活塞的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活塞。示例性的裝置包括限定了腔和與該腔連通的環(huán)向凹槽的活塞。流體基本上充滿腔的至少一部分。示例性的裝置還包括設(shè)置在腔和凹槽中的活塞環(huán)。流體用于施加第一壓強(qiáng)給活塞環(huán)，從而使得活塞環(huán)施加第二壓強(qiáng)于汽缸壁。該第二壓強(qiáng)大于該第一壓強(qiáng)。
【專利說明】活塞

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及一種活塞致動器，更具體地，涉及活塞。

【背景技術(shù)】
[0002] 活塞致動器通常包括設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞?；钊聞悠骺梢允菃蝿邮降幕螂p動式 的。如果活塞致動器是單動式的，活塞致動器可利用流體在一個方向上驅(qū)動活塞，且彈簧可 使活塞回復(fù)至故障保險(xiǎn)位置，例如關(guān)閉位置或打開位置。如果活塞致動器是雙動式的，活塞 致動器可利用流體在兩個方向中的任一方向上驅(qū)動活塞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本文公開了活塞。示例性的裝置包括活塞，該活塞限定了腔以及與該腔連通的環(huán) 形凹槽。該腔的至少一部分被流體基本上充滿。示例性裝置還包括設(shè)置在腔和凹槽中的活 塞環(huán)。流體用于給活塞環(huán)施加第一壓強(qiáng)，從而使得活塞環(huán)對汽缸壁（cylinder wall)施加 第二壓強(qiáng)。第二壓強(qiáng)大于第一壓強(qiáng)。
[0004] 本文公開了另一示例性的裝置，其包括活塞，該活塞限定了流體腔以及與該流體 腔連通的環(huán)形凹槽。第一密封件設(shè)置在流體腔中。第二密封件設(shè)置在凹槽中且可操作地耦 接于第一密封件。第一密封件用于提供相對于活塞的流體密封，以及第二密封用于提供相 對于汽缸壁的流體密封。
[0005] 本文公開了另一示例性的裝置，其包括活塞，該活塞包括第一端部，第一端部與第 二端部間隔開以限定流體腔。示例性裝置還包括活塞環(huán)，其設(shè)置在活塞的第一端部和第二 端部之間以限定在流體腔中的第一區(qū)域和在流體腔中的第二區(qū)域。第一區(qū)域基本上被流體 充滿?；钊h(huán)的第一部分形成相對于活塞的第一端部和活塞的第二端部的流體密封?；钊?環(huán)的第二部分形成相對于汽缸壁的流體密封。
[0006] 已經(jīng)描述的技術(shù)特征，功能和優(yōu)點(diǎn)可單獨(dú)通過各個實(shí)施例或者可以與其它實(shí)施例 相結(jié)合而獲得，對其進(jìn)一步的詳細(xì)描述可以參考接下來的描述和附圖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1示出了本文中公開的示例性的活塞；
[0008] 圖2是圖1中示例性活塞的截面圖；
[0009] 圖3是圖1-2中示例性活塞的另一截面圖；
[0010] 圖4是圖1-3中示例性活塞的放大的截面圖；
[0011] 圖5示出了圖1-4中示例性活塞與流體容器相連。
[0012] 盡可能地，在整個附圖和相應(yīng)的說明書中使用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的 部件。在本發(fā)明中使用的，描述任何部件（如，層，膜，區(qū)域或盤）以任何形式位于（如位于， 定位在，設(shè)置在，或形成在等）另一部件上表示參考部件不與其它部件相接觸，或者表示參 考部件在其它部件之上，且在參考部件和其它部件之間具有一個或多個中間部件。描述任 何部件與其它部件相接觸表示在兩個部件之間沒有中間部件。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 本文公開了活塞。本文公開的示例性的活塞限定了流體腔以及與流體腔連通的環(huán) 向凹槽。在一些例子中，活塞環(huán)設(shè)置在活塞的兩個端部之間?；钊h(huán)的第一部分可設(shè)置在 流體腔中，且活塞環(huán)的第二部分可設(shè)置在凹槽中。在一些例子中，活塞環(huán)的第一部分形成相 對于活塞兩個端部的流體密封，以限定在流體腔中的第一區(qū)域。流體腔第一區(qū)域中的流體 可向活塞環(huán)的第一部分施加壓強(qiáng)。這樣，活塞環(huán)的第二部分可向汽缸壁施加第二壓強(qiáng)以形 成相對于汽缸壁的流體密封。第二壓強(qiáng)大于第一壓強(qiáng)。在一些例子中，通過活塞環(huán)的第一 部分的壓強(qiáng)差，使得活塞環(huán)的第一部分向活塞環(huán)的第二部分傳送作用力。
