CN1671986A - 回转阀的执行机构 - Google Patents

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CN1671986A CNA038175754A CN03817575A CN1671986A CN 1671986 A CN1671986 A CN 1671986A CN A038175754 A CNA038175754 A CN A038175754A CN 03817575 A CN03817575 A CN 03817575A CN 1671986 A CN1671986 A CN 1671986A
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D·C·克尔格
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Abstract

一种用于阀的旋转执行机构，其包括凸轮机构，用于将开启力传递给可动阀件，以便克服闭合弹簧的偏压而使阀件脱离阀座运动。在阀件正运动到关闭位置或处于关闭位置中时，凸轮机构不会将弹簧力传递给阀件。另外，当阀处于打开位置时，凸轮机构的部件具有较大的接触表面积，以便减小凸轮面上的单位载荷。可动凸轮可相对于促动手柄轴向运动。可动阀件不能相对于阀体旋转。当阀件处于关闭位置时，凸轮机构不会将弹簧力传递给可动阀件。

Description

回转阀的执行机构
发明背景
本发明涉及一种阀和用于阀的执行机构。特别是，本发明涉及一种具有可响应于旋转输入而使第一阀部件相对于第二阀部件在打开和关闭位置之间轴向运动的执行机构的阀。
许多工业用阀具有阀件如阀杆，其可相对于阀座在打开位置和关闭位置之间运动，在打开位置中阀件与阀座间隔开，使得流体可流经阀，而在关闭位置中阀件与阀座相接合。可动阀件通常通过弹簧而保持为与阀座相接合。随着时间的过去，阀件和/或阀座可能会磨损，或者在连续的加载下会产生材料蠕变，在它们是由塑料制成时尤其如此。如果阀件无法朝向阀座运动得更远以补偿这种磨损或蠕变的话，那么在一些情况下阀将无法完全地闭合。
一些阀具有用于打开和关闭阀的凸轮机构。如果凸轮机构设置在闭合弹簧和可动阀件之间，那么凸轮机构将会不合需要地限制阀件的补偿运动。另外，如果凸轮机构的部件本身由塑料制成，那么它们在长时间地受到闭合弹簧的力时会产生材料蠕变和/或变形。
发明概要
本发明涉及一种阀和用于阀的旋转式执行机构。该执行机构包括凸轮机构，其可将开启力传递到可动阀件上，以克服闭合弹簧的偏压而使阀件脱离阀座。当阀件正朝向关闭位置运动或处于关闭位置中时，凸轮机构不会将闭合弹簧力传递给阀件。因此，弹簧可以补偿阀件或阀座中的任何材料蠕变或变形。
根据本发明的一项特征，凸轮机构包括两个均具有完整凸轮轮廓的凸轮而非一个凸轮和从动件，以便降低凸轮面上的单位载荷。例如，当阀处于打开位置中时存在有较大的接触表面积。根据本发明的另一特征，可动凸轮可相对于促动手柄轴向地运动。
根据本发明的另一特征，可动阀件无法相对于阀体旋转，从而减小了阀座和阀件上与阀座相接合的部分的磨损。根据本发明的另外一项特征，当阀件处于关闭位置中时，凸轮机构不会将弹簧力传递给可动阀件。
附图简介
在参考附图阅读了下述介绍之后，本领域的技术人员可以清楚上述及其它的特征，在图中：
图1是包括有根据本发明一个实施例的人工阀执行机构的径向隔膜阀的纵向剖视图，其中该阀显示为处于关闭位置；
图2是图1所示部分的放大视图；
图3与图2类似，但显示了处于打开位置的阀；
图4是形成了图1所示阀的一部分的可动凸轮的底部透视图；
图5是形成了图1所示阀的一部分的固定凸轮的底部透视图；
图6显示了凸轮位移与旋转角度的关系的图；
图7是显示了在阀处于打开位置时固定凸轮和可动凸轮的相对位置的图；
图8是显示了在阀处于关闭位置时固定凸轮和可动凸轮的相对位置的图；
图9是显示了固定凸轮和可动凸轮之间的角位移和接触面积之间的关系的图；和
图10是显示了固定凸轮和可动凸轮之间的角位移和接触区域中的表面压力之间的关系的图。
发明的详细描述
本发明涉及阀和用于阀的执行机构。特别是，本发明涉及一种可响应于旋转输入而使第一阀部件相对于第二阀部件在打开和关闭位置之间轴向运动的阀执行机构。本发明可应用于多种阀执行机构的构造中。作为本发明的一个代表，图1显示了根据本发明一个实施例的阀10。阀10为径向隔膜阀，其带有可人工促动的四分之一圈阀执行机构12。
虽然本发明是针对径向隔膜阀中的四分之一圈阀执行机构来进行介绍的，然而本发明可用于其它的阀执行机构设计和阀中。这里提出的本发明的多个方面可以单独地使用，或者是相互间结合起来以及与其它的阀和阀执行机构设计结合起来使用，所示实施例在本质上是示例性的，并不限制其使用。
阀10包括阀体20。所示阀体20由单件模制塑料件制成，但也可由其它方式和/或由不同的材料制成(在图中为清晰起见，阀体20显示为金属的剖面)。阀体20在阀体内限定了一个碗形的阀腔22。阀腔的宽端处于图1中的最上方(为方便起见，该方向在这里称为“向上方向”；应当理解，阀10也可在各种方位中使用)。
阀体20包括流体入口26。流体入口26可容纳流体管线，以引导流体流到阀10中。阀体20还包括流体出口24。流体出口24可容纳流体管线，以引导流体流出阀10。流体入口26、流体出口24和阀腔22一起形成了阀10中的流体流动通道28。
阀体20具有阀座30，其限定了一个可变孔32并围绕该孔延伸。孔32位于流体流动通道28中。在阀体20上固定了示意性且部分地示出的用于安装阀10的阀安装组件34。
阀10包括阀杆40。阀杆40具有主体部分42，其具有以阀10的纵向中心轴线44为中心的大致圆柱形的结构。主体部分42终止于末端46处。阀杆40的主体部分42和末端46设于阀体20的阀腔22中。阀杆40具有外螺纹的延伸部分48，它们从主体部分42中轴向地延伸出来。
