压力—弹簧—压力平衡式调压装置 本发明涉及对气动系统中气源所输出的气体的压力进行控制的调压装置，尤其涉及采用压力—弹簧平衡方式的调压装置。
在气动系统中，压力稳定是系统稳定的前提。因此，对于气动系统中的空压机等的气源所输出的气体的压力必须进行有效的控制。现有的进行此种控制的调压装置一般采用压力—弹簧平衡式调压装置，该种装置利用调压弹簧和膜片之类的平衡元件，使调压装置在弹簧与气体压力的平衡—不平衡的变化过程中实现自动控制的目的。目前，此种调压装置大致可分为两类。一种例如黄河NJ150型汽车的气压制动系统中所使用的调压装置，此种调压装置一般设有：受压缩地螺旋形调压弹簧，固定于该调压弹簧一端的调压膜片，设于该调压膜片的另一侧并与贮存来自空压机的压缩气体的贮气筒相通的工作气室，与使上述空压机卸荷的卸荷装置相连通的卸荷气室，使该卸荷气室与大气相通的细小通气孔，以及由所述调压膜片构成阀片、开启或关闭所述工作气室与所述卸荷气室之间的连通口的膜片阀。其工作原理为，空压机开始工作后，空压机产生的压缩空气经单向阀充入贮气筒再进入该调压装置的工作气室，气压力作用于上述调压膜片并经调压膜片传递给调压弹簧，当贮气筒内的气体压力即工作气室内的气体压力达到调定压力(约为0.68—0.70MPa)时，作用于调压膜片上的气体压力迫使调压膜片及与之压靠的调压弹簧一端产生使调压弹簧压缩的位移，从而使工作气室与卸荷气室之间的膜片阀开启，压缩空气进入卸荷气室再进入卸荷装置，推动卸荷装置工作，卸荷装置使空压机出气管路与大气相通，实现卸荷空运转，从而使贮气筒的气压不再上升，即保持为上述的调定压力。此后，随制动的消耗及通气孔的逸流，贮气筒的气压也即工作气室的气压逐渐下降，当气压回落至0.68MPa以下时，调压弹簧的弹力使膜片阀复位关闭，从而切断工作气室与卸荷气室的通路，卸荷气室的气压因通气孔的逸流而迅速下降，从而使空压机恢复向贮气筒充气。
这种调压装置只有一组压力—弹簧平衡装置，动作较灵敏，可把压力控制在很小的波动范围之内(约0.02MPa)。但是，由于它只对卸荷气压的产生实施阀门控制，而对卸荷气体的排放不进行阀门控制，即，始终通过通气孔逸出卸荷压缩气体，所以必然导致能量的损失。
另一种调压装置也有一组压力—弹簧平衡装置，但它把阀设计成能控制进气、排气的组合阀，用联动的进气阀部分与排气阀部分分别控制卸荷气的产生与排出，同时取消了逸出卸荷气用的通气孔。这种装置由于对卸荷压缩气的排放也实现了阀门控制，所以有利于节能。但其灵敏度较上述采用独立阀门结构的调压装置为差。因为，在一般情况下，平衡元件例如膜片和阀门的受气压作用的面积将直接影响装置的动作灵敏度。膜片受气压作用的面积越大，则装置的动作越灵敏，但增大膜片直径必然导致装置总体尺寸的增大，因此相应地则须考虑尽可能减小阀门的直径。在上述的采用独立阀门结构的调压装置中，由于可采用合理的阀门结构，并可在工艺上可行的条件下，将阀门做得尽可能的小，以相对增大膜片的受压面积，所以可提高膜片阀的灵敏度。但对采用组合阀的调压装置来说，由于其调压工作气室与卸荷气室之间必须设置滑动密封，且其进、排气形式以及阀门的结构等会影响阀门的大小，导致膜片的实际受气压作用面积相对较小，影响其动作灵敏度，所以，其控制压力的波动范围较大(大于0.1MPa)。
本发明的目的在于，提供一种对卸荷压缩气的产生和排放都能得到控制因而能量损失小、并且可将压力的波动控制在较小范围内的调压装置。
