專利名稱：一種多段行程流體動力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多位置執(zhí)行裝置，特別是涉及一種多段行程流體動力裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的多段行程執(zhí)行裝置主要應(yīng)用在機床及機器人方面，包括電驅(qū)動伺服單元、 步進單元等，其特點是定位控制精度高，但環(huán)境耐受能力差、成本高?，F(xiàn)有的氣動或液壓驅(qū)動執(zhí)行裝置實現(xiàn)三位以上的位置控制通常采用位置傳感的閉環(huán)控制方式，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時需要進行位置判斷，同時配備專用的智能控制器件才能實現(xiàn)，不僅控制邏輯關(guān)系復(fù)雜，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、可靠性差，限制了多段行程執(zhí)行裝置的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種多段行程流體動力裝置，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、適用面廣的特點。本發(fā)明提供的一種多段行程流體動力裝置，包括流體源、輸入端均與流體源輸出端相連的第一節(jié)流閥和第二節(jié)流閥、分別與第一節(jié)流閥和第二節(jié)流閥輸出端相連的第一輸入及泄壓孔和第二輸入及泄壓孔、分別與第一輸入及泄壓孔和第二輸入及泄壓孔相連的第一電磁閥和第四電磁閥、與第一輸入及泄壓孔和第二輸入及泄壓孔連通的氣缸以及與氣缸密封連接的活塞，所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有與氣缸連通的第一泄壓孔和第二泄壓孔以及分別與第一泄壓孔和第二泄壓孔相連的第二電磁閥和第三電磁閥。在上述技術(shù)方案中，所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有第五電磁閥、第六電磁閥、 第一單向閥和第二單向閥，所述第一單向閥和第二單向閥的輸入端分別與第一節(jié)流閥和第二節(jié)流閥的輸出端相連，第一單向閥和第二單向閥的輸出端分別與第一輸入及泄壓孔和第二輸入及泄壓孔相連接，所述第五電磁閥和第六電磁閥的一端均與流體源相連，第五電磁閥和第六電磁閥的另一端分別通過第一單向閥和第二單向閥的輸出端與第一輸入及泄壓孔和第二輸入及泄壓孔相連接。在上述技術(shù)方案中，所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有PLC控制單元，所述PLC控制單元分別與第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和第四電磁閥相連接。在上述技術(shù)方案中，所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有PLC控制單元，所述PLC控制單元分別與第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第五電磁閥和第六電磁閥相連接。在上述技術(shù)方案中，所述活塞只有一端設(shè)有活塞桿。在上述技術(shù)方案中，所述活塞兩端均設(shè)有活塞桿。本發(fā)明的多段行程流體動力裝置，具有以下有益效果由于采用了開環(huán)控制以及結(jié)構(gòu)內(nèi)自然閉環(huán)反饋的方式，多段行程流體動力裝置的外部控制很簡單，由于器件少，結(jié)構(gòu)簡單，所以可靠性高、成本低、適用面廣。


圖1為本發(fā)明多段行程流體動力裝置實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明多段行程流體動力裝置實施例1的手動控制電路圖；圖3為本發(fā)明多段行程流體動力裝置實施例1的自動控制電路圖；圖4為本發(fā)明多段行程流體動力裝置實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明多段行程流體動力裝置實施例2的自動控制電路圖；圖6為本發(fā)明中開設(shè)有輸入及泄壓孔和泄壓孔的氣缸結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，但該實施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。實施例1參見圖1和圖6，本發(fā)明的多段行程流體動力裝置包括流體源1、第一節(jié)流閥2、第二節(jié)流閥3、第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6、第四電磁閥7、第一輸入及泄壓孔 10、第一泄壓孔11、第二泄壓孔12、第二輸入及泄壓孔13、活塞14和氣缸15。