专利名称：用于一电接触器的电磁控制气动阀组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路接触器系统，更具体说涉及一种用于电路接触器的电磁致动的气动控制阀。
牵引车辆，例如火车头，越野运土车和运输车，通常是由电机驱动的，电机以驱动关系连接于车辆的车轮和/或车轴。对电机的控制需要一个在车上的电力控制系统，用以根据操作者对马力和速度的要求向电机供给受控的电力。由于电机一般是大功率电机(操作电流高达1000安培，峰值操作电压高达1000伏)，所以在许多场合控制系统通常采用高电压和大电流接触器。由于希望能快速打开和闭合这种接触器以使电弧最小，并因这种接触器的可动触头部分的质量，一般采用气动作动缸或致动器来致动这种接触器。气动致动器需要采用控制阀来控制空气对致动器的作用。
在牵引车辆中所用的控制阀的一种形式是“电磁阀”。这种阀主要是一个连接于气动阀的筒形电磁线圈。此气动阀通常是一三通阀，带有一空气入口，一连接于致动器的空气出口和一从致动器排出空气的排气口。此阀可控制80psia额定压力的空气。
电磁阀中所用的气动阀取自在固定设备中所用的类似的阀。这些阀在牵引车辆上的使用使这些阀处于较恶劣的环境中，即通过阀的空气通常由尘土或其它杂质污染。进而，充分的空气供给受到限制并且被设计成“泄漏”的阀现在必须提供更好的密封性以便空气损失最小。采用更好的密封，就必须清除以前所忍受的杂质以保护密封表面。
本发明的其中一个目的是提供一种带改进密封和泄漏降低的电磁阀并提供一种本身可从入口空气中滤去杂质的电磁阀。
在一示意性形式中，本发明示出了用于火车头的电接触器控制，采用了控制接触器的气动致动器操作的电磁阀。电磁阀包括一个阀体，该阀体带有一个连接于用以致动气动致动器之高压气源的入口。阀体的出口连接于致动器。电磁阀还包括一个带有一线圈的电磁体，该线圈围绕一个中空的磁心。一阀杆通过磁心并在一可动衔铁附近延伸，该衔铁可摆动地安装在电磁体的第一端部。在电磁体的相对端部，磁心形成有一个与线圈的相邻端部轴向隔开的径向向外延伸的凸缘。
阀体借助于-L形框架件连接于电磁体，该L形框架件带有一个位于阀体和线圈之间的第一腿部，该腿部上的一个槽绕磁心的伸出端延伸并与凸缘叠置。阀体带有一个容纳凸缘的凹槽，通过将框架腿部安装在阀体上将凸缘叠置。阀体带有一个容纳凸缘的凹槽，通过将框架腿部安装在阀体上将凸缘压入凹缘。框架的第二腿部绕线圈朝电磁铁的第一端延伸，衔铁的第一端可摆动地安装在第二腿部。阀杆经中空磁心延伸进阀体。
阀体形成有一个通过它延伸并与线圈的中空磁心同轴的孔。孔的第一部分是在阀体的第一端邻近磁心凸缘并具有一个大于阀杆直径的直径。孔的第二部分在阀体的相对端并也具有一扩大的直径。在第一和第二部分之间是第三部分，具有一个小于阀杆直径的直径。第一阀座形成在第一和第三部分的相交处，第二阀座形成在第二和第三部分的相交处。弹性密封位于各阀座上。
阀体内阀杆的端部为小角度圆锥形，以抵靠在第一阀座上。一阀杆延伸部件从阀杆经第三部分延伸并在第二部分以直径扩大部分为终端。该直径扩大部分有一个面对第二阀座的小角度圆锥形，并被朝阀杆偏置以便沿法线隔绝孔的第一和第三部分和孔的第二部分。
入口与孔的第二部分连通，出口与第三部分连通，且排出口与第一部分连通。当电磁阀致动时，阀杆密封第一阀座并迫使阀杆延伸部件上的直径扩大部分离开第二阀座以允许空气从入口流到出口并流到接触器的致动器。当电磁阀断电时，阀杆延伸部件被推向第二阀座上的密封，同时将阀杆推离第一阀座。然后允许空气从出口流到排气口，以允许接触器的致动器改变状态。