阀杆40可在如图1和2所示的第一位置和如图3所示的第二位置之间轴向地运动。当阀杆40处于第一位置时，阀杆的末端46与阀体20上的阀座30相接合。流体无法流经孔32并因而流经流体流动通道28。阀10被关闭(处于关闭状态)。当阀杆40处于第二位置时，阀杆的末端46与阀体20上的阀座30轴向地间隔开。流体可以流经孔32并因而流经流体流动通道28。阀10被打开(处于打开状态)。
阀10还包括隔膜50。在所示实施例中，隔膜50与阀杆40形成一体，并优选由聚四氟乙烯制成。隔膜50具有带外缘部分52的较薄的柔性径向结构。隔膜50关闭了阀腔22，因此当阀杆的末端46与阀座30相接合时，阀腔便被密封起来。
隔膜50可通过如本申请人所有的于2002年3月28日提交且题为“卫生隔膜阀”的未决申请No.10/109413中所述的方式来制造，该申请的全部公开内容通过引用结合于本文中。或者，隔膜50可通过如美国专利No.5549134中所述的方式来制造，该申请的全部公开内容通过引用结合于本文中。
阀执行机构12包括促动杆60。促动杆60优选由塑料制成，然而为清晰起见在这里以金属剖面示出。促动杆60具有带外花键的主体部分62，其套有盘形端部64。促动杆60的端部64具有环形台肩66，其从主体部分62中径向向外地伸出。台肩66具有环形的台肩面68。
促动杆60通过螺纹而拧在阀杆40上。结果，阀杆40被固定成可与促动杆60一起轴向运动。当促动杆60和阀杆40这样固定在一起时，促动杆上的台肩66便定位成轴向地朝向阀杆的末端46且朝向阀腔22。
阀执行机构12包括阀盖板70，其优选由塑料制成。阀盖板70通过多个螺钉(未示出)固定在阀体20上。阀盖板70具有带花键的内表面72，其以轴线44为中心，并可与促动杆40的外花键相接合。阀盖板70的内表面72支撑了促动杆60，并因而支撑了阀杆40，以便使其相对于阀盖板和阀体20轴向运动。阀盖板70和促动杆60之间的花键连接固定了促动杆和阀杆40，使它们不能围绕轴线44旋转。
阀盖板70具有背离阀体20的上表面74。阀盖板70具有朝向阀腔22的相反的下表面76。隔膜50的外缘部分52被夹在阀盖板70和阀体20之间。
在阀盖板70上形成了固定凸轮80，其作为阀盖板70的一部分并处于上表面74的径向内侧。固定凸轮80为阀执行机构12的一部分。固定凸轮80具有三个相同的凸轮部分82(图5)，其以轴线44为中心沿着圆形阵列等距地间隔开。各凸轮部分82均具有围绕着轴线44的120°的周向范围。根据本发明的阀执行机构包括固定凸轮，其具有超过三个或少于三个凸轮部分。
固定凸轮80的这三个凸轮部分82中的每一个均具有外凸轮面84，其包括若干相邻的凸轮面部分。凸轮面84中的相对较短的平坦起始部分或第一部分86设置成在轴向上最远离阀盖板70的上表面74。第一凸轮面部分86处于垂直于轴线44而延伸的平面内。因此，第一凸轮面部分86在其围绕轴线44周向地延伸而离开相邻的凸轮部分82时具有相同的轴向位置。在一种设计中，该第一凸轮面部分86具有围绕着轴线44的约23 °的周向范围。
凸轮面84中的相对较长的倾斜部分或第二部分88在其围绕轴线44周向地延伸而离开第一部分86时朝向阀盖板70的上表面74轴向地延伸。在一种设计中，该第二凸轮面部分88具有围绕着轴线44的约80°的周向范围。
凸轮面84中的相对较短的向下部分或第三部分90在其围绕轴线44周向地延伸而离开倾斜部分88时背离阀盖板70的上表面74轴向地延伸。在一种设计中，该第三凸轮面部分90具有围绕着轴线44的约10°的周向范围。第二凸轮面部分88和第三凸轮面部分90之间的高点92形成了凸轮部分82的凸脊。
凸轮面84中的相对较短的向上部分或第四部分94在其围绕轴线44周向地延伸而离开向下部分90时朝向阀盖板70的上表面74轴向地延伸。在一种设计中，该第四凸轮面部分94具有约5°的周向范围。第三凸轮面部分90和第四凸轮面部分94一起形成了凸轮部分82中的凹口96。
凸轮面84中的非常短的平坦终止部分或第五部分98设置成在轴向上最接近阀盖板70的上表面74。在一种设计中，该第五凸轮面部分98仅具有约2°的周向范围。
图6是显示了凸轮面84的垂直位移与围绕凸轮80和轴线44的运动角度的关系的图，该垂直位移是相对于平坦起始凸轮面部分86(显示用于相邻的凸轮面84)处来测量的。凸轮面84的第二或倾斜部分88产生了稳定增大的垂直位移。凸轮面84的第三部分90产生了较短的负垂直位移。凸轮面84的第四部分94产生了较短的正垂直位移。凸轮面84的第五部分98产生了较短部分的几乎为零的垂直位移。在图形端部处的水平部分86表示了相邻凸轮面84的平坦起始部分或第一部分。
因此可以看到，固定凸轮80具有带凸轮轮廓的凸轮面84，该轮廓在固定凸轮上周向地延伸过较大的距离。固定凸轮80不具有如凸轮从动件那样的带有凸起或凸脊构造的较短周向轮廓。
阀执行机构12还包括上方阀盖100(图2)。上方阀盖100通过多个螺钉(未示出)固定在阀盖板70上。上方阀盖100具有以轴线44为中心的大致圆柱形的构造。
上方阀盖支撑了受力件或手柄110，以便实现相对于上方阀盖100围绕轴线44的旋转运动。手柄110在上方阀盖100上轴向地固定住。因此，手柄110相对于阀体20轴向地固定住。手柄110和上方阀盖100均由塑料制成，但为清晰起见，在这些图中它们以金属剖面示出。
受力件或手柄110是用于承受阀执行机构12的旋转力的装置。在所示实施例中，受力件或手柄110可被人工地接合以承受来自操作人员的力。因此，这里使用的用语“手柄”是指可承受用来促动阀10的力的装置。受力件或手柄110可以是其它类型的可承受用于阀执行机构12的旋转力的装置。