第一節(jié)流閥2和第二節(jié)流閥3的輸入端均與流體源1的輸出端相連，在本實施例中，流體源1為氣源。第一輸入及泄壓孔10和第二輸入及泄壓孔13分別與第一節(jié)流閥2和第二節(jié)流閥3的輸出端相連，第一輸入及泄壓孔10、第一泄壓孔11、第二泄壓孔12和第二輸入及泄壓孔13均與氣缸15相連通，氣缸15內(nèi)設(shè)有與氣缸15密封連接的活塞14，在本實施例中，活塞14只有一端設(shè)有活塞桿14. 1，當(dāng)然，活塞14兩端也可以均設(shè)有活塞桿14. 1。 第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6和第四電磁閥7分別與第一輸入及泄壓孔10、第一泄壓孔11、第二泄壓孔12和第二輸入及泄壓孔13相連。參見圖2，控制電路中除接入的第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6和第四電磁閥7外，均設(shè)有與每個電磁閥相連的開關(guān)，該電路可以通過手動分別控制第一電磁閥 4、第二電磁閥5、第三電磁閥6和第四電磁閥7的啟閉。參見圖3，控制電路中除接入的第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6和第四電磁閥7外，還設(shè)有與第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6和第四電磁閥7相連接的 PLC,通過該PLC可以自動控制第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6和第四電磁閥7 的啟閉。因為液壓驅(qū)動與氣壓驅(qū)動結(jié)構(gòu)及原理基本相同，所以本實施例以氣壓驅(qū)動為例說明多段行程流體動力裝置的工作過程。當(dāng)流體源1接通氣體時，假設(shè)第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6和第四電磁閥7均沒有電信號而處于截止?fàn)顟B(tài)。流體源1經(jīng)由第一節(jié)流閥2和第二節(jié)流閥3給氣缸 15供氣，這時氣缸15腔內(nèi)氣壓會逐漸上升到與流體源1氣壓相等，活塞14將氣缸15分隔為兩個腔體，當(dāng)活塞14只有一端設(shè)有活塞桿14. 1時，即將氣缸15腔體分為有桿腔15. 1和無桿腔15. 2。由于活塞桿14. 1的存在，有桿腔15. 1 一側(cè)的活塞14有效面積小于無桿腔 15. 2 一側(cè)的活塞14有效面積，所以在同樣的壓強下無桿腔15. 2 一側(cè)產(chǎn)生的推力大于有桿腔15. 1 一側(cè)產(chǎn)生的推力，這時活塞會向有桿腔15. 1 一側(cè)運動，直至運動到接近氣缸15位于有桿腔15. 1 一側(cè)的端部內(nèi)壁，這會對有初始位置要求的應(yīng)用場合有不利影響，所以當(dāng)活塞14只有一端設(shè)有活塞桿14. 1時，必須在流體源1接通之前明確給出位置控制信號，使得初始位置確定。而活塞14兩端均設(shè)有活塞桿14. 1時則無此問題。當(dāng)以上供氣升壓過程結(jié)束后，如果此時有控制信號接通，假設(shè)開啟第三電磁閥6， 這時第二泄壓孔12與大氣導(dǎo)通泄壓，第二泄壓孔12所在的活塞一側(cè)氣壓迅速下降至接近大氣壓，而活塞的另一側(cè)只是略有下降，下降幅度取決于裝置密封情況和氣源供氣能力。在兩側(cè)存在壓力差的情況下，活塞14向第二泄壓孔12所在位置運動。當(dāng)活塞14運動到第二泄壓孔12時，活塞頭14. 2會堵住第二泄壓孔12，這時泄壓流量減少，同時活塞14兩側(cè)壓力差減少，當(dāng)活塞14只有一端設(shè)有活塞桿14. 1時，因為活塞14兩側(cè)承受壓力的有效面積不一樣，活塞14會運動到第二泄壓孔12的一側(cè)停下，使得有桿腔15. 1被完全封住，而無桿腔 15. 2稍有泄漏，這時會保持動態(tài)的平衡。而當(dāng)活塞14兩端均設(shè)有活塞桿14. 1時，活塞14 會剛好運動到第二泄壓孔12的位置停下而將第二泄壓孔12完全封住。當(dāng)活塞14只有一端設(shè)有活塞桿14. 1時，如果還需要活塞14運動到其他輸入及泄壓孔或泄壓孔，只需先開啟相應(yīng)電磁閥，再關(guān)閉第三電磁閥6即可，先開后關(guān)是為了避免此情況下的固有特性造成的不確定運動，無論是采用圖2所示的手動控制還是用圖3所示的 PLC控制電磁閥均需遵循這一原則。而當(dāng)活塞14兩端均設(shè)有活塞桿14. 1時則無此要求。第一節(jié)流閥2和第二節(jié)流閥3的設(shè)置是為了使活塞14兩端能產(chǎn)生壓力差從而推動活塞14運動，同時還可以起到一定范圍的調(diào)速作用。受流體源1供氣流量的影響，第一節(jié)流閥2和第二節(jié)流閥3開度不能過大，這樣會導(dǎo)致壓力差不夠，活塞14推力不足，甚至完全不能正常工作，因此在滿足活塞14運動速度要求的情況下，盡量使節(jié)流閥開度減小，有利于減少耗氣量和能耗?