專利名稱：流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機械工程中的流體傳動控制技術(shù)，主要提出一種流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制裝置。
2、脈沖調(diào)制方式包括脈寬調(diào)制(PWM)、脈幅調(diào)制(PAM)、脈頻調(diào)制(PFM)、脈數(shù)調(diào)制(PNM)、脈碼調(diào)制(PCM)等在內(nèi)的脈沖調(diào)制方式，它們的共同特點是輸出與調(diào)制脈沖信號對應(yīng)的模擬流體，實現(xiàn)平均流量的控制。
3、步進電機驅(qū)動方式用步進電機作為D/A轉(zhuǎn)換器，由計算機所給出的數(shù)字量經(jīng)電平轉(zhuǎn)換、功率放大后，驅(qū)動步進電機帶動機械轉(zhuǎn)換裝置，所構(gòu)成的數(shù)字流量閥、數(shù)字方向流量閥、數(shù)字壓力閥、步進馬達和步進油缸等。
4、位置傳感器方式采用特殊的結(jié)構(gòu)和材料，通過活塞位置傳感器得出活塞位置的數(shù)字信號，從而構(gòu)成數(shù)字油缸。
綜合以上幾種流體動力系統(tǒng)與計算機結(jié)合的形式可知，這些方法，或者是借助于控制電信號的形式變化(D/A轉(zhuǎn)換、脈沖調(diào)制)，或者是對流體元件結(jié)構(gòu)進行特殊設(shè)計(位置傳感器方式)，因此中間環(huán)節(jié)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流體動力元件的動作和被控數(shù)字信號之間，對應(yīng)關(guān)系不明晰，對于計算機的處理和控制也不方便。
本實用新型采用下述技術(shù)方案完成其發(fā)明任務(wù)包括有能源供給部分(工作流體供給機構(gòu))，流體開關(guān)閥和流體動力元件；設(shè)置將連續(xù)模擬流動的流體轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械?、可計?shù)的、確定量的流體脈沖的電-流體脈沖發(fā)生器，電-流體脈沖發(fā)生器連接能源供給部分，電-流體脈沖發(fā)生器輸出連接流體動力元件，電-流體脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與流體脈沖一一對應(yīng)的電脈沖信號，電-流體脈沖發(fā)生器連接計算機，計算機接收電-流體脈沖發(fā)生器的電脈沖信號，并進行計數(shù)、運算、比較等處理，控制流體開關(guān)閥的工作狀態(tài)。
電-流體脈沖發(fā)生器中具有流體脈沖發(fā)生器和電脈沖發(fā)生器，流體脈沖發(fā)生器內(nèi)具有在工作流體作用下往復(fù)運動且每次運動輸出一個流體脈沖的活塞，電脈沖發(fā)生器中設(shè)置檢測活塞位置變化的位置傳感器，具有對位置傳感器開關(guān)信號進行處理、輸出電脈沖信號的信號處理電路。
流體脈沖發(fā)生器中的換向閥，其兩個出口分別接活塞缸兩端的油口，推動活塞依次向兩個方向動作，換向閥的兩個出口還分別通過一個單向閥與活塞桿兩個端部的油腔連通，推動活塞桿與活塞同時動作，活塞桿兩個端部的油腔分別通過單向閥與驅(qū)動流體動力元件的油路連通，并設(shè)置使兩個活塞往復(fù)運動的換向機構(gòu)。
流體脈沖發(fā)生器中的換向機構(gòu)為是在活塞桿兩側(cè)開置環(huán)槽，環(huán)槽X通過油口a、b，環(huán)槽Y通過油口g、h與壓力油入口和換向閥連通；環(huán)槽X通過油口c、d，環(huán)槽Y通過油口e、f與油箱和換向閥連通。
