專利名稱：膜式活塞組件的夾緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按活塞與缸體的方式在一個缸體空腔內(nèi)工作的膜式活塞，具體涉及這樣一種膜式活塞裝置，其中該膜片顯示出一種內(nèi)在的“彈簧效應(yīng)”，這種效應(yīng)特別當(dāng)該膜式活塞用于操動氣閥之類的裝置時有利。
在通常采用每平方英寸100磅等級的高氣壓的鐵路制動控制的應(yīng)用中，例如，需要采用一種織物增強型的膜片來承受這樣一種高壓力而不致發(fā)生膜片的氣鼓隆脹以及隨后的破裂。這些織物增強膜片一般比常規(guī)的膜片要堅硬一些，從而顯示出一種比較顯著的“彈簧效應(yīng)”。這種所謂“彈簧效應(yīng)”是一個在該膜片被迫使處于一個形狀跟其模制的或常態(tài)的形狀不同的狀態(tài)下在該膜片自身內(nèi)的固有力。這種力通常沿著將該膜片回復(fù)常態(tài)模制形狀的方向起作用。在靈敏的操作控制閥、如公知的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ABD型鐵路制動控制閥器件中，工作閥由膜式活塞組成，該活塞轉(zhuǎn)換一個滑閥的位置來實現(xiàn)所要求的制動控制并隨跨在膜式活塞上作用的制動管道/輔助容腔的壓力關(guān)系的變化而起作用，為了轉(zhuǎn)換該滑閥的位置并且不延遲地實現(xiàn)由此導(dǎo)致的控制功能，希望在很低的壓力差條件下促動活塞。這一點在促動活塞從圖2所示的釋放位置運動到

圖1所示的工作位置時尤其需要，并且依靠膜片的“彈簧效應(yīng)”來幫助達(dá)到此目的。
由于對在上述應(yīng)用場合下使用的膜片要求具有較長的使用壽命，通常是采用如在美國專利3，173，342公開的那種并通過引用結(jié)合到本申請中的錐形膜。這種錐形膜能夠達(dá)到特別長的使用壽命是通過保持織物材料均勻地埋置在構(gòu)成該膜本體的橡膠內(nèi)來實現(xiàn)的。這是可能的，因為并不要求常態(tài)是平的織物材料在模制過程中呈現(xiàn)非自然的或褶轉(zhuǎn)的形狀，例如，像在波紋管式膜件中的那樣，因此它不會朝橡膠的表面轉(zhuǎn)移。但是，在體現(xiàn)長壽命的同時，由于錐形膜中的織物材料在硫化過程中不受力，這些錐形膜由于同一原因也顯示出一種較輕的“彈簧效應(yīng)”。
因此，采用這種錐形膜的控制閥器件的效率要跟實現(xiàn)快速制動反應(yīng)綜合平衡。此外，發(fā)現(xiàn)這些錐形膜內(nèi)的褶轉(zhuǎn)部在一段時間后發(fā)生一個里朝外的永久形變，這種永久形變會進(jìn)一步降低膜的“彈簧效應(yīng)”并促使制動靈敏度往下掉。
應(yīng)當(dāng)理解到，例如，在制動釋放的過程中，產(chǎn)生一個較高的壓力差跨在活塞2上，因而使膜1的褶轉(zhuǎn)部17在活塞2從工作位置運動到釋放位置的過程中翻轉(zhuǎn)，如圖2所示。在這點上重要的是要注意到，在膜的外周邊與褶轉(zhuǎn)部17之間的夾緊凸緣10處形成的轉(zhuǎn)彎基本上是90°。膜1除了有由膜的褶轉(zhuǎn)部形成的應(yīng)力外，還具有由這個轉(zhuǎn)彎引起的內(nèi)應(yīng)力。一當(dāng)活塞2走向制動釋放位置的運動完成、并且在活塞兩側(cè)的壓力基本上平衡時，膜1的由膜的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的內(nèi)在“彈簧效應(yīng)”就會逐漸迫使膜的褶轉(zhuǎn)部17自動地展開或回復(fù)常態(tài)的向上位置，如圖2的虛線所示。因此，活塞2通過“彈簧效應(yīng)”在所需要的方向上促使活塞2朝著工作位置運動而處于隨時可以促動到工作位置上的狀態(tài)。此外，當(dāng)需要實行制動動作時，由于膜的褶轉(zhuǎn)部的轉(zhuǎn)移，在膜式活塞的相對兩側(cè)的壓力腔室之間的容積變換在隨后的制動管道壓力減小之前就已發(fā)生。
