CN110307362A - 一种流路调节切换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流路调节切换装置及方法，装置包括第一管路、第二管路、壳体、腔体、第一管路容纳孔、第二管路容纳孔、第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽、主体、第一球体和第二球体；第一管路容纳孔和第二管路容纳孔容纳第一管路、第二管路，第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽水平设置；腔体穿设有主动轴，主体安装在主动轴上偏心旋转，主体设置有定位支撑轨迹槽，第一球体和第二球体可转动的抱合在弧状轨迹槽和线状轨迹槽中，当主体偏心旋转时，第一球体和第二球体随之分别在第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽左右摆动，对第一管路、第二管路分别形成挤压或放松，实现对不同管体中流体流速的控制及流路的切换。调节方法是使用上述装置完成流路调节切换。

Description

一种流路调节切换装置及方法

技术领域

本发明涉及流体应用技术领域，尤其涉及一种流路调节切换装置及方法。

背景技术

在涉及流体应用的领域，经常需要进行流路流量的控制及不同流路之间的切换。目前控制流路流量所采用的阀体技术中，均需要将阀体接入流路中。在使用过程中，流体需要经过阀体的内腔。在一些特殊应用领域，存在诸多问题：阀体内腔空间较大，在一些小流量流体应用领域会造成流体缓冲，阀体的响应时间较慢；一些腐蚀性流体，在经过阀体内腔时，容易对阀体产生腐蚀，因此对阀体的材料要求较高；同样的，一些容易吸附的气体，如二氧化氮等，容易在阀体内腔表面产生吸附损耗，影响气体的浓度精度；由于当前的阀体是通过阀芯的转动来实现流体的控制，阀芯与阀体之间无法完全关闭，存在微量泄露问题。另外，现有的阀体技术还面临着阀体前后的管路转接、阀体内腔结构所产生的死体积等问题，这些问题在一个要求较高的低流量应用领域尤为关键。对于流路的切换，目前一般使用电磁阀来实现，通过对电磁阀的通电或断电，通过电磁阀芯控制不同流路的通断，实现流路的切换。但同样的，流体需要流过阀体内部，容易造成腐蚀问题，且存在一定的死体积。同时，切换时间无法调节，快速切换容易造成流路的流量及压力震荡，影响流路稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种流路调节切换装置及方法，通过装置实现对流体所通过管体的挤压与放松，实现对不同管体中流体流速的控制及流路的切换。流体在管体中流动，无需接触管体以外的器件，不存在流体泄露问题；且具有较快的响应速度，控制精度较高，稳定性好，具有现有技术无法比拟的优势。同时，本装置还具有体积小、结构简单、易于集成等诸多优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种流路调节切换装置及方法，至少包括流路调节切换单元和管路，所述流路调节切换单元包括固定件、旋转件及球体，所述管路包括第一管路和第二管路；所述固定件包括壳体、腔体、第一管路容纳孔、第二管路容纳孔、第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽，所述转动件包括主体，所述球体包括第一球体和第二球体；

所述腔体在壳体中部沿纵向水平设置，第一管路容纳孔和第二管路容纳孔在壳体两侧沿高度方向垂直设置以分别容纳第一管路、第二管路，第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽在壳体两侧向中心方向横向水平设置；所述腔体穿设有主动轴，所述主体直接或间接安装固定在主动轴上偏心旋转，所述主体的周部设置有供球体相对于主体周部转动的弧状轨迹槽，所述第一球体和第二球体可转动的抱合在弧状轨迹槽和线状轨迹槽中，位置对称；当所述主体偏心旋转时，所述第一球体和第二球体随之分别在第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽左右摆动，对第一管路、第二管路分别形成挤压或放松，实现对不同管体中流体流速的控制及流路的切换；第一、第二球体对管体的作用相反，当第一球体对第一管体逐渐压紧时，第二球体对第二管体逐渐放松，反之亦然。

作为对上述技术方案的改进，所述腔体的内侧面与主体的相对面设置有环状定位支撑轨迹槽，所述定位支撑轨迹槽内设置有定位滚珠以支撑主体在腔体内相对于壳体的旋转运动。

作为对上述技术方案的改进，所述定位支撑轨迹槽截面结构为U型。

作为对上述技术方案的改进，所述第一线状轨迹槽与第一管路容纳孔之间、第二线状轨迹槽与第二管路容纳孔之间分别设置有第一圆孔和第二圆孔使第一线状轨迹槽与第一管路容纳孔、第二线状轨迹槽与第二管路容纳孔连通。

作为对上述技术方案的改进，所述弧状轨迹槽包括一个设置于主体圆周内侧的U型槽和主体圆周内侧的弧状槽；上下端弧状槽位置以抱合第一球体和第二球体。

作为对上述技术方案的改进，所述壳体在腔体的两侧沿法线方向设置有叉状结构，该叉状结构伸入到弧状轨迹槽中，所述叉状结构的上下内侧表面均设有弧状槽，两个弧状槽位置对应，构成线状轨迹槽。

