CN102944443A - 步进控制机械取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及步进控制机械取样装置，其特征在于，结构部分包括取样器组件、气缸组件和样品输送组件；取样器组件由过度支架、弹簧座、步进电机、联轴器、传动螺杆母、传动螺杆、取样臂、弹簧和取样头构成；由开关电源为连接盘下端的平面膜片压力传感器提供DC24V电源，平面膜片压力传感器根据受样品压力的大小输出4～20mA的电流信号，从平面膜片压力传感器采集4～20mA的电流信号，通过AD转换，送单片机进行处理后输出脉冲控制信号；脉冲控制信号输出给FD5-3五相步进电机驱动控制器，通过FD5-3五相步进电机驱动控制器控制步进电机动作，实现步进控制机械取样。

Description

步进控制机械取样装置

技术领域

    本发明涉及化工原料取样设备，特别涉及一种步进控制机械取样装置，适用于有毒、有害和有刺激性气味的化学性质的片、粒、粉状、固体化工原料的化工原料取。

背景技术

在化工原料的质量监控过程中，会对化工原料的含量做出约定和控制，化工原料的取样就是对化工矿产品的含量的是否符合约定和承诺进行确认的过程，化学化工原料中不乏含有有毒、有害和有刺激性化学性质，容易对化验人员造成的健康造成伤害，因此片、粒、粉状化工原料取样应规避徒手操作，在全封闭条件下进行，因此取样器的设计十分重要，传统的取样工具存在着如下缺点： 1、取样工具没有动力来源，取样采用人工方式费时费力，工作效率低。2、当遇到对包装袋装的化工原料取样时，有时会因原料挤压过实而无法深入原料内部取得样品。3、当化工原料取出过程中会接触空气，所取样品的代表性会不同程度的遭到破坏，4、化验人员接触有毒、有害和有刺激性气味的化学性质样品时，不可避免的会受到不同程度的伤害。

    要解决上述问题，必须从改进取样装置结构，提高取样机械化、自动化程度入手，使化工原料的从存放地取样、样品移送到化验台的过程完全实现无人工操作，所以如何实现这个设想，就成为了本领域的技术人员所要研究和解决的课题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有设计存在的不足，提供一种步进控制机械手取样装置的设计方案，实现化工原料有效取样过程的自动化，在全封闭条件下取样和封存样品，改善取样操作环境，使取样工作省时省力，安全可靠，提高工作效率。

本发明是通过这样的技术方案实现的：步进控制机械取样装置，由结构部分和控制部分组成，其特征在于，结构部分包括取样器组件、气缸组件和样品输送组件；

 所述取样器组件由过度支架、弹簧座、步进电机、联轴器、传动螺杆母、传动螺杆、取样臂、弹簧和取样头构成；

     过度支架作为连接弹簧座、步进电机的中间支承体，其上部为平面，中心上部加工有放置传动螺杆母的圆孔，过度支架的中心下部加工六方孔, 六方孔与圆孔通透；

弹簧座为空腔体，弹簧座的上端中心为六方透孔，六方透孔与过度支架的中心下部六方孔贯通；弹簧座的下端中心为圆孔；圆孔的直径小于弹簧的内径；弹簧座通过螺栓与过度支架紧固；

通过联轴器将传动螺杆母与步进电机的电机轴连接，步进电机的安装在过度支架上面；联轴器和传动螺杆母沉入过度支架的圆孔中，传动螺杆母的下平面与圆孔下底在同一水平面；圆孔与传动螺杆母圆柱部分外径滑动配合；

传动螺杆上端为螺纹杆，下端为主动六方柱，螺纹杆与传动螺杆母中心内螺纹配合；

过度支架的中心六方孔作为传动螺杆上下移动的导向孔，其内壁与传动螺杆的外壁滑动配合，当传动螺杆母在步进电机驱动下转动时，传动螺杆的螺纹杆在传动螺杆母内螺纹中上下移动，传动螺杆整体移动行程范围和传动螺杆母内螺纹的长度相同；

取样臂的上端为被动六方柱，中间为臂杆，下端为连接盘，

被动六方柱以过度支架的中心六方孔作为上下移动的导向孔，其外壁与中心六方孔内壁滑动配合；臂杆与弹簧座下端中心圆孔滑动配合；

    臂杆上套装弹簧，弹簧上端顶在被动六方柱下平面，下端顶在弹簧座下端中心圆孔外圈平面上；弹簧座的下端中心为圆孔直径与臂杆滑动配合；

连接盘为圆盘形，圆盘边沿加工为凹凸相间的形状，8个凸出的连接键上有轴孔，用于连接取样爪，取样头由四个莲花瓣形爪片，爪片上端部形状和连接盘边沿凹进部分相配合，爪片上端部加工有轴孔，爪片上端部轴孔与连接盘的连接键上的轴孔对应；

