專利名稱：一種采用角位移放大機(jī)構(gòu)的高精度定量閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閥門，特別涉及一種采用角位移放大機(jī)構(gòu)的高精度定量閥。
背景技術(shù)：
造紙的定量控制由質(zhì)量控制系統(tǒng)(QCS, QuanlityControl System,造紙行業(yè)術(shù)語，是指對(duì)造紙生產(chǎn)過程中定量、水份、灰份和厚度等參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)和控制。)測(cè)得成紙定量去控制定量閥的開度，國(guó)內(nèi)外的定量閥均采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速器驅(qū)動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的方式，沒有檢測(cè)閥芯的真實(shí)開度，屬于開環(huán)驅(qū)動(dòng)，例如國(guó)內(nèi)的實(shí)用新型專利200620130207.1公開了一種“定量閥”，即采用此結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有閥門依靠步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分，達(dá)到所謂的10000步、50000步甚至更高水平的控制不是真實(shí)的，帶有預(yù)測(cè)性和臆測(cè)性，因?yàn)楫吘箾]有真正的檢測(cè)閥門的角位移用于反饋控制。由于步進(jìn)電機(jī)屬于開環(huán)驅(qū)動(dòng)，在閥門長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后閥芯、閥桿或者是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損造成閥門運(yùn)行阻力增大，極容易出現(xiàn)“丟步”現(xiàn)象，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)接收到了控制脈沖，但是電機(jī)由于某種原因沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯也沒有產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，出現(xiàn)了和控制脈沖不一致的定位情況，因此，閥門的精度受到了影響。針對(duì)這一問題，需要開發(fā)新型的定量閥，提高閥門的精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種采用角位移放大機(jī)構(gòu)的高精度定量閥，采用閉環(huán)技術(shù)來檢測(cè)閥芯的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，能夠解決單純采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)存在的“丟步”問題，有效提高閥門的精度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種采用角位移放大機(jī)構(gòu)的高精度定量閥，包括閥體19，與閥體19連接有殼體16，殼體16內(nèi)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)1，控制器18通過電氣接口與步進(jìn)電機(jī)I相連接，步進(jìn)電機(jī)I輸出軸一端連接有減速器2，步進(jìn)電機(jī)I輸出軸的另一端連接有手輪17，與減速器2連接有上聯(lián)軸器3，與上聯(lián)軸器3連接有傳動(dòng)軸4，傳動(dòng)軸4上安裝有與其同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第一擺臂5-1、第二擺臂5-2和大同步帶輪7，傳動(dòng)軸4外部設(shè)置有全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1、全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2、正向超程保護(hù)開關(guān)6-3、反向超程保護(hù)開關(guān)6-4，其中全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2為光電開關(guān)，二者的光軸間隔為90度，正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)6-4為機(jī)械行程開關(guān)，二者的觸頭間距在90-95度之間，大同步帶輪7通過同步帶8連接至小同步帶輪9，小同步帶輪9上設(shè)有光電編碼器10，光電編碼器10的數(shù)據(jù)輸出端與控制器18相連接，殼體16內(nèi)壁上設(shè)置有支撐板11，傳動(dòng)軸4穿過支撐板11，通過下聯(lián)軸器12連接至閥桿13，傳動(dòng)軸4上設(shè)置有機(jī)械硬限位裝置14和閥門開度機(jī)械指示針15，機(jī)械硬限位裝置14包括連接在傳動(dòng)軸4上的硬限位塊14-0，在傳動(dòng)軸4外設(shè)置有與限位塊上輪廓線14-1配合限位的關(guān)限位螺栓14-2和與限位塊下輪廓線14-3配合限位的開限位螺栓14-4，關(guān)限位螺栓14-2和開限位螺栓14-4安裝在有螺紋的限位板14_5上。所述硬限位塊14-0為漸開線輪廓，并與傳動(dòng)軸4同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