本實用新型涉及的流體可為液體、氣體。
本實用新型涉及的流體動力元件可為泵、閥、馬達、油缸等。
本實用新型是把流體動力系統(tǒng)中的連續(xù)流體離散量化為一連串的脈沖流，每一個流體脈沖由相應(yīng)的電子脈沖信號伴隨。因此流體系統(tǒng)中的流體就由原來的連續(xù)模擬式流動變?yōu)榭煽氐碾x散數(shù)字式流動，這里所謂的模擬式流動是指流體動力系統(tǒng)中管道里流動的流體流量隨著時間連續(xù)變化，而數(shù)字式流動則是指流體動力系統(tǒng)中管道里流動的流體流量是由可計數(shù)的、并且是可控的一連串流體脈沖組成。每一個流體脈沖即為對模擬式流動的流體進行離散的一個量化單位，每一個流體脈沖對流體動力元件所執(zhí)行的動作即為對該流體動力元件的一個脈沖當(dāng)量。
當(dāng)需要控制某一流體動力元件工作時，由計算機給出開關(guān)閥的開啟信號，工作流體經(jīng)過電一流體脈沖發(fā)生器，將連續(xù)流動的模擬流體變?yōu)榭捎嫈?shù)的、一連串的流體脈沖，這些流體脈沖用來控制流體動力元件的動作。同時，電-流體脈沖發(fā)生器輸出與流體脈沖一一對應(yīng)的電脈沖信號，電脈沖信號就輸入計算機，供計算機進行計數(shù)、比較、運算等處理。當(dāng)流體動力元件的動作達到預(yù)定要求時，也即為其提供動力的流體其脈沖流量數(shù)值達到預(yù)定值時，計算機即給出控制信號，關(guān)閉開關(guān)閥，使電-流體脈沖發(fā)生器停止工作，使其輸出的流體脈沖結(jié)束，則流體動力元件的動作也就停止。很顯然，流體動力元件動作的量就等于計算機所要求的數(shù)字量，該流體動力元件也就成了數(shù)字流體元件。至于流體動力元件動作的速度，可以通過流體脈沖發(fā)生的頻率來調(diào)節(jié)，以上為利用本實用新型裝置控制一個流體動力元件時的工作概況。
利用本實用新型，可方便地控制各種流體動力元件，如泵、閥、馬達、油缸等，使之成為數(shù)字流體元件，進而用這些數(shù)字流體元件構(gòu)成完全的數(shù)字流體系統(tǒng)。
本實用新型涉及的裝置與流體傳動、控制領(lǐng)域現(xiàn)有的一切數(shù)字化方法和裝置不同。其創(chuàng)新之處在于它是從流體系統(tǒng)的工作介質(zhì)本身入手，將系統(tǒng)中的工作流體進行離散和量化，把流體系統(tǒng)中的連續(xù)模擬式流動轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械?、可計?shù)的、確定量的流體脈沖。該脈沖流包含了數(shù)字信息、壓力作用、流量信息三方面的內(nèi)容。因此，在實現(xiàn)流體動力元件與流體動力系統(tǒng)數(shù)字化時，流體動力元件的動作要求和數(shù)字量之間的關(guān)系直觀清晰，脈沖數(shù)字信號的處理對數(shù)字電路裝置或計算機來說，又非常簡單方便。特別是與現(xiàn)有流體動力系統(tǒng)和流體動力元件的兼容性方面，非常友好。也就是說，使用普通的模擬式工作流體，流體系統(tǒng)就以現(xiàn)在通常的模擬方式工作，而使用該脈沖數(shù)字流，流體系統(tǒng)就能以數(shù)字控制的方式工作。
附圖
2為本實用新型流體脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為圖2的K-K剖面圖。
附圖4為本實用新型電脈沖發(fā)生器電路原理圖。
附圖5為本實用新型電脈沖發(fā)生器另一種電路原理圖。
圖中，1、3、5、6、單向閥，2、活塞桿，4、8、活塞，7、液控?fù)Q向閥，9、位置傳感器。