一过滤组件可操纵地与阀体相连，用以过滤进入阀体的空气以保护密封和气动致动器。在一种形式中，过滤组件位于孔的第二部分中并包括一管形的滤网，带有用于支撑的相对的端盖。一个端盖带有一个用以穿过阀杆延伸部件的直径扩大部分的中心孔。第二部分的一敞开端加工有螺纹，以容纳封闭第二部分的一个塞并将过滤组件保持在位。在另一形式中，密封组件包括一个连接在阀体和致动空气源之间的管线中过滤组件。管线中过滤组件包括一个插入入口的连接件，一位于连接件内的滤网组件，一个安装在连接件上的接头，一个位于接头内用以保持滤网组件在连接件内的螺旋弹簧和一个旋入接头并与弹簧啮合的插座，插座具有一个连接于空气源的入口。
为更好地理解本发明，有必要结合附图参照以下的详细描述，附图中
图1示出了一个电接触器组件，可根据本发明的教导在一电磁阀的控制下由一气动致动器操纵;
图2是图1所示电磁阀的剖视图;
图3是用于图2所示阀中的磁心的详图;
图4是用在图2所示阀上的过滤组件的详图;
图5是另一过滤组件的局部剖视图，用于一电磁阀上。
现在参照图1，其中示出了一个采用一气动致动器12的接触器组件10，该气动致动器12由一电磁阀组件14控制。接触器组件10属于高压，高电流一类的接触器组件，一般用于电力牵引机动车辆上，以控制高电流和高电压等级的电力在此车辆上的电机回路及其它设备上的施加。接触器组件10有一对电极16和18，它们可分别连接于车辆电力系统上的电力线或汇流母线。电极16绝缘地安装在组件上并通过一个螺纹接头22连接于一高电流电缆20。电缆20连接于一个第一触头24，通过操纵致动器12可使该触头24移动。触头24通过一个绝缘件26连接于一接触臂30上的枢轴连接机构28。枢轴连接机构28可包括一个穿过绝缘件26和接触臂30上对准之开孔的带头销32和一个穿过带头销32上一个孔的开口销34，用以将销32保持在装配后位置。接触臂30也是用一个轴销36可摆动地安装在接触器组件上，该轴销36类似于轴销32并带有一个将轴销36保持在位的开口销38。接触臂30的另一端连接于一个从气动致动器12延伸出的杆40上。一般以30A表示的臂30的端部通过另一个销42和保持用开口销44可摆动地连接于杆40。
可明显看出，如图1所示当杆40被致动而向下垂直移动时，接触臂30将绕销36摆动而使得触头24逆时针朝配对触头46转动。触头46通过电缆48连接于电极18，触头24和46的闭合就允许电流在电极16和18之间通过接触器流动。触头24可摆动地安装在接触臂30上，从而影响触头啮合和相离时的滑触作用，并防止高电流状态下触头的焊接。触头24绕销32铰接并通常由一个弹簧50保持在位，该弹簧50位于接触臂30和绝缘件26之间。一机械挡块(未示出)防止触头24绕销32摆动超出图1所示的位置。致动器12包括一个带有外壳56的气动缸，外壳56封闭一个包含一螺旋弹簧58的内腔，螺旋弹簧58环绕带有一膜片60的致动杆40，膜片60位于螺旋弹簧上方并通过利用一个与杆40上端螺纹啮合的螺母62经一平板52朝弹簧58上端挤压而安装于杆上。杆40的上螺纹端的直径小于未带螺纹的部分，这样就为板52形成了一个座54。上板55分散螺母62的力，使得较大尺寸的膜片60有一个凹入的外周边57以改善密封性。在外壳56的底部，有一个穿过杆40的通道。在外壳56的顶部附近，有一个空气入口64，它通过一管道66连接于电磁阀14。电磁阀14连接于一个支架68，而支架68则借助于致动器12基座附近的螺栓70螺纹连接于组件10上。
