活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于實現(xiàn)流體系統(tǒng)數(shù)字化控制的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置。該裝置包括流體脈沖發(fā)生器，流體脈沖發(fā)生器包括兩個液壓缸，兩個液壓缸中設有工作活塞，工作活塞的一側(cè)設有工作油口；液壓缸中還設有與相應的單向閥支路連通的柱塞腔，柱塞腔中設有用于形成流體脈沖的柱塞，柱塞和工作油口分別設置在工作活塞的兩側(cè)。柱塞與工作活塞是傳動連接，并在往復運動的工作活塞的頂壓驅(qū)動下，實現(xiàn)吸油和壓油的動作以形成流體脈沖。由于柱塞僅用作脈沖生成元件，因此，工作活塞與柱塞之間的功用不再發(fā)生交叉糾葛，避免了柱塞端面對工作活塞的有效承壓面積的影響，同時，也避免了多路脈沖數(shù)字流的各個油路之間產(chǎn)生相互干涉的問題。
【專利說明】活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流體傳動與控制【技術(shù)領(lǐng)域】中用于實現(xiàn)流體系統(tǒng)數(shù)字化控制的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]流體傳動與控制技術(shù)在國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域中應用廣泛，它不僅是一種有效的傳動方式，而且也是一種重要的控制手段。隨著計算機技術(shù)的日益發(fā)展和普及，采用計算機對流體元件及流體動力系統(tǒng)進行實時數(shù)字控制是流體技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢。多年來，人們對此做了大量的工作，至今已有不少的方法提出并應用，脈沖數(shù)字流方法就是其中之一。
[0003]中國專利ZL02213827.7公開了一種實現(xiàn)流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制裝置；中國專利ZL02110237.6公開了一種實現(xiàn)流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制方法。
[0004]以上兩件專利所提出的是:應用一個電——流體脈沖發(fā)生器的裝置，將流體系統(tǒng)中的工作介質(zhì)進行離散和量化，生成一系列連續(xù)不斷的、等量的流體脈沖序列。其中的每一個流體脈沖都有一個與之相對應的電脈沖信號伴隨，相當于給每一個流體脈沖進行了編碼。該發(fā)明對傳統(tǒng)的流體工作介質(zhì)本身進行了 A/D轉(zhuǎn)換，將流體回路中流動著的模擬式流體變?yōu)殡x散的、可計數(shù)的、可控的數(shù)字式流體，稱之為脈沖數(shù)字流。脈沖數(shù)字流的概念同時包含著流體脈沖和電子脈沖，兩者共生共存、合二而一，可以對各種流體動力元件，如泵、閥、油缸、油馬達等的執(zhí)行機構(gòu)實行增量式的數(shù)字控制，使它們成為數(shù)字式流體元件，并可進而由這些數(shù)字流體元件構(gòu)建完全的數(shù)字流體系統(tǒng)。
[0005]中國專利200410010232.1公開了一種流體系統(tǒng)同步運動數(shù)字化控制的脈沖數(shù)字流方法:該方法提出了一個脈沖數(shù)字流同步發(fā)生器的裝置，能同時生成兩列(或兩列以上)等量(或成比例)的脈沖數(shù)字流以同時驅(qū)動兩個(或兩個以上)活塞缸的同步(或定比)運動。需要指出的是，此處一起形成的這兩列(或兩列以上)脈沖數(shù)字流只能同時進行同步的工作，而不能同時進行各自獨立的工作。
[0006]中國專利200610017590.4公開了一種流體系統(tǒng)代碼形式脈沖數(shù)字流的控制方法及裝置:該裝置包括流體脈沖發(fā)生器和電脈沖發(fā)生器，其中流體脈沖發(fā)生器包括液壓缸、工作活塞、柱塞腔、換向油路、單向閥組等，工作活塞的兩側(cè)設有工作油口。該液壓缸實際上是一個兩邊均為多活塞桿的特殊油缸，不但這些活塞桿的尺寸之間構(gòu)成二進制代碼關(guān)系，而且這些活塞桿又是液壓缸內(nèi)所設置的各個柱塞腔中的柱塞。各個柱塞腔的一側(cè)設有一個供流體進出的油口，該進出油口與相應的單向閥支路連接。液壓缸在換向油路的操縱下做往復直線運動，經(jīng)由柱塞腔、單向閥支路及相應的電磁換向閥，將輸出的幾個流體脈沖按需要進行組合后形成一個合成的流體脈沖送往系統(tǒng)。電脈沖發(fā)生器包括對應工作活塞設置的位置傳感器，并與相應電路配合產(chǎn)生電脈沖信號，相當于對輸出的流體脈沖進行編碼。由上述流體脈沖發(fā)生器和電脈沖發(fā)生器構(gòu)成的電一流體脈沖發(fā)生器，使產(chǎn)生的多列流體脈沖的量化單位之間構(gòu)成二進制代碼關(guān)系，再經(jīng)由相應電磁換向閥的分配、組合和連接，所形成的總的流體脈沖輸出的量化單位就可用數(shù)字方式進行調(diào)節(jié)，不但能以數(shù)字方式控制各種流體動力元件，而且也可對流體系統(tǒng)的負載流量，執(zhí)行機構(gòu)的工作速度等，進行數(shù)字化的設定、調(diào)整和控制。