[0014] 在一些例子中，活塞環(huán)的第一部分是第一 0形環(huán)，且活塞環(huán)的第二部分是第二0形 環(huán)。第一0形環(huán)可具有大于第二0形環(huán)的第二橫截面尺寸的第一橫截面尺寸。在一些例子 中，第一 0形環(huán)與第二0形環(huán)相接觸以可操作地耦接第一 0形環(huán)和第二0形環(huán)。
[0015] 圖1示出了本文中公開的示例性的活塞100。示例性的活塞100可設(shè)置在單動式 致動器，雙動式致動器，和/或任何其它形式的活塞致動器的汽缸302 (圖3)中，以操作一 個或多個設(shè)備如閥門。該示例性的活塞100可以通過位于活塞的第一側(cè)102和/或活塞的 第二側(cè)104上的任何形式的流體如油，水，氣體等來驅(qū)動。
[0016] 示例性的活塞100包括耦接至第二端部108的第一端部106。在所示例子中，活塞 環(huán)110設(shè)置在第一端部106和第二端部108之間。在示例性的活塞100的運(yùn)行過程中，活 塞環(huán)110形成相對于汽缸302的壁312 (圖3)的流體密封。因此，示例性的活塞環(huán)110主 要防止流體從活塞100的第一側(cè)102流向活塞100的第二側(cè)104和/或從活塞100的第二 偵U 104流向活塞100的第一側(cè)102。盡管圖1中的示例性的活塞100包括一個活塞環(huán)110， 但其它例子中可包括其它數(shù)量（如2, 3,4等）的活塞環(huán)。
[0017] 圖2是圖1中示例性活塞100的透視截面圖。示例性活塞100限定了流體腔200 以及與流體腔200相連通的環(huán)形凹槽202。在所示例子中，第一端部106與第二端部108通 過間隔件204相間隔以限定凹槽202和在第一端部106和第二端部108之間的流體腔200。 示例性間隔件204設(shè)置在流體腔200內(nèi)且從第一端部106延伸至第二端部108。在其它例 子中，第一端部106可以與第二端部108通過多個間隔件、一個或多個機(jī)械緊固件（如螺 釘），和/或任何其它適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ囫罱印?br> [0018] 圖3是圖1-2中示例性活塞100用于雙動式致動器300的另一截面圖。示例性活 塞100設(shè)置在汽缸302中。第一桿304與活塞100的第一側(cè)102相連。第二桿306與活塞 100的第二側(cè)104相連。在其它例子中，活塞100可以與單獨(dú)的桿相連。
[0019] 示例性的活塞環(huán)110包括設(shè)置在流體腔200中的第一部分308和設(shè)置在與汽缸 302的壁312相鄰的凹槽202中的第二部分310。示例性活塞環(huán)110的第一部分308形成 相對于活塞100的第一端部106和第二端部108的流體密封以使得流體腔200的第一區(qū)域 314可以基本被流體充滿且通過流體加壓。接下來更詳細(xì)地描述，作用于活塞環(huán)110的第一 部分308的在第一區(qū)域314中的流體的第一壓強(qiáng)使得活塞環(huán)110的第二部分310形成相對 于汽缸302的壁312的流體密封。在所示例子中，第一區(qū)域314通過活塞100的第一端部 106,活塞100的第二端部108以及活塞環(huán)110的第一部分308的內(nèi)徑側(cè)316而限定。
[0020] 在一些例子中，在致動器300的運(yùn)行過程中，使流體流入流體腔200的第一區(qū)域 314以加壓第一區(qū)域314。在所示例子中，流體腔200的第一區(qū)域314接收來自汽缸302內(nèi) 的流體，以使第一區(qū)域314充滿流體和/或使第一區(qū)域314加壓至第一壓強(qiáng)?；钊?00的 示例性的第一端部106限定了與第一區(qū)域314和汽缸302流體連接的第一端口 318?；钊?100的示例性的第二端部108限定了與第一區(qū)域314和缸302流體連接的第二端口 320。第 一止回閥322設(shè)置在第一端口 318中，且第二止回閥324設(shè)置在第二端口 320中。在其它 例子中，活塞100包括與第一區(qū)域314和汽缸302相連通的其它數(shù)量（如1，3,4等）的止 回閥。在所示例子中，如果在第一區(qū)域314中的第一壓強(qiáng)小于較低閾值壓強(qiáng)和/或如果汽 缸302中的流體壓強(qiáng)大于較高閾值壓強(qiáng)時，第一止回閥322和/或第二止回閥324使流體 能夠從汽缸302流入第一區(qū)域314。因此，施加于驅(qū)動活塞100的流體壓強(qiáng)可以用于加壓第 一區(qū)域314,從而使得活塞環(huán)110形成相對于汽缸302的壁312的流體密封。