由于本發(fā)明采用了角位移放大機(jī)構(gòu)，能夠?qū)㈤y芯在0-90度的微小轉(zhuǎn)動(dòng)角位移放大，提高了光電編碼器的反饋精度，并依靠光電編碼器的精密角位移反饋，實(shí)現(xiàn)閥門開度的閉環(huán)精密控制；采用減速器進(jìn)行減速并增大傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定且扭矩增大，比現(xiàn)有技術(shù)使用的依靠步進(jìn)電機(jī)細(xì)分提高閥門精度更可靠；為了防止閥芯的過度旋轉(zhuǎn)造成閥門損壞，增設(shè)了極限位置的電氣保護(hù)，采用閉環(huán)技術(shù)來檢測(cè)閥芯的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度，并反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，因此能很好地解決靠單純采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)存在的“丟步”問題。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的開關(guān)組結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的開關(guān)組電氣連接示意圖。圖4為本發(fā)明的閥門在全關(guān)位置狀態(tài)下機(jī)械硬限位裝置工作示意圖。圖5為本發(fā)明的閥門在全開位置狀態(tài)下機(jī)械硬限位裝置工作示意圖。圖6為本發(fā)明的閉環(huán)控制原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1、圖2、圖4、圖5，一種采用角位移放大機(jī)構(gòu)的高精度定量閥，包括閥體19，與閥體19連接有殼體16，殼體16內(nèi)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)1，控制器18通過電氣接口與步進(jìn)電機(jī)I相連接，步進(jìn)電機(jī)I輸出軸一端連接有減速器2，步進(jìn)電機(jī)I輸出軸的另一端連接有手輪17，用以在斷電狀態(tài)下手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，與減速器2連接有上聯(lián)軸器3，與上聯(lián)軸器3連接有傳動(dòng)軸4，傳動(dòng)軸4上安裝有與其同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第一擺臂5-1、第二擺臂5-2和大同步帶輪7，傳動(dòng)軸4外部設(shè)置有全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1、全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2、正向超程保護(hù)開關(guān)6-3、反向超程保護(hù)開關(guān)6-4，其中全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2為光電開關(guān)，二者的光軸間隔為90度，正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)6-4為機(jī)械行程開關(guān)，二者的觸頭間距在90-95度之間,大同步帶輪7通過同步帶8連接至小同步帶輪9,小同步帶輪9上設(shè)有光電編碼器10，光電編碼器10的數(shù)據(jù)輸出端與控制器18相連接，殼體16內(nèi)壁上設(shè)置有支撐板11，傳動(dòng)軸4穿過支撐板11，通過下聯(lián)軸器12連接至閥桿13，傳動(dòng)軸4上設(shè)置有機(jī)械硬限位裝置14和閥門開度機(jī)械指示針15，閥門開度機(jī)械指示針15用以顯示閥門開度，機(jī)械硬限位裝置14包括連接在傳動(dòng)軸4上的硬限位塊14-0，在傳動(dòng)軸4外設(shè)置有與限位塊上輪廓線14-1配合限位的關(guān)限位螺栓14-2和與限位塊下輪廓線14-3配合限位的開限位螺栓14-4，關(guān)限位螺栓14-2和開限位螺栓14-4安裝在有螺紋的限位板14_5上。硬限位塊14-0為漸開線輪廓，并與傳動(dòng)軸4同步轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠通過調(diào)節(jié)螺栓擰入的深度，從而調(diào)節(jié)機(jī)械限位的位置。