對采用本實用新型裝置的簡單控制系統(tǒng)，包括有能源供給部分、開關(guān)閥、電-流體脈沖發(fā)生器、流體動力元件和計算機等。能源供給部分給系統(tǒng)提供連續(xù)的工作流體，該連續(xù)流體經(jīng)由開關(guān)閥送往電-流體脈沖發(fā)生器中，開關(guān)閥受計算機指令的控制而開啟或關(guān)斷，電-流體脈沖發(fā)生器輸出的脈沖流去執(zhí)行流體動力元件的動作。
當(dāng)要求流體動力元件動作一定的量時，先把這個量輸入計算機中，然后由計算機發(fā)出指令、開啟開關(guān)閥，工作流體就推動電-流體脈沖發(fā)生器中的活塞往復(fù)運動，以輸出一連串的流體脈沖。每一個流體脈沖的量都是一定的，稱之為一個量化單位。該量化單位的流體輸入到流體動力元件中，使之產(chǎn)生一定的動作，稱之為一個脈沖當(dāng)量。要求流體動力元件動作的量實際上就是要求動作多少個脈沖當(dāng)量。電-流體脈沖發(fā)生器在發(fā)出流體脈沖的同時，也發(fā)出相應(yīng)的電脈沖信號，該電脈沖信號送往計算機，供計算機進行計數(shù)、比較、運算等處理，一旦流體動力元件動作達到所要求動作的脈沖當(dāng)量個數(shù)，則計算機就會發(fā)出指令，關(guān)閉開關(guān)閥，切斷通往電-流體脈沖發(fā)生器的油路，則電-流體脈沖發(fā)生器就停止工作，不再輸出流體脈沖。流體動力元件的動作也就等于計算機所要求的數(shù)字量大小，該流體動力元件也就成了數(shù)字流體元件，這就是控制一個流體動力元件時的工作概況。
如附圖2所示，流體脈沖發(fā)生器中，包括有換向閥7(可為二位四通閥)，其兩個出口分別接活塞缸兩端的油口，以推動活塞依次向兩個方向動作；換向閥兩個出口還分別通過一個單向閥與活塞桿兩個端部的油腔連通，推動活塞桿與活塞同時動作，活塞桿兩個端部的油腔分別通過單向閥與驅(qū)動流體動力元件的油路連通。
流體脈沖發(fā)生器中設(shè)置換向機構(gòu)，以使活塞往復(fù)動作。每次活塞動作均輸出一個流體脈沖，作用于流體動力元件。流體脈沖發(fā)生器的換向機構(gòu)為在活塞桿兩側(cè)細(xì)部圓柱面上開置環(huán)槽，環(huán)槽X通過油口a、b，環(huán)槽Y通過油口g、h與壓力油入口和換向閥連通；環(huán)槽X通過油口c、d，環(huán)槽Y通過油口e、f與油箱和換向閥連通。流體脈沖發(fā)生器中，活塞4、8固定在活塞桿2上，活塞桿2兩側(cè)的細(xì)部又兼作柱塞使用，在細(xì)部上又分別切有環(huán)槽X、Y，在圖2所示位置，壓力油P經(jīng)油口a、環(huán)槽X、油口b作用在液控二位四通換向閥7左端，使換向閥換向處在左位，換向閥右端回油經(jīng)油口f、環(huán)槽Y、油口e返回油箱。這時，壓力油P經(jīng)換向閥上油口A，分為兩路一路經(jīng)油口j作用在活塞4左端面上，另一路經(jīng)單向閥1、油口i作用在活塞桿2左端面上，兩者一起推動活塞4、8右移，活塞8右邊的回油經(jīng)油口m、油口B、換向閥7、油口O返回油箱。同時，活塞桿右端腔體中的油經(jīng)油口n，單向閥5輸出一個流體脈沖。因為增壓作用，該流體脈沖的壓力要高于供油壓力P，故單向閥6和單向閥3都被關(guān)閉。在活塞桿右移的同時，a、b油口和e、f油口都被活塞桿切斷，當(dāng)活塞桿移到右端時，c、d油口經(jīng)環(huán)槽X，g、h油口經(jīng)環(huán)槽Y接通，此時壓力油P經(jīng)油口g、環(huán)槽Y、油口h作用在液控?fù)Q向閥7的右端，換向閥左端回油經(jīng)油口d、環(huán)槽X，油口c接通油箱，使換向閥換向處在右位。此時，壓力油P經(jīng)換向閥上油口B，分為兩路一路經(jīng)油口m，作用在活塞8右端面上，一路經(jīng)單向閥6，油口n作用在活塞桿2右端面上，兩者一起推動活塞4、8左移，活塞4左邊的回油經(jīng)油口j、油口A、換向閥7、油口O返回油箱。