具有增加的流速的低功率液压阀的制作方法

1.本披露总体上涉及具有改进的流特性的液压阀。更具体地，本披露涉及一种螺线管阀结构，该螺线管阀结构具有在低的压降下使用降低的功率消耗来增加流动能力的操作特性。


背景技术：

2.螺线管被广泛用于将电能转换为机械运动，并且由于它们的实用性而被用于广泛的应用中，诸如驱动被集成为越野设备的一部分的机械部件。越野设备的示例可以包括建筑设备和农业设备。
3.需要降低现有液压阀中的功率消耗，同时提供更大量的内部流。


技术实现要素：

4.本披露的方面涉及一种液压阀。该液压阀可以被配置成提供更高的流速和更低的功率消耗。
5.该液压阀可以包括先导提动阀、先导提动阀阀座和主提动阀。主提动阀可以通过先导提动阀阀座与先导提动阀机械地隔离。
6.液压阀可以包括用于改进先导流量的竖直和倾斜钻孔。流体压力的帮助也可以有助于提升先导提动阀并由此降低功率消耗。这种架构在期望保持低功率消耗和高流量的情况下是有利的。
7.本披露的另一个方面涉及一种液压阀。该液压阀可以包括外阀壳体件，该外阀壳体件包括用于将阀固定在阀歧管内的外螺纹部分。
8.液压阀可以包括螺线管组件，该螺线管组件包括包含在螺线管壳体内的螺线管线圈。液压阀可以包括联接到外阀壳体件的阀笼。阀笼可以包括沿着延伸穿过螺线管线圈的轴线定位的轴向端口。阀笼还可以限定侧端口。
9.液压阀可以包括定位在外阀壳体件内的先导提动阀阀座。先导提动阀阀座和阀笼可以相对于彼此机械地固定，以防止先导提动阀阀座与阀笼之间沿着轴线的相对运动。先导提动阀阀座可以限定先导端口，并且先导提动阀阀座可以限定第一侧和第二相对侧。
10.液压阀还可以包括定位在先导提动阀阀座的第二侧处的先导提动阀。先导提动阀可以相对于先导提动阀阀座沿着轴线在第一位置与第二位置之间可移动。先导提动阀可以在处于第一位置中时闭合先导端口，并且当先导提动阀处于第二位置中时，先导端口可以打开。
11.液压阀可以包括先导提动阀弹簧，该先导提动阀弹簧将先导提动阀沿第一轴向方向偏压朝向第一位置。当螺线管线圈通电时，先导提动阀沿第二轴向方向被驱动朝向第二位置。
12.液压阀可以包括定位在先导提动阀阀座的第一侧处的主提动阀。主提动阀可以通过先导提动阀阀座与先导提动阀机械地隔离。主提动阀可以定位在阀笼内并且可以沿着轴
线在闭合位置与打开位置之间移动。当主提动阀处于闭合位置中时，主提动阀可以接合由阀笼限定的主阀座以防止轴向端口与侧端口之间进行直接流体连通。当主提动阀处于打开位置中时，主提动阀从主阀座移位以允许轴向端口与侧端口之间进行直接流体连通。
13.液压阀可以进一步包括：主提动阀弹簧，其被捕获在先导提动阀阀座与主提动阀之间以用于将主提动阀偏压朝向闭合位置；以及主提动阀室，其被限定在主提动阀与先导提动阀阀座之间。主提动阀可以包括在侧端口与主提动阀室之间提供流体连通的室加压孔口。
14.当先导提动阀处于第一位置中且侧端口处的压力高于轴向端口时，通过室加压孔口从侧端口对主提动阀室进行加压，使得来自主提动阀弹簧的弹簧力以与主提动阀室内的压力结合的方式进行协作以将主提动阀室保持处于闭合位置中。
15.当先导提动阀处于第二位置中且侧端口处的压力高于轴向端口时，先导端口在主提动阀室与延伸到轴向端口的通道之间提供流体连通，使得通过该通道释放主提动阀室内的压力，由此允许来自侧端口的作用在主提动阀的外部上的压力克服主提动阀弹簧的偏压将主提动阀从闭合位置移动到打开位置。
16.在某些示例中，当先导提动阀处于第一位置中时，先导端口打开，并且先导提动阀在处于第二位置中时闭合先导端口。当先导提动阀处于第一位置中且侧端口处的压力高于轴向端口时，先导提动阀处于打开位置中，使得主提动阀室没有被加压并且流可以穿过主提动阀到轴向端口。