本发明提供的调压装置是一种压力—弹簧—压力平衡式调压装置，包括大致为圆筒形的壳体和设于该壳体内的一组压力—弹簧平衡机构，该组压力—弹簧平衡机构具有设于所述壳体的一端部内、把壳体内腔分隔为与所需调压的气路相通的进气侧气室和与大气有连通孔的排气腔体的第一弹性调压膜片，设于所述壳体的排气腔体内的螺旋形压缩调压弹簧，调整该调压弹簧的压缩预紧力的调整螺钉付，通过气体通道与外部的卸荷装置相连的卸荷气室，以及通过所述第一弹性调压膜片的移动使所述卸荷气室与所述进气侧气室相连通或相断通以送出或切断卸荷气的卸荷气进气阀，其特征在于，在所述壳体的另一端部，还设有一横跨壳体两侧侧壁的横梁，在该横梁上设有使通往所述卸荷气室的气体通道与所述排气腔体相连通的排气通孔，以及，与所述一组压力—弹簧平衡机构相对配置并共用同一调压弹簧和一调整螺钉付的另一组压力—弹簧平衡机构，所述另一组压力—弹簧平衡机构还设有与所述第一弹性调压膜片相对地设于所述壳体的另一端部、把壳体内腔再分隔出通过壳体内的气体通道与所述进气侧气室相连通的排气侧气室的第二弹性调压膜片，以及其脚部跨过所述横梁与所述第二弹性调压膜片压靠、其桥面部与所述调整螺钉付压靠并可落座于所述横梁的过桥支架，并且，在所述排气通孔的一侧设有一排气阀阀座，一排气阀阀体直接或间接地固定于所述第二弹性调压膜片，并随该调压膜片的上下运动关闭或开启所述排气通孔，从而由该排气阀阀座和排气阀阀体构成排气阀。
本发明提供的压力—弹簧—压力平衡式调压装置，因为设有两组共用同一弹簧又相对互相独立的压力—弹簧平衡机构，并用该两组平衡机构分别控制互相独立的卸荷气的进气阀和卸荷气的排气阀，使其中一个阀的设计和配置可完全不受另一个阀的影响，也不必设置滑动密封，因此，不仅可对卸荷气的产生和排放均实现完全的控制，而且，随着同一弹簧动作的两阀门既可保持其动作的充分的稳定和可靠的同步及协调，又可通过设计尽量减小这两个阀门受到的背压，即，相对增大膜片的实际受气压作用的面积，从而提高阀门动作的灵敏度，以保证气动系统可靠地工作。
以下通过附图所示实施例，进一步说明本发明的结构特点和作用效果。
附图简介：
图1是本发明调压装置第一实施例的剖视图。
图2是图1所示调压装置的动作过程说明图。
图3是本发明调压装置第二实施例的剖视图。
以下参照附图说明本发明的一个实施例。
如图1所示，本发明调压装置的壳体由上盖1、中壳体2及下盖3组成，在上盖1与中壳体2之间以及在中壳体2与下盖3之间分别夹装有上膜片(即第一弹性调压膜片)4和下膜片(即第二弹性调压膜片)5，并在上盖1与上膜片4之间形成第一气室即进气侧气室6，在下盖3与下膜片5之间形成第二气室即排气侧气室7。在上盖1的通孔(未图示)的下部固定有内设通孔8a的阀座8，在上盖1的通孔的上部固定有与外部的卸荷装置相连通的出气接口9，出气接口9的通孔9a内设有滤网10。在上膜片4的上侧设有钢制阀片(未图示)，由上膜片4、钢制阀片及阀座8构成膜片式进气阀12，位于该进气阀12下游的通孔8a和通孔9a成为与外部的卸荷装置相通的卸荷气室。中壳体2大致呈圆筒形，但在其下部设有一连接相对的侧壁的横梁2a，并在侧壁上设有一通气孔(未图示)使中壳体2内的腔体始终与外界大气相通，因此，该腔体始终处于大气压，成为排气腔体2b。在中壳体2的排气腔体2b内设有调压弹簧总成14，该调压弹簧总成14包括螺旋状压缩调压弹簧14a、设于调压弹簧14a上、下端的弹簧托盘14b、调压螺钉付14c及过桥支架14d。