使用往复运动的阀芯以控制流体流动的阀在流体技术中是众所 周知的。例如被径向配置的、用作液压泵/马达部件的滑阀(例如可 以参阅美国专利US5,513,553，标题为“具有安装齿轮的旋转斜盘的 液压设备”)。在许多这些众所周知的阀中，每个阀芯在缸体内轴向 地往复运动，所述缸体形成在阀体内。更常见的是每个缸体具有一对 进出口，所述进出口限定了第一和第二流体通道，阀芯具有一对被一 阀杆分开的堵孔部分，所以，当所述阀芯轴向运动到第一位置时，所 述第一流体通道被阻塞，同时流体被允许通过所述阀杆移动并穿过所 述第二流体通道。同样，当所述阀芯轴向运动到第二位置时，第二流 体通道被阻塞，同时流体被允许通过所述阀杆并穿过所述第一流体通 道。
通常在这种阀中，阀芯的一端被用做凸轮随动件，它安放在一个 转动的凸轮表面上，使用弹簧将阀芯偏压向凸轮表面，所以凸轮的转 动控制每个阀内的相应阀芯有顺序地连续轴向运动。然而众所周知， 这种弹簧偏压阀芯系统的响应时间和通常操作经常受污垢和反压力 影响。同时众所周知，这种公知的阀中的单个阀芯经常围绕缸体的中 心轴转动(虽然非常缓慢)。因而，每个阀芯的狭窄阀杆部最好被设 计成圆柱体形状(参考图3、图4)，以便如果上述阀芯开始转动，其 阀杆部方位的变化在上述阀被开启时不会导致围绕圆柱体的阀杆部 所形成的流体通道形状的任何变化。
当阀被用于控制在高压高速条件下的液体流动，例如在汽车的泵 /马达内，能够产生大的马力，必须能够达到高达4000rpm的转速并承 受高达4000磅/英寸2的压力时，，阀的设计非常重要。在这种条件下， 流体始终如一的流动非常关键。
本发明主要目的在于解决这种关键的流体流动。符合本发明的阀 克服了弹簧偏压阀芯系统的响应时间问题，不仅保证了阀开闭时间的 前后一致，而且显著地增加了流体通过每个阀芯阀杆部的效率。
发明概述
符合本发明的阀的一般结构与上述普通阀的结构大致相同。换句 话说，每个阀芯在形成在阀体内的空腔中，最好是缸体中往复运动。 上述缸体可以包括仅形成一个流体通道的进出口。然而，在设计用来 与液压泵/马达一起使用的实施例中(参考图1和图2)，每个缸体具 有确定了第一和第二流体通道的第一进出口和第二进出口。阀芯具有 一对被一阀杆分开的堵孔部分，从而，当所述阀芯轴向运动到第一位 置时，所述第一流体通道被阻塞，流体被允许通过所述阀杆和所述第 二流体通道。同样，当所述阀芯轴向运动到第二位置时，第二流体通 道被阻塞，流体被允许通过所述阀杆和所述第一流体通道。
然而，与现有技术的设置相反，在本发明的阀中，阀芯的往复轴 向运动不被弹簧偏压的凸轮随动件所控制。相反，对阀芯的正控制是 通过一个凸轮随动件实现的，该凸轮随动件被锁定在一个凸轮轨道内 并被固定住随一个驱动轴一起转动，所述凸轮轨道至少具有两个平行 的凸轮表面，所述凸轮随动件被限制在所述平行的凸轮表面之间。在 所有实施例中，凸轮随动件都是一个转子。
在图1和图2所示的根据本发明的最佳实施例的阀结构中，若干个 阀围绕液压泵/马达的驱动轴径向分布，每个阀的阀芯包括一个从所 述阀芯底部延伸出的柄脚，上述柄脚上具有一个孔，通过该孔，作为 凸轮随动件的转子被接收和支承在一个预定的方位，该方位允许转子 与凸轮轨道的平行表面滚动地接合。在所介绍的实施例中，凸轮轨道 的平行的表面被分成两个镜象部分，所述镜象部分提供了平衡的正向 驱动，用于控制凸轮随动件的位置。凸轮轨道、转子和柄脚的结合控 制了每个阀芯的往复运动时间，同时，所述的结合也被用做一种定位 机构，阻止阀芯在各自的缸体内转动。
每个阀芯的阀杆部限定了一个通道，a)所述通道或者由单独一 个中央支承物形成，所述中央支承物具有一个流水形的、非圆柱体的 曲面形状；(b)或者仅由一对侧壁形成。最好所述侧壁的内表面的 形状也是流水形。中央支承物和侧壁的流水形状便于高压高速流体通 过被阀控制的流体通道。也就是说，这些流水形的表面便利于(i) 流体通过阀芯(ii)当阀杆部分与各自缸体的进出口对齐时，流体进 出被缸体进出口所确定的流体通道的方向。