但是，如果膜的褶轉(zhuǎn)部17不隨著制動動作的釋放而回復(fù)其常態(tài)位置，并且由于在正常情況下活塞在兩次制動動作之間在其釋放位置停留一段相當(dāng)長的時間，該膜的褶轉(zhuǎn)部17就可能在朝下的姿態(tài)中出現(xiàn)一個永久形變，如圖2中的實線所示。結(jié)果是，起始的向上作用的“彈簧效應(yīng)”就消失了，而且這永久形變阻止了膜的進(jìn)一步運動。因此，當(dāng)一個制動動作隨著要起動時，就需要一個高出正常值的壓力差來促動活塞2，這樣就增加響應(yīng)時間并有害地延長了實現(xiàn)制動所需的時間。這種狀況，由于如圖1和圖2所示的ABD型控制閥工作活塞膜的常規(guī)夾緊裝置因為蓋子3的夾緊面促使膜1的外周邊跟夾緊凸緣10的帶拔梢表面接合而要將膜的褶轉(zhuǎn)部預(yù)置于朝下方狀態(tài)而加劇了。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于膜式活塞的膜夾緊裝置，它在該膜的褶轉(zhuǎn)部倒置以求更好地促使膜的褶轉(zhuǎn)部回復(fù)到相應(yīng)于膜的“彈簧效應(yīng)”的方向的預(yù)定狀態(tài)時，增加膜的內(nèi)應(yīng)力。
簡短地說，這一目的是通過在夾緊膜的外周邊的上、下構(gòu)件中的一個上設(shè)置一個錐形表面來實現(xiàn)的。這個錐形表面位于靠近形成在另一本體構(gòu)件上的夾緊凸緣處，以便當(dāng)該上、下本體構(gòu)件向下固緊在一起時，膜就被迫使遵循一個對應(yīng)于夾緊凸緣將膜壓靠在其上的錐形表面的坡度的角度。通過將錐形表面沿著一個促使膜的褶轉(zhuǎn)部朝上的方向傾斜、即沿制動動作方向傾斜，當(dāng)膜的褶轉(zhuǎn)部倒置時，圍繞著膜夾緊凸緣形成一個比正常的更尖的銳彎。這就在膜上產(chǎn)生一個較大的內(nèi)應(yīng)力，這個內(nèi)應(yīng)力傾向于使膜的褶轉(zhuǎn)部回復(fù)到其常態(tài)狀態(tài)，即便是采用一種通常顯示出低的“彈簧效應(yīng)”的錐形膜，也具備這特性。
本發(fā)明的上述目的和伴隨的優(yōu)點，通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行的更詳細(xì)的說明，將會更加清楚。
圖1和圖2是一個諸如用于一種ABD型貨車制動控制閥工作部分的常規(guī)膜式活塞組件的部份裝配圖，分別示出膜的褶轉(zhuǎn)部在活塞的工作和釋放位置的布置;
圖3和圖4是本發(fā)明的膜式活塞組件的部分裝配圖，分別示出膜的褶轉(zhuǎn)部在活塞的工作和釋放位置的布置。
現(xiàn)在參看圖3和圖4，一個膜1，如一個常規(guī)錐形膜一樣，其內(nèi)周邊夾緊在活塞2上，而其外周邊則夾緊在一個蓋子構(gòu)件3與本體4之間?；钊?的一個環(huán)形溝槽5和夾緊凸緣6在膜內(nèi)周邊處提供一個相當(dāng)于圖1和2所示的夾緊裝置的常規(guī)夾緊裝置。膜1的外周邊以一種獨特的方式夾緊在蓋子構(gòu)件3與本體4之間，對此下面還將進(jìn)行說明。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解到，這種獨特的夾緊結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于膜的內(nèi)周邊的夾緊。
在膜1的上面、在活塞2和蓋子構(gòu)件3之間形成一個流體壓力腔室7，而在膜1的下面、在活塞2與本體4之間形成一個流體壓力腔室8。在本體4的一個夾緊面9上制出一個環(huán)形凹槽10，該環(huán)形凹槽的內(nèi)側(cè)壁與腔室8的一個坡口表面11結(jié)合形成一個常規(guī)環(huán)形夾緊凸緣12。
蓋子構(gòu)件3的夾緊面13設(shè)有一個從其上突出的環(huán)形夾緊凸緣14。該凸緣14的頂端對著環(huán)形凹槽10來放置并伸進(jìn)構(gòu)成凹槽10的區(qū)域內(nèi)一個足夠的深度以卡住形成在膜1外周邊上的一個加大端15從而將膜的外周邊夾緊在蓋子構(gòu)件3與本體4之間。有一個環(huán)形坡口表面16從凸緣14伸展到腔室7的側(cè)壁20，該表面16相對于蓋子構(gòu)件3的夾緊面13具有一個傾斜角。坡口表面16對著本體4上的夾緊凸緣12來放置，而且相互如此靠近以致阻止膜1的加大端15從凹槽10中拉出。