所示实施例中的手柄110具有杯形构造，其包括径向延伸的端壁112和轴向延伸的侧壁114。安装螺丝柱116和内凸缘118从端壁112的中心悬伸下来。手柄110包括可与上方阀盖100上的相应止动部分(未示出)相接合的部分(未示出)，从而可以已知的方式将手柄的旋转运动限制在阀10的打开和关闭位置之间的约90度旋转范围内。
阀执行机构12还包括驱动套筒120。驱动套筒120优选由塑料制成，但为清晰起见在这里以金属剖面示出。驱动套筒120具有中空的构造。驱动套筒120的中心部分122与上方阀盖100相接合，并支撑了驱动套筒以使之相对于上方阀盖旋转。
驱动套筒120的上端部124通过螺钉126固定在手柄110的安装螺丝柱116上。上端部124也具有具有外花键，并且通过花键连接128而与手柄110的内凸缘118相连。结果，手柄110被固定成可随驱动套筒120一起相对于上方阀盖100、阀盖板70和阀体20围绕轴线44旋转。
驱动套筒120的下方侧壁130具有内花键132。驱动套筒120上的台肩面134与上方阀盖100上的台肩面136相接合，以阻挡驱动套筒120和手柄110在远离阀体20的方向、即图1中的向上方向上的轴向运动。驱动套筒120的上端面138与手柄110的端壁112相邻，以阻挡驱动套筒和手柄在朝向阀体20的方向、即图1中的向下方向上的轴向运动。
阀执行机构12包括容纳于驱动套筒130中的阀杆弹簧140。阀杆弹簧140是圆柱形的压缩弹簧。弹簧140的第一端部142靠在螺钉126上。弹簧140的第二端部144靠在促动杆60的端部64上。
弹簧140作用在促动杆60和驱动套筒120之间。弹簧140沿着朝向阀座30的方向、即图1中的向下方向偏压促动杆60。因此，弹簧140将固定成可随促动杆60一起运动的阀杆40偏压成与阀座30相接合，如图1所示。
阀执行机构12包括可动凸轮150。可动凸轮150设于驱动套筒120和固定凸轮80之间。可动凸轮150如下所述地工作，以将开启力从驱动套筒120传递到促动杆上。可动凸轮150可与手柄110一起围绕轴线44旋转。可动凸轮150还可相对于手柄110轴向地(沿着平行于轴线44的方向)运动。
所示实施例中的可动凸轮150是模制塑料件，其具有圆柱形套筒部分152(图4)以及处于套筒部分的一端处的大致环形的主体部分154。可动凸轮150的套筒部分152具有薄壁式管状构造，其具有圆柱形内表面156和带轴向花键的外表面158。可动凸轮150的套筒部分152的带花键的外表面158与驱动套筒120的带花键的内表面132相接合，以便使可动凸轮与驱动套筒相连而一起旋转。花键连接允许在可动凸轮150和驱动套筒120之间实现相对轴向运动。由于驱动套筒120固定在手柄110上，因此花键连接允许在可动凸轮150和手柄之间实现相对轴向运动。
可动凸轮150具有内台肩160(图2)，其具有环形的轴向向外朝向的台肩面162。台肩面162以将在下面介绍的方式与促动杆60上的台肩面68相接合，从而使促动杆与可动凸轮相连而一起向上运动。
可动凸轮150的主体部分154具有三个相同的凸轮部分82a，它们以轴线44为中心沿着圆形阵列等距地间隔开。可动凸轮150上的凸轮部分82a与固定凸轮80上的部分82相同。因此，可动凸轮上的凸轮部分82a及其组成部分采用与固定凸轮上的相应凸轮部分82所用的相同标号来表示。
各凸轮部分82a均具有围绕着轴线的120°的周向范围。根据本发明的阀执行机构包括具有超过三个或少于三个凸轮部分的可动凸轮。各个凸轮部分82a均具有外凸轮面84a，其包括若干相邻的凸轮面部分。
凸轮面84a中的相对较短的平坦起始部分或第一部分86a设置成在轴向上最接近可动凸轮150的套筒部分152。第一凸轮面部分86a处于垂直于轴线44延伸的平面内。因此，第一凸轮面部分86a在其围绕轴线44周向地延伸而离开相邻的凸轮部分82a时具有相同的轴向位置。在一种设计中，该第一凸轮面部分86a具有围绕着轴线44的约23°的周向范围。
凸轮面84a中的相对较长的倾斜部分或第二部分88a在其围绕轴线44周向地延伸而离开第一部分86a时背离可动凸轮150的套筒部分152轴向地延伸。在一种设计中，该第二凸轮面部分88a具有围绕着轴线44的约80°的周向范围。
凸轮面84a中的相对较短的向下部分或第三部分90a在其围绕轴线44周向地延伸而离开倾斜部分88a时朝向可动凸轮150的套筒部分152轴向地延伸。在一种设计中，该第三凸轮面部分90a具有围绕着轴线44的约10°的周向范围。第二凸轮面部分88a和第三凸轮面部分90a之间的高点92a形成了凸轮部分的凸脊。
凸轮面84a中的相对较短的向上部分或第四部分94a在其围绕轴线44周向地延伸而离开第三部分90a时背离可动凸轮150的套筒部分152轴向地延伸。在一种设计中，该第四凸轮面部分94a具有围绕着轴线44的约5°的周向范围。第三凸轮面部分90a和第四凸轮面部分94a一起形成了凸轮部分82中的凹口96a。
凸轮面84a中的非常短的平坦终止部分或第五部分98a设置成在轴向上最远离可动凸轮150的套筒部分152。在一种设计中，该第五凸轮面部分98a仅具有约2°的周向范围。
因此，图6中的图形除了显示固定凸轮80的凸轮面84的凸轮轮廓之外，还显示了可动凸轮150的凸轮面84a的凸轮轮廓。因此可以看到，可动凸轮150具有凸轮面84a，其具有在可动凸轮上周向地延伸地过较大距离的凸轮轮廓。可动凸轮150不仅仅是带有较短周向范围如凸起或凸脊的凸轮从动件。
图1和2显示了阀10处于关闭位置。当阀10处于关闭位置时，阀执行机构12的手柄110相对于阀体20处于围绕着轴线44的第一旋转位置中。固定成可随手柄110一起旋转的驱动套筒120也相对于阀体20处于围绕着轴线44的第一旋转位置中。
