操作以提供期望量的流体的直流马达。所图示的泵65是固定排量泵65，该固定排量泵65是优选的，这是因为可以通过改变马达70的速度来容易地控制所输送的流体的体积。但是，如果需要的话，也可以采用可变排量泵。第一对泵25包括布置成将高压流体输送至气缸20的打开侧50的输出部75和布置成将低压流体抽吸到第一对泵25中的入口80。

第二对泵35与第一对泵25基本相同并且包括两个泵65，所述两个泵65分别连接至其自身的马达70并由其自身的马达70驱动。第二对泵35包括布置成将高压流体输送至气缸20的关闭侧55的输出部85和布置成将低压流体抽吸到第二对泵35中的入口90。尽管所图示的构造图示了两对泵25、35，但是如果需要的话，可以采用用于打开的单个泵65和用于关闭的第二单个泵65。另外，可以采用三个或更多个泵65来代替每对泵25、35。对于打开侧50和关闭侧55中的每一侧而言，两个或更多个泵65是优选，这是因为在泵65中的一个泵发生故障或不能正常操作的情况下，泵65会提供一些冗余。

在一些构造中，泵65中的每个泵包括止回阀，该止回阀在泵不工作时阻止通过泵65的反向流动。一些泵65可以省略该止回阀，因为这些泵的设计本身阻止了这种流动。

提供了第一储液器95以收集或保持多余的流体并将低压流体输送至第一对泵25，如将要描述的。提供了类似于第一储液器95的第二储液器100以收集或保持多余的流体并将低压流体输送至第二对泵35，如将要描述的。在一些构造中，单个储液器用作第一储液器95和第二储液器100。

控制器105(例如，PLC)与马达70中的每个马达通信以控制它们的操作和速度。诸如涡轮机控制装置或其他控制设备之类的外部控制器可以被用作控制器。各对泵25、35中的每个泵65一起操作或者以下述三种模式中的一种模式操作：第一对泵25操作而第二对泵35不工作的第一或打开模式200；第二对泵35操作而第一对泵25不工作的第二或关闭模式205；以及第一对泵25与第二对泵35均不工作的第三或维持模式。在第三操作模式中，进入或离开气缸20的流动路径被阻塞，使得气缸20和与气缸20附接的控制阀杆15保持固定在其当前位置。因此，致动器10能够使气缸20以及连接至气缸20的控制阀杆15或其他部件选择性地移动至打开位置与关闭位置之间的任何点。

设置有四个先导操作的止回阀110、115、120、125和两个止回阀130、135，以控制独立式致动器10内的流体的流动。第一止回阀130定位在第一对泵25的输出部75与气缸20的打开侧50之间的第一高压管线140中。第一止回阀130被布置成响应于由第一对泵25在操作期间所产生的压力而打开，以允许将高压流体输送至气缸20的打开侧50。当第一对泵25不操作时，第一止回阀130移动至关闭位置。第二止回阀135定位在第二对泵35的输出部85与气缸20的关闭侧55之间的第二高压管线145中。第二止回阀135被布置成响应于由第二对泵35在操作期间所产生的压力而打开，以允许将高压流体输送至气缸20的关闭侧55。当第二对泵35不操作时，第二止回阀135移动至关闭位置。在一些构造中，泵65各自包括执行该功能的止回阀，使得不需要止回阀135。

第一先导操作的止回阀110定位在第一储液器95与第一对泵25的入口80之间，以控制到第一储液器95内的流体的进入。第一先导管线150从第二高压管线145延伸至第一先导操作的止回阀110以响应于第二对泵35的操作来打开第一先导操作的止回阀110。当第一先导操作的止回阀110打开时，低压流体可以填充将流体供给至第一对泵25的第一吸入管线155。第二先导操作的止回阀115定位在第二储液器100与第二对泵35的入口90之间，以控制到第二储液器100内的流体的进入。第二先导管线160从第一高压管线140延伸至第二先导操作的止回阀115以响应于第一对泵25的操作来打开第二先导操作的止回阀115。当第二先导操作的止回阀115打开时，低压流体可以填充将流体供给至第二对泵35的第二吸入管线165。