当然，流水形的阀杆表面必须被保持在一个相对于缸体进出口的 预定方位，以便确保最大流量的流体通过阀杆和缸体通道。本发明的 定位机构阻止阀芯的任何轴向转动。换句话说，这种机构包括安装在 每个阀芯上的凸轮随动件。如上所述，这些凸轮随动件(最好是转子) 被锁定在一个转动凸轮的平行表面之间，所以，每个阀芯在被凸轮轨 道正向驱动时便不能围绕其轴线转动，从而将阀芯的阀杆通道保持在 所期望的方位。
附图
图1是一种液压泵/马达(美国专利US5,513,553所介绍的那种类 型)被挑选部分的横截面示意图(为了清楚起见，省略了不重要的零 件和剖面线)，显示了位于机壳左端之内的本发明改进后的径向滑 阀。
图2是图1中径向滑阀部分沿平面2-2(部分零件被移走)所做的 横截面示意图，表示的是(a)设备的九个泵缸和各自的阀开口，(b) 本发明的正向凸轮轨道的一半，(c)仅仅两个滑阀的柄脚和转子部 分。
图3、图4和图5分别显示了现有技术滑阀示意图，其中，图3是一 个侧视图，图4是一个沿图3中4-4平面所做的一个侧视图，图5是一个 沿图4中5-5平面所做的横截面视图，使用虚线表示流体通过滑阀阀杆 部分的流动方向。
图6、图7和图8分别显示了符合本发明第一实施例的改进滑阀的 相应视图，图6是一个侧视图，图7是一个沿图6中7-7平面所做的一个 侧视图，图8是一个沿图7中8-8平面所做的横截面视图，使用虚线表 示流体通过滑阀阀杆部分的流动方向。
图9、图10和图11分别显示了符合本发明第二实施例的改进滑阀 的相应视图，图9是一个侧视图，图10是一个沿图9中10-10平面所做 的一个侧视图，图11是一个沿图10中11-11平面所做的横截面视图， 使用虚线表示流体通过滑阀阀杆部分的流动方向。
图12、图13和图14分别显示了符合本发明第三实施例的改进滑阀 的相应视图，图12是一个侧视图，图13是一个沿图12中13-13平面所 做的一个侧视图，图14是一个沿图13中14-14平面所做的横截面视 图，使用虚线表示流体通过滑阀阀杆部分的流动方向。
图15、图16和图17分别显示了符合本发明第四实施例的改进滑阀 的相应视图，图15是一个侧视图，图16是一个沿图15中16-16平面所 做的一个侧视图，图17是一个沿图16中17-17平面所做的横截面视 图，使用虚线表示流体通过滑阀阀杆部分的流动方向。
图18、图19和图20分别显示了符合本发明第五实施例的改进滑阀 的相应视图，图18是一个侧视图，图19是一个沿图18中19-19平面所 做的一个侧视图，图20是一个沿图19中20-20平面所做的横截面视 图，使用虚线表示流体通过滑阀阀杆部分的流动方向。
图21、图22和图23分别显示了符合本发明第六实施例的改进滑阀 的相应视图，图21是一个侧视图，图22是一个沿图21中22-22平面所 做的一个侧视图，图23是一个沿图22中23-23平面所做的横截面视 图，使用虚线表示流体通过滑阀阀杆部分的流动方向。
详细说明
图1显示了液压泵10的一部分，所述液压泵10包括一个驱动轴 12，所述驱动轴12可被一连接在该驱动轴右端的外部动力源例如汽车 发动机所驱动(驱动轴12的右端和外部动力源都没有被显示)。泵10 具有一个汽缸体部分14，在所述汽缸体部分14内，若干个泵缸16围绕 驱动轴12的轴线42径向分布，每个泵缸16的轴线平行于轴线42。每个 泵缸16内具有一个活塞18，通过各自的“八字块”(dog bone)活塞 杆20，所述活塞18与一个旋转斜盘24的下垂-但不转动的摆轮22相 连，所述旋转斜盘24也包括一个下垂且转动的转动体26。用众所周知 的方式，旋转斜盘24的转动体26与驱动轴12铰接，以便转动体随驱动 轴转动，旋转斜盘24相对于驱动轴12的角度被一个包括连杆28的装置 所控制。摆轮22被支承在一对球形齿轮的内齿32内，所述对球形齿轮 的外齿轮34被安置在旋转斜盘壳体部分30的内壁上，所述壳体部分30 连接在泵10的汽缸体部分14的右端。