阀杆弹簧140相对地伸长。阀杆弹簧140作用于驱动套筒120和促动杆60之间，以沿着朝向阀座30的方向或图1中的向下方向轴向地偏压阀杆40。阀杆40的末端46与阀体20上的阀座30相接合。该接合关闭了孔32。流体无法从流体入口26经由包括有阀腔22的流体流动通道28而流到流体出口28中。
当阀10处于关闭位置中时，带有花键以便随手柄110一起旋转的可动凸轮150相对于阀体20和相对于阀盖板70上的固定凸轮80处于围绕着轴线44的其第一旋转位置中。
当可动凸轮150处于第一旋转位置时，可动凸轮处于比较接近阀体20的轴向位置上。该位置在图8中示意性地示出。可动凸轮150的三个凸轮部分82a上的三个倾斜表面部分88a(图8)重叠在固定凸轮80的三个凸轮部分82上的三个倾斜表面部分88上。如下文中更详细地介绍那样，可动凸轮150的凸轮部分82a上的凸脊92a处于固定凸轮80的凸轮部分82上的平坦起始部分86的附近。类似地，固定凸轮80的凸轮部分82上的凸脊92处于可动凸轮150的凸轮部分82a上的平坦起始部分86a的附近。然而，没有弹簧力会传递给凸轮80和150；它们只是相互间相邻地放置，这将在下面详细地介绍。
为了使阀从关闭状态运动到打开状态(图3)，沿着打开方向围绕轴线44来人工地旋转手柄110。在手柄110旋转时，与手柄花键式接合的驱动套筒120随着手柄一起围绕轴线44旋转。当驱动套筒120旋转时，与驱动套筒花键式接合的可动凸轮150随着驱动套筒一起围绕轴线44旋转。
可动凸轮150围绕轴线44的旋转导致可动凸轮上的凸轮部分82a相对于固定凸轮80旋转。当可动凸轮150旋转时，它与固定凸轮80相接合并开始沿着固定凸轮80滑动。可动凸轮150同时旋转并被驱动离开(轴向地运动离开)阀体20。具体地说，可动凸轮部分82a上的倾斜表面88a沿着固定凸轮部分82上的倾斜表面88滑动。可动凸轮150的凸轮部分82a上的凸脊92a朝向固定凸轮80的凸轮部分82中的凹口96运动。
在可动凸轮150因此轴向地运动离开阀体20且同时旋转时，可动凸轮上的台肩面162(图2)便与促动杆60上的台肩面68相接合。可动凸轮150上的台肩160将可动凸轮的轴向力和旋转力传递给促动杆60。因此，促动杆60轴向地离开阀体20、即沿着图1中的向上方向而运动。
促动杆60的轴向运动拉动固定成可随促动杆一起运动的阀杆40，使之轴向地离开阀座30。阀杆40的末端46运动到脱离与阀座30的接合，打开孔32，并且经由流体流动通道28而建立起流体入口26和流体出口24之间的流体连通。
由于促动杆60花键接合在阀盖板70上，因此促动杆不会旋转，阀杆40也不会旋转。因此，在阀10如上所述地运动到关闭位置之外的期间，在阀杆末端46和阀座30之间不存在相对旋转。这种无相对旋转有助于减小阀杆末端46和阀座30的磨损。
促动杆60的轴向运动还将阀杆弹簧140压在螺钉126和驱动套筒120上。由于弹簧140被压缩，因此手柄110在打开方向上的旋转受到弹簧力的阻碍。因此，阀10从关闭位置到打开位置的整体运动受到弹簧140的力的阻碍。
当手柄110在打开方向上的旋转到达离关闭位置为约75度到85度的范围内的量、优选达到约80度时，可动凸轮150的凸轮部分82a上的凸脊92a便向上拱到固定凸轮80的凸轮部分82上的凸脊92上，然后下落到固定凸轮的凸轮部分上的凹口96中，如图7所示。类似的，固定凸轮80的凸轮部分92上的凸脊92向上拱到可动凸轮150的凸轮部分82a上的凸脊92a上，然后下落到可动凸轮150上的凹口96a中。在此运动发生时产生了切实的和可听到的劈啪声或卡嗒声，以指示操作人员阀10处于打开状态。
凸轮部分82的凸脊92和凸轮部分82a的凸脊92a在凹口96a和96中的接合用作制动机构。此时可动凸轮150、驱动套筒120和手柄110不存在进一步的旋转运动。阀10的部件克服弹簧140的力而保持在打开位置中。
当阀10因此而处于打开位置中时，阀杆40的末端46最远离阀座30，供流体流经孔32的面积最大。阀10通过可动凸轮150的凸轮部分82a与固定凸轮80的凸轮部分82的接合而保持(锁定)在打开状态。
为了使阀10从打开状态运动到关闭状态，可围绕轴线44沿着相反的关闭方向人工地旋转手柄110。在手柄110旋转时，与手柄花键式接合的驱动套筒120随手柄一起旋转。在驱动套筒120旋转时，与驱动套筒花键式接合的可动凸轮150随驱动套筒一起围绕轴线44旋转。
可动凸轮150围绕轴线44的旋转导致了可动凸轮上的凸轮部分82a相对于固定凸轮80上的凸轮部分82运动(滑动)。可动凸轮150的凸轮部分82a上的凸脊92a从固定凸轮部分82上的凹口96中周向地运动出来，越过固定凸轮部分上的凸脊92，并运动到固定凸轮部分的倾斜表面88上。
可动凸轮部分82a上的倾斜表面88a随之运动到与固定凸轮部分82上的倾斜表面88相接合。当固定凸轮80和可动凸轮150的这种相对运动发生时，凸轮会改变其位置，足以使得可动凸轮能够开始朝向其第一位置轴向地运动，即沿着离开手柄110和朝向阀体20的方向开始运动。
同时，弹簧140的力沿着离开手柄110和朝向阀体20的方向偏压促动杆60、阀杆40和可动凸轮150。当可动凸轮150旋转时，该弹簧力同时沿着朝向阀体20的方向轴向地移动可动凸轮。由于在促动杆和阀盖板70之间存在花键接合，因此促动杆60和阀杆40仅轴向运动而不旋转。
阀杆弹簧140的弹簧力通过促动杆60直接传递给阀杆40；弹簧力不会经由可动凸轮150而传递给阀杆。可动凸轮150不会将阀杆40驱动到关闭位置。相反，可动凸轮150会将阀杆40从关闭位置驱动到打开位置；施加在手柄110上的开启力在该操作期间传递给可动凸轮150。
一旦执行机构12离开“打开制动状态”，阀10便从打开位置自动地运动到关闭位置。然后，当部件从打开位置中旋转了约75到80度时，阀杆40的末端46与阀座30接合并承靠于其上。该接合阻止了阀杆40和促动杆60在关闭方向上的进一步运动。阀杆末端46仅通过轴向运动而无旋转运动来与阀座30接合，这是因为阀杆40并不旋转。