调压弹簧14a的上端通过其上端的弹簧托盘14b及上膜片4下侧的膜片托盘(未图示)压靠在上膜片4上，下端通过其下端的弹簧托盘14b压靠于调压螺钉付14c的调整螺母(未图示)上。在调压螺钉付14c的下端设有仰视为十字形的凸起部14e，与此相对应，在过桥支架14d的桥面部(未图示)的与十字形凸起部14e相对的面上，设有俯视为十字形的凹槽(未图示)，过桥支架14d与调压螺钉付14c以该凹槽与凸起部14e相嵌合的状态相压靠，从而防止了调压螺钉作转动。过桥支架14d向下伸出的腿部14f跨过中壳体2的横梁2a抵靠在下膜片5的膜片托盘(未图示)上。因此，整个调压弹簧总成14呈浮动状态，其上、下端可分别随上、下膜片4、5作上下运动。此外，中壳体2内的排气腔体2b的侧壁上开设有供调整调压弹簧14a的预紧力用的调整窗(未图示)，并设有封闭该调整窗的防尘盖(未图示)。
在中壳体2的横梁2a的大致中央部位，设有上下方向的排气通孔2c，在该排气通孔2c的下方，开设有与之相通且直径更大的凹槽2d，凹槽2d的下部开口被密封盖17气密密封，在密封盖17和凹槽2d之间形成排气阀腔体2g。并且，排气通孔2c的下部周边向下即向排气阀腔体2g内凸起，形成环状的止口式阀座2f。剖面为倒T字形的排气阀体15其杆部15a(见图2a)从凹槽2d自下而上穿过排气通孔2c，其上端部通过螺纹连接固定在过桥支架14d上，因此，排气阀体15可随过桥支架14d的上下运动而作上下运动，使其阀体部分15b(见图2a)紧贴或离开止口式排气阀座2f，将该排气通孔2c关闭或开启，因此，由止口式排气阀座2f和排气阀体15构成排气阀16。此外，在密封盖17和凹槽2d之间形成的排气阀腔体2g一方面通过上述上下方向的排气通孔2c可与中壳体2内的排气腔体2b相通(当排气阀16开启时)，另一方面，通过设于中壳体2内的横与竖方向的气体通道2h以及设于上盖1内的气体通道1h，与出气接口9的通孔即卸荷气室9a始终相连通。
此外，在下盖3的下部通孔内设有进气接口18和滤网19。在通过该滤网19与进气接口18的通孔18a始终相通的第二气室即排气侧气室7内，螺旋形受压缩的辅助弹簧20的下端压靠在下盖3的内端壁上，上端通过下膜片5的膜片托盘压靠在下膜片5上。又，第二气室7通过设于下盖3内的气体通道3h及设于中壳体2内的另一气体通道2j和设于上盖1内的气体通道1j，与上盖1内的第一气室6始终相连通。
以下参照图2说明本发明的调压装置的动作过程。
当把本发明的调压装置用于机动车的气动制动系统、控制制动系统的压力时，如图2所示，将调压装置的进气接口与贮存来自空压机的压缩气体的贮气筒相连接，而将调压装置的出气接口与使空压机卸荷的卸荷装置相连接，并通过调整调压螺钉付使调压装置的调定压力设定为所需要的压力。由于第一气室6和第二气室7始终与进气接口18内的进气通道相连通，所以，相连通的第一和第一气室6、7内即充满了来自贮气筒的压缩气体，这样，调压弹簧总成14与分别受到第一、第二气室内的气体压力的上膜片4、下膜片5及进气阀12、排气阀16便形成压力—弹簧—压力平衡机构，即，在调压弹簧总成14的上端形成一组基本由弹簧力与气体压力相抗衡而形成的压力—弹簧平衡机构，而在调压弹簧总成14的下端形成另一组基本由弹簧力与气体压力相抗衡而形成的压力—弹簧平衡机构，该两组机构共用同一调压弹簧14a，并可分别控制设计上完全独立的进气阀12和排气阀16。