每一个所述爪片上端部置放在连接盘的两个连接键之间的凹进部分相，通过销轴与连接盘的连接键销接在一起；

四个所述爪片均匀分布安装在连接盘上；弹簧座的底部分布四个吊环，每个吊环与一个推拉杆的上端活动连接；连接盘下端安装平面膜片压力传感器；

每一个所述爪片的外侧设有一个孔架，每一个孔架与一个推拉杆的下端活动连接；

所述气缸组件包括缸体、活塞杆、连杆板和气缸架；活塞杆和连杆板固定为一体，连杆板上有与步进电机相对应的透孔，通过螺栓依次将活塞杆、步进电机紧固在过度支架上的螺孔中；

所述样品输送组件包括电机架、电机、车轮、滑轨和控制电路盒；

缸体通过气缸架连接在电机架上，电机驱动车轮在滑轨中移动；

    当传动螺杆母在步进电机驱动下顺时针转动时，传动螺杆的螺纹杆在传动螺杆母内螺纹中向下移动，取样臂上端的被动六方柱在传动螺杆下端的主动六方柱推顶作用下向下移动，弹簧被压缩，臂杆沿簧座下端中心圆孔向外滑动，取样头的四个爪片在推拉杆的作用下张开；

当传动螺杆母在步进电机驱动下逆时针转动时，传动螺杆的螺纹杆在传动螺杆母内螺纹中向上移动，取样臂上端的被动六方柱在弹簧的弹力作用下向上移动，臂杆沿簧座下端中心圆孔向内滑动，取样头的四个爪片在推拉杆的作用下闭合；

通过控制电路控制气路电磁阀，进而控制气缸工作，通过活塞杆实现取样器组件的上下位移；通过控制样品输送组件来实现取样器组件的水平位移；

    所述控制电路包括单片机、FD5-3五相步进电机驱动控制器、24V直流开关电源；其中，电路板安装在控制电路盒内；

      由开关电源为连接盘下端的平面膜片压力传感器提供DC24V电源，平面膜片压力传感器根据受样品压力的大小输出4～20mA的电流信号，从平面膜片压力传感器采集4～20mA的电流信号，通过AD转换，送单片机进行处理后输出脉冲控制信号；脉冲控制信号输出给FD5-3五相步进电机驱动控制器，通过FD5-3五相步进电机驱动控制器控制步进电机动作，实现步进控制机械取样。

    本发明的有益效果是：压力传感器采集的压力信号，单片机输出脉冲信号控制步进电机进行调节，取样头的四个爪片在推拉杆的作用下张开或闭合；步进控制机械取样，实现了化工原料有效取样过程的自动化，在全封闭条件下取样和封存样品，改善取样操作环境，使取样工作省时省力，安全可靠，提高工作效率。

附图说明

     图1、步进控制机械取样装置图A；

     图2、步进控制机械取样装置爆炸图B；

     图3、取样器组件爆炸图；

     图4、过度支架剖视图；

     图5、取样器组件剖视图A；

     图6、取样器组件剖视图B；

     图7、气缸组件轴测图；

     图8、样品输送组件轴测图；

图9、样品输送组件局部剖视图；

图10、控制电路连接框图。

 

    图中：1.取样器组件，2.气缸组件，3.样品输送组件，4.螺栓，5. 推拉杆；11.过度支架，12.弹簧座，13.步进电机，14.联轴器，15.传动螺杆母；16.传动螺杆，17.取样臂，18.弹簧，19.取样头，21.缸体，22.活塞杆，23.连杆板，24.气缸架；31.电机架，32.电机，33.车轮，34.滑轨，35.控制电路盒；111.圆孔，112.六方孔，161.螺纹杆，162.主动六方柱，171.被动六方柱，172.臂杆，173.连接盘，191. 爪片。

具体实施方式

    为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

 如图1至图10所示，步进控制机械取样装置，由结构部分和控制部分组成，结构部分包括取样器组件1、气缸组件2和样品输送组件3；

取样器组件1由过度支架11、弹簧座12、步进电机13、联轴器14、传动螺杆母15、传动螺杆16、取样臂17、 弹簧18和取样头19构成；

     过度支架11作为连接弹簧座12、步进电机13的中间支承体，其上部为平面，中心上部加工有放置传动螺杆母15的圆孔111，过度支架11的中心下部加工六方孔112, 六方孔112与圆孔111通透；

