專利名稱：電控氣動岐管通氣閥門插入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及美國專利申請No＿＿，其名為“電控氣動歧管閥門插入件”。該專利的申請具有與此文件相同的受讓人和申請日，2000年＿月＿日，而其揭示援引在此供參考。
本發(fā)明總的涉及閥門組件(也可稱為“閥門插入件”)，屬于布置在歧管中的類型，用于控制裝有該歧管的系統(tǒng)中的流體流動。更具體地說，本發(fā)明屬于通氣閥門插入件，設(shè)計用于布置在裝備有電控氣動(ECP)制動設(shè)備的貨運鐵路車輛的歧管內(nèi)。
為協(xié)助讀者理解許多本發(fā)明可以應(yīng)用的環(huán)境中的僅僅一個，下面提供一些有關(guān)方面的背景信息。除非在本文中明確地聲明，這里所使用的術(shù)語并不限于狹義的解釋。
一列貨運列車通常包括一臺或多臺機車頭、多節(jié)鐵路車輛和幾條列車管路。對于由機車頭領(lǐng)頭并裝備ECP制動控制系統(tǒng)的貨運列車，列車管路既包括氣動也包括電氣線路，其中有一些從領(lǐng)頭的機車一直穿過列車到最后一節(jié)鐵路車輛。稱作制動管路的氣動列車管路就是其中的這樣一種列車管路。它在整個貨運列車長度中延伸，而稱作ECP列車管路的雙線電氣列車管路也是如此。每一臺機車頭的特點是具有稱作多元(MU)線纜的多線電氣列車管路。MU線纜包括27條不同的電氣線路。如鐵路工業(yè)中眾所周知的，MU線纜包含74V直流供電和返回線路，通過它們將機車頭的蓄電池動力供應(yīng)給列車上的各種功率消耗設(shè)備。
制動管路包括一系列管段，其中一個管段固定于每一節(jié)車輛的下面。每個管段在其兩端各有帶聯(lián)結(jié)器的柔性軟管，該聯(lián)結(jié)器通常稱作“熱烈握手”。當(dāng)機車頭(一或多臺)和其他鐵路車輛順次聯(lián)結(jié)而形成貨運列車時，制動管路由各段管路端部的聯(lián)結(jié)器與相鄰鐵路車輛的另一長度的管路的聯(lián)結(jié)器互相聯(lián)結(jié)而形成。類似于制動管路，在其中包含ECP列車管路的管道實際上包括一系列個別的管道。每一這樣的管道固定到每一節(jié)車輛的下面，并通過鐵路車輛之間的聯(lián)結(jié)器與另一這樣的管道互相聯(lián)結(jié)。在機車頭中MU線纜的74V直流動力線的供電下，ECP列車管路通常在額定230V直流下工作，以給貨運列車的各節(jié)車輛上的ECP制動設(shè)備提供動力。
機車頭中ECP制動控制系統(tǒng)包括駕駛室工作站單元和主控制器，列車上的制動器最終受到其控制。駕駛室工作站單元的特點是具有一個或兩個手柄與/或按鈕，以供列車司機用來指引制動控制。其中一個手柄，稱作自動制動手柄，可以在下列位置之間移動釋放、最小作用、全力作用、壓制、連續(xù)作用和緊急狀態(tài)。在最小和全力作用位置之間存在一個作用區(qū)域，其中手柄向全力作用位置的每一個增進移動將促使制動器更強一步的作用。制動器作用力的大小取決于自動制動手柄向全力作用位置移動的遠近程度。
從手柄或按鈕的輸入，經(jīng)過駕駛室工作站單元處理以后，再傳到主控制器。按照其程序編碼內(nèi)所含的指令進行運轉(zhuǎn)，并響應(yīng)從手柄或其它來源的輸入，主控制器制定符合于當(dāng)前情況的制動命令，并將其沿ECP列車管線傳送到貨運列車中的每一節(jié)鐵路車輛。如美國鐵路協(xié)會(AAR)所規(guī)定的，制動命令及其它ECP信息利用諸如Echelon LonWorks系統(tǒng)之類的電力線通信系統(tǒng)傳送出機車頭。沿ECP列車管路，制動命令然后通過分支線路傳送到每一鐵路車輛的ECP制動設(shè)備。相似地，以鐵路工業(yè)熟知的方式，制動管通過分支管輸送到每一節(jié)鐵路車輛的ECP制動設(shè)備。
這樣，主控制器可以通過制動命令，指示行使從釋放制動到緊急施加制動之間的任何一種作用或者在這兩個極限之間的任何程度的制動作用。制動設(shè)備也可設(shè)計成提供制動器的逐漸釋放。由主控制器指示的制動施加程度通常以施加全力作用制動所需的壓力百分比的形式傳送。例如，零百分比(0％)通常表示釋放制動，15％為最小作用的制定施加，100％為全力施加制動，而120％為緊急施加制動。
在各鐵路車輛上的ECP制動設(shè)備通?？砂ㄜ噹刂茊卧?CCU)、若干壓力變換器、各種氣動與/或電動氣動閥門、輔助貯存器、應(yīng)急貯存器和最少一個制動氣缸。為了監(jiān)控制動管中的壓力，制動氣缸和兩貯存器、壓力變換器將表示那些壓力的電信號輸送到CCU。
每一CCU包括一個收發(fā)器和一個微處理器。在微處理器的控制下，收發(fā)器通過分支線路連接到ECP列車管路，從該管路它接受由主控制器發(fā)出的制動命令。收發(fā)器把電氣制動命令轉(zhuǎn)換成微處理器可用的形式。按照其程序編碼和制動命令的規(guī)定以及其它所接收的電氣信號工作，微處理器按照制動控制技術(shù)所熟知的方式控制上述電動氣動閥門。通過這些電動氣動閥，空氣保持在貯存器中、從其中排出或從其中引導(dǎo)至制動氣缸。通過把自動制動手柄移動到作用區(qū)域，例如，機車頭中的列車司機將使ECP控制制動系統(tǒng)沿ECP列車管路發(fā)出制動作用命令。響應(yīng)于制動作用命令，每一節(jié)車輛上的微處理器將從輔助貯存器或者從應(yīng)急貯存器引出適量的空氣，通過合適的電動氣動閥門引到制動氣缸。