对应于驱动轴12的转动，泵活塞18往复运动，使流体通过开口17 流进和流出泵缸16。每当每个活塞移动到右侧，进入开口17的低压流 体随着活塞的运动而充满对应的泵缸16；随后当活塞18向左返回，高 压流体通过开口17被压出对应的泵缸16。所述高压和低压流体的高速 流动被阀体36中的滑阀控制，该阀体36通过螺栓38连接到汽缸体14 的左端。
阀体36设有若干个围绕驱动轴12的轴线42分布的阀缸40，每个阀 缸40的轴线从轴线42径向延伸，在每个阀缸40内，一个相应的阀芯44a 被沿轴向移动，按顺序开启和关闭一对进出口46、48，所述进出口46、 48限定了相应的高压和低压流体通道，所述通道与相应螺旋形歧管53 (仅一个被用虚线表示)内的对应的通路50、52相连，所述螺旋形歧 管被形成在端盖54上，所述端盖54形成了泵10壳体的左端。
首先利用符合本发明第一实施例的阀芯来介绍对安装在阀体36 内的滑阀的操作。[需要指出的是，本发明所有的滑阀具有相似元件 形成的相同基本配置，所述的相似元件用相同的符号表示。不同实施 例中的元件使用对应于该实施例的字母后缀(a～f)表示。]
参考图2、图6和图7，每个阀芯44a包括一对被阀杆60a分开的堵 孔部分56a、58a，在最佳实施例中，柄脚62a从堵孔部分58a向外延伸。 柄脚62a具有一个导向孔64a，所述导向孔接受和支承一个凸轮随动转 子66a。
如图1和图2所示，一对镜象凸轮元件70、72被安置在阀体36内， 并被安装在驱动轴12的左端。在凸轮元件70、72的内表面上，机加工 出沟槽，所述沟槽是一对对应的凸轮轨道74、76，每个具有两个相互 平行的表面，所述表面形成了各自轨道74、76的侧壁，使用销78，将 凸轮元件70、72固定得与驱动轴12一起转动并保持在固定的位置，所 以，凸轮轨道76变成凸轮轨道74的镜象。
在装配时，当将每个阀芯44a装配在各自的阀缸40内之后，凸轮 元件72被锁在轴12上；每个相应的转子66a被安装在形成在相应阀芯 44的柄脚62内的导向孔64内。每个凸轮随动转子66a随后被安置成其 一端在凸轮元件72的凸轮轨道76内。随后，凸轮元件70也被锁在轴12 上，这样每个转子66a的另一端被凸轮元件70的凸轮轨道74所容纳， 凸轮元件70被适当地锁定。
如上所述，由于柄脚62a相对于阀芯44a是固定的，同时由于凸轮 随动转子66a被锁定在凸轮元件70、72的凸轮轨道74、76内，所以在 操作期间，阀芯44a被禁止围绕其相应的阀缸40的轴线转动。此外， 由于阀杆60a的位置相对于阀芯44a的其它部分也是固定的，所以在操 作期间，阀杆60a的方位同样被禁止围绕其相应阀缸40的轴线转动。
本发明的一个主要特征在于每个阀芯的阀杆的方位和形状，以及 当每个阀杆与各自阀缸40的进出口对齐时，流体能通过在阀杆内形成 的通道方便地流动和取向。在此方面，必须记住，每个阀芯44的轴向 运动控制流体的顺序的、双向的流动，也就是流进和流出每个泵缸 16。
与图3、图4所示的现有技术的阀芯相比，流体便利流动的重要性 可以被更好地理解。在每个众所周知的且被广泛使用的阀芯44中，堵 孔部分56、58被一个圆柱体形状的阀杆60分开上述堵孔部分58的底部 具有一个球型表面59，该表面59骑在普通控制凸轮的表面上(类似于 图2所示的凸轮轨道74的内壁)。每个这种已知阀芯44的球型表面59 被用做凸轮随动件，通常设置成通过弹簧偏压与控制凸轮的表面保持 接触(图中未示)。