当阀10因此而处于关闭位置时，弹簧140不会完全地松弛，因而保持着可使阀紧密关闭的偏压力。因此，是弹簧140的力而非施加在手柄110上的人工力来真正地使阀杆40承靠在阀座30上。这便提供了比较平缓的阀10的闭合，减轻了包括有该阀的液流***的液压冲击和液压瞬变。另外，操作人员不需要旋拧手柄110到完全关闭的位置以确定阀10被关闭；阀可通过弹簧力来自动地关闭。
当阀10处于关闭状态时，可动凸轮150并不处于其行程范围内的朝向固定凸轮80的端部。可动凸轮150的凸轮部分82a上的倾斜表面88a仍与固定凸轮80的凸轮部分82上的倾斜表面88相接合。可动凸轮150可在关闭方向上相对于固定凸轮80自由地旋转。如果确实这样旋转，它便离开促动杆60而轴向运动，使得在阀10关闭时在促动杆和可动凸轮150之间存在着间隙170(图2)。即使可动凸轮150不这样旋转，也仍然没有弹簧力会经由可动凸轮150传递给阀件40。
结果，可动凸轮150并没有被夹紧在固定凸轮80和促动杆60(和阀杆40)之间，而是“飘浮”在固定凸轮和促动杆之间。因此，即便促动杆60在关闭方向上被弹簧140推动，促动杆的台肩66也不会将可动凸轮150推动到与固定凸轮80相接合。可动凸轮150并不干预弹簧140和阀件40之间的力传递关系。
由于阀座30和阀杆40由塑料制成，因而它们会随时间而产生材料蠕变或其它变形。促动杆60和可动凸轮150之间存在有间隙170保证了弹簧140可施加闭合力，使杆的末端46保持在阀座30，补偿了任何这类材料蠕变。如果阀的末端46或阀座30产生的磨损，或者如果存在有材料蠕变，那么弹簧140仍会沿着闭合方向使阀杆40进一步向下运动以补偿该磨损，这是因为凸轮80和150不会阻碍这一运动。
图7以曲线图的形式显示了在阀10处于打开位置时固定凸轮150和可动凸轮80的相对位置。固定凸轮80的凸轮轮廓由实线表示。可动凸轮150的凸轮轮廓由虚线表示。
当阀10处于打开位置时，可动凸轮150的第三表面部分90a与固定凸轮80的第三表面部分90对接式接合。可动凸轮150的第四表面部分94a与固定凸轮80的第二(倾斜)表面部分88的一小部分对接式接合。可动凸轮150的第二(倾斜)表面部分88a的一小部分与固定凸轮80的第四表面部分94对接式接合。
可动凸轮150部分上的凸脊92a处于固定凸轮部分80中的凹口96内。固定凸轮80上的凸脊92处于可动凸轮150的凹口96a中。当阀10处于打开位置时，在两个凸轮部分82和82a之间存在有约22°的重叠。
图8以曲线图的形式显示了在阀10处于关闭位置时可动凸轮80和固定凸轮150的相对位置。固定凸轮80的凸轮轮廓由实线表示。可动凸轮150的凸轮轮廓由虚线表示。
当阀10处于关闭位置时，可动凸轮150的第二(倾斜)表面部分88a重叠在固定凸轮80的第二(倾斜)表面部分88上。如上所述，如果在关闭位置中相接合的话，两个凸轮80和150并不受到弹簧140的弹簧力。相反，可动凸轮150可自由地浮动，并仅以其自身的重量靠在固定凸轮80上。在两个凸轮部分82和82a之间存在有约68°的重叠。两个凸轮部分82和82a的其它部分不重叠。
图9以曲线图的形式显示了固定凸轮80和可动凸轮150之间的角位移和接触面积之间的关系。在图9中，阀执行机构12的接触表面由虚线示出。为了进行比较，凸轮和凸轮从动件的阀执行机构设计的接触面积由实线表示，其中凸轮从动件仅为具有很短有效周向长度如小于10度的凸起或凸脊。
在图9中，原点表示“零”角位移，即阀10处于关闭位置。在该位置中，接触(假定凸轮接合)的表面积最大。在根据本发明构造的阀10中，处于关闭位置中的两个凸轮80和150之间的接触表面积约为0.85平方英寸。在关闭位置中，凸轮当然不受到弹簧力的作用，即使在凸轮相互接触时也是如此。
当阀10从关闭位置朝向打开位置运动时，固定凸轮80和可动凸轮150的相对位置以使得它们之间的接触表面积减小的方式而变化。接触表面积在80度的角位移处达到最小值。在该位置中，可动凸轮部分82a上的凸脊92a处于固定凸轮部分82的凸脊92上。
当阀10持续地朝向打开位置运动时，接触表面积再次增加，并在约90度旋转处达到峰值。该峰值产生于阀10处于如图3和7所示的打开位置中。在根据如上所述的本发明而构造的阀10中，打开位置中的接触表面积略低于约0.2平方英寸。这一面积是在阀10处于关闭位置中时的接触表面积的19％。
图10以曲线图的形式显示了固定凸轮80和可动凸轮150之间的角位移和接触面积中的表面压力之间的关系。阀执行机构12中的表面压力以虚线示出。为了进行比较，凸轮和凸轮从动件的阀执行机构设计的表面压力以实线示出。
在图10，原点表示“零”角位移，即阀10处于关闭位置。在该位置中，凸轮80和150之间的接触表面压力最小。具体地说，由于阀杆弹簧140的力未施加在凸轮80和150上，因此在阀关闭时表面压力为零。凸轮80和150没有与阀杆弹簧140形成力传递接合。
当阀10开始从关闭位置运动到打开位置时，弹簧140的力开始起作用，两个凸轮80和150相互接合。固定凸轮80和可动凸轮150的相对位置以使得接触面积中的表面压力增大的方式而变化。
表面压力缓慢地增大到约75度的角位移处，然后迅速地增大到约80度的角位移处的峰值。在该位置中，可动凸轮部分82a的凸脊92a位于固定凸轮82部分的凸脊92上。在根据如上所述的本发明而构造的阀10中，处于该峰值的接触面积中的表面压力约为22750psi。
当阀10持续地朝向打开位置运动时，凸轮80和150之间的接触面积中的表面压力迅速减小，直到其在约90度的旋转位置处达到低点为止。这一低点发生在阀10处于打开位置时，此时固定凸轮80上的凸脊92下落到可动凸轮150中的凹口96a内，可动凸轮上的凸脊92a下落到固定凸轮中的凹口96内。在根据如上所述的本发明而构造的阀10中，处于打开位置中的凸轮80和150的接触面积中的表面压力约为1150psi。该压力约为峰值表面压力(紧接在凸轮80和150下落到“打开制动状态”位置之前)的约5％。压力下降到先前处于约60度和70度位移之间的水平。