电磁阀组件14包括一个通过螺栓74安装于支架68上的支撑块72，螺栓74穿过阀体76上的孔并与支架68螺纹啮合。除阀体76外，电磁阀组件14还包括一电磁线圈80，它带有一个由磁性材料制成的中空的中心磁心82和一个穿过中空磁心82的非磁性阀杆84。线圈80包括一对电极86，用以向线圈供电以控制电磁阀。电磁阀组件还包括一个L形的框架件88，它带有一个位于线圈80和阀体76之间的腿部和延伸到线圈80相对端部附近一点处的另一腿部。一可摆动衔铁90在线圈80另一端附近连接于框架件88并由一衔铁导向件92保持在位。
当向电磁阀组件14的线圈组件80供给电能时，由线圈产生的磁场将衔铁90吸向磁心82，使之压在阀杆84上。当阀杆84被压下时，它在阀体76上动作而允许空气经阀体，经入口78，通过支撑块72和管道66流动到致动器12的上端。在膜片60上方流入的空气迫使膜片向下而操纵带着膜片的杆40并使得接触臂30绕销36摆动。接触臂30的摆动使触头24朝触头46接近以接通电路。
现在参照图2，其中示出了电磁阀14的剖视图。在电磁阀组件14中。线圈80上形成有一中心孔，圆度均匀且中空的磁心82以滑动啮合的方式穿过该孔延伸。参照图3，磁心82包括一个带有周向槽98的第一端部82A，其尺寸可容纳一个传统的夹环100(图2)。相对的第二端部82B带有一个径向向外延伸的周向凸缘102和一个带一缺口106的断面收缩的延伸部104。再看图2，凸缘102位于阀体76的第一表面110上的相配凹槽108内，当然凹槽108的深度最好略小于凸缘102的厚度，这样凸缘102就伸出表面110。延伸部104延伸进一空气通道114的第一扩大直径部分112，该空气通道114通过阀体76延伸并与磁心82同轴。延伸部104的外周表面与部分112的内表面滑动啮合。当正确装配后，缺口106与排气口116对齐，这样排气口116就不会被延伸部104堵塞。
在阀体76的相对端部，空气通道114以另一个扩大直径部分118为终端。通道114的第三部分120的直径比部分112或部分118都小。而且，部分118的直径大于部分112并包括一个环形凹槽122，该凹槽122在部分120与部分118相交处限定了部分120并且其直径大致与部分112相同。在从部分112到部分120的过渡处，直径的变化形成了一个阀座124，其上定位有一个弹性密封126。类似地，在从部分120到凹槽122的过渡之处，直径的变化形成了另一个阀座128，其中定位有另一个弹性密封130。密封126和130可包括一传统的O型圈，由例如橡胶，氯丁橡胶或其它聚合物之类的一种弹性材料制成。
在密封126处，阀杆84被成形为截锥形。锥体的倾斜侧相对于阀杆的延伸轴线形成一个约50和65度之间的角度。业已发现，当阀杆84朝密封126压迫时，这类角度通过在密封126上提供一径向和轴向压力两者，而产生良好的密封性，从而以最小的径向力使密封126位于阀座124上以防密封变形。截锥体是通过在阀杆84上钻一个预定深度的中心孔而形成的。一阀杆延伸部分132具有一减小的直径部分134，该部分134宽松地通过通道118延伸并与阀杆84一端的中心孔滑动啮合。部件132相对一端以一个直径扩大的阀座件136为终端。在与部分134相交之处，阀座件136成形为与阀杆84的阀座端上所成形的一样的锥形，这样阀座件136可靠抵在密封130上。这样选择阀杆84上的中心孔的深度以及延伸部件32的长度，即其中一个阀座124，128上的密封会在另一阀座上产生一打开的通道。如图所示，除排气口116外，阀体76还有一空气入口138和一空气出口140。入口138与通道部分118连通，而出口140则与通道部分120连通。当阀杆84靠抵在密封126上时，空气入口138通过通道部分118和120经延伸部件132处打开的密封而与空气出口140连通。相反，当延伸部件132靠抵在密封130上时，空气出口140与排气口116连通。