17.在某些示例中，当先导提动阀处于第二位置中且侧端口处的压力高于轴向端口时，先导提动阀可以移动到第二位置，在该第二位置中，先导提动阀处于闭合位置中。因而，主提动阀可以进行加压以将主提动阀保持处于闭合位置中，以阻断从侧端口到轴向端口的流体连通。
18.在以下的描述中将阐述各种附加的方面。这些方面涉及单独的特征以及特征的组合。将理解的是，前述一般性描述和以下详细描述两者都仅是示例性和解释性的，并且不限制本文披露的示例所基于的广泛发明性概念。
附图说明
19.图1是示出根据本披露的原理的处于闭合状态的液压阀的示例配置的横截面图；
20.图2是图1的液压阀的放大部分；
21.图3是处于闭合状态的图1的液压阀的另一个横截面图；
22.图4是图1的液压阀的示意性符号图示；
23.图5是根据本披露的原理的处于打开状态的另一个示例液压阀的横截面图；
24.图6是图5的液压阀的放大部分；
25.图7是图5的液压阀处于打开状态时的横截面图；以及
26.图8是图5的液压阀的示意性符号图示。
具体实施方式
27.图1和图2是根据本披露的原理的处于闭合状态的液压阀10的示例配置的横截面图。
28.在一个示例中，液压阀10可以包括外阀壳体件12、螺线管组件14、阀笼16、先导提动阀阀座18、先导提动阀20和主提动阀22。
29.在该示例中，外阀壳体12包括用于将液压阀10固定在阀歧管(未示出)内的外螺纹部分24。螺线管组件14包括包含在螺线管壳体28内的螺线管线圈26。
30.阀笼16可以联接到外阀壳体件12。阀笼16可以包括沿着延伸穿过螺线管线圈26的轴线32定位的轴向端口30(例如，第一端口)。阀笼16还可以限定侧端口34(例如，第二端口)。
31.先导提动阀阀座18可以定位在外阀壳体件12内。先导提动阀阀座18可以限定第一侧36、相对的第二侧38和先导端口40。先导提动阀阀座18和阀笼16可以相对于彼此机械地固定，以防止先导提动阀阀座18与阀笼16之间沿着轴线32的相对运动。先导提动阀20可以定位在先导提动阀阀座18的第二侧38处。先导提动阀20可以相对于先导提动阀阀座18沿着轴线32在第一位置与第二位置之间可移动。即，先导提动阀20被布置和配置成当处于第一位置中时闭合先导端口40。当先导提动阀20处于第二位置中时，先导端口40打开。先导提动阀弹簧42可以适于将先导提动阀20沿第一轴向方向偏压朝向第一位置。当螺线管线圈通电时，先导提动阀20可以沿第二轴向方向被驱动朝向第二位置。在某些示例中，先导压力可以沿螺线管力的方向作用在先导提动阀20上以帮助打开先导端口40，由此减小所需的螺线管力和螺线管输入功率。在某些示例中，在此类构造中功率消耗可能小于15瓦，不过替代方案是可能的。
32.主提动阀22可以定位在先导提动阀阀座18的第一侧36处。主提动阀22可以通过先导提动阀阀座18与先导提动阀20机械地隔离。此类架构提供了两级构造，其中主提动阀22的升程独立于先导提动阀20的升程。即，主提动阀22可以移动的距离不取决于先导提动阀20。这种配置是有利的，因为它允许增加主提动阀22的升程，从而在额定的压降下提供更多的流通过。在某些示例中，与在100psi压降下可以通过约12gpm流量的常规螺线管阀相比，该构造可以允许实现增加的流速，该增加的流速对于给定的压降而言是至少1.5倍高。在某些示例中，该构造可以实现超过50％的流速增加。在某些示例中，从轴向端口30到侧端口34的流速在100psi压降下可以是20gpm。在某些示例中，从侧端口30到轴向端口34的流速在100psi压降下可以是大约21gpm。
33.直到先导提动阀20闭合，主提动阀22顶部处的压力才可能等于来自侧端口34的压力。主提动阀22可以定位在阀笼16内并且可以沿着轴线32在闭合位置与打开位置之间可移动。当主提动阀22处于闭合位置中时，主提动阀22可以接合由阀笼16限定的主阀座44，以防止轴向端口30与侧端口34之间进行直接流体连通。当主提动阀22处于打开位置中时，主提动阀22从主阀座44移位以允许轴向端口30与侧端口34之间进行直接流体连通。