如背景技术部分所述，已知阀芯44的每个阀杆60以阀芯的轴线为 中心并具有圆柱体形状。因而，在操作期间，如果阀芯44在其相应的 阀缸中轴向转动，由阀芯44的阀杆所形成的流体通道的形状和尺寸保 持不变。在流体技术领域中众所周知，当流体以高速通过一个圆柱体 时(例如，空气通过一个旗杆或帆船桅杆的运动)，在流动的流体中 形成旋涡，因而导致紊流。流体通过阀芯44的阀杆通道时所形成的紊 流如图5所示，在图5中，用箭头82表示流体流动，如上所述，流体在 每个阀中是双向流动的。这种紊流降低了阀的效率，特别是在高速高 压流动时。
本发明目的在于减少这种紊流，从而增加高速/高压液压泵/马达 的效率。
减少紊流
参考图6、7和8所示的本发明阀芯的第一实施例，阀芯44a的堵孔 部分56a、58a被阀杆部分60a分开，在阀杆部分60a的内部，当阀杆部 分60a与阀缸40的相应进出口46、48对齐时，两个侧壁80a的内部限定 了一条流体通道。由于没有中间阀杆部件(例如，现有技术中的阀芯 44的阀杆60)，流体不受阻碍并且双向地自由流过阀芯44a的阀杆部 分60a，如图8中箭头82a所示。需要重点指出的是，侧壁80a内部相对 于进出口46、48的预定位置对于流体通道的效率是关键的，通过上述 的定位机构，可以保证侧壁80a内部的方位的恒定，也就是柄脚62a和 转子66a相对于阀杆部分60a的预定和固定的位置。
图9、图10和图11分别显示了本发明阀芯的第二实施例，阀芯44b 的堵孔部分56b、58b被一个成为阀杆部分的中央支承物60b分开，当 中央支承物60b与阀缸40的相应进出口46、48对齐时，所述阀杆部分 限定了一条用于流体流动的双向通道。第二实施例还包括本发明另外 的特证，也就是中央支承物60b的表面80b具有预定的流水形状，便利 于流体双向流动通过表面80b，同时便利于减少在运动的流体中形成 旋涡。中央支承物60b相对于进出口46、48的预定位置对于由阀杆部 分形成的流体通道的效率是关键的，中央支承物60b的方位的恒定性 由柄脚62b和转子66b相对于柄杆60b的预定和固定的位置所保证。
增强流动的方向
如上所述，滑阀在液压设备例如泵和马达中得到广泛的使用。在 液压领域中众所周知，泵具有对应于驱动轴转动的活塞，驱动轴被一 个外部动力源所驱动。活塞将低压流体吸入泵缸，再以高压迫使流体 流出泵缸。在液压马达中，恰恰相反，也就是高压流体推动马达的活 塞，导致马达的驱动轴转动，流体以低压流出泵缸，返回一个封闭的 液压回路(或者在一些情况下，返回一个储槽)，所述液压回路由马 达和与之匹配的液压泵组成。当高压流体的流动方向在供应于马达等 的水面线上逆转时，马达驱动轴的转动方向也被逆转。在任何情况 下，通过单独的进出口，液压流体进入和离开泵/马达的泵缸，流体 通过这些进出口的方向均可以逆转。
再次参看图1所示液压设备的左上方的滑阀配置，每个阀缸40包 括一个开口17，所述开口17与每个泵缸16的左端相连。每个阀缸40 也包括两个分开的进出口46、48，它们分别与形成在泵10的端盖53 上的流体通道50、52相通。在图示的特定结构中，进出口46位于开口 17所在水平面的上方，而进出口48位于开口17所在水平面的下方。
为了便于说明，设想泵10在一个封闭的流体回路中与一相互配合 的液压马达操作。此外，设想高压流体出现在通道50内和与进出口46 相连的管中，低压返回流体出现在通道52内和与进出口48相连的管 中。图1显示旋转斜盘24处于最大角度的倾斜位置，泵10以最大的流 速输送流体。假如旋转斜盘24刚刚达到图中所示位置，阀芯44a刚刚 达到图中所示位置，此时进出口46、48均被封闭。随着泵继续操作， 旋转斜盘24开始向右移动活塞18，凸轮元件70、72向下移动阀芯44a， 使流体返回通道52与开口17相连，并允许流体从开口48向上进入泵缸 16的开口17。返回流体在低压下继续通过开口17并进入泵缸16，直到 旋转斜盘24的转动使活塞18完全运动到最右端。此时，阀芯44a已经 向上运动，两个进出口46、48再次被封闭。随着旋转斜盘24开始向左 驱动活塞，阀芯44a的持续向上运动使开口17与进出口46相连，从而， 活塞18迫使高压流体从开口17向上流出泵缸16，并流入进出口46和通 道50。