；钊?4的定位精度取決于活塞14密封面的軸向?qū)挾扰c氣缸15所設(shè)置的輸入及泄壓孔和泄壓孔軸向?qū)挾鹊牟钪?，活?4密封面的軸向?qū)挾缺仨毚笥谳斎爰靶箟嚎缀托箟嚎椎妮S向?qū)挾?，否則將會封不住輸入及泄壓孔和泄壓孔，同時活塞14兩側(cè)串氣，造成失控。由于多段行程流體動力裝置需要在氣缸15上開孔，造成氣缸15內(nèi)壁的密封配合不連續(xù)，如果活塞14采用橡膠0型圈密封(圖中未示出)，密封圈運動到輸入及泄壓孔或泄壓孔時會脹大，增加活塞14與氣缸15之間阻力的同時，密封圈自身也不斷受到剪切力的作用，造成使用壽命短。所以只有采用減小活塞14與氣缸15的配合間隙或者采用較硬的彈性材料例如聚四氟乙烯材料來做密封圈。實施例2實施例1中由于節(jié)流閥和流體源1供氣量的限制，活塞14速度增加有限，在需要高速運動的場合，如高速貨品分選傳送帶，需要裝置瞬間動作，很顯然實施例1中的多段行程流體動力裝置不適用這種場合，本實施例將說明高速運動的多段行程流體動力裝置的結(jié)構(gòu)和動作原理。本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)大部分相同，不同之處在于參見圖4與圖6，所述多段行程流體動力裝置增加了第五電磁閥8、第六電磁閥9、第一單向閥16和第二單向閥17， 所述第一單向閥16和第二單向閥17的輸入端分別與第一節(jié)流閥2和第二節(jié)流閥3的輸出端相連，第一單向閥16、和第二單向閥17的輸出端分別與第一輸入及泄壓孔10和第二輸入及泄壓孔13相連接，所述第五電磁閥8和第六電磁閥9的一端均與流體源1相連，第五電磁閥8和第六電磁閥9的另一端分別通過第一單向閥16和第二單向閥17的輸出端與第一輸入及泄壓孔10和第二輸入及泄壓孔13相連接。參見圖5，控制電路中除接入的第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6、第四電磁閥7、第五電磁閥8和第六電磁閥9外，還設(shè)有與第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥 6、第四電磁閥7、第五電磁閥8和第六電磁閥9相連接的PLC，通過該PLC可以自動控制第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥6、第四電磁閥7、第五電磁閥8和第六電磁閥9的啟閉。下面仍以氣壓驅(qū)動為例說明多段行程流體動力裝置的工作過程。第五電磁閥8和第六電磁閥9由圖5中所示的PLC以一定時序驅(qū)動，當(dāng)然也可以是單片機來控制。系統(tǒng)初始過程與實施例1相似，流體源1接通氣體后，氣體經(jīng)第一節(jié)流閥 2和第二節(jié)流閥3給氣缸15供氣，由于活塞14只有一端設(shè)有活塞桿14. 1，控制時須先給出初始位置信號。假定第一泄壓孔11初始完成后，活塞14定位在第一泄壓孔11。如果此時需要移動到第二泄壓孔12位置，則需先開啟第三電磁閥6，后關(guān)閉第二電磁閥5。如果此時不給第五電磁閥8和第六電磁閥9相應(yīng)的動作信號，那么活塞14的運動速度與實施例1相同。如果在打開第三電磁閥6的同時，給一定時長的交替控制脈沖信號到第五電磁閥8和第六電磁閥9，這時第五電磁閥8和第六電磁閥9就旁路掉第一節(jié)流閥2和第二節(jié)流閥3， 從流體源1出來的氣體就沒有了節(jié)流作用，活塞14的移動速度得以提高，第二泄壓孔12所在的一側(cè)由于第二泄壓孔12與大氣導(dǎo)通而泄壓，而另一側(cè)的氣壓上升速度更快，從而使得有第二泄壓孔12所在的一側(cè)氣壓小于另一側(cè)氣壓，活塞14由第一泄壓孔11向第二泄壓孔 12快速移動，當(dāng)活塞頭14. 2堵住第二泄壓孔12時即停止運動，其中，第五電磁閥8和第六電磁閥9只在第一泄壓孔11向第二泄壓孔12轉(zhuǎn)換的全部過程中發(fā)生作用，以達到活塞14 快速移動的目的。第五電磁閥8和第六電磁閥9經(jīng)一定時長后關(guān)閉，動作即告結(jié)束。如果需要移動到新位置只要執(zhí)行相同的過程即可。過程中交替控制脈沖導(dǎo)通第五電磁閥8和第六電磁閥9是為了避免多段行程流體動力裝置失壓，因為如果同時導(dǎo)通，受流體源1供氣能力和泄壓孔的影響，多段行程流體動力裝置內(nèi)無法建立正常工作壓力。當(dāng)?shù)谌姶砰y6導(dǎo)通時，由于單向閥的作用，在第五電磁閥8和第六電磁閥9控制脈沖寬度合適的情況下無泄壓側(cè)的壓力只會不斷上升不會下降，而有泄壓側(cè)壓力不會上升只會下降，不會由于交替供氣造成活塞14往復(fù)運動。而第一節(jié)流閥2和第二節(jié)流閥3的作用在于在第五電磁閥8和第六電磁閥9沒導(dǎo)通之前提供一個預(yù)升壓回路，在動作結(jié)束關(guān)閉第五電磁閥8和第六電磁閥9時建立位置保持力矩所需的壓力。根據(jù)實施例1和實施例2的說明可以看出，多段行程流體動力裝置隨著應(yīng)用場合不同，推力、行程也不一樣。