[0007]不過，專利200610017590.4中的柱塞與活塞是一個整體的構(gòu)件，柱塞占用了工作活塞端面上部分的有效作用面積，因此，為了避免柱塞的設置影響到整個系統(tǒng)的性能和效率，換向閥的每一個工作油口都設有分支油路，一路與工作活塞腔的油口連通，另一路通過單向閥支路中的單向閥與柱塞腔的進出油口連通，使作用在活塞上的工作面積為整個活塞的端面面積。這樣，柱塞在工作時不但要作為形成流體脈沖的脈沖生成元件，而且還用作驅(qū)動負載的執(zhí)行元件。因此，該專利中各個柱塞腔產(chǎn)生的流體脈沖只能匯集在一起后，構(gòu)成一路脈沖數(shù)字流輸出。如果簡單地直接將各個柱塞腔產(chǎn)生的流體脈沖作為一路脈沖數(shù)字流輸出，將會造成在不同工況下的各個脈沖數(shù)字流油路之間的串通、短接及相互干涉問題，使系統(tǒng)不能可靠正常地工作。
[0008]中國專利200810141420.6公開了一種流體系統(tǒng)凸輪轉(zhuǎn)子式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置。該方案采用凸輪轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，帶動轉(zhuǎn)子周圍的柱塞做往復直線運動以實現(xiàn)吸油和壓油的動作，將流體系統(tǒng)中的工作介質(zhì)進行離散和量化。因為凸輪轉(zhuǎn)子可采用較高轉(zhuǎn)速，所以可獲得較高頻率的流體脈沖；這一系列流體脈沖又有與其一一對應的電脈沖信號相伴隨，從而，把流體系統(tǒng)中連續(xù)流動的模擬式流體轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗦房捎嫈?shù)的、可控的、確定量的一系列流體脈沖，生成了多路脈沖數(shù)字流。各路脈沖數(shù)字流能以并行的方式對多個流體動力元件進行同步或異步的數(shù)字控制，可以滿足各種復雜系統(tǒng)的控制要求。
[0009]以上五件專利中，前四件專利方案生成的脈沖數(shù)字流，在工作時只能控制單個被控對象，或同時控制兩個(或兩個以上)被控對象；如果有多個工作對象需要同時進行各自獨立的控制，則第五件專利200810141420.6中所得到的多路脈沖數(shù)字流可加以實現(xiàn)。用凸輪轉(zhuǎn)子式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置所得到的多路脈沖數(shù)字流，雖然較好地解決了多個受控對象在并行工作時的同步、異步問題，但由于凸輪轉(zhuǎn)子的加工制作比較麻煩，使得整個裝置的制造成本較高、生產(chǎn)工藝復雜、給實際應用帶來一些困難和不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種柱塞僅作為脈沖生成元件的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置。
[0011]本發(fā)明中活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置采用的技術(shù)方案是:活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，包括流體脈沖發(fā)生器，所述流體脈沖發(fā)生器包括液壓缸，所述液壓缸中設有工作活塞，所述工作活塞的一側(cè)設有工作油口 ；液壓缸中還設有與相應的單向閥支路連通的柱塞腔，所述柱塞腔中設有用于形成流體脈沖的柱塞，所述柱塞和工作油口分別設置在所述工作活塞的兩側(cè)，所述柱塞與所述工作活塞是傳動連接并在所述工作活塞的頂壓驅(qū)動下形成流體脈沖。
[0012]所述流體脈沖發(fā)生器包括有兩個所述液壓缸，兩個液壓缸中的工作活塞通過一根活塞桿固定連接在一起；兩個液壓缸的柱塞腔均設置在液壓缸的有桿腔或者均設置在液壓缸的無桿腔。
[0013]所述活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生電子編碼脈沖的電脈沖發(fā)生器，所述電脈沖發(fā)生器包括用于檢測工作活塞位置的位置檢測裝置，所述位置檢測裝置包括固定在所述活塞桿上的遮光盤和對應所述遮光盤的徑向設置的光電開關(guān)。