同時，活塞桿2左端腔體中的油經(jīng)油口i，單向閥3又輸出一個流體脈沖。同樣因為增壓作用，故單向閥1、單向閥5都被關(guān)閉，在活塞桿左移的同時，g、h油口和c、d油口又都被活塞桿切斷，當(dāng)活塞移到左湍時，a、b油口經(jīng)環(huán)槽X，g、h油口經(jīng)環(huán)槽Y又接通，回到圖2所示位置，開始新的一輪往復(fù)運動。這樣就由該發(fā)生器輸出一連串的等量流體脈沖，可用來控制各種流體元件，如泵、閥、缸、馬達等，使之產(chǎn)生相應(yīng)的步進運動。
以上流體脈沖的產(chǎn)生是采用活塞直線往復(fù)運動的形式，同理，也可以采用活塞回轉(zhuǎn)往復(fù)運動的形式，產(chǎn)生流體脈沖。
在該裝置活塞缸體的適當(dāng)?shù)胤?，布置位置傳感器，如圖3所示，該位置傳感器可以是光電開關(guān)、磁電開關(guān)、接近開關(guān)、舌簧(干簧)開關(guān)等形式，現(xiàn)有用以檢測位移的位置傳感器形式較多，在此就不一一枚舉。此處以光電開關(guān)為例，描述如下(參見圖4)位置傳感器包括兩組光電開關(guān)，光電開關(guān)S1、S2(參見圖2)分別由紅外發(fā)光二極管D和光敏三極管T組成。在圖2所示位置時，S1的光路開啟，其T1管受D1管作用而導(dǎo)通，a1處變低電平，經(jīng)過施密特反相器H1消除光電脈沖邊緣抖動，在b1處得到矩形波，然后，通過C1、R3的微分電路和施密特反相器H2，形成一個利用矩形波的上升沿獲得等寬的負(fù)脈沖信號，再經(jīng)過H3反相，在e1處得到一個正脈沖信號加到或門H7上，輸出一個正脈沖信號。當(dāng)活塞右移時，S1的光電開關(guān)由亮變暗，b1處的信號是矩形波的下降沿，C1、R3的微分電路和H2不予采用，故e1處信號沒有變化。而S2的一組光電開關(guān)則由暗變亮，在b2處產(chǎn)生一個矩形波形的上升沿，同上所述，經(jīng)由H5、H6，在e2處得到一個正脈沖信號加到或門H7上，又輸出一個正脈沖信號。當(dāng)活塞反向移動時，S1和S2兩組光電開關(guān)的變化次序，同以上所述相反。這樣一來，當(dāng)活塞右移，活塞通過油口n輸出一個流體脈沖時，就通過光電開關(guān)S2的作用，產(chǎn)生一個正脈沖信號；當(dāng)活塞左移，柱塞通過油口i輸出一個流體脈沖時，就通過光電開關(guān)S1的作用產(chǎn)生一個正脈沖信號?；钊鶑?fù)運動就由H7處得到一連串的TTL電平的脈沖信號，這些電脈沖信號作為流體脈沖的計數(shù)信號，可供計算機或其它數(shù)字電路使用，使各種流體元件成為一個數(shù)字元件，進而構(gòu)成完全的數(shù)字流體系統(tǒng)。
當(dāng)采用其它位置檢測元件，比如干簧開關(guān)管，其傳感器部分電路可表示如下(參見附圖5)，徑向作用的環(huán)形磁鐵安置在活塞4、8上(與缸壁不接觸)，當(dāng)磁鐵移近干簧開關(guān)管J的位置時，J內(nèi)接點吸合，當(dāng)磁鐵離開時，J內(nèi)接點斷開，從而在a1處產(chǎn)生一交替的矩形波信號，a1后面信號的處理，同光電開關(guān)的電路原理相同，現(xiàn)有信號處理電路類型很多，屬于現(xiàn)有普通技術(shù)，在此也就不一一枚舉。