第三先导操作的止回阀120定位在将第二高压管线145连接至第一吸入管线155的第一连接器管线170中。第三先导管线175从第一高压管线140延伸至第三先导操作的止回阀120以响应于从第一对泵25流出的高压流体而打开第三先导操作的止回阀120。当第三先导操作的止回阀120打开时，高压力从第一先导管线150释放，这关闭了第一先导操作的止回阀110并切断了从第一储液器95到第一对泵25的任何流动。然后，气缸20的关闭侧55通过第三先导操作的止回阀120连接至第一吸入管线155，使得在高压力下第一对泵25的流体从气缸20的关闭侧55被抽吸并被输送至气缸20的打开侧50。

第四先导操作的止回阀125定位在将第一高压管线140连接至第二吸入管线165的第二连接器管线180中。第四先导管线185从第二高压管线145延伸至第四先导操作的止回阀125以响应于从第二对泵35流出的高压流体而打开第四先导操作的止回阀125。当第四先导操作的止回阀125打开时，高压流体从第二先导管线160释放，这关闭了第二先导操作的止回阀115并切断了从第二储液器100到第二对泵35的任何流动。然后，气缸20的打开侧50通过第四先导操作的止回阀125连接至第二吸入管线165，使得在高压力下第二对泵35的流体从气缸20的打开侧50被抽吸并被输送至气缸20的关闭侧55。

图2图示了当第一对泵25正在操作以将流体引导至气缸20的打开侧50并使控制阀杆15朝向打开位置移动时的操作的第一或打开模式200。从第一对泵25的输出部75流出的高压流体填充第一高压管线140并流动进入到气缸20的打开侧50，进而迫使活塞45朝向关闭侧55移动。高压流体还沿着第二先导管线160流动至第二先导操作的止回阀115。高压流体导致第二先导操作的止回阀115打开，从而将第二储液器100朝第二吸入管线165打开，以允许第二对泵35在启动时从第二储液器100抽吸流体。

第一高压管线140也连接至第三先导操作的止回阀120，使得第一高压管线140内的高压流体打开第三先导操作的止回阀120。在第三先导操作的止回阀120打开的情况下，第一吸入管线155直接连接至气缸20的关闭侧55，使得流体通过第一对泵25从关闭侧55被抽吸、被加压并被输送至气缸20的打开侧50。当第三先导操作的止回阀120打开时，第一先导管线150中的压力减小，并且第一先导操作的止回阀110关闭以阻止流体从第一储液器95流动至第一对泵25。在优选的构造中，第三先导操作的止回阀120在第一止回阀130打开之前打开，以确保在操作期间能够向第一对泵25提供流体。

继续参照图2，第二对泵35处于不工作状态，以确保第二高压管线145处于中性压力或低压力并且第二止回阀135被偏置在其关闭位置。在第三先导管线175与第一吸入管线155之间可以设置有小的孔198(0.01GPM)或其他通道。当第一对泵25处于不工作位置时，孔198通过将高压流体引导至第一吸入管线155并经由第一先导操作的止回阀110引导至第一储液器95而释放第三先导管线175中的压力，从而确保第三先导操作的止回阀120关闭。第四先导操作的止回阀125也关闭，以确保不将来自第一对泵25的高压流体供给至第二吸入管线165。如所述的，第二先导操作的止回阀115处于打开位置，使得第二储液器100与第二吸入管线165流体连通。

在启动第一对泵25紧之后，第一高压管线140中没有压力。在没有来自第一对泵25的高压力的情况下，第三先导操作的止回阀120关闭并且第一先导操作的止回阀110关闭，其中，第一对泵25的流体的初始供应在由第一储液器95供应之后被布置在第一吸入管线155中。一旦在第一高压管线140中建立了压力，第三先导操作的止回阀120的状态就会切换，并且流体将从气缸20的关闭侧55而不是从第一储液器95中被抽吸。

为了清楚起见，下表示出了在第一对泵25被启用的第一或打开模式200下的操作期间各个阀110、115、120、125、130、135的状态。

现在转向图3，图示了在第二模式下的操作期间的致动器10，在该第二模式下，多个第二泵35被启用以将高压流体引导至气缸20的关闭侧55，从而将控制阀杆15朝向关闭位置移动。

在第二对泵35操作的情况下，第二高压管线145填充有高压流体，第二止回阀135打开，并且高压流体沿着第一先导管线150和第四先导管线185被引导以分别打开第一先导操作的止回阀110与第四先导操作的止回阀125。在第一先导操作的止回阀110打开的情况下，第一吸入管线155朝第一储液器95打开，以允许启动第一对泵25。