[0014]所述液壓缸具有用于與油箱連通的泄油口，所述泄油口設置在工作活塞設有柱塞的一側(cè)。
[0015]所述柱塞和工作活塞是分體設置，所述柱塞與工作活塞之間是面接觸，所述柱塞腔遠離工作活塞的一側(cè)設有用于將所述柱塞頂壓到工作活塞上以使柱塞與工作活塞進行傳動連接的彈性件。
[0016]所述單向閥支路的進油口與相應的油源連通。
[0017]各側(cè)的液壓缸均設有兩個以上的柱塞腔，兩液壓缸中的兩對應柱塞腔是成組設置且具有共同的輸出端，各組柱塞腔的輸出端相互獨立。
[0018]各側(cè)液壓缸中設置的各組柱塞腔之間的缸徑全部相同，或不全相同，或具有一定比例關(guān)系，或構(gòu)成二進制代碼關(guān)系。
[0019]本發(fā)明采用的上述將液壓缸的工作油口與柱塞腔分別設置在工作活塞兩側(cè)的技術(shù)方案，使得從工作油口進入液壓缸中的壓力油能夠直接作用在工作活塞的全部端面上推動工作活塞運動，而不再利用柱塞的參與來驅(qū)動工作活塞運動。柱塞僅僅成了一個脈沖生成元件，因此，不但避免了柱塞對工作活塞的有效承壓面積的影響，并且，柱塞與工作活塞之間的功用也不再發(fā)生交叉糾葛，從而避免了多路脈沖數(shù)字流的各個油路之間產(chǎn)生相互干涉的問題。這對于設置、調(diào)整脈沖數(shù)字流的路數(shù)，改善生產(chǎn)工藝以及將來制定產(chǎn)品的技術(shù)標準等方面，都會帶來極大的便利。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明中活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置的實施例一(八個柱塞位于活塞缸的有桿腔內(nèi))的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2是圖1中的A —A向視圖；
圖3是表不圖1和圖4中遮光盤及其兩側(cè)的編碼光電開關(guān)之間位置關(guān)系的B —B向視圖；
圖4是活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置實施例二 (八個柱塞位于活塞缸的無桿腔內(nèi))的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖5是圖4中的A— A剖視圖；
圖6是電脈沖發(fā)生器的工作原理圖；
圖7是本發(fā)明中活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置具體應用時的工作框圖。
[0021]圖中各附圖標記對應的名稱為:1是活塞桿，2、3、6、7是與左側(cè)活塞對應的柱塞，10、11、14、15是與右側(cè)活塞對應的柱塞，4、13是工作活塞，8、9是遮光盤，16是機座，17是液控二位四通換向閥，尤7是分別在工作活塞4、13上開設的環(huán)槽，C1?C4是單向閥組，K1?Kn是η個電磁換向閥，Sp S2是編碼光電開關(guān)，D1, D2是紅外發(fā)光二極管，T1, T2是光敏三極管，SSR是固態(tài)繼電器，仏?D1^1是η路流體脈沖列。

【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明中活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置的實施例一如圖f圖3所示，包括機座16、用于產(chǎn)生流體脈沖的流體脈沖發(fā)生器和用于產(chǎn)生電子編碼脈沖的電脈沖發(fā)生器。
[0023]流體脈沖發(fā)生器包括設置在機座16上的兩個相互獨立的活塞缸5、12 ;在每個活塞缸的有桿腔內(nèi)設置的與活塞桿方向平行的八個柱塞缸；用于驅(qū)動工作活塞往復動作的換向油路和四個單向閥組C1?G。
[0024]兩個工作活塞4、13由活塞桿I將它們固定連接在一起；如圖2所示，各側(cè)的柱塞缸在活塞缸的有桿腔內(nèi)沿圓周方向均勻布置，八個柱塞缸的缸徑全部相同，每個柱塞缸內(nèi)都設置有一個彈簧，柱塞在彈簧力的作用下始終頂靠在有桿腔一側(cè)的工作活塞端面上；在工作活塞4、13的推動下，柱塞做循環(huán)的往復直線運動；每個柱塞腔都對應有一個單向閥支路，每個單向閥支路包括兩個串接的單向閥，柱塞腔與兩個單向閥之間的節(jié)點聯(lián)通，單向閥支路的輸入端用于與油源連通，單向閥支路的輸出端用于輸出流體脈沖。為了使每一路的流體脈沖有不間斷的輸出，總是將左右對稱的兩個柱塞腔的單向閥支路并接在一起，作為一路脈沖數(shù)字流的輸出，且經(jīng)由一個二位三通電磁換向閥(K1?Kn之一)將流體脈沖輸送給執(zhí)行機構(gòu)或返回油箱以實現(xiàn)卸荷。所述液壓缸具有泄油口，所述泄油口設置在工作活塞設有柱塞的一側(cè)，直接與油箱連通。