電-流體脈沖發(fā)生器中其機械部分即流體脈沖發(fā)生器的活塞在工作流體作用下動作，每次動作輸出一個流體脈沖，即輸出一個可計數(shù)的等量流體，活塞連續(xù)動作，由此輸出一連串的流體脈沖。位置傳感器檢測到所對應(yīng)活塞的位置變化，給出開關(guān)信號，由信號處理電路處理后，輸出一個電脈沖信號，電脈沖信號送往計算機進行計數(shù)、運算、比較等處理，從而控制流體開關(guān)閥的工作狀態(tài)，進而控制流體動力元件的工作狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制裝置，其特征是包括有能源供給部分(工作流體供給機構(gòu))、流體開關(guān)閥和流體動力元件；設(shè)置將連續(xù)模擬流動的流體轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械?、可計?shù)的、確定量的流體脈沖，電-流體脈沖發(fā)生器連接能源供給部分，電-流體脈沖發(fā)生器輸出連接流體動力元件，電-流體脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與流體脈沖一一對應(yīng)的電脈沖信號，電-流體脈沖發(fā)生器連接計算機，計算機接收電-流體脈沖發(fā)生器的電脈沖信號，并進行計數(shù)、運算、比較等處理，控制流體開關(guān)閥的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制裝置，其特征是電-流體脈沖發(fā)生器中具有流體脈沖發(fā)生器和電脈沖發(fā)生器，流體脈沖發(fā)生器內(nèi)具有在工作流體作用下往復(fù)運動且每次運動輸出一個流體脈沖的活塞，電脈沖發(fā)生器中設(shè)置檢測活塞位置變化的位置傳感器，具有對位置傳感器開關(guān)信號進行處理、輸出電脈沖信號的信號處理電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制裝置，其特征是流體脈沖發(fā)生器中的換向閥(7)，其兩個出口分另接活塞缸兩端的油口，推動活塞依次向兩個方向動作，換向閥(7)的兩個出口還分別通過一個單向閥與活塞桿兩個端部的油腔連通，推動活塞桿與活塞同時動作，活塞桿兩個端部的油腔分別通過單向閥與驅(qū)動流體動力元件的油路連通，并設(shè)置使兩個活塞往復(fù)運動的換向機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制裝置，其特征是流體脈沖發(fā)生器中的換向機構(gòu)是在活塞桿兩側(cè)開置環(huán)槽，環(huán)槽X通過油口a、b，環(huán)槽Y通過油口g、h與壓力油入口和換向閥連通；環(huán)槽X通過油口c、d，環(huán)槽Y通過油口e、f與油箱和換向閥連通。
專利摘要本實用新型屬于機械工程中的流體傳動控制技術(shù)。提出的流體系統(tǒng)數(shù)字化的脈沖數(shù)字流傳動、控制裝置包括有能源供給部分(工作流體供給機構(gòu))、流體開關(guān)閥和流體動力元件；設(shè)置將連續(xù)模擬流動的流體轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械摹⒖捎嫈?shù)的、確定量的流體脈沖的電—流體脈沖發(fā)生器，電—流體脈沖發(fā)生器連接能源供給部分，電—流體脈沖發(fā)生器輸出連接流體動力元件，電—流體脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與流體脈沖一一對應(yīng)的電脈沖信號，電—流體脈沖發(fā)生器連接計算機，計算機接收電—流體脈沖發(fā)生器的電脈沖信號，并進行計數(shù)、運算、比較等處理，控制流體開關(guān)閥的工作狀態(tài)。
文檔編號F16H61/64GK2530104SQ0221382
公開日2003年1月8日 申請日期2002年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月31日
發(fā)明者張志成 申請人:張志成