CN103498834B - 直行程气动执行机构位置反馈装置和方法 - Google Patents

直行程气动执行机构位置反馈装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械领域，尤其涉及直行程气动执行机构位置反馈装置和方法。气缸直线运行，气缸轴带动气缸活塞端固定端子上，带动拉线移动；拉线被拉线衬套中部定位，使得传输稳定精确；拉线带动绕线辊子转动，进而使得绕线辊子的中心轴也转动；所述绕线辊子的中心轴的转动带动减速装置的动力输出轴转动；动力输出轴连接反馈联轴器反馈直线气缸的气缸的直线运动行程信息。

Description

直行程气动执行机构位置反馈装置和方法
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及直行程气动执行机构位置反馈装置和方法。
背景技术
目前，随着我国工业自动化程度的提高，气动执行机构已由单纯的两点开关式逐渐过渡升级到多点开关式与调节式，位置反馈也由磁性开关或行程开关转变为多点行程开关与位移传感器。这就对气动执行机构的位移反馈装置提出了更高的要求。
目前实际大量采用的位移反馈装置，有多种形式，其中以下述几种气动执行机构所采用的位移反馈形式或技术为典型代表：1)斜板或斜槽位移反馈式；2)连杆反馈式；3)拉簧-喷嘴挡板反馈式；4)磁致伸缩式位移反馈传感器。
以上四种现有技术均有着大量缺点，具体见具体实施方式部分的表格。
发明内容
发明的目的：为了提供一种结构更简单，使用更方便的直行程气动执行机构位置反馈装置和方法。
为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：
方案1：
直行程气动执行机构位置反馈装置，其特征在于，包含壳体，所述壳体内部有可转的绕线辊子，所述绕线辊子上缠绕有拉线，所述拉线一侧固定在绕线辊子上，另一侧连接在气缸活塞端固定端子上并能随其运动，所述绕线辊子和其中心轴为一体并且中心轴上有齿轮和减速装置的相接，所述减速装置的动力输出轴伸出壳体外部。
本发明进一步技术方案在于，所述绕线辊子的中心轴的下端安装有发条弹簧，即绕线辊子的中心轴下方的开口槽与发条弹簧相连，其转动可带动发条弹簧形变。
本发明进一步技术方案在于，所述减速装置的动力输出轴连接角行程定位器或者通过齿轮啮合齿条，所述齿条上有刻度，所述齿条下方有连接部件卡装在滑动槽内。
本发明进一步技术方案在于，所述拉线为不锈钢编织拉线。
本发明进一步技术方案在于，所述拉线通过拉线衬套，拉线衬套对拉线进行对中导向，拉线经过拉线衬套后连接气缸活塞端固定端子，所述气缸活塞端固定端子固定在气缸轴上。
本发明进一步技术方案在于，本反馈装置的壳体与气缸后端盖相连通并且气密性良好，气缸的无杆侧腔体、本反馈装置的内部空腔构成封闭腔体，气缸后端盖密封圈安装在气缸后端盖连接底座和气缸后端盖之间的间隙中，O形圈安装在端盖和壳体之间的间隙中；旋转密封件端盖安装于端盖和绕线辊子的中心轴之间的间隙中；旋转密封件壳体安装于壳体和绕线辊子的中心轴之间的间隙中。
本发明进一步技术方案在于，在拉线衬套上设置了一个以上径向的呼吸孔连通气缸的无杆侧腔体与本反馈装置的壳体的内部空腔。
方案二：
直行程气动执行机构位置反馈方法，其特征在于，采用如上任意所述的装置，包含如下步骤：
气缸直线运行，气缸轴带动气缸活塞端固定端子，带动拉线移动；
拉线被拉线衬套中部定位，使得传输稳定精确；
拉线带动绕线辊子转动，进而使得绕线辊子的中心轴也转动；
所述绕线辊子的中心轴的转动带动减速装置的动力输出轴转动；
动力输出轴连接反馈联轴器反馈直线气缸的气缸的直线运动行程信息。