輸入及泄壓孔及泄壓孔的位置決定定位位置，泄壓孔的多少決定行程段數(shù)，位于氣缸15兩端的第一輸入及泄壓孔10和第二輸入及泄壓孔13與氣缸15 端部應(yīng)該留有一段距離，該距離會起到緩沖的作用，如果沒有這段距離，在機械慣量較大的場合，會造成活塞14碰撞氣缸15。在需要行程較多的情況下，可采用集成的方法，把外部元件全部集成在氣缸15上，外部只留有控制線和管路，不僅使結(jié)構(gòu)簡單，而且提高可靠性，安裝方便。該多段行程流體動力裝置可以應(yīng)用于車輛變速箱、船用變速箱、機床的動作單元、 生產(chǎn)流水線上的執(zhí)行裝置以及非精確定位的機器手裝置。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種多段行程流體動力裝置，包括流體源(1)、輸入端均與流體源(1)輸出端相連的第一節(jié)流閥( 和第二節(jié)流閥(3)、分別與第一節(jié)流閥( 和第二節(jié)流閥( 輸出端相連的第一輸入及泄壓孔(10)和第二輸入及泄壓孔(13)、分別與第一輸入及泄壓孔(10)和第二輸入及泄壓孔(1 相連的第一電磁閥(4)和第四電磁閥(7)、與第一輸入及泄壓孔(10) 和第二輸入及泄壓孔(1 連通的氣缸(1 以及與氣缸(1 密封連接的活塞(14)，其特征在于所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有與氣缸(1 連通的第一泄壓孔(11)和第二泄壓孔(12)以及分別與第一泄壓孔(11)和第二泄壓孔(12)相連的第二電磁閥(5)和第三電磁閥(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多段行程流體動力裝置，其特征在于所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有第五電磁閥(8)、第六電磁閥(9)、第一單向閥(16)和第二單向閥(17)， 所述第一單向閥(16)和第二單向閥(17)的輸入端分別與第一節(jié)流閥( 和第二節(jié)流閥 (3)的輸出端相連，第一單向閥(16)和第二單向閥(17)的輸出端分別與第一輸入及泄壓孔 (10)和第二輸入及泄壓孔(1 相連接，所述第五電磁閥(8)和第六電磁閥(9)的一端均與流體源(1)相連，第五電磁閥(8)和第六電磁閥(9)的另一端分別通過第一單向閥(16)和第二單向閥(17)的輸出端與第一輸入及泄壓孔(10)和第二輸入及泄壓孔(1 相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多段行程流體動力裝置，其特征在于所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有PLC控制單元，所述PLC控制單元分別與第一電磁閥(4)、第二電磁閥 (5)、第三電磁閥(6)和第四電磁閥(7)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多段行程流體動力裝置，其特征在于所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有PLC控制單元，所述PLC控制單元分別與第一電磁閥(4)、第二電磁閥 (5)、第三電磁閥(6)、第四電磁閥(7)、第五電磁閥(8)和第六電磁閥(9)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的一種多段行程流體動力裝置，其特征在于所述活塞(14)只有一端設(shè)有活塞桿(14. 1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的一種多段行程流體動力裝置，其特征在于所述活塞(14)兩端均設(shè)有活塞桿(14. 1)。
全文摘要
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、可靠性差、使用面窄的不足，公開了一種多段行程流體動力裝置，包括流體源、輸入端均與流體源輸出端相連的第一節(jié)流閥和第二節(jié)流閥、分別與第一節(jié)流閥和第二節(jié)流閥輸出端相連的第一輸入及泄壓孔和第二輸入及泄壓孔、分別與第一輸入及泄壓孔和第二輸入及泄壓孔相連的第一電磁閥和第四電磁閥、與第一輸入及泄壓孔和第二輸入及泄壓孔連通的氣缸以及與氣缸密封連接的活塞，所述多段行程流體動力裝置還設(shè)有與氣缸連通的第一泄壓孔和第二泄壓孔以及分別與第一泄壓孔和第二泄壓孔相連的第二電磁閥和第三電磁閥。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、適用面廣的特點，可以廣泛應(yīng)用于變速箱及機械加工領(lǐng)域。
文檔編號F15B11/16GK102192205SQ20111012724
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者丁凱, 周杰, 姚輝 申請人:武漢智德通信科技有限公司