一锥形螺旋弹簧142迫使延伸部件132朝向阀杆84，该弹簧142的小直径端部保持与延伸部件132啮合。延伸部件132具有一个装入弹簧142内的小端头144，以防弹簧从部件132滑脱。通道部分118的另一端带有螺纹，以安装一个相配的带螺纹塞146，它封闭通道并同时朝部件132挤压弹簧142。塞146也包括一个用以对中弹簧142的端头148。在塞146和阀体76之间采用了一个垫圈177，以密封空气。
通过先将凸缘102置于凹槽108内并以缺口106对准排气口116来定位磁心82，而将阀体76装配在线圈80上。然后将框架件88置于磁心82上，框架件88具有一个大的足以穿过磁心主体但不能穿过凸缘102的孔。采用螺钉103将框架件88连接于阀体76并利用框架件将凸缘102压入凹槽108。由于凸缘102比凹槽108的深度厚，磁心凸缘被预压向阀体76。随后，将一弹性垫圈105置于磁心82上并靠在框架件88与凸缘102相对的一表面上。然后，将线圈80装在磁心82上并靠在垫圈105上。将线圈80向下压，充分地压缩垫圈105，以露出磁心82上的槽98。将一个夹环100插入槽98内以将线圈80夹持在装配位置。将阀杆84滑入贯穿中空磁心82的通道，并将衔铁保持件或导向件92与衔铁装配在一起，并用螺钉或螺栓107将之固定在框架件88上。
本发明的一独立特征是装在通道部分118内的过滤组件150。组件150包括一个管形滤网152，最好由约30号网目尺寸并采用约0.012英寸的丝径的金属网格材料制成。滤网的各端都包括一个环形端盖154，156(见图4)，该等端盖保持滤网以防径向塌陷。决定组件150的轴向尺寸，以便使之可位于塞146和通道部分118的底部之间。环形端盖152，154允许延伸部件132和弹簧142从中通过。过滤组件150除去吸入牵引车辆(如火车头)空气系统的杂质并防止杂质污染阀体中的密封，并防止杂质注入致动器组件12，在此处这种杂质会损害缸体56的壁并导致接触器组件10失效。
在某些场合，希望在空气进入阀之前过滤进入阀的空气。例如，在采用现有技术阀(不包括一体的过滤组件150)的系统中可达到此目的。为此目的，本发明包括一个图5中以局部剖视图示出的在管线中的过滤器组件160。组件160包括一个与入口138螺纹啮合的阳连接件162。一个阴对阴异径接头164螺纹连接于连接件162上并且一阴对阳插座166旋入接头164的另一端。一个过滤网组件168装在连接件162内。组件168包括一个带有出口端172的管形滤网170，该出口端172被紧缩以形成一个接近锥形的滤网。滤网170的入口端安装在一环形凸缘174上。螺旋弹簧176位于接头164内并具有一个可与凸缘174啮合的直径。插座166挤压弹簧176的相对的一端以迫使弹簧与凸缘174接触。选择弹簧176以确保当插座166处于装配及旋入位置时凸缘174强制性靠抵在接头164的内凸缘上，以防杂质经旁路进入组件168。
尽管以上参照目前被认为是最佳的实施例描述了本发明，对熟知此技术者来说许多改型和改动就变得显而易见。因此，本发明并不受具体实施例的限制，而应被理解为在附属权利要求书的精神和范围内。
权利要求