此外，作為安全措施，應(yīng)急制動命令不但以電氣方式沿ECP列車管路，同時也以氣動方式沿制動管傳送到鐵路車輛。通過把手柄移動到應(yīng)急位置，機車頭中的列車司機使制動管中的壓力以一應(yīng)急速率降低。該壓力降低然后迅速沿制動管傳播到列車的每一車輛。如果ECP設(shè)備失去動力或有其他電氣故障，它仍將以氣動方式對制動管在緊急狀態(tài)下產(chǎn)生的警示性的壓力降低作出響應(yīng)。ECP制動設(shè)備設(shè)計成通過從輔助及應(yīng)急貯存器對制動氣缸供應(yīng)增壓空氣而響應(yīng)緊急的壓力降低，并由此施加緊急制動。沒有施加制動的命令，并在一些制動控制技術(shù)中所熟悉的條件下，鐵路車輛制動設(shè)備通過其氣動閥中的一個，用從制動管獲得的增壓空氣對這兩個貯存器進行充氣。
不管如何加壓，制動氣缸把所接受的增壓空氣轉(zhuǎn)換為機械力。該機械力利用機械連桿機構(gòu)傳遞到制動閘瓦。緊抵在輪式和/或圓盤式制動器上的制動閘瓦用來使車輪的轉(zhuǎn)動慢下來或停止。施加在車輪上的制動力的大小與氣缸中建立的壓力成正比。
如鐵路工業(yè)中眾所周知的，ECP系統(tǒng)通常僅作為傳統(tǒng)氣動或電動氣動(EP)制動控制系統(tǒng)的一個重設(shè)或附屬而應(yīng)用在貨運列車上。不象ECP制動控制系統(tǒng)，機車頭中的傳統(tǒng)EP制動系統(tǒng)使用制動管以氣動方式將所有制動命令到列車中的每一節(jié)車輛，而不僅僅是應(yīng)急命令。
除了駕駛室工作站單元之外，傳統(tǒng)EP制動控制系統(tǒng)包括制動控制計算機(BCC)和氣動操作單元(POU)。BCC響應(yīng)于駕駛室工作站單元的輸出信號，即手柄和/或按鈕的輸出。根據(jù)這些及其它信號以及支配其操作的軟件，BCC控制包括BOU的各種氣動或電動氣動操作裝置的工作。這些裝置主要包括氣動邏輯電路和電磁操作閥門，因而通常稱作操作部分。就是通過這些操作部分，BCC實際上控制制動管(以及其它各種氣動列車管路和貯存器)中的壓力。
各鐵路車輛上的傳統(tǒng)氣動制動設(shè)備包括諸如由西屋氣剎車技術(shù)股份有限公司(WABTEC)生產(chǎn)的ABD、ABDX或ABDW型閥門之類的氣動制動控制閥。制動控制閥(BCV)包括作用部分及應(yīng)急部分，二者都裝在一管子支架上。管子支架有一定數(shù)量的內(nèi)部通道和幾個開孔。每一個開孔連接于來自鐵路車輛的互連管子中的一條管子，諸如那些通向制動管、制動氣缸和兩個貯存器的管子。通過管子支架的內(nèi)部通道和開孔，BCV的作用和應(yīng)急部分與鐵路車輛中的氣動管道流體連通。
通過移動自動制動手柄，機車頭中的列車司機能夠控制制動管子中的壓力水平，并由此操縱是否施加制動器及施加到何種程度。用自動制動手柄改變其壓力水平，制動管可用來將釋放、施加和緊急制動命令傳送到各節(jié)鐵路車輛中的氣動制動設(shè)備。響應(yīng)于釋放制動命令(即當(dāng)制動管壓力恢復(fù)到其正常操作壓力時)，BCV的作用部分不僅對兩個貯存器用其從制動管所獲取的增壓空氣進行充氣，而且還使制動氣缸向大氣排氣，使車輛中的制動器釋放。響應(yīng)于施加制動命令(即當(dāng)制動管壓力以一作用速率減少時)，作用部分僅從輔助貯存器向制動氣缸供應(yīng)空氣以施加制動。制動管壓力減少的程度，亦即制動施加的大小，取決于自動制動手柄向全力作用位置移動的遠近程度。響應(yīng)于應(yīng)急制動命令(即當(dāng)制動管以應(yīng)急速率排放到大氣時)，BCV的作用及應(yīng)急部分從兩個貯存器同時向制動氣缸供給空氣，以更快速、更有力地施加制動。
在傳統(tǒng)EP制動控制系統(tǒng)的控制下，制動管，或準確地說，其中的壓力水平，決定BCV是否對兩個貯存器充氣，或者把先前存儲在一個或二個貯存器的增壓空氣送往制動氣缸。
在同時裝備有兩種形式的制動系統(tǒng)的貨運列車中，機車頭中的列車司機能夠選擇是否使用傳統(tǒng)EP制動控制系統(tǒng)還是ECP制動控制系統(tǒng)來操作制動器。當(dāng)選用傳統(tǒng)制動模式時，制動管將被用來將制動命令以氣動方式傳送至各鐵路車輛中的氣動制動設(shè)備。當(dāng)選用ECP制動模式時，ECP列車管路將將制動命令傳送至各車輛中的ECP制動設(shè)備，而作為安全措施，制動管也將被用來傳送緊急制動命令。
在各鐵路車輛上，安裝于BCV的管子支架的是ECP歧管組件，在

圖1中總的由標號1表示。只有局部地顯示，ECP歧管組件1包括歧管150和蓋板200。在歧管150中至少包含一部分上述的閥門。ECP歧管150包含四個鏜孔關(guān)斷孔10、通氣孔30、輔助孔50和應(yīng)急孔70。孔50及70通常稱作注入孔。每一鏜孔均有多個孔，從頂部到底部逐次看去，各孔具有逐步縮小的直徑，以便容納裝在其中的具體閥門組件的外形。
ECP歧管150也限定了若干內(nèi)部通道。應(yīng)急通道2使應(yīng)急孔70的底部71與鐵路車輛中的應(yīng)急貯存器互相連接。同樣，輔助通道3使輔助孔50的底部51與輔助貯存器氣動連通。從輔助通道分支出去的是控制通氣孔4。通氣通道5使通氣孔30的中部33與大氣連通。進入通道6使關(guān)斷孔10的中部13與BCV的作用部分互相連通。例如，在ABDX制動控制閥中，進入通道6較佳地連接于作用部分中的c1通道。公共通道7分別與鏜孔10、30、50及70的下部12、32、52及72連通。公共通道7使這些下部與制動氣缸互相連通。