在這方面，沿著一條垂直于表面16的線上取的坡口表面16與凸緣12之間的距離，不僅要小于膜1的加大端15而且還要小于該膜的厚度，因此當(dāng)蓋子3上緊在本體4上時，膜外周邊就在壓力下壓靠著表面16，從而沿一個最佳的向上方向引導(dǎo)該膜，這個向上的引導(dǎo)使常態(tài)的膜的褶轉(zhuǎn)部17同樣采取朝上設(shè)置的形態(tài)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，膜的褶轉(zhuǎn)部的這種朝上設(shè)置方式，由于這樣的夾緊結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于該膜要恢復(fù)其模制形狀的自然傾向。
例如，在一個錐形膜的裝配中，如在引證的專利中所示出和說明的那樣，該膜在開始時是以一個倒置截錐的形狀放置在活塞2上，即，膜的大直徑端置于小直徑端的上方，因此，該膜的圓周表面具有一個向上擴展區(qū)域。在將小直徑端夾緊在活塞2中以后，外周邊就越過內(nèi)周邊向下折彎并在蓋子構(gòu)件3與本體4之間夾持就位。膜1的表面區(qū)域是這樣以熟知方式形成一個環(huán)套或褶轉(zhuǎn)部17，褶轉(zhuǎn)部由于膜有一個展開并恢復(fù)其模制形狀的自然傾向而呈現(xiàn)朝上的放置形態(tài)。因此，膜1產(chǎn)生了上面提到的、沿褶轉(zhuǎn)部的方向、即沿最佳的向上方向作用于活塞2上的“彈簧效應(yīng)”。
應(yīng)當(dāng)理解到，當(dāng)要求具有一個向下作用的“彈簧效應(yīng)”時，該膜1可以通過將上述步驟進(jìn)行顛倒、包括將膜定位于右側(cè)朝上的位置來進(jìn)行組裝。還應(yīng)當(dāng)理解到，上面討論的安裝結(jié)構(gòu)，除了適用于錐形膜外，也可以應(yīng)用于具有模制褶轉(zhuǎn)部特征的波紋管式膜件。
現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)理解到，當(dāng)工作活塞2由于加在活塞2上的差動力朝下作用而被推向如圖4所示的釋放位置時，因為在腔室7內(nèi)的制動管道壓力大于腔室8內(nèi)的輔助容腔壓力，膜的褶轉(zhuǎn)部17可能里朝外翻轉(zhuǎn)成如圖4中的虛線所示的朝下的形態(tài)。一般來說，這種狀態(tài)發(fā)生在跟著工作制動操作后制動釋放的過程中，這是由于ABD型控制閥的熟知的加速釋放功能所導(dǎo)致的高壓力差所造成的。
其中夾緊凸緣12對膜1施加一夾緊力將膜壓靠錐形表面16，該膜在靠近其外周邊處具有一個促使褶轉(zhuǎn)部17循一個相應(yīng)于最佳方向的方向的斜度。這個斜度的效能是使該膜在膜的褶轉(zhuǎn)部成翻轉(zhuǎn)形態(tài)時以一個比目前為止所達(dá)到的角度更銳的角度(例如45°)圍繞著夾緊凸緣12彎曲，從而產(chǎn)生一個高的膜內(nèi)應(yīng)力來促使該膜的褶轉(zhuǎn)部回復(fù)其常態(tài)形態(tài)。因此，當(dāng)作用在活塞2上的有效壓力差的向下作用力隨著活塞2朝向釋放位置運動而降低時，由膜1的在其外周邊處的朝上傾斜角度導(dǎo)致的膜內(nèi)部的力，連同由膜的褶轉(zhuǎn)部的向上作用力所導(dǎo)致的存在的內(nèi)應(yīng)力一起促使膜的褶轉(zhuǎn)部17翻轉(zhuǎn)回到圖4中實線所示的常態(tài)向上狀態(tài)。這樣，在制動動作釋放后和活塞2在其最下面的釋放位置時，膜1就處于對活塞2施加一個向上作用的“彈簧效應(yīng)”的狀態(tài)。
這樣不僅具有建立所需的膜1的“彈簧效應(yīng)”的效果，而且還防止了該膜的褶轉(zhuǎn)部在不適當(dāng)?shù)淖藨B(tài)下出現(xiàn)永久形變，同時還保證了，由于該膜的褶轉(zhuǎn)部的位移或翻轉(zhuǎn)，腔室7與8之間的容積變化在操作的制動釋放階段中、并因此在制動動作起動之前就已發(fā)生。因此，當(dāng)腔室7內(nèi)的有效制動管道壓力相對于腔室8內(nèi)的有效輔助容腔壓力降低了時，活塞2就會對跨在其上的較低的壓力差起反應(yīng)，立即朝向工作位置運動，從而保證在隨著的操作的制動工作階段中整列火車更快地制動。