阀10在大部分时间内或是打开或关闭，或是在打开和关闭位置之间运动。在打开和关闭状态之间运动的时间是短暂且暂时性的。因此，阀10的大多数时间是处于关闭位置或处于打开位置中。用于制造阀执行机构12的塑料材料不可避免会在持续的压缩载荷下产生蠕变，这种载荷在阀10打开时产生。在该阀执行机构12中，如上所述，当阀10处于打开位置时，凸轮80和150上的单位载荷很小，这是因为在打开位置中存在有较大的接触表面积。另外，当阀10处于关闭状态中时，凸轮80和150上的单位载荷实际上为零，这是因为并未传递弹簧力。由于该单位载荷很低，因此，与可能仅采用一个凸轮面及相关凸起/凸脊来作为凸轮从动件的阀执行机构相比，包括阀杆、阀座和凸轮自身在内的阀执行机构12的材料的蠕变或其它变形很小。
从本发明的上述描述中，本领域的技术人员可以认识到本发明的改进、变化和修改。本领域的技术人员可认识到的这种改进、变化和修改包括在所附权利要求的范围内。

Claims (47)

1.一种用于回转阀的阀执行机构，所述回转阀具有阀座和可相对于所述阀座在可使流体流经所述阀的打开位置和可阻挡流体流经所述阀的关闭位置之间运动的可动阀件，所述阀执行机构包括：
弹簧，其可将所述可动阀件朝向关闭位置偏压；
用于承受促动力的手柄，所述手柄被支撑为可围绕轴线在打开方向和关闭方向上相对于所述阀座旋转；
相对于所述阀座固定住的第一凸轮；和
可轴向运动的第二凸轮，所述第二凸轮可与所述第一凸轮接合并响应于所述手柄在打开方向上的旋转而旋转，从而响应于施加在所述手柄上的促动力而克服所述弹簧的偏压来实现所述可动阀件从关闭位置朝向打开位置的运动；
所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动；
所述第一和第二凸轮中的每一个均具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面。
2.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，所述第一和第二凸轮的所述凸轮面和凸轮轮廓均周向地延伸至少约20度。
3.根据权利要求2所述的阀执行机构，其特征在于，所述第一和第二凸轮的所述凸轮面和凸轮轮廓均周向地延伸从约90度到约120度范围内的量。
4.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，当处于打开位置时，所述第一和第二凸轮的所述凸轮面相互间接合至少约20度。
5.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，所述手柄被固定成不能相对于阀座轴向运动。
6.根据权利要求6所述的阀执行机构，其特征在于，所述阀执行机构包括至少一个可在所述手柄和所述第二凸轮之间传递旋转力的花键连接，所述花键连接可使所述第二凸轮相对于所述手柄轴向运动。
7.根据权利要求1所述的用于回转阀的阀执行机构，其特征在于，所述可动阀件不能相对于所述阀座旋转。
8.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，所述弹簧作用在所述可动阀件上，以便使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动，而不会通过所述第二凸轮来将弹簧力传递给所述可动阀件。
9.一种用于回转阀的阀执行机构，所述回转阀具有阀座和可相对于所述阀座在可使流体流经所述阀的打开位置和可阻挡流体流经所述阀的关闭位置之间运动的可动阀件，所述可动阀件被固定成不能相对于所述阀座旋转，所述阀执行机构包括：
弹簧，其可将所述可动阀件朝向关闭位置偏压；
用于承受促动力的手柄，所述手柄被支撑为可围绕轴线在打开方向和关闭方向上相对于所述阀座旋转；
相对于所述阀座固定住的第一凸轮；和
可轴向运动的第二凸轮，所述第二凸轮可与所述第一凸轮接合并响应于所述手柄在打开方向上的旋转而旋转，从而响应于施加在所述手柄上的促动力而克服所述弹簧的偏压来实现所述可动阀件从关闭位置朝向打开位置的运动；
所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动。
10.根据权利要求9所述的阀执行机构，其特征在于，所述固定凸轮形成为固定在所述阀座上的板件的一部分，并包括处于所述可动阀件和所述板件之间的花键连接，所述花键连接可使所述可动阀件相对于所述板件轴向运动，所述花键连接可阻挡所述可动阀件相对于所述板件旋转。
11.根据权利要求9所述的阀执行机构，其特征在于，所述第一和第二凸轮中的每一个均具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面。
12.根据权利要求9所述的阀执行机构，其特征在于，所述弹簧作用在所述可动阀件上，以便使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动，而不会通过所述第二凸轮来将弹簧力传递给所述可动阀件。
13.一种用于回转阀的阀执行机构，所述回转阀具有阀座和可相对于所述阀座在可使流体流经所述阀的打开位置和可阻挡流体流经所述阀的关闭位置之间运动的可动阀件，所述阀执行机构包括：
弹簧，其可将所述可动阀件朝向关闭位置偏压；
用于承受促动力的手柄，所述手柄被支撑为可围绕轴线在打开方向和关闭方向上相对于所述阀座旋转；
相对于所述阀座固定住的第一凸轮；和