ECP歧管150裝有若干閥門組件(即閥門插入件)。鏜孔10用來容裝關(guān)斷閥門插入件100。鏜孔30用來容裝通氣閥門插入件300。鏜孔50用來容裝輔助閥門插入件500，而鏜孔70用來容裝應(yīng)急閥門插入件700。閥門插入件500及700通常稱作注入插入件。圖1中所示的插入件應(yīng)用了現(xiàn)有技術(shù)中公知的設(shè)計。
通過蓋板200，閥門插入件容納在歧管150內(nèi)。雖然在圖中只有顯示出一個，但在蓋板200中限定出了四個引導(dǎo)通道8，每一鏜孔頂部上都有一個。例如，在插入件100上方，引導(dǎo)通道8與鏜孔10的頂部17連通。在閥門插入件300、500及700的上方，其它引導(dǎo)通道分別與鏜孔30、50和70的頂部37、57和77相連通。
如圖2及3中最明顯地顯示的，各閥門插入件包括主襯套800和活塞組件900。襯套800限定了一個中心孔，它由上、中、下腔室801、802、803構(gòu)成。上腔室801的直徑大于中間腔室802的直徑。因此，在上腔室801的底部有一環(huán)形凸肩，在此中心孔縮小到中間腔室802。同樣，在下腔室803的頂部有一環(huán)形凸肩。主襯套800在中心孔中也具有兩個環(huán)形閥座。第一閥座810形成在上腔室801底部的環(huán)形凸肩上，第二閥座830形成在下腔室803頂部的環(huán)形凸肩上。各閥座是平坦的，并與中心孔縱向軸心線形成一個角度。如果從三維空間來看，每一閥座看上去象一錐形環(huán)狀表面。
主襯套800圍繞其周邊也形成有三個環(huán)形凸緣。環(huán)形凸緣811位于襯套800的頂部周圍。環(huán)形凸緣812和813分別位于襯套800的中部和底部周圍。各凸緣的外直徑是相同的，并且各環(huán)形凸緣限定一凹槽，其中固定一O形圈。配置了O形圈后，主襯套800設(shè)計為可與ECP歧管150中任何一個鏜孔滑動配合。O形圈可以防止容裝閥門插入件的鏜孔各部分之間的泄漏。
活塞組件900設(shè)計成可嵌于主襯套800的中心孔內(nèi)?；钊M件900包括一個插入活塞910和密封元件920及930。從活塞的頭部911延伸出一軸912。頭部912圍繞其周邊形成有一環(huán)形頸圈913。該頸圈限定出一凹槽，以便在其中固定O形圈914。該O形圈914防止空氣從頭部911周圍泄漏。頭部911在其頂部也有凸鈕915。
軸912圍繞其周邊形成有三個周緣。密封元件920在周緣921與頭部911下側(cè)之間固定在軸912周圍，而密封件930在周緣922與923之間固定在軸912周圍。密封元件920的底部外邊設(shè)計成與第一閥座810恰好密封對齊。同樣，密封元件930的頂部外邊設(shè)計成與第二閥座830恰好密封對齊。密封元件920和第一閥座810在一起用作上閥門，而密封元件930和第二閥座830在一起用作下閥門。
如圖3中最清楚示出的，彈簧940設(shè)置在插入活塞910周圍，并受壓縮地設(shè)置在頸圈913下側(cè)與上腔室801的底部凸肩之間。該彈簧將插入活塞910向上偏壓，使下閥門正常時關(guān)閉而上閥門正常時打開。
圖1中所示的諸閥門插入件基本上是相同的，只是閥門插入件300沒有設(shè)置輔助插入件，該輔助插入件通常稱為加壓器。圖2表示具有加壓器的閥門插入件，而圖3表示沒有加壓器的閥門插入件?？偟挠蓸颂?50表示的加壓器具有容納在副襯套970內(nèi)的副活塞960。在其頂部，襯套970有一環(huán)形唇緣971，用來限制活塞960的向上運動。
副活塞960環(huán)繞其周邊形成有環(huán)形凸緣961。該凸緣限定一可固定0形圈962的凹槽。該O形圈防止空氣從活塞960周圍泄漏?；钊?60的下側(cè)含有一中空的軸964。該中空的軸設(shè)計成與插入活塞910的凸鈕915相配合，如圖2所示。
蓋板200的頂部安裝有四個螺線管110，圖1中僅示出其中的螺線管110。在各閥門插入件的上方，對于相應(yīng)的鏜孔，一個螺線管與控制通氣孔4和引導(dǎo)通道8相連通。各螺線管有一個電樞桿，它圍繞有一勵磁線圈。電樞桿在其頭部端具有一密封件。當(dāng)線圈不通電時，電樞桿的頭部端壓靠于閥門插入件上方的蓋板頂面。這使引導(dǎo)通道8與控制通氣孔4及與此連接的輔助貯存器密封隔離，并因此可防止增壓空氣作用于閥門插入件的頂部。
在選擇何種制動控制系統(tǒng)將引導(dǎo)制動器的控制時，機車頭中的列車司機最終決定ECP歧管150中關(guān)斷閥門插入件100的狀態(tài)。當(dāng)選擇傳統(tǒng)的EP制動模式時，各鐵路車輛上的CCU不通過ECP列車管路受到命令對螺線管110進行勵磁以便關(guān)斷閥門插入件100。這使關(guān)斷閥門插入件100保持在關(guān)閉狀態(tài)，即其下閥門關(guān)閉而上閥門打開。(如圖1中清楚示出的，下閥門沒有用到。)因此，無論何時傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)沿制動管路傳送制動施加命令，關(guān)斷閥門插入件100都將容許增壓空氣流過其上閥門并進入制動氣缸。具體地說，來自BCV的作用部分中的c1通道的空氣將容許流入進入通道6并穿過鏜孔10的中部和下部13和12。然后，增壓空氣將流經(jīng)閥座810和通過公共通道7進入制動氣缸，并由此促使鐵路車輛上的制動器起作用。