1.一种电磁阀，包括一电磁线圈，带有一个用以容纳一中空磁心的中心通道并带有一对用以连接一可控电源的电极，所述磁心固定地位于所述线圈内并带有一个从所述线圈的第一端部向处延伸的第一端部；一安装在所述磁心的所述第一端部的框架，所述框架带有一个通常绕所述线圈的外表面延伸到与所述线圈的所述第一端部相对的第二端部的部分；一在所述线圈的所述第二端部附近铰接在所述框架上的可动衔铁，所述衔铁定位成当所述线圈通电时被吸向所述磁心的所述第二端部；一空气流动控制阀，在所述磁心的所述第一端部附近安装于所述框架上并与所述磁心同轴，所述控制阀包括一个外壳，带有一用以连接于高压气源的空气入口；一用以从所述空气入口向一空气控制机构供给空气的空气出口；一用以从所述空气出口向所述外壳的外部排放空气的排气口；一贯穿所述外壳并与所述磁心同轴的中心孔，所述中心孔在与所述磁心相邻的所述外壳第一端部有一个第一直径扩大部分，在与所述第一端部相对的所述外壳第二端部有一个第二直径扩大部分，并有一个相互连接所述第一和第二部分的第三直径减小部分，所述空气入口连接于所述第二部分，所述空气出口连接于所述第三部分，所述排气口连接于所述第一部分；一第一阀座，形成在所述中心孔中从所述第一部分到所述第三部分的过渡之处；一位于所述第一阀座上的第一弹性密封；一第二阀座，形成在所述中心孔中从所述第二部分到所述第三部分的过渡之处；一位于所述第二阀座上的第二弹性密封；一阀杆，通过所述中空磁心延伸并进入所述外壳上的所述中心孔的所述第一部分；可操纵地与所述阀杆相连的装置，当所述线圈通电时随着所述衔铁朝所述阀压迫所述阀杆以从所述入口到所述出口连通空气；用以密封地与所述第一弹性密封啮合；一阀杆延伸部件，从所述中心孔的所述第二部分经所述第三部分延伸并与所述阀杆啮合；和可操纵地与所述阀杆延伸部件相连的装置，当所述线圈断电以断开所述入口和所述出口并同时连通所述出口和所述排气孔时，用以密封地与所述第二弹性密封啮合。
2.如权利要求1所述的电磁阀，还包括一个位于所述中心孔的所述第二部分内的过滤组件，用以过滤进入所述出口的空气。
3.如权利要求2所述的电磁阀，其中所述过滤组件包括一个通常为管形的滤网，所述滤网带有一对用以使所述滤网保持管形的端盖，至少其中一个所述端盖带有一个用以从中穿过所述阀杆延伸部件的中心孔。
4.如权利要求3所述的电磁阀，其中所述第一和所述第二弹性密封各包括一O型圈。
5.如权利要求1所述的电磁阀，其中所述可操纵地与所述阀杆相连以密封地与所述密封啮合的装置包括一个形成在所述阀杆一端的圆锥体，所述圆锥体相对于所述阀杆的轴线有一个50和65度之间的角度。
6.如权利要求3所述的电磁阀，其中所述滤网包括一个30号网目。
7.如权利要求3所述的电磁阀，其中所述中心孔的所述第二部分通过所述外壳的所述第二端部延伸，并包括一可拆卸地连接于所述第二端部以密封所述第二部分的盖装置。
8.如权利要求7所述的电磁阀，其中所述第二部分至少在所述第二端部的附近加工有螺纹，所述盖装置可与所述第二部分的螺纹啮合。
9.如权利要求1所述的电磁阀，并包括一个绕所述磁心的所述第一端部周向形成的并从所述线圈轴向位移的凸缘，一个形成在所述控制阀外壳的一个表面上以容纳所述凸缘的凹槽，和将所述框架连接于所述外壳并将所述凸缘保持在所述凹槽内的装置，以将所述线圈和磁心安装在所述外壳上。
10.如权利要求9所述的电磁阀，其中所述凸缘形成有一个比所述凹槽的深度大的轴向厚度，以在所述框架和所述外壳之间建立一种预加压状态。
11.在接触器组件中，包括一个气动致动器，它以驱动的关系连接于一接触臂以便实现致少一对触头的打开和阀合，还包括一个连接于一致动气压源和气动致动器之间的电磁阀，用以从致动空气中除去至少一些大于预定尺寸杂质的装置，该装置包括一个与阀连接的第一连接件，一具有一封闭端和一敞开端的管形滤网组件，一安装在敞开端并可防止滤网组件穿过连接件的环形凸缘，一安装在连接件上的接头和一个位于接头内并与滤网组件的凸缘啮合的螺旋弹簧，一个可调节地连接于接头并具有一个与弹簧啮合的表面以迫使弹簧与凸缘接触的插座，该插座可接连于致动空气源从而使空气在进入电磁阀之前穿过滤网组件。