[0021] 在一些例子中，流體腔200的第一區(qū)域314在操作之前就被加壓。通過在制造和 /或裝配示例性活塞100的過程中使第一區(qū)域314充滿流體，活塞100可以在操作之前被 加壓。一旦活塞環(huán)110被設(shè)置在活塞100的第一端部106和第二端部108之間且第一區(qū)域 314通過流體被加壓，接下來活塞100就可與氣缸，桿，和/或致動器的任何其它部件進(jìn)行裝 配。
[0022] 圖4是圖1-3中示例性活塞環(huán)110的放大的截面圖。在所示例子中，活塞100基 本上為盤形且活塞環(huán)110的第一部分308是第一 0形環(huán)400,且活塞環(huán)110的第二部分310 是第二〇形環(huán)402。在其它例子中，活塞100可以是其它形狀（如長方形，三角形，六邊形， 橢圓形等），且活塞環(huán)110的第一部分308和第二部分310為與活塞100的形狀基本上一 致的形狀（如長方形，三角形等）。在所示例子中，第一 〇形環(huán)400與第二0形環(huán)402相接 觸以可操作地耦接第一 〇形環(huán)400至第二0形環(huán)402。圖4中示出的第一 0形環(huán)400和第 二0形環(huán)402基本上同心。在一些例子中，活塞環(huán)110的第一部分308和第二部分310是 一體的（如活塞環(huán)110是單體的〇形環(huán)或其它元件）。在其它例子中，活塞環(huán)110包括三個 或多個不連續(xù)的0形環(huán)。在所示例子中，第一 0形環(huán)400具有第一橫截面尺寸（如橫截面 直徑）且第二0形環(huán)402具有小于第一橫截面尺寸的第二橫截面尺寸。第一 0形環(huán)400和 /或第二0形環(huán)402可以具有任何適用的橫截面形狀（如圓形，六邊形，長方形等）。
[0023] 示例性的第一 0形環(huán)400設(shè)置在與凹槽202相鄰的活塞100的第一端部106和第 二端部108之間。在所示例子中，第一 0形環(huán)400和第二0形環(huán)402具有圓形的橫截面形 狀，且活塞100限定了流體腔200,該流體腔具有基本上垂直的與凹槽202相鄰的角404和 406。這樣，活塞環(huán)110和活塞100的第一端部106限定了在流體腔200中與角404之一相 鄰的第二區(qū)域408?；钊h(huán)110和活塞100的第二端部108限定了在流體腔200中位于活 塞環(huán)110與另一個角406之間的第三區(qū)域410。
[0024] 在一些例子中，流體基本上從第二區(qū)域408和/或第三區(qū)域410移出（如排出，釋 放出，流出等）。因此，在第二區(qū)域408和/或第三區(qū)域410中的壓強(qiáng)可以基本上是常壓。在 一些例子中，流體可以充滿于部分或整個的第二區(qū)域408和/或第三區(qū)域410。因此，流體 可以設(shè)置在第一 〇形環(huán)400的內(nèi)徑側(cè)316和第一 0形環(huán)400的外徑側(cè)412上的流體腔200 中。在第二區(qū)域408和第三區(qū)域410中流體的壓強(qiáng)小于在第一區(qū)域314中流體的第一壓強(qiáng) 以提供跨越第一 〇形環(huán)400的壓差。在所示例子中，第一安全閥414設(shè)置在由活塞100的 第一端部106限定的第三端口 416中。第一安全閥414與第二區(qū)域408流體連通以控制在 第二區(qū)域408中的流體壓強(qiáng)。第二安全閥418設(shè)置在由活塞100的第二端部108限定的第 四端口 420中。第二安全閥418與第三區(qū)域410流體連通以控制在第三區(qū)域410中的流體 壓力。在一些例子中，第一安全閥414和/或第二安全閥418與汽缸102的最低壓強(qiáng)區(qū)域 (如汽缸302中包括不用于驅(qū)動活塞100的流體的區(qū)域）連通。作為第一區(qū)域314和第二 和第三區(qū)域408和410之間的壓強(qiáng)差的結(jié)果，通過第一區(qū)域314中的流體施加的作用于第 一 0形環(huán)400的力被傳遞到第二0形環(huán)402。當(dāng)力施加于第二0形環(huán)402時，第二0形環(huán) 402施加作用力于氣缸302的壁312以形成相對于汽缸302的壁312的流體密封。由于第 二0形環(huán)402的橫截面尺寸小于第一 0形環(huán)400的橫截面尺寸，因此第二0形環(huán)402施加 給汽缸302的壁312的第二壓強(qiáng)大于通過在第一區(qū)域314中的流體施加于第一 0形環(huán)400 的第一壓強(qiáng)。