可轴向运动的第二凸轮，所述第二凸轮可与所述第一凸轮接合并响应于所述手柄在打开方向上的旋转而旋转，从而响应于施加在所述手柄上的促动力而克服所述弹簧的偏压来实现所述可动阀件从关闭位置朝向打开位置的运动；
所述第一和第二凸轮中的每一个均具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面；
所述弹簧作用在所述可动阀件上，以便使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动，而不会通过所述第二凸轮来将弹簧力传递给所述可动阀件。
14.根据权利要求13所述的阀执行机构，其特征在于，当所述可动阀件处于关闭位置时，所述第二凸轮可相对于所述第一凸轮自由地浮动。
15.根据权利要求13所述的阀执行机构，其特征在于，所述第二凸轮具有台肩，其可响应于所述第二凸轮相对于所述第一凸轮在打开方向上的旋转来将轴向力传递给所述可动阀件，以使所述可动阀件从关闭位置朝向打开位置运动，在所述可动阀件承靠在所述阀座上时，所述第二凸轮可相对于所述第一凸轮轴向运动。
16.根据权利要求13所述的用于回转阀的阀执行机构，其特征在于，所述可动阀件不能相对于所述阀座旋转。
17.根据权利要求13所述的阀执行机构，其特征在于，所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动。
18.一种用于回转阀的阀执行机构，所述回转阀具有阀座和可相对于所述阀座在可使流体流经所述阀的打开位置和可阻挡流体流经所述阀的关闭位置之间运动的可动阀件，所述可动阀件被固定成不能相对于所述阀座旋转，所述阀执行机构包括：
弹簧，其可将所述可动阀件朝向关闭位置偏压；
用于承受促动力的手柄，所述手柄被支撑为可围绕轴线在打开方向和关闭方向上相对于所述阀座旋转；
相对于所述阀座固定住的第一凸轮；和
可轴向运动的第二凸轮，所述第二凸轮可与所述第一凸轮接合并响应于所述手柄在打开方向上的旋转而旋转，从而响应于施加在所述手柄上的促动力而克服所述弹簧的偏压来实现所述可动阀件从关闭位置朝向打开位置的运动；
所述弹簧作用在所述可动阀件上，以便使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动，而不会通过所述第二凸轮来将弹簧力传递给所述可动阀件。
19.根据权利要求18所述的阀执行机构，其特征在于，所述第一和第二凸轮中的每一个均具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面。
20.根据权利要求18所述的阀执行机构，其特征在于，所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动。
21.一种用于回转阀的阀执行机构，所述回转阀具有阀座和可相对于所述阀座在可使流体流经所述阀的打开位置和可阻挡流体流经所述阀的关闭位置之间运动的可动阀件，所述可动阀件被固定成不能相对于所述阀座旋转，所述阀执行机构包括：
弹簧，其可将所述可动阀件朝向关闭位置偏压；
用于承受促动力的手柄，所述手柄被支撑为可围绕轴线在打开方向和关闭方向上相对于所述阀座旋转；
相对于所述阀座固定住的第一凸轮；和
可轴向运动的第二凸轮，所述第二凸轮可与所述第一凸轮接合并响应于所述手柄在打开方向上的旋转而旋转，从而响应于施加在所述手柄上的促动力而克服所述弹簧的偏压来实现所述可动阀件从关闭位置朝向打开位置的运动；
所述第一和第二凸轮中的每一个均具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面。
22.根据权利要求21所述的阀执行机构，其特征在于，所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动。
23.根据权利要求21所述的阀执行机构，其特征在于，所述弹簧作用在所述可动阀件上，以便使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动，而不会通过所述第二凸轮来将弹簧力传递给所述可动阀件。
24.一种用于回转阀的阀执行机构，所述回转阀具有阀座和可相对于所述阀座在可使流体流经所述阀的打开位置和可阻挡流体流经所述阀的关闭位置之间运动的可动阀件，所述阀执行机构包括：
弹簧，其可将所述可动阀件朝向关闭位置偏压；
用于承受促动力的手柄，所述手柄被支撑为可围绕轴线在打开方向和关闭方向上相对于所述阀座旋转；
相对于所述阀座固定住的第一凸轮；和
可轴向运动的第二凸轮，所述第二凸轮可与所述第一凸轮接合并响应于所述手柄在打开方向上的旋转而旋转，从而响应于施加在所述手柄上的促动力而克服所述弹簧的偏压来实现所述可动阀件从关闭位置朝向打开位置的运动；
所述弹簧施加了力，当在所述第一和第二凸轮之间传递时，所述力可在所述第一和第二凸轮之间产生表面压力，该表面压力的量可根据所述第一和第二凸轮的相对旋转位置而变化；
在所述阀件处于关闭位置时，源于所述弹簧力的所述第一和第二凸轮之间的表面压力为零。
25.根据权利要求24所述的阀执行机构，其特征在于，
源于所述弹簧力的所述第一和第二凸轮之间的表面压力在所述阀件从关闭位置朝向打开位置的运动期间达到峰值，和
在所述阀件处于打开位置时，源于所述弹簧力的所述第一和第二凸轮之间的表面压力不超过所述峰值表面压力的约5％到10％。
26.根据权利要求24所述的阀执行机构，其特征在于，
源于所述弹簧力的所述第一和第二凸轮之间的表面压力在所述阀件从关闭位置朝向打开位置的运动期间达到峰值，和
在所述阀件处于打开位置时，源于所述弹簧力的所述第一和第二凸轮之间的表面压力不超过所述峰值表面压力的约5％到10％。
27.根据权利要求24所述的阀执行机构，其特征在于，所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动。