当空压机尚未开始工作因而气压为零即大气压时，或空压机虽已开始工作但贮气筒内气体的压力也即相连通的第一气室6与第二气室7内的气体压力尚未达到设定压力时，由于调压弹簧14a的预紧力的作用，调压弹簧14a向上下两个方向张开，从而如图2(a)所示，使上膜片4压靠在阀座8上，即，进气阀12处于关闭状态，第一气室6与通往卸荷装置的卸荷气室8a、9a及气体通道21不相通。与此同时，同样由于调压弹簧14a的预紧力的作用，使调压弹簧总成14的下端部即过桥支架14d处于最低的使排气阀16全开的位置(气压等于大气压时)，即，此时过桥支架14d落座于设有阀座2f的横梁2a上，固定于过桥支架14d的阀体1 5离开排气阀16的阀座2f距离最远，或者，使过桥支架14d处于较低的位置(气压高于大气压时)，此时也使固定于过桥支架14d上的阀体15离开排气阀16的止口式阀座2f，即，此时排气阀16处于开启状态，因此，通往卸荷装置的气体通道21内与中壳体内的排气腔体2b内一样，处于大气压，卸荷装置不动作，所以空压机继续工作，使贮气筒内的气体压力上升。
当贮气筒内的气体压力达到设定压力时，虽然上膜片4与下膜片5的总面积相等，但由于阀座8紧贴在上膜片4上，使上膜片4的实际受到的气压小于下膜片5实际受到的气压，再加上辅助弹簧20的作用力，所以，下膜片5首先被向上推动，进而推动过桥支架14d并带动阀体15向上移动，直至阀体15压靠在止口式阀座2f上，使排气阀16关闭。此时如图2(b)所示，进气阀12与排气阀16均处于关闭状态，因此，第一气室6与卸荷气室8a、9a及通往卸荷装置的气体通道21仍不相通，而与卸荷气室9a相通的排气阀腔体2g则不再与处于大气压下的排气腔体2b相通(见图1)，从而使通往卸荷装置的卸荷气室8a、9a及气体通道21不再与外界大气相通。
随着因空压机的工作而导致的第一与第二气室内的气体压力的上升，调压弹簧14a被进一步压缩。此时，因调压弹簧总成14的下端部已被止口式阀座2f限位而不能进一步向上移动，所以，调压弹簧总成14的上端部被气压推动而向下移动，即，上膜片4被推离阀座8，使进气阀12开启。于是，第一气室6内的压缩气体通过进气阀12、卸荷气室8a、9a及气体通道21，成为卸荷气进入卸荷装置，于是卸荷装置动作，使空压机作卸荷空运转。此状态如图2(c)所示，即，进气阀12处于开启状态；而此时，虽然作用于上下膜片4、5的气体压力已相等，但由于横梁2a内的排气阀腔体2g与卸荷气室9a相连通，此时其内充满了卸荷气体，使排气阀16的阀体15受到向上方向的背压，再加上辅助弹簧20的向上的作用力，所以，阀体15仍压靠在阀座2f上，排气阀16仍处于关闭状态。此时，贮气筒内的气压也即气动制动系统内的气压因空压机作卸荷空运转而不再上升，基本保持原来的压力。
随着制动等形成的压缩空气的消耗，贮气筒的气压逐渐下降。气压的下降使调压弹簧14a欲向上下两端伸张，但由于在下端部，阀体15受到卸荷气的向上方向的背压的作用，且下膜片5受到辅助弹簧20的向上方向的作用力，所以，调压弹簧14a的下端部暂时仍不向下伸张，排气阀16暂时仍保持关闭状态，调压弹簧14a首先向上方伸张，将上膜片4向上顶起，使其压靠在进气阀12的阀座8上，从而使进气阀12关闭。此时的状态与图2(b)所示状态相同。