[0025]換向油路包括一個液控兩位四通換向閥17和相應的油路，兩個工作活塞4、13上分別開設有環(huán)槽尤7，能夠與相應的油路和液控二位四通換向閥配合實現(xiàn)工作活塞的循環(huán)往復運動。換向油路的結(jié)構(gòu)原理與現(xiàn)有技術(shù)相同，此處不再具體說明。
[0026]本實施例中，柱塞的吸油方式為自吸式，在其它實施例中，柱塞的吸油方式也可以采用非自吸式方式，即由一個低壓輔助油泵供給進油。
[0027]電脈沖發(fā)生器包括用于檢測兩個工作活塞4、13所處位置的位置檢測裝置和相應的信號處理電路。在本實施例中，所述位置檢測裝置包括固定在活塞桿I上的兩個遮光盤8、9，以及垂直于活塞桿I的軸向方向且分別位于兩遮光盤徑向兩側(cè)的光電開關(guān);每個遮光盤的位置與某一側(cè)工作活塞開始工作行程時的起始位置相對應。在此一位置，該遮光盤將其徑向兩側(cè)的光電開關(guān)的光路隔斷，當工作活塞進入工作行程后，光路重新導通時，即產(chǎn)生一個開關(guān)信號，再經(jīng)由后置信號處理電路，輸出一個電脈沖信號。這些電脈沖信號與每個工作活塞在工作行程時所產(chǎn)生的η個流體脈沖相對應，相當于對η個流體脈沖輸出進行了編碼。
[0028]以下對本實施例中活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置的具體工作過程進行說明:
1.八列等量流體脈沖的產(chǎn)生
由能源供給部分提供的模擬式工作流體，經(jīng)由液控二位四通換向閥17的工作油口兒左邊活塞缸5 —端的油口 fi?，進入左邊油缸，推動工作活塞4、13右移。在工作活塞4右移過程中，各左側(cè)柱塞2、3…6、7等將柱塞腔內(nèi)的油液壓出，經(jīng)由單向閥組C2輸出一個流體脈沖；與此同時，右邊活塞缸12中的工作活塞13右移時，其右邊油腔內(nèi)的油液經(jīng)由端部的油口/?，液控二位四通換向閥17的工作油口凡返回油箱。并且，各右側(cè)柱塞10、11...14、15等在彈簧的彈力作用下，隨著工作活塞13右移，在柱塞腔內(nèi)形成負壓，使油箱中的油液經(jīng)單向閥組C4進入柱塞腔，完成吸油的行程。
[0029]當兩個工作活塞4、13右移到終點，如圖1所示，此時，控制壓力油/?經(jīng)油口 e、環(huán)槽八油口八作用在液控二位四通換向閥17右端使其換位，換向閥左端的回油經(jīng)油口么環(huán)槽X、油口 a返回油箱。當液控二位四通換向閥17換位后，則工作壓力油及就經(jīng)由液控二位四通換向閥17的工作油口 B,右邊活塞缸12 —端的油口 /?，進入右邊油缸，推動工作活塞13、4左移。這時，各右側(cè)柱塞10、11...14、15等在工作活塞13的作用下，將柱塞腔內(nèi)的油液壓出，經(jīng)由單向閥組C3又輸出一個流體脈沖；與此同時，各左側(cè)柱塞2、3…6、7等在彈簧的彈力作用下，隨著工作活塞4左移，在柱塞腔內(nèi)形成負壓，使油箱中的油液經(jīng)單向閥組C1進入柱塞腔，完成吸油的行程。
[0030]當工作活塞13、4左移到終點位置時，控制壓力油/?經(jīng)油口 C、環(huán)槽X、油口 i/作用在液控二位四通換向閥17的左端；液控二位四通換向閥17右端的回油經(jīng)油口 A、環(huán)槽八油口 g返回油箱，使液控二位四通換向閥17換向處在左位。此時，工作壓力油/?又和液控二位四通換向閥17的工作油口 A接通，開始新一輪的工作循環(huán)。如此周而復始，則從電磁換向閥K1?Vn的輸出端就得到一系列連續(xù)不斷的流體脈沖。
[0031]2.電子編碼脈沖的產(chǎn)生
活塞桿I上的兩個遮光盤8、9，以及位于遮光盤徑向兩側(cè)的光電開關(guān)SpS2，是檢測工作活塞在運動狀態(tài)時的位置的傳感器。每個遮光盤的位置與自己同一側(cè)的工作活塞在壓油工作行程開始時的位置相對應。如圖1所示，在工作活塞13右移到極限位置時，遮光盤9將光電開關(guān)S2的光路隔斷，此時光電開關(guān)S2的光路變化是由亮變暗，雖然產(chǎn)生一個開關(guān)變化信號，但后置的信號處理電路不予采用；而當液控二位四通換向閥17換向到右位，工作壓力油及的油路切換，使工作活塞13左移，遮光盤9離開光電開關(guān)S2，使其光路重新導通時，光電開關(guān)S2的光路變化是由暗變亮，這時所產(chǎn)生的開關(guān)變化信號，將被后置的信號處理電路米用，輸出一個矩形電子脈沖信號。對于遮光盤8、光電開關(guān)S1與左邊工作活塞4之間的運動、位置關(guān)系，以及矩形電子脈沖信號的產(chǎn)生過程，則與以上所述相同。