34.主提动阀弹簧46可以被捕获在先导提动阀阀座18与主提动阀22之间以用于将主提动阀22偏压朝向闭合位置。
35.主提动阀室48可以被限定在主提动阀22与先导提动阀阀座18之间。主提动阀22可以包括在侧端口34与主提动阀室48之间提供流体连通的室加压孔口50。
36.当先导提动阀20处于第一位置中且侧端口34处的压力高于轴向端口30时，可以通过室加压孔口50从侧端口34对主提动阀室48进行加压，使得当螺线管未通电时，来自主提动阀弹簧46的弹簧力以与主提动阀室48内的压力结合的方式进行协作以将主提动阀22保
持处于闭合位置中。
37.当螺线管线圈26通电同时侧端口34处的压力高于轴向端口30时，先导端口40打开并且主提动阀室48减压。在主提动阀室48减压的情况下，来自侧端口34的先导压力作用在主提动阀22的外部上以将主提动阀22移动到打开位置，使得准许流通过主阀座44直接从侧端口34流到轴向端口34。
38.室加压孔口50的位置和角度适于在先导端口40闭合、主提动阀22打开并且流通过主阀座44从轴向端口30进行到侧端口34时防止主提动阀室48被加压。在某些示例中，主提动阀22可以在室加压孔口50处限定环形圈或切割通道13，该环形圈或切割通道具有允许流穿过并跨越主提动阀22的带刻花的、有凹口的形状。环形圈切割通道13的形状很重要，因为它被构造成使得当主提动阀22由于从轴向端口30到侧端口34的流压力所致而打开时，环形圈切割通道13是以如此的方式定位和成角度，以至于流不会经过室加压孔口50来对主提动阀22的顶侧进行加压，该加压可以推动主提动阀22关闭。
39.当存在从轴向端口30到侧端口34的开放流时，环形圈切割通道13允许主提动阀22保持打开，因为通道13的形状在室加压孔口50处产生了低压区域，使得在主提动阀22的顶侧处不发生加压。即，当主提动阀22处于打开位置中时，邻近室加压孔口50的低压区域防止流穿过室加压孔口50，这将对主提动阀室48进行加压并闭合主提动阀22。
40.当先导提动阀20处于第二位置中且侧端口34处的压力高于轴向端口30时，先导端口40可以在主提动阀室48与通道52之间提供流体连通。通道52可以延伸到轴向端口30，使得通过通道52释放主提动阀室48内的压力，由此允许来自侧端口34的压力作用在主提动阀22的外部上以克服主提动阀弹簧46的偏压将主提动阀22从闭合位置移动到打开位置。
41.通道52可以包括钻穿阀笼16的至少一部分。通道52的钻穿阀笼16的这部分可以包括第一区段54和第二区段56。第一区段54可以相对于轴线32以斜角从轴向端口30延伸到第二区段56。第二区段56可以平行于轴线32从邻近先导提动阀阀座18处延伸到第一区段54。第二区段56可以延伸穿过由阀笼16限定的外螺纹58。
42.通道52还可以包括单向止回阀60，该单向止回阀允许流体沿第一方向从先导端口40流向轴向端口30并防止流体沿第二方向从轴向端口30流向先导端口40。
43.当轴向端口30处的压力高于侧端口34处的压力并且高到足以克服主提动阀弹簧46时，可以通过作用在主提动阀22上的压力将主提动阀22从闭合位置用力推到打开位置，在该打开位置中，准许流通过主阀座44从轴向端口30流到侧端口34。
44.在某些示例中，先导提动阀20可以被集成在磁芯62内。磁芯62可以被布置和配置成当螺线管线圈26通过流过螺线管线圈26的电流通电时、沿第二方向沿着轴线32被驱动。对螺线管线圈26通电引起了先导提动阀20提离先导端口40。
45.液压阀10可以进一步包括芯管64，该芯管可以被配置成沿着轴线32延伸穿过螺线管线圈26。磁芯62可以被配置成在芯管64内沿着轴线32移动。在某些示例中，芯管64可以至少包括非磁性部分。