此外，腔室7的側(cè)壁20比腔室8的相對應(yīng)側(cè)壁21具有較大的直徑。這可以用一個垂直的側(cè)壁，或者最好用一個帶拔梢的側(cè)壁來實現(xiàn)，如圖3和圖4所示。這樣一種設(shè)計的好處是能最大限度地增大在活塞2上的與本體4上的膜夾緊點之間的距離，并能增加承受腔室7和8內(nèi)的流體壓力的有效膜面積。夾緊點之間的距離增大，撥動褶轉(zhuǎn)部17越過中點所需的力就減小了，因而，當(dāng)跨在活塞2上的壓力差隨著活塞2向著釋放位置運動而消散時，就可以對膜的褶轉(zhuǎn)部自動地回復(fù)最佳狀態(tài)提供更可靠的保證。通過增加膜的有效面積，腔室7與8之間的壓力差降低一些也能獲得促動活塞2所需的力。
因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這些特征與通過本發(fā)明的膜夾緊裝置來提供活塞2的快速和可靠的促動從而產(chǎn)生快速的制動動作所取得的各種優(yōu)點是密切聯(lián)系的。
此外，這樣一種裝置有助于對常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)ABD型控制閥器件進(jìn)行簡單的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于將膜式活塞安裝在一個閥體內(nèi)的膜夾緊裝置，其特征在于包括(a)一個活塞構(gòu)件；(b)一個其內(nèi)周邊固定在所述活塞構(gòu)件上的環(huán)形膜構(gòu)件；(c)該活塞構(gòu)件可動作地放置在所述本體內(nèi)，兩者之間有一環(huán)形空間，該閥體包括第一和第二部分，該膜的外周邊就夾緊在這兩個部分之間；(d)該膜的一個褶轉(zhuǎn)部形成在所述環(huán)形空間內(nèi)，所述褶轉(zhuǎn)部具有一個最佳成形方向；(e)所述第一部分包括(i)一個第一夾緊面；(ii)一個凹入在所述第一夾緊面內(nèi)的、該膜構(gòu)件的所述外周邊裝在其內(nèi)的環(huán)形夾緊凹槽；(iii)一個從所述夾緊凹槽突出的第一環(huán)形夾緊凸緣；和(f)所述第二部分包括(i)一個貼近所述第一夾緊面的第二夾緊面；(ii)一個所述第二夾緊面的環(huán)形坡口表面，該坡口表面這樣地以一定間隔對著所述第一環(huán)形夾緊凸緣設(shè)置，使該膜的貼近該外周邊處通過該第一夾緊凸緣壓緊使其與該坡口表面接觸，該坡口表面具有一個將該膜按相應(yīng)于所述褶轉(zhuǎn)部的所述最佳成形方向的方向來引導(dǎo)的傾斜角度。
2.按權(quán)利要求1所述的膜夾緊裝置，其特征在于所述第一夾緊凸緣從所述夾緊凹槽突出一個比該凹槽從所述第一夾緊面凹入的距離小的距離。
3.按權(quán)利要求2所述的膜夾緊裝置，其特征在于所述第二部分還包括一個第二環(huán)形夾緊凸緣，所述坡口表面就終接于該夾緊凸緣上，所述第二夾緊凸緣從所述第二夾緊面靠近所述夾緊凹槽處突出以與所述膜構(gòu)件的所述外周邊接合。
4.按權(quán)利要求3所述的膜夾緊裝置，其特征在于沿一條垂直于所述坡口表面的線取的、在該坡口表面與所述第一夾緊凸緣之間的距離小于所述膜的厚度。
5.按權(quán)利要求4所述的膜夾緊裝置，其特征在于所述本體的所述第一部分是主體部分而所述本體的所述第二部分是一個可折卸地裝到該主體部分上的蓋子部分。
6.按權(quán)利要求1所述的膜夾緊裝置，其特征在于所述膜在所述膜褶轉(zhuǎn)部從所述最佳成形方向進(jìn)行翻轉(zhuǎn)時繞著在所述外周邊與該褶轉(zhuǎn)部之間的所述第一夾緊凸緣形成一個轉(zhuǎn)彎，該轉(zhuǎn)彎具有一個小于90°的角度。
全文摘要
一種用于將一個膜式活塞裝配在一個閥器件之類的本體內(nèi)、使膜沿一個導(dǎo)致膜褶轉(zhuǎn)部采取一個最佳放置狀態(tài)的方向偏置的膜夾緊裝置，在此最佳放置狀態(tài)中保持著所希望要的膜“彈簧效應(yīng)”。
文檔編號F01B19/02GK1041137SQ89107378
公開日1990年4月11日 申請日期1989年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月13日
發(fā)明者丹尼爾·G·斯科特, 西奧多·B·希爾 申請人:美國標(biāo)準(zhǔn)公司