本发明进一步技术方案在于，所述减速装置的动力输出轴连接角行程定位器或者通过齿轮啮合齿条，所述齿条上有刻度，所述齿条下方有连接部件卡装在滑动槽内，通过角行程定位器、减速装置以及其与绕线辊子的传动比、绕线辊子的直径算出行程位移；或者通过齿条的位移以及其上的刻度、绕线辊子的传动比、绕线辊子的直径算出行程位移。
采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：
1)结构紧凑，整体结构接近普通气缸，主要的安装方式与普通气缸相同；
2)反馈机构全内置，关键环节全密封，使执行机构的反馈核心机构不受外界环境影响，性能可靠；
3)位移反馈信息或信号的归一化、统一化，实现气动执行机构的平台化、模块化，便于气动执行机构进一步与定位器、气动逻辑回路等集成，完成复杂的控制功能；实现从“任意直行程位移信号”到“标准90度角位移信号”的线性转化；实现本装置与气缸对联的接口标准化；实现本装置与气缸对联的气密性解决方案；本装置与气缸的一体化安装，实现位移反馈机构整体内置化，其构成的新气动执行机构的安装使用可与普通气缸完全兼容、互换，消除既有的外置侧装式反馈机构由于自身结构，导致对执行机构整体在安装中的诸多影响；本装置实现与各类角位移气动定位器的配套使用，无特定平台、技术要求与应用壁垒，具有普遍适用性。
附图说明
为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：
图1为发明的外部结构示意图；
图2为反馈部分结构剖视图；
图3为反馈部分结构俯视图；
图4为图3A-A向剖视图；
图5为发明侧面结构示意图；
图6为图5B-B向结构示意图；
其中：101，壳体；102，旋转密封件壳体；103，轴承壳体；104，拉线衬套；105，呼吸孔；111，端盖；112，旋转密封件端盖；113，轴承端盖；114，O型圈；121.绕线辊子；122，中心轴；123，齿轮轴；131，发条弹簧；132，发条弹簧盒；133，发条弹簧盖板；140，齿轮减速器；141，齿轮减速器输出轴；150，气缸后端盖连接底座组件；151，气缸后端盖连接底座；152，气缸后端盖密封圈；160，快速连接件；170，气缸活塞端固定端子；180，不锈钢编织拉线；190，气缸活塞端固定螺钉；200，气缸后端盖连接螺栓；501，气缸活塞杆；502，气缸活塞；504，气缸后端盖；600，反馈联轴器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：
直行程气动执行机构位置反馈装置，其特征在于，包含壳体，所述壳体内部有可转的绕线辊子121，所述绕线辊子121上缠绕有拉线，所述拉线一侧固定在绕线辊子121上，另一侧连接在气缸活塞端固定端子170上并能随其运动，所述绕线辊子121和其中心轴为一体并且中心轴上有齿轮和减速装置的相接，所述减速装置的动力输出轴伸出壳体外部。本处至少能够实现的功能是，通过拉线，精确得出其位移，并将位移转化为减速装置输出轴的旋转而输出。
所述绕线辊子121的中心轴的下端安装有发条弹簧，即绕线辊子121的中心轴下方的开口槽与发条弹簧相连，其转动可带动发条弹簧形变。本处的结构所起的作用是使得本装置具有一定的复位功能，当气缸的气缸轴回程的时候，拉线也会重新绕起来。
所述减速装置的动力输出轴连接角行程定位器或者通过齿轮啮合齿条，所述齿条上有刻度，所述齿条下方有连接部件卡装在滑动槽内。
本处提供了两种方式来进行位移测量和现实。任意一种都可以实现，因为根据传动比算出绕线辊子121转过的角度和圈数属于现有技术，绕线辊子121的辊子的直径圆周长乘以圈数即是放线长度，也就是所述的直线行程位移，而直径圆转过的圈数可以通过绕线辊子121同轴和齿轮与减速装置输出轴部分的传动比来获得。
所述拉线为不锈钢编织拉线180。本处优选不锈钢编织拉线，其使用寿命长，不会产生断裂或者是变径。