46.当侧端口34处的压力超过预定水平时，先导提动阀20可以被布置和配置成提供压力释放功能。该预定水平可以取决于由先导提动阀弹簧42施加到先导提动阀20的弹簧力以及先导提动阀20的通过先导端口40暴露于主提动阀室48内的压力的面积。
47.当主提动阀22处于闭合位置中且主提动阀室48中的压力通过来自侧端口34的压
力加压到预定水平时，主提动阀室48内的压力沿第二方向用力推先导提动阀20以打开先导端口40并通过通道52将压力从主提动阀室48释放到轴向端口30。当主提动阀室48中的压力被释放时，来自侧端口34的作用在主提动阀22的外部上的压力克服主提动阀弹簧46的偏压将主提动阀22从闭合位置移动到打开位置，使得侧端口34处的压力被释放到轴向端口30。
48.在某些示例中，螺线管壳体28可以包括第一端部66和相对的第二端部68。螺线管壳体28可以在第二端部68处的外阀壳体件12与第一端部66处的螺母15之间被轴向地压缩。螺母15被螺纹连接在芯管64的顶端部上。外阀壳体件12被螺纹连接在芯管64的底端部上。芯管64可以被配置成在第一端部66与第二端部68之间延伸。芯管64可以包括第一端部70和相对的第二端部72。在某些示例中，芯管64的第一端部70可以被布置和配置成延伸超过螺线管壳体28的第一端部66，并且可以包括外螺纹71。芯管64的第二端部72可以限定芯管外螺纹74。
49.在某些示例中，螺母15可以在螺线管壳体28的第一端部66处被螺纹连接在芯管64的螺纹71上。外阀壳体件12可以包括第一组内螺纹76和第二组内螺纹78。第二组内螺纹78可以适于接合芯管64的芯管外螺纹74，以将外阀壳体件12固定在邻近螺线管壳体28处。通过将螺母15螺纹连接在螺纹71上并将外阀壳体件12螺纹连接在螺纹74上，螺线管壳体28可以通过在螺母15与外阀壳体件12之间被轴向压缩而夹紧在芯管64上。
50.在某些示例中，阀笼16可以限定笼外螺纹80，这些笼外螺纹可以接合外阀壳体件12的第一组内螺纹76以将阀笼16固定在外阀壳体件12内。先导提动阀阀座18可以在阀笼16的端82与芯管64的第二端部72之间被夹紧。
51.仍然参考图2，第一环形密封件84可以由外阀壳体件12与阀笼16之间的环形轴向接触限定。第二环形密封件86可以由阀笼16的端82与先导提动阀阀座18的第一侧36之间的环形轴向接触限定。第三环形密封件88可以由先导提动阀阀座18的第二侧38与芯管64的第二端部72之间的环形轴向接触限定。外阀壳体件12的第一组内螺纹76和阀笼16的笼外螺纹80被螺纹连接在一起(例如，拧紧)，直到产生第一环形密封件84。外阀壳体件12的第二组内螺纹78和芯管64的芯管外螺纹74用于在拧紧螺纹76与80之间的接头之后提供第二环形密封件86和第三环形密封件88。此后，拧紧螺母15以在芯管64上将螺线管壳体28夹紧就位。通过改变外部阀壳体件12的尺寸以匹配不同的尺寸要求，芯管64可以与多种尺寸的阀一起被利用。
52.图4是处于常闭状态的液压阀10的示意性符号图示。通常，当在轴向端口30处提供足够的压力以克服弹簧46的偏压时，流可以从轴向端口30移动到侧端口34。主提动阀22被示为闭合的，以阻断轴向端口30与侧端口34之间的流体连通。当轴向端口30处的压力超过侧端口34处的压力时，通过先导管路90的压力可以推动主提动阀22的下端部，使得可以提升主提动阀22以打开轴向端口30与侧端口34之间的流体连通。这种配置由经对齐以将轴向端口30连接到侧端口34的双箭头线92指示。
53.从侧端口34通过主提动阀22的室加压孔口50的流可以在主提动阀22的顶侧上对主提动阀室48进行充气或加压以将主提动阀22保持为闭合。即，得以阻断侧端口34与轴向端口30之间的流体连通。通过先导管路94的压力想要推动主提动阀22打开，但与主提动阀弹簧46的弹簧力结合的在主提动阀22的顶部上的压力大于底部上的压力，使得它抵抗主提动阀22的打开并且可以将主提动阀22保持为关闭。