[0025] 第二壓強(qiáng)值是關(guān)于通過第一 0形環(huán)400的壓強(qiáng)差、第一 0形環(huán)400的橫截面尺寸、 以及第二〇形環(huán)402的橫截面尺寸的函數(shù)。因此，選擇第一壓強(qiáng)，第二區(qū)域408和第三區(qū)域 410中的壓強(qiáng)和/或活塞環(huán)110的尺寸以使得活塞環(huán)110可以施加期望的第二壓強(qiáng)值于汽 缸壁312。在一些例子中，期望的第二壓強(qiáng)值是通過第二0形環(huán)402相對于汽缸壁312形 成流體密封（"密封壓強(qiáng)"）的最小壓強(qiáng)。因此，跨越第一 0形環(huán)400的壓強(qiáng)差和/或活塞 環(huán)110的尺寸可以被選擇以使得第二壓強(qiáng)基本等于所述密封壓強(qiáng)，從而最小化由第二0形 環(huán)402相對于汽缸302的壁的第二壓強(qiáng)導(dǎo)致的活塞環(huán)110的磨損。在另外的例子中，可以 選擇所述壓強(qiáng)差和/或活塞環(huán)110的尺寸從而使得第二壓強(qiáng)大于所述密封壓強(qiáng)。
[0026] 圖5示出了加壓示例性活塞100的腔200的另外一種示例性方法。在所示例子 中，通過設(shè)置在汽缸302外的流體容器502中的流體500對第一區(qū)域314進(jìn)行加壓。在所 示例子中，活塞100不包括第一止回閥322和/或第二止回閥324。流體500可通過管道 504 (如流線，軟管等）流入第一區(qū)域314,管道504與第一區(qū)域314和流體容器502流體連 通。在所示例子中，管道504直接從流體容器502通過第一桿304連接至活塞100。在流 體容器502中的流體500可以流入（如泵入）第一區(qū)域314和/或被加壓以增加第一區(qū)域 314的第一壓強(qiáng)。在一些例子中，流體容器502中的流體500的壓強(qiáng)通過與流體容器502相 連的壓強(qiáng)傳感器506而被監(jiān)測。因此，通過控制從流體容器502流入第一區(qū)域314中的流 體500的流動和/或通過控制流體容器502中流體500的壓強(qiáng)，在運(yùn)行過程中第一區(qū)域314 中的壓強(qiáng)可被控制。
[0027] 盡管本文中已經(jīng)描述了某些示例性的方法，裝置和制造原理，但是本專利的保護(hù) 范圍不限制于此。這些例子不意于限制所示例子。相反，本專利覆蓋所有完全落入所附權(quán) 利要求字面的或等效形式的范圍內(nèi)的方法，裝置和制造原理。
[0028] 本發(fā)明后面的摘要是用于使得讀者能夠快速理解技術(shù)內(nèi)容的本質(zhì)?；谶@種理 解，其不用于解釋和限制權(quán)利要求的范圍和內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種裝置，包括： 活塞，其限定了腔以及與所述腔連通的環(huán)向凹槽，流體基本上充滿所述腔的至少一部 分；以及 活塞環(huán)，其設(shè)置在所述腔和所述凹槽中，其中所述流體用于給活塞環(huán)施加第一壓強(qiáng)，從 而使得所述活塞環(huán)對汽缸壁施加第二壓強(qiáng)，所述第二壓強(qiáng)大于所述第一壓強(qiáng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述活塞環(huán)包括可操作地耦接至第二0形環(huán)的第一 0形環(huán)。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一 0形環(huán)與所述第二0形環(huán)相接觸。