28.根据权利要求24所述的用于回转阀的阀执行机构，其特征在于，所述可动阀件不能相对于所述阀座旋转。
29.根据权利要求24所述的阀执行机构，其特征在于，所述弹簧作用在所述可动阀件上，以便使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动，而不会通过所述第二凸轮来将弹簧力传递给所述可动阀件。
30.根据权利要求24所述的阀执行机构，其特征在于，所述第一和第二凸轮中的每一个均具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面。
31.一种阀执行机构，包括：
弹簧；
可使可动阀件在打开位置和关闭位置之间运动的促动件；
第一凸轮；和
第二凸轮，其可与所述第一凸轮接合并旋转，以便克服所述弹簧的偏压来实现所述促动件从关闭位置朝向打开位置的运动；
所述弹簧作用在所述促动件上，以便使所述促动件从打开位置朝向关闭位置运动，而不会通过所述第二凸轮来传递弹簧力。
32.根据权利要求31所述的阀执行机构，其特征在于，所述第二凸轮可相对于所述促动件轴向运动。
33.根据权利要求31所述的阀执行机构，其特征在于，所述第一和第二凸轮中的每一个均具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面，这些凸轮轮廓可与所述第一和第二凸轮中的另一个上的凸轮轮廓相接合。
34.根据权利要求31所述的阀执行机构，其特征在于，所述阀执行机构还包括可承受用于旋转所述第二凸轮的促动力的手柄，所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动。
35.根据权利要求31所述的阀执行机构，其特征在于，所述促动件可使所述可动阀件轴向运动而无旋转。
36.一种阀执行机构，包括：
弹簧；
可使可动阀件在打开位置和关闭位置之间运动的促动件；
第一凸轮；和
第二凸轮，其可与所述第一凸轮接合并围绕轴线旋转，以便克服所述弹簧的偏压来实现所述促动件从关闭位置朝向打开位置的运动；
所述第二凸轮可相对于所述促动件轴向运动。
37.根据权利要求36所述的阀执行机构，其特征在于，所述弹簧作用在所述促动件上，以便使所述促动件从打开位置朝向关闭位置运动，而不会通过所述第二凸轮来传递弹簧力。
38.根据权利要求36所述的阀执行机构，其特征在于，所述第一和第二凸轮中的每一个均具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面，这些凸轮轮廓可与所述第一和第二凸轮中的另一个上的凸轮轮廓相接合。
39.根据权利要求36所述的阀执行机构，其特征在于，所述阀执行机构还包括可承受用于旋转所述第二凸轮的促动力的手柄，所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动。
40.根据权利要求36所述的阀执行机构，其特征在于，所述促动件可使所述可动阀件轴向运动而无旋转。
41.一种促动具有可动阀件的阀的方法，所述方法包括步骤：
使第一凸轮与第二凸轮接合；
使所述第二凸轮相对第一凸轮围绕轴线旋转，以实现所述第二凸轮的轴向运动；
将轴向力从所述第二凸轮传递给促动件，以便克服所述弹簧的偏压来移动所述促动件；所述促动件可克服所述弹簧的偏压来使所述可动阀件从关闭位置朝向打开位置运动；和
不经由所述第二凸轮来将弹簧力从所述弹簧传递给所述促动件，以使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，当处于关闭位置时，所述第二凸轮可相对于所述促动件轴向运动。
43.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，使所述第二凸轮相对第一凸轮围绕轴线旋转以实现第二凸轮的轴向运动的所述步骤包括通过手柄来对所述第二凸轮施加促动力，其中所述第二凸轮可相对于所述手柄轴向运动。
44.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，使第一凸轮与第二凸轮接合的所述步骤包括，使具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面的第一凸轮与具有限定了周向延伸的凸轮轮廓的凸轮面的第二凸轮相接合。
45.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，不经由所述第二凸轮来将弹簧力从所述弹簧传递给所述促动件以使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动的所述步骤导致了所述可动阀件的轴向运动，但不会使所述可动阀件产生旋转运动。
46.一种执行机构，包括：
偏压件；
可在第一位置和第二位置之间运动的促动件；
第一凸轮；和
第二凸轮，其可与所述第一凸轮接合并旋转，以便克服所述偏压件的偏压来实现所述促动件从所述第一位置朝向所述第二位置的运动；
所述偏压件作用于所述促动件上，以便使所述促动件从所述第一位置朝向所述第二位置运动，而不会经由所述第二凸轮来传递偏压力。
47.一种促动具有可动阀件的阀的方法，所述方法包括步骤：
使第一凸轮与第二凸轮接合；
使所述第二凸轮相对第一凸轮围绕轴线旋转，以实现所述第二凸轮的轴向运动；
将轴向力从所述第二凸轮传递给促动件，以便克服偏压来移动所述促动件；所述促动件可克服所述偏压来使所述可动阀件从第一位置朝向第二位置运动；和
不经由所述第二凸轮来将偏压力传递给所述促动件，以使所述可动阀件从打开位置朝向关闭位置运动。
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