所述拉线通过拉线衬套，拉线衬套对拉线进行对中导向，拉线经过拉线衬套后连接气缸活塞端固定端子170，所述气缸活塞端固定端子170固定在气缸轴上。本处提供了一种具体的连接方式。
其实，本反馈装置不仅仅可以用于直线气缸，同时可以用于其它直线运动机构的行程计量。
本反馈装置的壳体与气缸后端盖相连通并且气密性良好，气缸的无杆侧腔体、本装置的内部空腔构成封闭腔体，气缸后端盖密封圈152安装在气缸后端盖连接底座151和气缸后端盖之间的间隙中，O形圈114安装在端盖111和壳体101之间的间隙中；旋转密封件端盖112安装于端盖111和绕线辊子121的中心轴之间的间隙中；旋转密封件壳体102安装于壳体101和绕线辊子121的中心轴之间的间隙中。本处提供了详细的用于气缸的气密结构。
在拉线衬套上设置了一个以上径向的呼吸孔连通气缸的无杆侧腔体与本反馈装置的壳体的内部空腔。
直行程气动执行机构位置反馈方法，其特征在于，采用如上任意所述的装置，包含如下步骤：
气缸直线运行，气缸轴带动气缸活塞端固定端子170，带动拉线移动；
拉线被拉线衬套中部定位，使得传输稳定精确；
拉线带动绕线辊子转动，进而使得绕线辊子的中心轴也转动；
所述绕线辊子的中心轴的转动带动减速装置的动力输出轴转动；
动力输出轴连接反馈联轴器反馈直线气缸的气缸的直线运动行程信息。
本发明进一步技术方案在于，所述减速装置的动力输出轴连接角行程定位器或者通过齿轮啮合齿条，所述齿条上有刻度，所述齿条下方有连接部件卡装在滑动槽内，通过角行程定位器、减速装置以及其与绕线辊子的传动比、绕线辊子的直径圆周周长算出行程位移；或者通过齿条的位移以及其上的刻度、绕线辊子的传动比、绕线辊子的直径圆周周长算出行程位移。
假设，绕线辊子绕线部位圆周周长为R，绕线辊子的中心轴的齿轮和减速装置的动力输出轴的传动比(间接)为W，则根据减速装置的输出轴的角速度就可以算出来绕线辊子的中心轴的角速度，结合圆周周长R，即可算出拉线位移。
当然，还可以采用校准的方式将齿条上刻上刻度，可以即时读出拉线位移，进行位置反馈。
本处还可以连接自动化的分析装置，根据所转的圈数来自动报告距离。
以下为更具体的机构原理和实现方法：
机构原理：
不锈钢编织拉线180的一端通过气缸活塞端固定端子170及两颗气缸活塞端固定螺钉190，与气缸活塞杆501相连，另一端固定在绕线辊子组件的固定端，且在绕线辊子121上规则缠绕若干圈。中间通过拉线衬套104，对不锈钢编织拉线180进行对中导向，提高不锈钢编织拉线180反复动作的一致性。
绕线辊子121通过与中心轴122固连后，由中心轴122的一端开口槽与发条弹簧131相连。
在初始装配过程中，在不锈钢编织拉线180完全收回的状态下，发条弹簧131设定了一定的预紧力，故可保证不锈钢编织拉线180能够完全收回并均匀、规则、紧密地缠绕在绕线辊子121的圆柱外表面。
轴承壳体103和轴承端盖113分别与中心轴122配合，抑制中心轴122在转动中的径向跳动，提高转动的平顺度，最终保证不锈钢编织拉线180能均匀、规则、紧密地缠绕在绕线辊子121的圆柱外表面。
齿轮通过齿轮轴与中心轴122过盈配合。齿轮与齿轮减速器的内部齿轮啮合，将绕线辊子121的转动传递至齿轮减速器输出轴141。
至此，本机构完成了将气缸活塞端固定端子170的直线位移动作转化为齿轮减速器输出轴141的角度转动。
上述过程中，壳体101是通过快速连接件160与气缸后端盖连接底座151紧固连接。
由于本装置是与气缸后端盖504相连通，故后端盖的压缩空气压强，或称气压将导入本装置内部，因此必须保证本装置对外界大气的气动密封性，以保证气缸的正常工作。