作为对上述技术方案的改进，所述电动流体流量调节装置还包括固定在壳体上的电机，所述主动轴为电机输出轴，所述电机输出轴伸入到壳体的腔体中。

作为对上述技术方案的改进，所述电机为步进电机。

作为对上述技术方案的改进，所述管路的管体为弹性软管。

作为对上述技术方案的改进，所述管体为内衬四氟的橡胶管或氟胶管或硅胶管。

作为对上述技术方案的改进，本发明提供了一种电动流体流量调节方法，采用所述装置对流体流量进行调节，具体步骤包括：

S1、装置初始化：启动所述装置，电机转动，调整电机转动角度至初始状态，此时所述装置第一球体对第一管路完全挤压，第一管体所在流路处于完全关闭状态，而第二球体对第二管路完全松开，第二管体所在流路处于完全打开状态；

S2、流量调节：电机转动，第一球体对第一管体的挤压逐渐放松，第一管体所在流路的流量逐渐增大；同时，第二球体对第二管体的挤压逐渐加强，第二管体所在流路的流量逐渐减小；

S3、流路切换：当电机在电机驱动及控制系统控制下转动180度后，第一球体对第一管体完全放松，第一管体所在流路将处于完全打开状态，流量达到最大；同时，第二球体对第二管体完全挤压，第二管体所在流路将处于完全关闭状态。从而实现流路从第二管体到第一管体的切换。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的电动流体流量调节装置及调节方法，通过电动流体流量调节装置实现对流体所通过管体的挤压与放松，实现对管体中流体流速的控制。流体在管体中流动，无需接触管体以外的器件，不存在流体泄露问题；且具有较快的响应速度，控制精度较高，稳定性好。本装置在流体流速控制场合，特别是微小流速的流体流速控制应用领域，具有现有技术无法比拟的优势。同时，本装置还具有体积小、结构简单、易于集成等诸多优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图。

附图标记：3-步进电机、41-第一管路、42-第二管路、31-电机输出轴、131-第一球体、132-第二球体、111-壳体、112-腔体、1131-第一线状轨迹槽、1132-第二线状轨迹槽、1141-第一管路容纳孔、1142-第二管路容纳孔、121-主体、122-安装孔、123-弧状轨迹槽、124-定位支撑轨迹槽、125-定位滚珠。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1和2所示，本发明的流路调节切换装置及方法，至少包括流路调节切换单元和管路，所述流路调节切换单元包括固定件、旋转件及球体，所述管路包括第一管路和第二管路；所述固定件包括壳体、腔体、第一管路容纳孔、第二管路容纳孔、第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽，所述转动件包括主体，所述球体包括第一球体和第二球体；

所述腔体在壳体中部沿纵向水平设置，第一管路容纳孔和第二管路容纳孔在壳体两侧沿高度方向垂直设置以分别容纳第一管路、第二管路，第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽在壳体两侧向中心方向横向水平设置；所述腔体穿设有主动轴，所述主体直接或间接安装固定在主动轴上偏心旋转，所述主体的周部设置有供球体相对于主体周部转动的弧状轨迹槽，所述第一球体和第二球体可转动的抱合在弧状轨迹槽和线状轨迹槽中，位置对称；当所述主体偏心旋转时，所述第一球体和第二球体随之分别在第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽左右摆动，对第一管路、第二管路分别形成挤压或放松，实现对不同管体中流体流速的控制及流路的切换；第一、第二球体对管体的作用相反，当第一球体对第一管体逐渐压紧时，第二球体对第二管体逐渐放松，反之亦然。

作为对上述技术方案的改进，所述腔体的内侧面与主体的相对面设置有环状定位支撑轨迹槽，所述定位支撑轨迹槽内设置有定位滚珠以支撑主体在腔体内相对于壳体的旋转运动。

作为对上述技术方案的改进，所述定位支撑轨迹槽截面结构为U型。

作为对上述技术方案的改进，所述第一线状轨迹槽与第一管路容纳孔之间、第二线状轨迹槽与第二管路容纳孔之间分别设置有第一圆孔和第二圆孔使第一线状轨迹槽与第一管路容纳孔、第二线状轨迹槽与第二管路容纳孔连通。

作为对上述技术方案的改进，所述弧状轨迹槽包括一个设置于主体圆周内侧的U型槽和主体圆周内侧的弧状槽；上下端弧状槽位置以抱合第一球体和第二球体。

作为对上述技术方案的改进，所述壳体在腔体的两侧沿法线方向设置有叉状结构，该叉状结构伸入到弧状轨迹槽中，所述叉状结构的上下内侧表面均设有弧状槽，两个弧状槽位置对应，构成线状轨迹槽。