當(dāng)選擇ECP制動模式時，各鐵路車輛上的CCU通過ECP列車管路受到命令對螺線管110通電。當(dāng)通電后，螺線管110以電磁力迫使其電樞桿向上，并由此使閥門插入件100的引導(dǎo)通道8與控制通氣孔4相互連接。來自輔助貯存器的控制空氣然后作用于副活塞960的頂部。當(dāng)控制壓力建立時，中空軸964圍住凸鈕915，并立刻克服彈簧940的偏壓將插入活塞910向下推。這迫使關(guān)斷閥門插入件100進入其切入狀態(tài)，即其上閥門關(guān)閉。在此狀態(tài)下，關(guān)斷閥門插入件100將使進入通道6與公共通到7切斷，并由此將制動氣缸與BCV作用部分內(nèi)的c1通道斷開連接。
而且，在ECP制動模式，制動器僅通過通氣、輔助和應(yīng)急閥門插入件300、500和700利用使制動氣缸排氣或增壓而釋放或施加作用。各鐵路車輛上的CCU通過ECP列車管路接收釋放或施加作用命令，并對在適當(dāng)閥門插入件上方的螺線管通電。
無論何時ECP制動控制系統(tǒng)沿ECP列車管路傳送制動操作命令，例如，CCU將對在輔助閥門插入件500和/或應(yīng)急閥門插入件700上方的螺線管110通電。(實際上，通常是應(yīng)急閥門插入件受激發(fā)而響應(yīng)作用制動指令。)來自輔助貯存器的控制空氣然后作用于副活塞960的頂部。當(dāng)控制壓力建立時，中空軸964圍住凸鈕915并立刻克服彈簧940的偏壓而將插入活塞910向下推。這迫使應(yīng)急閥門插入件700進入其通電狀態(tài)，即其上閥門關(guān)閉而下閥門打開。(如圖1中清楚示出的，上閥門未用到。)在此狀態(tài)下，應(yīng)急閥門插入件700容許增壓空氣從應(yīng)急貯存器通過其下閥門而進入制動氣缸。具體地說，空氣從應(yīng)急通道2進入鏜孔70的底部71。然后，增壓空氣通過公共通道7流經(jīng)閥座830而進入制動氣缸，并由此使制動器施加作用。
無論何時ECP制動控制系統(tǒng)沿ECP列車管路傳送釋放命令，CCU都將對在通氣閥門插入件300上方的螺線管通電。然后，來自輔助貯存器的控制空氣作用于插入活塞910的頂部。當(dāng)控制壓力建立時，插入活塞910克服彈簧940的偏壓向下移動。這迫使通氣閥門插入件300進入其通電狀態(tài)，即其上閥門關(guān)閉而下閥門打開。(如圖1中清楚示出的，上閥門未用到)。在此狀態(tài)下，通氣閥門插入件300容許在制動氣缸內(nèi)預(yù)先形成的增壓空氣流經(jīng)其下閥門而進入大氣。具體地說，空氣從制動氣缸通過公共通道7進入鏜孔30的底部31。然后，增壓空氣通過通氣通道5流經(jīng)閥座830而進入大氣，并由此使制動器釋放。
關(guān)斷和注入閥門插入件100、500和700最初設(shè)計成不帶加壓器950。這帶來與ECP歧管組件1的操作相關(guān)的問題。例如，當(dāng)注入閥門500或700在制動氣缸充氣后回到其未通電狀態(tài)(即下閥門關(guān)閉)時，來自制動氣缸的增壓空氣可自由地經(jīng)過打開的上閥門流過公共通道7，而作用在圍繞頭部911下側(cè)的密封環(huán)914上。不幸的是，在頭部911下方建立起來的壓力起到抵抗插入活塞910向下運動的作用。因此，為將注入閥門插入件移動到其通電狀態(tài)(即下閥門打開)，這意味著需要更高的控制壓力來克服作用在頭部911下側(cè)的彈簧940的力和制動氣缸的壓力的組合力而使活塞插入件向下移動。
然而，不久就知道，為使注入閥門正常地操作，輔助貯存器中的壓力在某些情況下相對于制動氣缸壓力來說太低。在這些情況下，作用于頭部911頂部的控制壓力(來自通道3、控制通氣孔4及引導(dǎo)通道8)不足以使活塞組件900向下運動到打開位置。這意味著當(dāng)制動器在ECP模式下時，不再有增壓空氣能輸送到制動氣缸。因此，對注入和關(guān)斷閥門均增加了加壓器。
在輔助貯存器中壓力相對于制動氣缸壓力而降低期間，加壓器950使活塞組件900能夠更好工作。具體地說，如圖2最清楚示出的，加壓器活塞960周圍的密封件962具有比插入活塞910的頭部911周圍的密封圈914更大的表面積。作用于副活塞960頂上較大有效面積的控制壓力可產(chǎn)生更大的向下力作用于活塞組件上。(以活塞端面有效面積乘上作用于其上的壓力即為作用于該端面上的力)。這使控制壓力更容易克服由插入活塞910的頭部911下側(cè)上建立的壓力所造成的反抗力。
盡管有性能上的改進，加壓器并未解決與傳統(tǒng)工藝的閥門插入件有關(guān)的所有問題。一個問題在于關(guān)斷和注入閥門插入件100、500和700設(shè)計中固有的壓力不平衡。圍繞插入活塞910的頭部911的O形密封圈914具有相對較大的有效面積。它大于與第二閥座830一起使用以形成下閥門的密封元件930的面積。有效面積之差具有使活塞組件900自動趨向關(guān)閉位置的效果。當(dāng)制動氣缸壓力增加時，作用于活塞頭部911下側(cè)的力相應(yīng)地增加，并趨向?qū)⑾麻y門壓向關(guān)閉位置。因此，為了要使制動操作更加有力而增加制動氣缸中壓力，必須對副活塞960的頂部施加更強的控制壓力以打開閥門插入件。