[0032]由上述可知，每當工作活塞4從它左端的極限位置開始向右運動，使各左側(cè)柱塞
2、3…6、7等輸出一個流體脈沖時,光電開關(guān)S1的光路發(fā)生一次由暗到亮的變化,信號發(fā)生電路就輸出一個矩形電子脈沖；而每當工作活塞13從它右端的極限位置開始向左運動，使各右側(cè)柱塞10、11...14、15等輸出一個流體脈沖時，光電開關(guān)S2的光路發(fā)生一次由暗到亮的變化，信號發(fā)生電路也輸出一個矩形電子脈沖。因此，不論哪一邊的柱塞，只要有流體脈沖輸出，就相應地會有一個電脈沖信號與之伴隨。所以，這些電脈沖信號，等于為每次輸出的八個流體脈沖進行了電子編碼。
[0033]當工作活塞4、13做往復循環(huán)運動，兩側(cè)的柱塞交替作用，流體脈沖發(fā)生器輸出連續(xù)的流體脈沖列時，電脈沖發(fā)生器也連續(xù)地輸出與之相應的電脈沖信號，形成八列脈沖數(shù)字流。
[0034]由活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置生成的八路流體脈沖列，分別與八個二位三通電磁換向閥(K7?K/?)相連,八位二進制數(shù)字信號0=式-7......0^/4的各位數(shù)碼式_/" 4、dr、
4，分別控制八個電磁換向閥的工作狀態(tài)。當D的某一位數(shù)碼為“I”時，對應的電磁換向閥通電，與該電磁換向閥相應的油路就得到流體脈沖輸出；當D的某一位數(shù)碼為“O”時，對應的電磁換向閥失電，該電磁換向閥將相應的流體脈沖列返回油箱，實現(xiàn)卸荷。
[0035]本發(fā)明中脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置的實施例二如圖Γ圖5所示。與實施例一不同的是，本實施例中兩側(cè)的柱塞缸設置在兩活塞缸的無桿腔內(nèi)。本實施例中活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置的具體工作過程如下:
1.八列等量流體脈沖的產(chǎn)生由能源供給部分提供的模擬式工作流體，經(jīng)由液控二位四通換向閥17的工作油口兒左邊活塞缸5 —端的油口 fi?，進入左邊油缸，推動工作活塞4、13左移。在工作活塞4左移過程中，各左側(cè)柱塞2、3…6、7等將柱塞腔內(nèi)的油液壓出，經(jīng)由單向閥組C2輸出一個流體脈沖；與此同時，右邊活塞缸12中的工作活塞13左移時，其左邊油腔內(nèi)的油液經(jīng)由端部的油口/?，液控二位四通換向閥17的工作油口凡返回油箱。同時，各右側(cè)柱塞10、11...14、15等在彈簧的彈力作用下，隨著工作活塞13左移，使柱塞腔內(nèi)形成負壓，油箱中的油液經(jīng)單向閥組C4進入柱塞腔，完成吸油的行程。
[0036]當兩個工作活塞4、13左移到終點，如圖4所示，此時，控制壓力油巧經(jīng)油口 e、環(huán)槽八油口/，作用在液控二位四通換向閥17右端使其換位，液控二位四通換向閥17左端的回油經(jīng)油口 K環(huán)槽X、油口 a返回油箱。當液控二位四通換向閥17換位后，則工作壓力油Ps就經(jīng)由液控二位四通換向閥17的工作油口凡右邊活塞缸一端的油口/?，進入右邊油缸，推動工作活塞13、4右移。這時，各右側(cè)柱塞10、11...14、15等在工作活塞13的作用下，將柱塞腔內(nèi)的油液壓出，經(jīng)由單向閥組G又輸出一個流體脈沖；與此同時，各左側(cè)柱塞2、3...6、7等在彈簧的彈力作用下，隨著工作活塞4右移，使柱塞腔內(nèi)形成負壓，油箱中的油液經(jīng)單向閥組C1進入柱塞腔，完成吸油的行程。
[0037]當工作活塞13、4右移到終點位置時，控制壓力油/?經(jīng)油口 C、環(huán)槽X、油口 i/作用在液控二位四通換向閥17的左端；液控二位四通換向閥17右端的回油經(jīng)油口 A、環(huán)槽八油口 g返回油箱，使液控二位四通換向閥17換向處在左位。此時，工作壓力油/?又和液控二位四通換向閥17的工作油口 A接通，開始新一輪的工作循環(huán)。如此周而復始，則從電磁換向閥K1?Kn的輸出端就得到一系列連續(xù)不斷的流體脈沖。
[0038]2.電子編碼脈沖的產(chǎn)生