12.如权利要求11所述的装置，其中连接件包括一个外螺纹连接件，接头包括一个内螺纹接头，并且所述插座包括一个连接件，它带有与所述接头螺纹啮合的外螺纹和连接于空气源的内螺纹。
13.一种用在电磁致动器上的气流控制阀组件，该阀组件包括一阀体，带有一个连接于高压气源的空气入口，一个从所述入口向一空气控制机构供给空气的空气出口，一个用以从所述出口向所述阀体的外部排放气体的排气口，和一个贯穿过所述外壳的中心空气通道，所述通道在所述外壳的第一端部具有一第一直径扩大部分，在所述外壳的与所述第一端部相对的第二端部附近有一第二直径扩大部分，并带有一个相互连接所述第一和第二部分的第三直径减小部分，所述入口连接于所述第二部分，所述出口连接于所述第三部分，所述排气口连接于所述第一部分;一第一阀座，形成在所述通道内从所述第一部分到所述第三部分的过渡之处，所述第一阀座包括一个第一弹性密封;一第二阀座，形成在所述通道内从所述第二部分到所述第三部分的过渡处，所述第二阀座包括一个第二弹性密封;一阀杆，延伸进入所述阀体上所述通道的所述第一部分，用以有选择地与所述第一弹性密封密封地啮合，以便从所述入口到所述出口连通空气;一阀杆延伸部件，从所述通道的所述第二部分经所述第三部分延伸并与所述阀杆啮合;和可操纵地与所述阀杆延伸部件相连的装置，用以有选择地与所述第二弹性密封密封地啮合，以使所述入口与所述出口断开并同时连通所述出口和所述排气口。
14.如权利要求13所述的气流控制阀，并包括用以从进入所述入口的空气中除去至少一大于预定尺寸的杂质的装置，该装置包括一个与入口连接的第一连接件，一具有一封闭端和一敞开端的管形滤网组件，一安装在敞开端并可防止滤网组件穿过连接件的环形凸缘，一安装在连接件上的接头和一个位于接头内并与滤网组件的凸缘啮合的螺旋弹簧，一个可调节地连接于接头并具有一个与弹簧啮合的表面以迫使弹簧与凸缘接触的插座，该插座可接连于致动空气源从而使空气在进入电磁阀之前穿过滤网组件。
15.如权利要求14所述的装置，其中连接件包括一个外螺纹连接件，接头包括一个内螺纹接头，并且所述插座包括一个连接件，它带有与所述接头螺纹啮合的外螺纹和连接于空气源的内螺纹。
16.如权利要求13所述的气流控制阀，并包括一个位于所述通道的所述第二部分内的过滤组件，用以过滤进入所述出口的空气。
17.如权利要求16所述的气流控制阀，其中所述过滤组件包括一个通常为管形的滤网，所述滤网带有一对用以使所述滤网保持管形的端盖，至少其中一个所述端盖带有一个用以从中穿过所述阀杆延伸部件的中心孔。
18.如权利要求14所述的气流控制阀，其中所述第一和所述第二弹性密封各包括一O型圈。
19.如权利要求13所述的气流控制阀，其中所述阀杆带有一个密封地与所述密封啮合的第一端部，包括一个圆锥体，它形成在所述第一端部并且相对于所述阀杆的轴线具有一个50和65度之间的角度。
20.如权利要求19所述的气流控制阀，其中所述阀杆延伸部件具有一个带圆锥体的密封啮合座，它相对于所述阀杆延伸部件的延长轴线以50和60度之间的一个角度形成。
全文摘要
一接触器组件带有一个以驱动关系与接触臂相连的气动致动器，用以实现至少一对触头的打开和关闭，并带有一个连接于致动气压源和气动致动器之间的电磁阀。该阀包括一个空气入口，一空气出口和一排气口。阀内装有弹性密封以与一单独阀杆上的金属阀座密封地啮合。在一种形式中，一个一体的过滤组件装在阀内以过滤进入的空气。在另一种形式中，装在管线中的过滤组件连接于入口以过滤空气。
文档编号H01H3/24GK1104309SQ9410832
公开日1995年6月28日 申请日期1994年7月4日 优先权日1993年9月27日
发明者M·阿马迪安, S·M·德拉本特, J·M·包威尔 申请人:通用电气公司