弹簧座12为空腔体，弹簧座12的上端中心为六方透孔，六方透孔与过度支架11的中心下部六方孔112贯通；弹簧座12的下端中心为圆孔；圆孔的直径小于弹簧18的内径；弹簧座12通过螺栓与过度支架11紧固；

通过联轴器14将传动螺杆母15与步进电机13的电机轴连接，步进电机13的安装在过度支架11上面；联轴器14和传动螺杆母15沉入过度支架11的圆孔111中，传动螺杆母15的下平面与圆孔111下底在同一水平面；圆孔111与传动螺杆母15圆柱部分外径滑动配合；

传动螺杆16上端为螺纹杆161，下端为主动六方柱162，螺纹杆161与传动螺杆母15中心内螺纹配合；

过度支架11的中心六方孔112作为传动螺杆16上下移动的导向孔，其内壁与传动螺杆16的外壁滑动配合，当传动螺杆母15转动在步进电机13驱动下转动时，传动螺杆16的螺纹杆161在传动螺杆母15内螺纹中上下移动，传动螺杆16整体移动行程范围和传动螺杆母15内螺纹的长度相同；

取样臂17的上端为被动六方柱171，中间为臂杆172，下端为连接盘173，

被动六方柱171以过度支架11的中心六方孔112作为上下移动的导向孔，其外壁与中心六方孔112内壁滑动配合；臂杆172与弹簧座12下端中心圆孔滑动配合；

    臂杆172上套装弹簧18，弹簧18上端顶在被动六方柱171下平面，下端顶在弹簧座12下端中心圆孔外圈平面上；弹簧座12的下端中心为圆孔直径与臂杆172滑动配合；

连接盘173为圆盘形，圆盘边沿加工为凹凸相间的形状，8个凸出的连接键上有轴孔，用于连接取样爪19，取样头19由四个莲花瓣形爪片191，爪片191上端部形状和连接盘173边沿凹进部分相配合，爪片191上端部加工有轴孔，爪片191上端部轴孔与连接盘173的连接键上的轴孔对应，

每一个所述爪片191上端部置放在连接盘173的两个连接键之间的凹进部分相，通过销轴    与连接盘173的连接键销接在一起；

四个爪片191均匀分布安装在连接盘173上；连接盘173下端安装平面膜片压力传感器；

弹簧座12的底部分布四个吊环，每个吊环与一个推拉杆5的上端活动连接；

每一个爪片191的外侧设有一个孔架，每一个孔架与一个推拉杆5的下端活动连接；

气缸组件2包括缸体21、活塞杆22、连杆板23和气缸架24；活塞杆22和连杆板23固定为一体，连杆板上有与步进电机13相对应的透孔，通过螺栓4依次将活塞杆22、步进电机13紧固在过度支架11上的螺孔中；

样品输送组件3包括电机架31、电机32、车轮33、滑轨34和控制电路盒35；

缸体21通过气缸架24连接在电机架31上，电机32驱动  车轮33在滑轨34中移动；   

 当传动螺杆母15在步进电机13驱动下顺时针转动时，传动螺杆16的螺纹杆161在传动螺杆母15内螺纹中向下移动，取样臂17的上端的被动六方柱171在传动螺杆16下端的主动六方柱162推顶作用下向下移动，弹簧18被压缩，臂杆172沿簧座12下端中心圆孔向外滑动，取样头19的四个爪片191在推拉杆5的作用下张开；

当传动螺杆母15在步进电机13驱动下逆时针转动时，传动螺杆16的螺纹杆161在传动螺杆母15内螺纹中向上移动，取样臂17的上端的被动六方柱171在弹簧18的弹力作用下向上移动，臂杆172沿簧座12下端中心圆孔向内滑动，取样头19的四个爪片191在推拉杆5的作用下闭合；

通过控制电路控制气路电磁阀，进而控制气缸工作，通过活塞杆22实现取样器组件1的上下位移；通过控制样品输送组件3来实现取样器组件1的水平位移；

   控制电路包括单片机、FD5-3五相步进电机驱动控制器、24V直流开关电源；其中，电路板安装在控制电路盒35内；

   由开关电源为连接盘173下端的平面膜片压力传感器提供DC24V电源，平面膜片压力传感器根据受样品压力的大小输出4～20mA的电流信号，从平面膜片压力传感器采集4～20mA的电流信号，通过AD转换，送单片机进行处理、数值比较，输出脉冲控制信号；脉冲控制信号输出给FD5-3五相步进电机驱动控制器，通过FD5-3五相步进电机驱动控制器控制步进电机动作，实现步进控制机械取样。

    根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (1)