另一問題是，對于所有現(xiàn)有技術(shù)的閥門插入件，插入活塞910在主襯套800內(nèi)的運動不受引導(dǎo)。周緣921和922各有斜角表面以分別適合與其關(guān)聯(lián)的閥座810和830，以幫助引導(dǎo)插入活塞910在襯套800的中心孔內(nèi)的移動。不過，如圖2清楚示出的，這些周緣幾乎不能防止軸912的下端前后或左右活動。這常稱作鈴錘效應(yīng)。因此，當(dāng)控制壓力消除以后，隨著彈簧940將插入活塞910向上縮回，周緣921和922可能不始終與中心孔的縱向軸線對準。這樣，活塞組件900可能在開放位置卡住。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種通氣閥門插入件，其設(shè)計可防止活塞組件在襯套組件中縱向運動時發(fā)生縱向運動，并因此防止現(xiàn)有技術(shù)的閥門插入件所存在的鈴錘效應(yīng)。
另一目的是提供一種通氣閥門插入件，它具有彈簧負載和閥座設(shè)計，它們相配合可提供比現(xiàn)有技術(shù)的閥門插入件可靠得多的密封，特別在低壓和低溫條件下。
除了上面列出的目的和優(yōu)點，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本文件的詳細描述以后很容易理解本發(fā)明的各種其它的目的和優(yōu)點。當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書考慮該詳細描述時，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變得特別清楚。
前面提到的目的和優(yōu)點是通過一種新型的通氣閥門插入件來實現(xiàn)的。在其各個實施例中，通氣閥門插入件包括一襯套組件、一活塞組件和一彈簧。圍繞襯套組件形成有多個環(huán)形凸緣。每個凸緣限定一凹槽，其中固定有一O形密封圈。O形圈使襯套組件緊密地和密封地嵌于一合適的鏜孔內(nèi)，例如一ECP歧管組件的通氣鏜孔。襯套組件限定一縱向孔，該縱向孔具有一上腔室、一中間腔室和一下腔室。它也限定一第一開口孔，它下腔室連接。襯套組件還有一下彈簧座，它形成在上腔室的底部的圓周上。它還有一環(huán)形閥座，圍繞縱向孔而形成。此閥座朝下面對一位于下腔室下方的底部區(qū)域。環(huán)形閥座的特征為，具有突起的內(nèi)部，該內(nèi)部相對于一傾斜的外部以一預(yù)定角度逐漸變細。在縱向孔中可在打開和關(guān)閉位置之間往復(fù)運動，活塞組件包括一插入活塞和一環(huán)形密封件。插入活塞的頭部設(shè)置在上腔室中，而其桿身向下延伸穿過下腔室。頭部有一環(huán)形頸圈。該頸圈限定一凹槽，在其中設(shè)置一第一環(huán)形密封件，以防止頭部周圍的泄漏。桿身有一個底部，環(huán)形密封件固定于該底部。環(huán)形密封件有一平坦的上表面，當(dāng)活塞組件處于關(guān)閉位置時，該表面用于與環(huán)形閥座的突起內(nèi)部密封接合。通氣閥門插入件的特征也在于，具有在活塞組件于縱向孔內(nèi)縱向運動時可防止其作非縱向運動的裝置。設(shè)置在插入活塞周圍的彈簧被壓縮在環(huán)形頸圈的下側(cè)與下彈簧座之間。彈簧將縱向孔中的活塞組件偏壓到關(guān)閉位置。在打開位置，活塞組件有控制壓力作用于其頂部的一控制表面上?？刂茐毫朔椈勺枇Χ鴱娭骗h(huán)形密封件向下離開環(huán)形閥座，并由此在下腔室與底部區(qū)域之間建立連通。在沒有控制壓力時，活塞組件彈簧作用而向上回復(fù)到關(guān)閉位置。彈簧的擴張向上拉起環(huán)形密封件而抵靠環(huán)形閥座，由此切斷下腔室與底部區(qū)域之間的連通。
圖1是包含四個現(xiàn)有技術(shù)閥門插入件的一ECP歧管組件的剖視圖，這四個閥門插入件從左到右為關(guān)斷閥門插入件、通氣閥門插入件和兩個注入閥門插入件。
圖2是配備有加壓器的圖1的現(xiàn)有技術(shù)閥門插入件的放大剖視圖。
圖3是未配備有加壓器的圖1的現(xiàn)有技術(shù)閥門插入件的放大剖視圖。
圖4是本發(fā)明一個實施例的通氣閥門插入件的剖視圖。
圖5是一ECP歧管組件的剖視圖，表示自左第二個通氣閥門插入件。
圖6是本發(fā)明另一個實施例的通氣閥門插入件的剖視圖。
在詳細描述本發(fā)明之前先請讀者注意，在各圖中，具有相同功能的相同部件盡可能地標以相同的標號。這是為了清楚起見并有利于對發(fā)明的理解。
圖4和5示出了本發(fā)明的一個實施例，即通氣閥門插入件，它總的由標號80表示。以下描述本發(fā)明時，其所指環(huán)境為本文背景部分所陳述的。盡管全文是關(guān)于ECP歧管組件而進行描述的，但在閱讀本文后應(yīng)理解，本發(fā)明可在各種流體控制系統(tǒng)中實施，甚至是一個不屬于鐵路工業(yè)的系統(tǒng)。在上下文中所提供的本發(fā)明并不限制下面所限定的權(quán)利要求的范圍，而僅僅為簡化對本發(fā)明的描述以及便于對它的理解。
新型的通氣閥門插入件80包括一襯套組件、一活塞組件、一導(dǎo)向環(huán)和一彈簧，如圖4中清楚示出的。圍繞襯套組件形成有多個環(huán)形凸緣311、312和313，它們總的由標號130表示。各凸緣分別位于襯套組件130的頂部、中部和底部。圍繞每一個凸緣的周邊限定一凹槽，在其中固定一O形圈。凸緣和O形圈使襯套組件130緊密地和密封地配合在一個合適的鏜孔之中，如圖5中所示的ECP歧管150的通氣鏜孔30。O形圈321、322和323防止容裝通氣閥門插入件80的鏜孔的各部分之間產(chǎn)生泄漏。例如，頂部O形圈321在襯套組件130與罩蓋它的蓋板200之間提供密封。