实际工作中，由气缸的无杆侧腔体、与本装置的内部空腔构成了封闭腔体。其中，气缸后端盖密封圈152保证了气缸后端盖连接底座151和气缸后端盖504之间的间隙与外界的气密性；O形圈114保证了端盖111和壳体101之间的间隙与外界的气密性；旋转密封件端盖112保证了端盖111和中心轴122之间的间隙与外界的气密性；旋转密封件壳体102保证了壳体101和中心轴122之间的间隙与外界的气密性。
同时，在拉线衬套104的外圆柱表面上设置了若干径向的呼吸孔105，保证了气缸的无杆侧腔体与本装置的内部空腔之间气压交换顺畅，使动作响应快速及时。
其中：现有技术和本发明(内置式拉线位移反馈装置)相比主要异同、优缺点如下表所列。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (8)

1.直行程气动执行机构位置反馈装置，其特征在于，包含壳体，所述壳体内部有可转的绕线辊子(121)，所述绕线辊子(121)上缠绕有拉线，所述拉线一侧固定在绕线辊子(121)上，另一侧连接在气缸活塞端固定端子(170)上并能随其运动，所述绕线辊子(121)和其中心轴为一体并且中心轴上有齿轮和减速装置的相接，所述减速装置的动力输出轴伸出壳体外部，本反馈装置的壳体与气缸后端盖相连通并且气密性良好，气缸的无杆侧腔体、本反馈装置的内部空腔构成封闭腔体，气缸后端盖密封圈(152)安装在气缸后端盖连接底座(151)和气缸后端盖之间的间隙中，O形圈(114)安装在端盖(111)和壳体(101)之间的间隙中；旋转密封件端盖(112)安装于端盖(111)和绕线辊子(121)的中心轴之间的间隙中；旋转密封件壳体(102)安装于壳体(101)和绕线辊子(121)的中心轴之间的间隙中。
2.如权利要求1所述的直行程气动执行机构位置反馈装置，其特征在于，所述绕线辊子(121)的中心轴的下端安装有发条弹簧，即绕线辊子(121)的中心轴下方的开口槽与发条弹簧相连，其转动可带动发条弹簧形变。
3.如权利要求1所述的直行程气动执行机构位置反馈装置，其特征在于，所述减速装置的动力输出轴连接角行程定位器或者通过齿轮啮合齿条，所述齿条上有刻度，所述齿条下方有连接部件卡装在滑动槽内。
4.如权利要求1所述的直行程气动执行机构位置反馈装置，其特征在于，所述拉线为不锈钢编织拉线(180)。
5.如权利要求1所述的直行程气动执行机构位置反馈装置，其特征在于，所述拉线通过拉线衬套，拉线衬套对拉线进行对中导向，拉线经过拉线衬套后连接气缸活塞端固定端子(170)，所述气缸活塞端固定端子(170)固定在气缸轴上。
6.如权利要求5所述的直行程气动执行机构位置反馈装置，其特征在于，在拉线衬套上设置了一个以上径向的呼吸孔连通气缸的无杆侧腔体与本反馈装置的壳体的内部空腔。
7.直行程气动执行机构位置反馈方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的直行程气动执行机构位置反馈装置，包含如下步骤：
气缸直线运行，气缸轴带动气缸活塞端固定端子(170)，带动拉线移动；
拉线被拉线衬套中部定位，使得传输稳定精确；
拉线带动绕线辊子转动，进而使得绕线辊子的中心轴也转动；
所述绕线辊子的中心轴的转动带动减速装置的动力输出轴转动；
动力输出轴连接反馈联轴器反馈直线气缸的气缸的直线运动行程信息。
8.如权利要求7所述的直行程气动执行机构位置反馈方法，其特征在于，所述减速装置的动力输出轴连接角行程定位器或者通过齿轮啮合齿条，所述齿条上有刻度，所述齿条下方有连接部件卡装在滑动槽内，通过角行程定位器、减速装置以及其与绕线辊子的传动比、绕线辊子的直径算出行程位移；或者通过齿条的位移以及其上的刻度、绕线辊子的传动比、绕线辊子的直径算出行程位移。
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