1.步进控制机械取样装置，由结构部分和控制部分组成，其特征在于，结构部分包括取样器组件、气缸组件和样品输送组件；

 所述取样器组件由过度支架、弹簧座、步进电机、联轴器、传动螺杆母、传动螺杆、取样臂、弹簧和取样头构成；

     过度支架作为连接弹簧座、步进电机的中间支承体，其上部为平面，中心上部加工有放置传动螺杆母的圆孔，过度支架的中心下部加工六方孔, 六方孔与圆孔通透；

弹簧座为空腔体，弹簧座的上端中心为六方透孔，六方透孔与过度支架的中心下部六方孔贯通；弹簧座的下端中心为圆孔；圆孔的直径小于弹簧的内径；弹簧座通过螺栓与过度支架紧固；

通过联轴器将传动螺杆母与步进电机的电机轴连接，步进电机的安装在过度支架上面；联轴器和传动螺杆母沉入过度支架的圆孔中，传动螺杆母的下平面与圆孔下底在同一水平面；圆孔与传动螺杆母圆柱部分外径滑动配合；

传动螺杆上端为螺纹杆，下端为主动六方柱，螺纹杆与传动螺杆母中心内螺纹配合；

过度支架的中心六方孔作为传动螺杆上下移动的导向孔，其内壁与传动螺杆的外壁滑动配合，当传动螺杆母在步进电机驱动下转动时，传动螺杆的螺纹杆在传动螺杆母内螺纹中上下移动，传动螺杆整体移动行程范围和传动螺杆母内螺纹的长度相同；

取样臂的上端为被动六方柱，中间为臂杆，下端为连接盘；

被动六方柱以过度支架的中心六方孔作为上下移动的导向孔，其外壁与中心六方孔内壁滑动配合；臂杆与弹簧座下端中心圆孔滑动配合；

    臂杆上套装弹簧，弹簧上端顶在被动六方柱下平面，下端顶在弹簧座下端中心圆孔外圈平面上；弹簧座的下端中心为圆孔直径与臂杆滑动配合；

连接盘为圆盘形，圆盘边沿加工为凹凸相间的形状，8个凸出的连接键上有轴孔，用于连接取样爪，取样头由四个莲花瓣形爪片，爪片上端部形状和连接盘边沿凹进部分相配合，爪片上端部加工有轴孔，爪片上端部轴孔与连接盘的连接键上的轴孔对应；

每一个所述爪片上端部置放在连接盘的两个连接键之间的凹进部分相，通过销轴与连接盘的连接键销接在一起；

四个所述爪片均匀分布安装在连接盘上；弹簧座的底部分布四个吊环，每个吊环与一个推拉杆的上端活动连接；连接盘下端安装平面膜片压力传感器；

每一个所述爪片的外侧设有一个孔架，每一个孔架与一个推拉杆的下端活动连接；

所述气缸组件包括缸体、活塞杆、连杆板和气缸架；活塞杆和连杆板固定为一体，连杆板上有与步进电机相对应的透孔，通过螺栓依次将活塞杆、步进电机紧固在过度支架上的螺孔中；

所述样品输送组件包括电机架、电机、车轮、滑轨和控制电路盒；

缸体通过气缸架连接在电机架上，电机驱动车轮在滑轨中移动；

    当传动螺杆母在步进电机驱动下顺时针转动时，传动螺杆的螺纹杆在传动螺杆母内螺纹中向下移动，取样臂上端的被动六方柱在传动螺杆下端的主动六方柱推顶作用下向下移动，弹簧被压缩，臂杆沿簧座下端中心圆孔向外滑动，取样头的四个爪片在推拉杆的作用下张开；

当传动螺杆母在步进电机驱动下逆时针转动时，传动螺杆的螺纹杆在传动螺杆母内螺纹中向上移动，取样臂上端的被动六方柱在弹簧的弹力作用下向上移动，臂杆沿簧座下端中心圆孔向内滑动，取样头的四个爪片在推拉杆的作用下闭合；

通过控制电路控制气路电磁阀，进而控制气缸工作，通过活塞杆实现取样器组件的上下位移；通过控制样品输送组件来实现取样器组件的水平位移；

    所述控制电路包括单片机、FD5-3五相步进电机驱动控制器、24V直流开关电源；其中，电路板安装在控制电路盒内；

      由开关电源为连接盘下端的平面膜片压力传感器提供DC24V电源，平面膜片压力传感器根据受样品压力的大小输出4～20mA的电流信号，从平面膜片压力传感器采集4～20mA的电流信号，通过AD转换，送单片机进行处理后输出脉冲控制信号；脉冲控制信号输出给FD5-3五相步进电机驱动控制器，通过FD5-3五相步进电机驱动控制器控制步进电机动作，实现步进控制机械取样。

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