襯套組件130限定一個縱向孔，它總的由標號310表示，在其中容裝活塞組件?？v向孔310具有一上腔室301、一中間腔室302和一下腔室303。襯套組件130也限定一個或更多個第一開口孔305與下腔室303直接連通。
襯套組件130還有一下彈簧座306，它形成在上腔室301底部的圓周上。其特點也在于有一環(huán)形閥座，總的由標號330表示，該閥座形成在下腔室303的周邊。閥座330朝下面向一位于下腔室303下方的底部區(qū)域307。環(huán)形閥座330的特征為，具有突起的內(nèi)部331，該內(nèi)部相對于傾斜外部332以一預(yù)定角度逐漸變細。通常，該預(yù)定角度可以在25到35度的范圍內(nèi)。較好的是30度，但它可按照各種約束條件調(diào)整，諸如通氣閥門插入件80將要使用的環(huán)境。
總的由標號160表示的活塞組件設(shè)計成嵌于襯套組件130的縱向孔310內(nèi)，并可在其中縱向來回移動。活塞組件160包括一插入活塞210和一環(huán)形密封件，該密封件總的由標號230表示。插入活塞210的頭部211設(shè)置在上腔室301中，而其桿身212向下延伸穿過下腔室303。頭部211圍繞其周邊具有一環(huán)形頸圈213，并在其頂部限定一腔室223。圍繞頸圈213限定有一凹槽215，它容納有一第一環(huán)形密封件214，以防止插入活塞210的頭部211周圍發(fā)生泄漏。
導(dǎo)向環(huán)260固定于襯套組件130的圓柱形內(nèi)壁324上。該圓柱形內(nèi)壁324限定中間腔室302。導(dǎo)向環(huán)260位于圓柱形內(nèi)壁324底部處的一環(huán)形凸肩325上。圖4示出了桿身212的中間部分，它延伸通過導(dǎo)向環(huán)260中所限定的一通孔或開孔261。當(dāng)活塞組件160在縱向孔310內(nèi)縱向運動時，導(dǎo)向環(huán)260可防止活塞組件160的非縱向運動。
桿身212的中部的尺寸制成可嵌入導(dǎo)向環(huán)260的開孔內(nèi)并平滑地滑動。由于精密地配合于孔261中，桿身212的中部可防止桿身212的底部在前后或左右方向推撞，如圖4中所示。這種設(shè)計不僅可引導(dǎo)插入活塞210在襯套組件130中運動，也可防止現(xiàn)有技術(shù)的通氣閥門插入件所存在的鈴錘效應(yīng)。
總之，圓柱形內(nèi)壁324和固定在其中的導(dǎo)向環(huán)260實質(zhì)上可以認為是一種在活塞組件160于縱向孔310內(nèi)縱向運動時防止其發(fā)生非縱向運動的裝置。應(yīng)該理解，這一裝置也可以用各種其它的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。
固定在桿身212的底部的環(huán)形密封件230包括一個環(huán)形圓盤231。環(huán)形圓盤231限定一通孔232，桿身212的底部延伸通過該孔。由彈性材料構(gòu)成的圓盤231有一平表面233，當(dāng)活塞組件160在縱向孔310內(nèi)處于關(guān)閉位置時，該表面與閥座330的突起內(nèi)部331密封地接合。
圍繞插入活塞210而設(shè)置的彈簧壓縮在環(huán)形頸圈213下側(cè)與下彈簧座306之間。與現(xiàn)有技術(shù)的通氣閥門插入件所使用的彈簧提供的2磅的負荷相比，該彈簧最好傳遞3磅的負荷。彈簧240在縱向孔310內(nèi)將活塞組件160偏壓到關(guān)閉位置。在關(guān)閉位置，活塞組件160將下腔室303與位于下腔室下方的底部區(qū)域307切斷。在打開位置，活塞組件容許下腔室303與底部區(qū)域307之間連通。
再參見襯套組件130，第一開口孔305設(shè)計成與ECP歧管150的通氣通道5對準。這在圖5中清楚地示出，位于自左起第二個。通氣閥門插入件80表示為容裝在通氣鏜孔30中，其第一開口孔305與通氣鏜孔30的中部33連通，并由此與通氣通道5相通。此外，底部區(qū)域307為通氣鏜孔30的底部31。這樣，底部區(qū)域307與公共通道7連通，并由此與安裝本發(fā)明的鐵路車輛上的制動氣缸連通。在插入活塞210的頭部211的頂部，腔室223與蓋板200中的控制通氣孔4對準。
在沒有控制壓力作用于插入活塞210的頂面216時，彈簧240的作用迫使活塞組件在縱向孔310內(nèi)向上運動。固定于桿身212底部的環(huán)形密封件230因而受彈簧作用而向上運動，使其平表面233密封地抵住環(huán)形閥座330的突起內(nèi)部331。因此，通氣閥門插入件80正常地是被偏壓到關(guān)閉位置，其中下腔室303與第一開口孔305與底部區(qū)域307切斷。
當(dāng)來自控制通氣孔4的控制壓力作用于插入活塞210的頂面216并進入其中所限定的腔室223時，活塞組件160克服彈簧的反力而被向下壓。插入活塞210的向下運動促使環(huán)形密封件230的平表面233離開環(huán)形閥座330的突起內(nèi)部331。被控制壓力移動到打開位置后，活塞組件160容許下腔室303和第與之相通的開口孔305同底部區(qū)域307連通。當(dāng)安裝在歧管150的通氣鏜孔30內(nèi)時，這樣打開的通氣閥門插入件80容許先前在制動氣缸內(nèi)建立的增壓空氣逸入大氣。具體地說，空氣將從制動氣缸通過公共通道7流入鏜孔30的底部31。增壓空氣將繼續(xù)流過閥座330進入下腔室303，并通過第一開口孔305和通氣通道5到達大氣，由此使鐵路車輛的制動器釋放。