參見圖1、圖6，本發(fā)明的工作原理是:步進(jìn)電機(jī)I接收控制器18發(fā)來的指令轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過減速器2減速并增大傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過上聯(lián)軸器3將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到傳動(dòng)軸4，傳動(dòng)軸4經(jīng)過下聯(lián)軸器12與閥桿13相連實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)，傳動(dòng)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過角位移放大機(jī)構(gòu)，即大同步帶輪7通過同步帶8帶動(dòng)小同步帶輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，將同步的閥芯角位移信號(hào)放大，光電編碼器10檢測(cè)到放大后的角位移信號(hào)將其傳送給控制器18，控制器18根據(jù)向步進(jìn)電機(jī)I驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的脈沖個(gè)數(shù)代表的閥門開度的增量與實(shí)際閥門開度的增量進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，進(jìn)行閉環(huán)的PID調(diào)節(jié)，使設(shè)定的閥位與編碼器測(cè)量的實(shí)際閥位一致，如果檢測(cè)到的閥門開度和控制器設(shè)定的開度不一致，則控制器18繼續(xù)向步進(jìn)電機(jī)I驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖信號(hào)，直到一致為止。當(dāng)?shù)谝粩[臂5-1轉(zhuǎn)動(dòng)到全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1的位置，全開位置檢測(cè)開關(guān)6-1動(dòng)作，向控制器18發(fā)信號(hào)表示閥位到達(dá)全開位置；當(dāng)?shù)诙[臂5-2轉(zhuǎn)動(dòng)到全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2的位置，全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)6-2動(dòng)作，向控制器18發(fā)信號(hào)表示閥位到達(dá)全關(guān)位置。參見附圖3，當(dāng)閥芯越過了全開和全關(guān)的位置繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，24V控制電源的一端通過正向超程保護(hù)開關(guān)6-3和反向超程保護(hù)開關(guān)6-4的常閉觸點(diǎn)與控制器18中的一個(gè)中間繼電器的線圈一端連接，中間繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)連接在步進(jìn)電機(jī)I的接觸器線圈上。在旋轉(zhuǎn)過程中第二擺臂5-2若碰下正向超程行程開關(guān)6-3和反向超程行程開關(guān)6-4之一，行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)斷開，則切斷中間繼電器的電源，中間繼電器斷開，中間繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)斷開，則斷開交流接觸器線圈的電源，交流接觸器斷開后切斷步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電源，步進(jìn)電機(jī)則不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，防止了閥芯的過度旋轉(zhuǎn)?？刂破?8內(nèi)安裝有超程解除按鈕，超程解除按鈕的一端連接24V電源正極，另一端直接跨過正向超程行程開關(guān)6-3和反向超程行程開關(guān)6-4的常閉觸點(diǎn)連接到中間繼電器線圈的一端，如果閥門發(fā)生了超程斷電，則按下超程解除按鈕，接通24V電源，中間繼電器線圈導(dǎo)通，使步進(jìn)電機(jī)I的驅(qū)動(dòng)器電源接通，手動(dòng)進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，解除電氣超程保護(hù)。參見圖4，閥門在全關(guān)位置狀態(tài)，若閥門繼續(xù)向關(guān)的方向旋轉(zhuǎn)，限位塊的上輪廓線14-1會(huì)碰到關(guān)限位螺栓14-2，將阻止閥門的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；參見圖5，閥門在全開位置狀態(tài)，若閥門繼續(xù)向關(guān)的方向旋轉(zhuǎn)，限位塊的下輪廓線14-3會(huì)碰到開限位螺栓14-4，將阻止閥門的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)施例一:大同步帶輪7和小同步帶輪9齒數(shù)比為3:1，傳動(dòng)軸4的轉(zhuǎn)角范圍為0_90度，經(jīng)過同步帶8的嚴(yán)格同步傳動(dòng)，將傳動(dòng)軸4的轉(zhuǎn)角范圍放大至0-270度，光電編碼器10的轉(zhuǎn)角檢測(cè)范圍為0-270度，傳動(dòng)軸4發(fā)生I"的轉(zhuǎn)角，光電編碼器10產(chǎn)生3"的轉(zhuǎn)角，提高了角位移檢測(cè)精度。實(shí)施例二:大同步帶輪7和小同步帶輪9齒數(shù)比為N:1，傳動(dòng)軸4的轉(zhuǎn)角范圍為0_90度，經(jīng)過同步帶8的嚴(yán)格同步傳動(dòng)，將傳動(dòng)軸4的轉(zhuǎn)角范圍放大至傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)角的N倍，傳動(dòng)軸4發(fā)生I"的轉(zhuǎn)角，光電編碼器10產(chǎn)生N"的轉(zhuǎn)角，提高了角位移檢測(cè)精度。