4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第一 0形環(huán)具有第一尺寸，所述第二0形環(huán)具有 小于所述第一尺寸的第二尺寸，所述第一 〇形環(huán)被設(shè)置在所述腔中，而所述第二〇形環(huán)被設(shè) 置在所述凹槽中。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述活塞環(huán)包括具有第一尺寸的第一部分和具有小 于所述第一尺寸的第二尺寸的第二部分。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述活塞環(huán)形成相對于所述活塞的流體密封以使得 在所述腔的第一部分中的流體具有第一壓強(qiáng)以及使得在所述腔的第二部分中的流體具有 比所述第一壓強(qiáng)小的第三壓強(qiáng)。
7. 如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述腔流體連通的安全閥。
8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述腔流體連通的止回閥。
9. 一種裝置，包括： 活塞，其限定了流體腔以及與所述流體腔連通的環(huán)向凹槽； 第一密封件，其被設(shè)置在所述流體腔中；以及 第二密封件，其被設(shè)置在凹槽中并且被可操作地耦接至所述第一密封件，其中所述第 一密封件用于提供相對于所述活塞的流體密封，以及所述第二密封件用于提供相對于汽缸 壁的流體密封。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一密封件包括第一 0形環(huán)，且所述第二密封 件包括第二〇形環(huán)。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述第一 〇形環(huán)與所述第二〇形環(huán)相接觸。
12. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述流體腔中的流體用于在所述第一密封件的第 一側(cè)上形成第一壓強(qiáng)以及在所述第一密封件的第二側(cè)上形成第二壓強(qiáng)，所述第一壓強(qiáng)大于 第二壓強(qiáng)。
13. 如權(quán)利要求9所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述流體腔流體連通的安全閥。
14. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一密封件具有第一尺寸，且所述第二密封件 具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。
15. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述活塞包括通過間隔件耦接至第二端部的第一 端部。
16. -種裝置，包括： 活塞，其包括第一端部，所述第一端部與第二端部間隔開以限定流體腔；以及 活塞環(huán)，其被設(shè)置在所述活塞的所述第一端部和所述第二端部之間以限定在所述流體 腔中的第一區(qū)域和在所述流體腔中的第二區(qū)域，第一區(qū)域基本上被流體充滿，其中所述活 塞環(huán)的第一部分形成相對于所述活塞的所述第一端部和所述活塞的所述第二端部的流體 密封，且所述活塞環(huán)的第二部分形成相對于汽缸壁的流體密封。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述活塞環(huán)的第一部分具有第一尺寸，且所述活 塞環(huán)的第二部分具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。
18. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中通過所述活塞環(huán)的第一部分提供壓強(qiáng)差。
19. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述活塞限定環(huán)向凹槽且所述活塞環(huán)的所述第二 部分被設(shè)置在所述凹槽中。
20. 如權(quán)利要求16所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述流體腔的所述第二區(qū)域連通的安全 閥。
【文檔編號】F16J1/00GK104048041SQ201410155710
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】T·F·杰克遜 申請人:費(fèi)希爾控制國際公司