圖4示出一個支撐環(huán)形襯墊275。它還示出一個在插入活塞210的頭部211的底部處圍繞桿身212而限定的環(huán)形凹陷217。支撐環(huán)形襯墊275的內(nèi)部固定在該凹陷217內(nèi)。當(dāng)活塞組件160被在腔室223內(nèi)建立的控制壓力移動到打開位置時，襯墊275的底面與導(dǎo)向環(huán)260的頂面接合。
在桿身212的底部，環(huán)形密封件有一內(nèi)部墊圈234，彈性盤231圍繞形成其周圍。在靠近插入活塞210的底部處，桿身212圍繞其周邊還形成有一周緣218。隨著桿身212的底部插入其通孔232，密封件230由螺帽或類似裝置235固定于該周緣218的下側(cè)。周緣218的外表面向下傾斜。這可進一步幫助引導(dǎo)活塞組件160在縱向孔310內(nèi)縱向運動。
圖6表示本發(fā)明的較佳實施例。在此實施例中，通氣閥門插入件81包括一襯套組件131、一活塞組件161和一彈簧240，但不包括導(dǎo)向環(huán)。彈簧240與前面實施例所采用的相比沒有變化。不過，襯套組件131和活塞組件161各有某些特征分別不同于前面描述的襯套組件130和活塞組件160。
關(guān)于襯套組件131，上、下腔室301和303與圖4的襯套組件130相比基本上沒有變化。不過，中間腔室320有不同的構(gòu)形，這是因為前述實施例的導(dǎo)向環(huán)被取消。更具體地說，限定中間腔室320的圓柱形內(nèi)壁342設(shè)計成可容納不同設(shè)計的桿身221。
關(guān)于活塞組件161，它設(shè)計成可嵌入襯套組件131的縱向孔310內(nèi)，并可在其中縱向往復(fù)運動?；钊M件161包括插入活塞201和環(huán)形密封件230。不過，活塞201有一個不同于圖4的插入活塞210的設(shè)計。它的頭部處于上腔室301內(nèi)，桿身221向下延伸通過下腔室303。然而，桿身221的中間部分251限定一個環(huán)形凹槽，其中固定有一個O形圈254。中間部分251的尺寸制成可平滑地嵌入和在襯套組件131的圓柱形內(nèi)壁342中滑動。由于它嵌于中間腔室320內(nèi)，桿身221的中間部分251可防止桿身221的底部在前后或左右方向上推撞，如在圖6中所見。這一設(shè)計不僅可引導(dǎo)活塞201在襯套組件131內(nèi)運動，而且還可防止現(xiàn)有技術(shù)通氣閥門插入件所存在的鈴錘效應(yīng)。
在該較佳實施例中，O形圈254和桿身221的中間部分251一起作為防止活塞組件在其在縱向孔310縱向運動時產(chǎn)生非縱向運動的裝置。O形圈254和中間部分251，以及它們在其中運動的圓柱形內(nèi)壁342共同執(zhí)行本發(fā)明另一實施例(即通氣閥門插入件80)中導(dǎo)向環(huán)260的功能。然而，一個具有前述設(shè)計特征的通氣閥門插入件與有導(dǎo)向環(huán)特征的設(shè)計比較，其成本較低并更容易制造。
以上已按照專利法詳細描述了實施本發(fā)明的目前為止最佳的和備選的實施例。然而，本發(fā)明的所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認識到，在不脫離所附權(quán)利要求書的精神和范圍的情況下，本發(fā)明有各種不同的替代實施方式。具有相關(guān)技術(shù)的人們也可認識到，上述描述僅為說明性的，而并不是將所附權(quán)利要求書限制到任何特定的狹義的解釋。
因此，為促進科學(xué)和實用技術(shù)的發(fā)展，我通過專利證書為自己取得下列權(quán)利要求所包含的所有主題的專利權(quán)，其時間為專利法所規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種通氣閥門插入件，包括(a)一襯套組件，圍繞它形成有多個環(huán)形凸緣，每個所述環(huán)形凸緣限定一凹槽，其中固定有一O形圈，使所述襯套組件裝于一合適的鏜孔內(nèi)，所述襯套組件限定(i)一縱向鏜孔，具有一上腔室、一中間腔室和一下腔室，以及(ii)一第一開口孔，連接于所述下腔室，所述襯套組件還具有(iii)一下彈簧座，形成在所述上腔室底部的圓周上，以及(iv)一環(huán)形閥座，圍繞所述縱向孔而形成，該閥座朝下面對一位于所述下腔室下方的底部區(qū)域，所述環(huán)形閥座的特征為，具有一突起的內(nèi)部，該內(nèi)部相對于一傾斜的外部以一預(yù)定角度逐漸變細；(b)一活塞組件，可在所述縱向孔中于一打開與一關(guān)閉位置之間往復(fù)運動，所述活塞組件包括一插入活塞，所述插入活塞具有一設(shè)置在所述上腔室中的頭部和一向下延伸穿過所述下腔室的桿身，所述頭部有一環(huán)形頸圈，該頸圈限定一凹槽，凹槽中設(shè)置一第一環(huán)形密封件以防止所述頭部周圍的泄漏，所述桿身有一個底部，一環(huán)形密封件固定于該底部，所述環(huán)形密封件有一平坦的上表面，用于在活塞組件處于所述關(guān)閉位置時與所述環(huán)形閥座的所述突起內(nèi)部密封接合；(c)一用于在所述活塞組件于所述襯套組件的所述縱向孔內(nèi)縱向運動時防止所述活塞組件作非縱向運動的裝置；以及(d)一彈簧，圍繞所述插入活塞而設(shè)置，并被壓縮在所述環(huán)形頸圈的下側(cè)與所述下彈簧座之間，所述彈簧將所述活塞組件偏壓到(i)所述關(guān)閉位置，在該位置，所述環(huán)形密封件被拉向上而抵靠所述環(huán)形閥座，以便切斷所述下腔室與所述底部區(qū)域之間的連通，以及離開(ii)所述打開位置，在該位置，作用于所述頭部的頂部的一控制表面上的控制壓力克服所述彈簧并將所述環(huán)形密封件向下而壓離開所述環(huán)形閥座，從而在所述下腔室和所述底部區(qū)域之間建立連通。