權(quán)利要求
1.一種采用角位移放大機(jī)構(gòu)的高精度定量閥，包括閥體(19)，其特征在于，與閥體(19)連接有殼體(16)，殼體(16)內(nèi)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)(1)，控制器(18)通過電氣接口與步進(jìn)電機(jī)(I)相連接，步進(jìn)電機(jī)(I)輸出軸一端連接有減速器(2)，步進(jìn)電機(jī)(I)輸出軸的另一端連接有手輪(17 )，與減速器(2 )連接有上聯(lián)軸器(3 )，與上聯(lián)軸器(3 )連接有傳動(dòng)軸(4)，傳動(dòng)軸(4)上安裝有與其同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第一擺臂(5-1)、第二擺臂(5-2)和大同步帶輪(7)，傳動(dòng)軸(4)外部設(shè)置有全開位置檢測(cè)開關(guān)(6-1)、全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)(6-2)、正向超程保護(hù)開關(guān)(6-3)、反向超程保護(hù)開關(guān)(6-4)，其中全開位置檢測(cè)開關(guān)(6-1)和全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)(6-2)為光電開關(guān)，二者的光軸間隔為90度，正向超程保護(hù)開關(guān)(6-3)和反向超程保護(hù)開關(guān)(6-4)為機(jī)械行程開關(guān)，二者的觸頭間距在90-95度之間，大同步帶輪(7)通過同步帶(8)連接至小同步帶輪(9)，小同步帶輪(9)上設(shè)有光電編碼器(10)，光電編碼器(10)的數(shù)據(jù)輸出端與控制器(18)相連接，殼體(16)內(nèi)壁上設(shè)置有支撐板(11)，傳動(dòng)軸(4)穿過支撐板(11)，通過下聯(lián)軸器(12)連接至閥桿(13)，傳動(dòng)軸(4)上設(shè)置有機(jī)械硬限位裝置(14)和閥門開度機(jī)械指示針(15)，機(jī)械硬限位裝置(14)包括連接在傳動(dòng)軸(4)上的硬限位塊(14-0)，在傳動(dòng)軸(4)外設(shè)置有與限位塊上輪廓線(14-1)配合限位的關(guān)限位螺栓(14-2)和與限位塊下輪廓線(14-3)配合限位的開限位螺栓(14-4)，關(guān)限位螺栓(14-2)和開限位螺栓(14-4)安裝在有螺紋的限位板(14-5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用角位移放大機(jī)構(gòu)的高精度定量閥，其特征在于，所述硬限位塊(14-0)為漸開線輪廓，并與傳動(dòng)軸(4)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
一種采用角位移放大機(jī)構(gòu)的高精度定量閥，包括閥體，閥體的閥桿通過下聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸和上聯(lián)軸器連接步進(jìn)電機(jī)的輸出軸一端，步進(jìn)電機(jī)接有控制器，另一端接有手輪，傳動(dòng)軸上設(shè)有傳感器擺臂、大同步帶輪、全開、全關(guān)位置檢測(cè)開關(guān)、正、反向超程保護(hù)開關(guān)，大同步帶輪通過同步帶連接至小同步帶輪，小同步帶輪上設(shè)有光電編碼器，光電編碼器的數(shù)據(jù)輸出端與控制器相連接，步進(jìn)電機(jī)接收控制器的指令轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過減速器、上聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、下聯(lián)軸器將同步轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到閥桿驅(qū)動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸通過角位移放大機(jī)構(gòu)將角位移放大，光電編碼器將檢測(cè)到的角位移信號(hào)傳送給控制器進(jìn)行閥位的反饋控制，能夠?qū)崿F(xiàn)閥門開度的閉環(huán)精密控制，提高閥門的精度。
文檔編號(hào)F16K31/44GK103161988SQ20131008479
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者王博, 湯偉, 王樨, 劉慶立, 董繼先, 王孟效 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)