将在下文介绍的实施例涉及使流体方向容易地通过本发明阀芯 的阀杆通道。
图12、图13和图14分别显示了本发明阀芯44c的第三实施例，在 该实施例中，阀芯44c结合了第一和第二实施例的关键特征。换句话 说，在设计上类似于第一实施例，阀杆部分60c包含一个仅被两个侧 壁所限定的完全畅通的流体通道。然而，在该实施例中，所述侧壁的 内表面80c具有预定的流水形，便于流体流入一个单独的进出口和从 该单独开口(例如上述图2中的开口17)流入一对进出口(例如，图1 所示的进出口46、48)，所述对进出口分别在上述单独进出口的左、 右侧开口。
图15、图16和图17分别显示了本发明阀芯44d的第四实施例，在 该实施例中，阀杆60d同样使用一对侧壁来限定一个阀杆通道的界 限，一个具有流水形表面的水平分配器79将上述通道一分为二，沿箭 头82d所示方向引导流体流动。在该实施例中，设想一个单独进出口 (例如图2中的开口17)位于图17的右端。该实施例用来增强流体流 入入口和流出出口，所述入口和出口分别位于上述单独进出口的上、 下方。
图18、图19和图20分别显示了本发明阀芯44e的第五实施例，该 实施例是第二实施例的改进。换句话说，单独的中央支承物60e具有 流水形表面80e，用于使流体流进和流出分开的进出口(例如图2中的 进出口46、48)，所述分开的进出口位于一个单独的进出口(例如， 图2中的开口17)的左、右侧。在图20中，用箭头82e表示流体的流动 方向。
最后，图21、图22和图23分别显示了本发明阀芯44f的第六实施 例，该实施例是对第一和第三实施例的最佳改进(看图7和图13)， 阀芯的阀杆部分包括一个仅被两个侧壁所限定的完全畅通的流体通 道。为了便于流体流动，希望减少这些侧壁的厚度。然而，随着侧壁 的变薄，高压流体通过开口的阀杆通道时可能导致侧壁轻微的“弓形 弯曲变形(bowing out)”，同时导致在上述阀芯外表面和对应的阀 缸内表面之间的间隙被不利地减少。
在第六实施例中，围绕阀杆部分60f的整个外周边，形成一个压 力平衡通道84。(注意；在图中，通道84的深度被极大地夸大)。虽 然通道84的宽度(在图21、22和23中)被示为沿阀杆部分60f的完全 垂直高度伸展，但是一个更窄的通道也能满足需要，这是由于通道84 的尺寸不必大于引入平衡压力(在每个侧壁的外侧和安装有阀芯44的 阀缸的内表面之间)所需的尺寸，所述平衡压力是指足以阻止侧壁变 形的压力。
如第一和第三实施例所述，阀芯44f没有中间阀杆元件(例如现 有技术中阀芯44的阀杆60)，如图23中流体流动箭头82f所示，流体 自由地不受阻碍地双向流过阀芯44f的阀杆部分60f。然而也应该指出 的是，由于通道84的深度(图中所述深度被宽大)虽然适合引入所需 的平衡压力，但不足以大到允许任何值得重视的流体通过，所以图中 没有显示流体通过形成在阀杆60f外表面上的通道84。
在后四个实施例中，通过阀芯的阀杆部分的流体通道的方位是很 关键的。如第一和第二实施例所述，通过一种阻止单个阀芯44a～f围 绕其相应的阀缸40的轴线转动的机构，所述关键的方位得以维持。这 种定位机构可能包括一些由每个阀缸和阀芯所使用的销和沟槽/槽结 合的销槽配置。然而，再次重复，最佳的定位机构包括一种正向驱动 的凸轮随动件，所述凸轮随动件被锁定在凸轮轨道内，并如上所述那 样相对于每个阀芯被定位在一个固定的方位。
如上所述，通过(a)正向驱动每个阀芯，(b)方便流体流过每 个阀芯的阀杆部分，(c)使用减少流体紊流的阀芯阀杆，本发明提 高了泵的效率。在液压泵/马达的阀系统中，流体紊流的减少不仅提 高了设备效率，而且显著地减少了流体高速运动时所造成的设备噪 音。