2.如權(quán)利要求1所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述裝置包括(a)所述桿身的中部，圍繞它限定一個環(huán)形凹槽；以及(b)一個O形圈，固定在所述環(huán)形凹槽內(nèi)；所述中部和固定于其周圍的O形圈的尺寸制成可平滑地嵌于和滑動于所述中間腔室的一圓柱形內(nèi)壁內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述預(yù)定角度在25到35度的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述預(yù)定角度為30度。
5.如權(quán)利要求3所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述彈簧具有約3磅的負荷。
6.如權(quán)利要求5所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述適當(dāng)?shù)溺M孔是一歧管組件的通氣鏜孔，并且所述通氣閥門插入件嵌于所述通氣鏜孔內(nèi)而使所述第一開口孔與所述歧管組件內(nèi)的一通氣通道連通，所述底部區(qū)域與所述歧管組件內(nèi)的一公共通道連通。
7.如權(quán)利要求1所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述裝置包括一固定在所述中間腔室的內(nèi)壁上的導(dǎo)向環(huán)，所述桿身的中部延伸通過該導(dǎo)向環(huán)，所述導(dǎo)向環(huán)防止在所述活塞組件于所述縱向孔內(nèi)作縱向運動時所述活塞組件作非縱向運動。
8.如權(quán)利要求7所述的通氣閥門插入件，其特征在于，它還包括一支撐環(huán)形襯墊，該襯墊在所述頭部基底處圍繞所述桿身而設(shè)置，當(dāng)作用于所述頭部的所述控制表面上的控制壓力壓迫所述活塞組件而克服所述彈簧并朝下移動到所述打開位置時，所述支撐環(huán)形襯墊與所述導(dǎo)向環(huán)的頂面接合。
9.如權(quán)利要求8所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述預(yù)定角度在25到35度的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9中所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述預(yù)定角度為30度。
11.如權(quán)利要求9所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述彈簧具有約3磅的負荷。
12.如權(quán)利要求11所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述適當(dāng)?shù)溺M孔是一歧管組件的通氣鏜孔，并且所述通氣閥門插入件嵌于所述通氣鏜孔內(nèi)而使所述第一開口孔與所述歧管組件內(nèi)的一通氣通道連通，所述底部區(qū)域與所述歧管組件內(nèi)的一公共通道連通。
13.如權(quán)利要求1所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述預(yù)定角度在25到35度的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述預(yù)定角度為30度。
15.如權(quán)利要求1所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述彈簧具有約3磅的負荷。
16.如權(quán)利要求1所述的通氣閥門插入件，其特征在于，所述適當(dāng)?shù)溺M孔是一歧管組件的通氣鏜孔，并且所述通氣閥門插入件嵌于所述通氣鏜孔內(nèi)而使所述第一開口孔與所述歧管組件內(nèi)的一通氣通道連通，所述底部區(qū)域與所述歧管組件內(nèi)的一公共通道連通。
全文摘要
一種通氣閥門插入件包括襯套組件、活塞組件和彈簧。它設(shè)計成可緊密而密封地嵌于一適當(dāng)?shù)溺M孔內(nèi),諸如ECP歧管的通氣鏜孔內(nèi)。襯套組件限定一放置活塞組件的縱向孔。當(dāng)控制壓力施加于其頂面時,活塞組件被迫移到打開位置,容許流體流過通氣閥門插入件。在沒有控制壓力作用于頂面時,彈簧的作用迫使活塞組件在縱向孔內(nèi)向上移動。固定在活塞組件底部的環(huán)形密封件被向上帶而使其平面閥座抵靠環(huán)形閥座的突起內(nèi)部。
文檔編號F16K31/122GK1330005SQ0112230
公開日2002年1月9日 申請日期2001年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月28日
發(fā)明者G·M·西奇 申請人:西屋氣剎車技術(shù)股份有限公司