活塞桿I上的兩個遮光盤8、9，以及位于遮光盤徑向兩側(cè)的光電開關(guān)SpS2，是檢測工作活塞在運動狀態(tài)時的位置的傳感器。每個遮光盤的位置與自己相反方向一側(cè)的工作活塞在壓油工作行程開始時的位置相對應。如圖4所示，在工作活塞13左移到極限位置時，遮光盤8將光電開關(guān)S1的光路隔斷，此時光電開關(guān)S1的光路變化是由亮變暗，雖然產(chǎn)生一個開關(guān)變化信號，但后置的信號處理電路不予采用；而當液控二位四通換向閥17換向到右位，工作壓力油/?的油路切換，使工作活塞13右移，遮光盤8離開光電開關(guān)S1，使其光路重新導通時，光電開關(guān)光路變化是由暗變亮，這時所產(chǎn)生的開關(guān)變化信號，將被后置的信號處理電路米用，輸出一個矩形電子脈沖信號；而遮光盤9、光電開關(guān)S2與左邊工作活塞4之間，則存在著與上述相同的運動、位置關(guān)系，以及矩形電子脈沖信號的產(chǎn)生過程。
[0039]由上述可知，每當工作活塞13從它左端的極限位置開始向右運動，使各右側(cè)柱塞10、11...14、15等輸出一個流體脈沖時，光電開關(guān)S1的光路發(fā)生一次由暗到亮的變化，信號發(fā)生電路就輸出一個矩形電子脈沖；而每當工作活塞4從它右端的極限位置開始向左運動，使各左側(cè)柱塞2、3…6、7等輸出一個流體脈沖時，光電開關(guān)S2的光路發(fā)生一次由暗到亮的變化，信號發(fā)生電路也輸出一個矩形電子脈沖。因此，與實施例一所述相同，不論哪一側(cè)的柱塞，只要有流體脈沖輸出，就相應地會有一個電脈沖信號與之伴隨，這些電脈沖信號，等于為每次八個的流體脈沖進行了電子編碼。
[0040]當工作活塞4、13做往復循環(huán)運動，兩側(cè)的柱塞交替作用，在流體脈沖發(fā)生器輸出連續(xù)的流體脈沖列時，電脈沖發(fā)生器也連續(xù)地輸出與之相應的電脈沖信號，生成八列的脈沖數(shù)字流。
[0041]在以上兩種實施例中，各路脈沖數(shù)字流之間的油路是相互獨立的，由上述設計所生成的八路脈沖數(shù)字流，經(jīng)由各路電磁換向閥，去驅(qū)動相應的流體動力元件，便可使它們實現(xiàn)步進式的數(shù)字運動。所以，多路脈沖數(shù)字流能對多個流體動力元件以并行方式進行同步或異步的數(shù)字化控制，適用于各種流體系統(tǒng)的不同控制要求，如多缸并行獨立運動、多缸同步或定比運動、多缸插補運動、多缸順序運動等等。這里的流體動力元件可以是液壓缸、馬達等執(zhí)行機構(gòu)，也可以是控制泵、閥、馬達等的參數(shù)調(diào)整機構(gòu)。由電脈沖發(fā)生器所生成的這些電脈沖信號作為流體脈沖的編碼信號，可提供給計算機或其他數(shù)字電路進行計數(shù)、運算、比較等數(shù)字處理，使被控的流體元件變成可用數(shù)字形式進行表示及控制的數(shù)字流體元件。
[0042]下面結(jié)合活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置在流體系統(tǒng)中的應用，說明本發(fā)明的工作原理。
[0043]如圖6、圖7所示，該流體系統(tǒng)包括油源、電磁換向閥、活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置、被驅(qū)動的流體動力元件I?/?、控制邏輯電路、計算機及接口電路等?；钊鶑褪矫}沖數(shù)字流發(fā)生裝置采用圖1或圖4所示的能產(chǎn)生多路脈沖數(shù)字流的結(jié)構(gòu)形式。每一路流體脈沖的輸出端與一個相應的電磁換向閥相連，各路流體脈沖以并行方式分別對多個工作對象進行同步或異步的控制；與各路流體脈沖相伴隨的電脈沖信號，由計算機進行計數(shù)、運算、比較等處理后，通過給出的數(shù)字信號D來控制η個電磁換向閥(K廣Kn)的通斷，以實現(xiàn)對各路流體脈沖輸出油路的切換，從而達到操控各路流體動力元件動作的目的。具體工作過程為:
1.多路流體脈沖的產(chǎn)生
參見圖1或圖4，兩個工作活塞4、13上的環(huán)槽Ζ、環(huán)槽7、液控二位四通換向閥17以及相關(guān)的油路，構(gòu)成工作活塞4、13的換向機構(gòu)。在換向機構(gòu)的控制下，工作壓力油/?使工作活塞4、13作連續(xù)的往復直線運動。因此，使頂靠在工作活塞4、13端面上的各個柱塞也作連續(xù)的往復直線運動。當相應柱塞腔的容積增大時，外部的油液通過吸油單向閥組C1 (或C4)進入柱塞腔實現(xiàn)吸油，此時壓油單向閥組C2 (或C3)關(guān)閉；當相應柱塞腔的容積減小，柱塞腔內(nèi)的油液受到擠壓，壓力增高，從而關(guān)閉吸油單向閥組C1 (或G)，打開壓油單向閥組C2(或Cr3),柱塞缸向系統(tǒng)輸出一定量的壓力油，即輸出一個流體脈沖。若將一個流體脈沖所具有的流體的量定義為脈沖數(shù)字流的量化單位W單位:毫升/每個脈沖)，由于每個柱塞的行程都是恒定的，所以各個柱塞缸每次輸出的油液的量是恒定的，即一個流體脈沖所具有的量化單位7是恒定的。此處，因為各個柱塞缸的缸徑大小相同，所以各列流體脈沖也是彼此相等的；若將每一個流體脈沖使流體動力元件所產(chǎn)生的一定動作的量稱之為它的脈沖當量δ (單位:毫米/每個脈沖)，則對某一流體動力元件所要求的操作量，實際上就等于要求運動多少個脈沖當量，也就是要求輸出多少個流體脈沖。