由于进气阀12已关闭，上膜片4已压靠在阀座8上，所以调压弹簧14a不能再继续向上伸张。但此时卸荷气的气体通道21内的卸荷气压仍然存在，使空压机仍在作卸荷空运转，致使贮气筒的气压仍因得不到补充而继续下降。气压的继续下降使调压弹簧14a进一步收缩，因已不能向上伸张，故向下伸张，使排气阀16的阀体15离开阀座2f，排气阀16开启，向始终处于大气压的排气腔体2b释放卸荷气体。于是，卸荷装置因不再受到卸荷压缩气体的作用而停止卸荷动作，使空压机重新开始充气动作，使贮气筒内的气体压力重新回升。即，此时恢复到图2(a)所示的状态。此后，再重复上述的从图1(a)至图1(c)的过程，对需调压的气路进行自动控制。
如上所述的调压装置，因为设有完全独立的进气阀和排气阀，所以，不仅可分别控制卸荷气的产生和排放，不浪费能量，而且进气阀与排气阀两者的大小形状及位置配置等不会受到对方的影响，设计的自由度大，因此可提高阀响应的灵敏度。又因为当排气阀16关闭时，只要卸荷气室内存在卸荷气，排气阀阀体15便会受到向上方向的背压，所以，在图2(c)所示状态，当随压缩气体的消耗气压逐渐下降、调压弹簧欲向上下两个方向伸展时，虽然两个调压膜片所受到的气压一样大，但由于排气侧还要加上排气阀体15受到的向上方向的背压，即使不设辅助弹簧20，调压弹簧也总是首先向上方伸展，以保证首先关闭进气阀12，保证在一定的气压范围内能稳定地使空压机作卸荷空运转。因此，本发明的调压装置可以不设辅助弹簧。排气阀阀体15受到的向上方向的背压还可使排气阀在开启时有突变性，即排气阀可一下子开启，避免产生似开非开状态，从而可避免出现抖动现象，使所控制的气路的气压更稳定。本实施例设置了辅助弹簧，则可使上述进气阀和排气阀在上述的动作过程中更可靠、稳定地动作。
图3示出了本发明的第二实施例。从图3可知，该实施例中的调压装置的上半部分与上述的完全相同，所以省略对其的说明。不同的是横梁部分和排气阀的结构。具体是，在横梁2a的上侧面上无与排气腔体2b的连通口，与气体通道2h相通的排气通孔2c开口于横梁2a的下侧面，该开口上固定有设通孔的阀座2f，而排气阀阀体15通过螺母(未图示)等与阀座2f相对地直接固定在第二弹性调压膜片5上。由这样的排气阀阀体15和排气阀阀座2f构成的排气阀16也能与上述第一实施例中的排气阀一样，当排气阀16开启着时，其阀体会随着因需控制的气路中的气压的上升导致的第二弹性调压膜片的向上移动而向上移动，直至把排气通孔2c完全关闭，同样，当排气阀16关闭着时，其阀体会随着因需控制的气路中的气压的下降导致的第二弹性调压膜片的向下移动而向下移动，因此，其动作过程与上述第一实施例中的装置的动作过程基本相同。这种将阀体15直接固定在膜片上的排气阀，与上述第一实施例中的排气阀相比，其结构较简单，部分数较少，装配较方便。但由于当排气阀关闭时，阀体15受到向下方向即阀开启方向的卸荷气压，为保证装置正确动作，一般应设置辅助弹簧20。
在上述的两个实施例中，把调压装置的壳体分成上盖、中壳体和下盖三部分，并把上、下膜片分别夹装在上盖与中壳体及下盖与中壳体之间，这样结构较简单，便于加工制造。但本发明并不受此限，壳体及膜片的装配结构可采取其他形式。
在上述的两个实施例中，调压装置的调整螺钉付与过桥支架以分别设于其上的十字形凸起部与十字形凹槽相嵌合的状态相压靠，使调整螺钉付与过桥支架不仅在轴向上，而且在转动方向上也结合成一体，例如当调整调压弹簧的预紧力时，调整螺钉即不会随调整螺母的转动而作转动。当然，本发明并不受上述实施例的限制，例如也可以用正方形凸起部与正方形凹槽来使调整螺钉付与过桥支架相结合。