54.当期望打开从侧端口34到轴向端口30的流体连通时，可以通过对螺线管线圈26致动或通电以将先导提动阀20移动到打开位置来释放主提动阀室48处的压力，在该打开位置中，其中双箭头线96经对齐以允许主提动阀22内部进行流体连通。这将经由流通过单向止回阀60移动到轴向端口30以对主提动阀室48减压来对主提动阀室48减压。当主提动阀室48减压时，来自底部先导管路94的压力大于作用在主提动阀22的顶侧上的压力。因此，先导管路94可以将主提动阀22推动到打开位置，使得流可以横过主提动阀22。即，该构造在主提动阀22上方提供压力释放并允许主提动阀22通过先导压力而移动到打开位置。
55.转向图5至图7，根据本披露的原理的液压阀10a的另一示例配置的横截面图被描绘为处于常开状态。为简洁起见，将仅详细描述该液压阀10a的与在上文讨论的图1至图3中所图示的液压阀10不同的那些部分。因此，将不再详细解释液压阀10a的对应于液压阀10的相应部件的类似部件。
56.在所示的液压阀10a中，先导提动阀弹簧42被布置和配置成将先导提动阀20偏压到打开位置。即，先导提动阀20被示为提离先导端口40。当与侧端口34相比在轴向端口30中存在更高的压力时，主提动阀22将提升以允许流从轴向端口30流到侧端口34。而且，当与轴向端口30相比在侧端口34处存在更高的压力时，因为先导提动阀20处于打开位置中，所以流将穿过主提动阀22到轴向端口30，这防止了对主提动阀室48内的任何加压。因此，来自侧端口34的作用在主提动阀22上的先导压力将从主阀座44提升主提动阀22。因而，液压阀10a允许沿两个方向进行流动。即，在不对螺线管通电的情况下，液压阀10a通常允许流从轴向端口30流到侧端口34以及还有从侧端口34流到轴向端口30。
57.当液压阀10a的螺线管线圈26被致动或通电时，先导提动阀20可以移动到闭合位置，在该闭合位置中，先导提动阀20可以定位在先导端口40上并且从侧端口34到轴向端口30的流体连通可以被阻断。即，主提动阀22的内部可以加压以将主提动阀22保持为关闭，使得可以阻断从侧端口34到轴向端口30的流体连通。因此，当螺线管通电时，得以防止流体通过主阀座44从侧端口34流到轴向端口30。
58.转向图8，描绘了处于常开状态的液压阀10a的示意性符号图示。该示例与图4的液压阀10的不同之处在于，先导提动阀20通常处于打开位置中。
59.每当轴向端口30处的压力超过弹簧46的弹簧力时，流就可以从轴向端口30移动到侧端口34。如所描绘的，主提动阀22闭合，以阻断轴向端口30与侧端口34之间的流体连通。通过先导管路90的压力可以推动主提动阀22的下端部，使得可以提升主提动阀22以打开轴向端口30与侧端口34之间的流体连通。这种配置由经对齐以将轴向端口30连接到侧端口34的双箭头线92指示。
60.当期望阻断从侧端口34到轴向端口30的流体连通时，螺线管线圈26可以被致动或通电以将先导提动阀20移动到闭合位置，在该闭合位置中，双箭头线96未对齐以允许在主提动阀22内部进行流体连通。这允许经由来自侧端口34的压力对主提动阀室48进行加压以将主提动阀22保持为关闭。
61.在某些示例中，可以从液压阀10、10a消除单向止回阀60。当从液压阀10消除单向止回阀60并且先导座提动阀20也处于打开位置中时，来自轴向端口30的压力对主提动阀室48进行加压以将主提动阀22推动为闭合。因此，主提动阀22可以保持闭合，使得不存在从轴向端口30到侧端口34的流体连通。
62.上文描述的各种示例仅以图示的方式提供并且不应被解释为限制本披露的范围。本领域技术人员将容易地认识到可以在不遵循本文所图示和描述的示例性示例和应用并且在不背离本披露的真实精神和范围的情况下进行的各种修改和改变。