[0044]2.電子編碼脈沖的產(chǎn)生
在工作活塞4、13作連續(xù)的往復運動以輸出流體脈沖的同時，活塞桿I上的兩個遮光盤8、9也隨之往復運動。當某一路的柱塞開始實現(xiàn)壓油行程時，某一側(cè)的遮光盤會恰好從遮擋相應光電開關(guān)S1或S2的位置離開，使相應光電開關(guān)中DpT1或仏^之間的光路由隔斷變?yōu)閷ǎ簿褪枪饴钒l(fā)生一次由暗到亮的變化。該變化所產(chǎn)生的信號，再經(jīng)由后置電路對其進行整形、放大、邏輯運算等信號處理，發(fā)出一個具有TTL電平的電脈沖信號。這一電脈沖信號經(jīng)由一個“與”門送入計算機的I/o接口，供計算機進行計數(shù)、比較、運算等處理。該“與”門的打開與否，取決于計算機輸出的數(shù)字信號D中的各位數(shù)據(jù)信號線Ul0?h )相“或”以后是否為“I”。只要4?《U中有一位為1，也就是說，只要有一路脈沖數(shù)字流的電磁換向閥需要開啟，“或”門的輸出就是“ 1”，則該“與”門就會打開，讓電脈沖信號通過(參見圖6)。計算機只要接收到這些電脈沖信號，就表示通過開啟的電磁換向閥可以輸出相對應的流體脈沖，從而使被控的流體元件變成了可用數(shù)字形式進行表示及控制的數(shù)字流體元件。
[0045]如此以來，當某一路或某幾路的流體動力元件需要進行控制時，由計算機給出數(shù)字信號，使相應的電磁換向閥開通以輸出流體脈沖；并且與每個流體脈沖相伴隨的電脈沖信號同時也輸入到計算機中。流體脈沖是用于執(zhí)行操作的功率驅(qū)動信號，電脈沖則是流體脈沖的編碼計數(shù)信號，兩者相互結(jié)合，合二而一，各有所用，共生共存，構(gòu)成一種新的流體工作形態(tài)——脈沖數(shù)字流。
[0046]下面再以控制一個流體動力元件為例，進一步說明它的工作原理:
當需要對某一個流體動力元件進行調(diào)整時，先把對該元件調(diào)節(jié)部分要求的位移量，換算為脈沖當量個數(shù)N，存于計算機中。然后，由計算機輸出一個數(shù)字信號D =Cln^1……柳0(η位二進制數(shù)碼)，若其中某一位的數(shù)字信號線i/i =1，則該位對應的這一路的固態(tài)繼電器(SSR)被驅(qū)動，相應的電磁換向閥Fi閉合，從活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置輸出的流體脈沖，便經(jīng)由電磁換向閥^輸入到該流體動力元件，使其做連續(xù)的步進運動。由于其余數(shù)位上的信號都是“0”，相應的各路電磁換向閥皆處于關(guān)斷狀態(tài)，所以其余各路輸出的流體脈沖，都經(jīng)由各路的電磁換向閥返回油箱進行卸荷?；钊鶑褪矫}沖數(shù)字流發(fā)生裝置在發(fā)出流體脈沖的同時，也發(fā)出相應的電脈沖信號。因為數(shù)字信號線中4=1，所以“或”門的輸出就是“1”，因此“與”門被打開，代表每一個流體脈沖的電脈沖信號就可送入計算機中。計算機每接收一個電子脈沖，就從N中減1，當該元件操作部分的位移達到預定位置、N減為零時，便由計算機給出數(shù)字信號D =0，使各位數(shù)據(jù)線全部歸“0”，則原來得電的固態(tài)繼電器(SSR)失電，相應的電磁換向閥關(guān)斷，輸出的流體脈沖停止；與此同時，“或”門的輸出變?yōu)椤?”，“與”門被關(guān)閉，輸入給計算機的電脈沖信號也被終止，代表著對該流體動力元件的操作已經(jīng)完成。
[0047]由上所述，對該流體動力元件所實現(xiàn)的操作量，恰恰就等于計算機預先要求的數(shù)字量，很顯然該元件就成了可數(shù)字化控制的流體元件。
[0048]如果要同時控制多個流體動力元件，計算機可輸出D=Cl1^1……柳0的數(shù)字信號，使其中對應這些流體動力元件的數(shù)位上的信號(Ii =1 (?=0、1...η-1),而其它數(shù)位上的信號為“0”，則信號為“I”的數(shù)據(jù)線便使對應的固態(tài)繼電器(SSR)得電，從而開啟相應的電磁換向閥，就可實現(xiàn)對這些流體動力元件的控制。具體對各個流體動力元件控制的實施過程，與前述控制一個流體動力元件的工作過程完全相同。
[0049]根據(jù)上述工作原理，當柱塞缸的數(shù)目、尺寸大小及所處油腔不同時，可以有多種實施方案；當然，各個柱塞缸的缸徑可以全部一樣，或不全一樣，或具有一定比例關(guān)系，或構(gòu)成二進制代碼關(guān)系等等，但是它們生成脈沖數(shù)字流的機理完全相同，因此不再羅列贅述。