第四先导操作的止回阀125的打开使第二吸入管线165朝气缸20的打开侧50暴露，从而允许第二对泵35从气缸20的打开侧50抽吸流体。打开第四先导操作的止回阀125还从第二先导管线160移除压力，这允许第二先导操作的止回阀115关闭以阻止流体从第二储液器100流动至第二吸入管线165。在优选的构造中，第四先导操作的止回阀125在第二止回阀135打开之前打开，以确保在操作期间能够向第二对泵35提供流体。

当第二对泵35操作时，第一对泵25保持不工作，从而降低第一高压管线140中的压力，使得第三先导操作的止回阀120关闭。在第四先导管线185与第二吸入管线165之间可以设置有小孔199(0.01GPM)或其他通道。当第二对泵35处于不工作位置时，孔199通过将高压流体引导至第二吸入管线165并经由第二先导操作的止回阀115引导至第二储液器100而释放第四先导管线185中的压力，从而确保第四先导操作的止回阀125关闭。

在启动第二对泵35紧之后，第二高压管线145中没有压力。在没有来自第二对泵35的高压力的情况下，第四先导操作的止回阀125关闭并且第二先导操作的止回阀115关闭，使得第二对泵35的流体的初始供应来自布置在第二吸入管线165中的流体，该流体在关闭第二先导操作的止回阀115之前由第二储液器100添加至第二吸入管线165。一旦在第二高压管线145中建立了压力，第四先导操作的止回阀125的状态就会切换，并且流体将从气缸20的打开侧50而不是从第二储液器100中被抽吸。

为了清楚起见，下表示出了在第二对泵35被启用的第二或关闭模式205下的操作期间各个阀110、115、120、125、130、135的状态。

在操作中，控制器105或控制系统操作以对控制阀杆15或由致动器10控制的其他装置进行控制。在一个示例中，控制阀杆15是用于蒸汽涡轮机中的控制阀的控制阀杆15。控制系统监测速度或负载，并调节控制阀杆15的位置以实现所需的速度或负载。如果控制系统确定控制阀杆15的位置需要改变，则将信号发送到适当的一对泵25、35，以启用这一对泵并设置所需的操作速度。这一对泵25、35的操作速度对至气缸20的流体的流量进行控制，并因此对控制阀杆15移动的速度进行控制。如果控制阀被打开，则第一对泵25操作，并且阀110、115、120、125、130、135如关于图2所图示和所描述的进行配置。如果控制阀被关闭，则第二对泵35操作，并且阀110、115、120、125、130、135如关于图3所图示和所描述的进行配置。

在一种构造中，可编程逻辑控制器(PLC)被用于以期望的速度驱动马达70。在优选的构造中，脉冲宽度调制(PWM)被用于改变马达70的速度。

在操作期间，一些流体不可避免地从致动器10泄漏或以其他方式损失。如图1至图3所图示的，第一储液器95和第二储液器100中的每一者均包括储存器188和液位开关190，储存器188和液位开关190在如果必须添加流体时允许向致动器10添加流体。在一些致动器中，单个储存器188供给第一储液器95和第二储液器100这两者。

图1至图3还图示了与气缸20的打开侧50和关闭侧55都联接的安全阀195。如果在气缸20内达到或超过预定压力，则安全阀195进行操作以排出高压流体。

尽管致动器10描述为使用直流马达70，但是如果需要，也可以采用其他马达，比如交流马达、无刷直流马达或开关磁阻马达。

尽管关于图1至图3所描述的构造包括止回阀和先导操作的止回阀，但是可以使用其他类型的阀代替止回阀和先导操作的止回阀。这样，本发明不应限于包括仅止回阀和先导操作的止回阀的构造。例如，可以使用电磁操作的阀来代替止回阀和先导操作的止回阀或者与止回阀和先导操作的止回阀相结合。

尽管已经详细描述了本公开的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的最广泛形式的精神和范围的情况下，可以做出本文所公开的各种改型、替代方案、变型和改进方案。

本申请的描述中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须被包括在权利要求范围内的基本元素：专利主题的范围仅由所允许的权利要求来限定。此外，除非确切的词语“用于......的装置”后面是分词，否则这些权利要求都并非意在援引装置加功能的权利要求结构。