[0050]綜上所述，可知本發(fā)明對促進計算機在流體傳動與控制【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的應用，構(gòu)建完全的數(shù)字流體系統(tǒng)以及加快機、電、液一體化技術(shù)的發(fā)展將起到大為有利的作用。當被控流體系統(tǒng)所要求的脈沖數(shù)字流的發(fā)生頻率不是很高時，利用上述相對簡易的活塞缸、柱塞缸這樣的結(jié)構(gòu)設計方案來獲得多路的脈沖數(shù)字流，與采用【背景技術(shù)】中的凸輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相t匕，能夠使生產(chǎn)成本降低，加工工藝簡化，制作和應用將會更加有利和方便。
[0051]本發(fā)明提出的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，能同時生成多路的脈沖數(shù)字流，可對多個工作對象實現(xiàn)并行的同步或異步控制。像計算機技術(shù)中的多核處理器一樣，多路脈沖數(shù)字流相當于流體系統(tǒng)中的多核處理器，在信息化、數(shù)字化日益迅猛發(fā)展的今天，可以對大型、復雜的機器設備，實現(xiàn)多任務、多進程工作的同步或異步執(zhí)行。因此，活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置的提出，的確是對多路脈沖數(shù)字流技術(shù)的豐富和發(fā)展，它對推廣和普及脈沖數(shù)字流技術(shù)、實現(xiàn)對復雜流體系統(tǒng)進行數(shù)字化控制的實用價值和積極意義是不言而喻的。
【權(quán)利要求】
1.活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，包括流體脈沖發(fā)生器，所述流體脈沖發(fā)生器包括液壓缸，所述液壓缸中設有工作活塞，所述工作活塞的一側(cè)設有工作油口 ；液壓缸中還設有與相應的單向閥支路連通的柱塞腔，所述柱塞腔中設有用于形成流體脈沖的柱塞，其特征在于:所述柱塞和工作油口分別設置在所述工作活塞的兩側(cè)，所述柱塞與所述工作活塞是傳動連接并在所述工作活塞的頂壓驅(qū)動下形成流體脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，其特征在于:所述流體脈沖發(fā)生器包括有兩個所述液壓缸，兩個液壓缸中的工作活塞通過一根活塞桿固定連接在一起，兩個液壓缸的柱塞腔均設置在液壓缸的有桿腔或者均設置在液壓缸的無桿腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，其特征在于:所述活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生電子編碼脈沖的電脈沖發(fā)生器，所述電脈沖發(fā)生器包括用于檢測工作活塞位置的位置檢測裝置，所述位置檢測裝置包括固定在所述活塞桿上的遮光盤和對應所述遮光盤的徑向設置的光電開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，其特征在于:所述液壓缸具有用于與油箱連通的泄油口，所述泄油口設置在工作活塞設有柱塞的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，其特征在于:所述柱塞和工作活塞是分體設置，所述柱塞與工作活塞之間是面接觸，所述柱塞腔遠離工作活塞的一側(cè)設有用于將所述柱塞頂壓到工作活塞上以使柱塞與工作活塞進行傳動連接的彈性件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，其特征在于:所述單向閥支路的進油口與相應的油源連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，其特征在于:各側(cè)的液壓缸均設有兩個以上的柱塞腔，兩液壓缸中的兩對應柱塞腔是成組設置且具有共同的輸出端，各組柱塞腔的輸出端相互獨立。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的活塞往復式脈沖數(shù)字流發(fā)生裝置，其特征在于:所述兩個液壓缸中設置的各組柱塞腔之間的缸徑全部相同，或不全相同，或具有一定比例關(guān)系，或構(gòu)成二進制代碼關(guān)系。
【文檔編號】F15B21/12GK104295563SQ201410113138
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】張志成 申請人:張志成