作为对上述技术方案的改进，所述电动流体流量调节装置还包括固定在壳体上的电机，所述主动轴为电机输出轴，所述电机输出轴伸入到壳体的腔体中。

作为对上述技术方案的改进，所述电机为步进电机。

作为对上述技术方案的改进，所述管路的管体为弹性软管。

作为对上述技术方案的改进，所述管体为内衬四氟的橡胶管或氟胶管或硅胶管。

作为对上述技术方案的改进，本发明提供了一种电动流体流量调节方法，采用所述装置对流体流量进行调节，具体步骤包括：

S1、装置初始化：启动所述装置，电机转动，调整电机转动角度至初始状态，此时所述装置第一球体对第一管路完全挤压，第一管体所在流路处于完全关闭状态，而第二球体对第二管路完全松开，第二管体所在流路处于完全打开状态；

S2、流量调节：电机转动，第一球体对第一管体的挤压逐渐放松，第一管体所在流路的流量逐渐增大；同时，第二球体对第二管体的挤压逐渐加强，第二管体所在流路的流量逐渐减小；

S3、流路切换：当电机在电机驱动及控制系统控制下转动180度后，第一球体对第一管体完全放松，第一管体所在流路将处于完全打开状态，流量达到最大；同时，第二球体对第二管体完全挤压，第二管体所在流路将处于完全关闭状态。从而实现流路从第二管体到第一管体的切换。

具体的，如图1和2所示，壳体111直接或间接安装固定于电机输出轴31端面，电机输出轴31转动时，壳体111不会产生位移变动。主体121的安装孔122套接于电机输出轴31上，可随电机输出轴31同步转动。可以通过控制电机的转动角度来控制主体121的旋转角度，该电机为步进电机3。主体121的外圈面位置设有U型槽，U型槽顶端位置左右两边均设有弧状槽。上下端弧状槽位置对应，构成弧状轨迹槽123。第一球体131、第二球体132均放置于弧状轨迹槽123内，弧状轨迹槽123可以保持球体不掉出弧状轨迹槽123之外，并且球体可以在弧状轨迹槽123的保持下，沿着弧状轨迹槽123自由运动。弧状轨迹槽123为偏心设计，不同方位对应到主体121中心的位移不同。

壳体111的内部设有腔体112，腔体112的上下端面沿中心位置均设有位置对应的环状定位支撑轨迹槽124，定位支撑轨迹槽124的截面为U型，尽可能多的定位滚珠125围绕中心位置放置于定位支撑轨迹槽124。主体121设于腔体112内部，其上下端面在腔体112上下端面所设环状定位支撑轨迹槽124内排布的球体支撑。在主体121转动时，支撑球体可以定位主体121在腔体112内的垂直位置，避免主体121与壳体111接触，降低旋转摩擦；同时，主体121的准确定位有助于其弧状轨迹槽123内所设球体的相对垂直位置的准确定位。

壳体111内部腔体112内侧沿法线方向设有两个叉状结构。两个叉状结构的位置沿腔体112的径向相对。叉状结构的上下内侧表面均设有弧状槽，两个弧状槽位置对应，构成第一线状轨迹槽1131和第二线状轨迹槽1132。叉状结构伸入主体121的U型槽内，球体放置于弧状轨迹槽123内并同时位于线状轨迹槽。在弧状轨迹槽123和第一线状轨迹槽1131、第二线状轨迹槽1132的作用下，当电机带动主体121转动时，第一球体131、第二球体132在第一线状轨迹槽1131、第二线状轨迹槽1132内沿中心线横向运动，远离或靠近主体121的中心位置。由于第一线状轨迹槽1131和第二线状轨迹槽1132位置相对，因此在偏心弧状轨迹槽123的作用下，第一球体131远离中心压紧第一管路41时，第二球体132将靠近中心同时放松管体。第一线状轨迹槽1131、第二线状轨迹槽1132靠近腔体112的位置设有第一圆孔、第二圆孔，第一圆孔、第二圆孔的底部与垂直分布的第一管路容纳孔1141、第二管路容纳孔1142相连通。第一管路容纳孔1141、第二管路容纳孔1142分别位于壳体111的两侧。第一管路41、第二管体位于第一管路容纳孔1141、第二管路容纳孔1142内。

线状轨迹槽内的球体，其一侧可通过圆孔接触到管体。当主体121转动，球体在弧状轨迹槽123的作用下，沿着线状轨迹槽向远离中心的方向移动，对管体产生挤压作用，管体内截面减小，管体内流体流速降低，直至球体移动到最远位置时，管体被完全挤压，管体内流速将为零，相当于完全关闭流体通路；当球体在弧状轨迹槽123的作用下，沿着线状轨迹槽向靠近中心的方向移动，对管体的挤压作用逐渐减小，管体内截面增大，管体内流体流速增加，直至球体移动到最近位置时，球体不对管体产生挤压作用，管体释放完全，管体内流速增加到最大，相当于完全打开流体通路。

球体在弧状轨迹槽123内的运行轨迹为偏心圆形。装置在管路流路减小过程中，流速减小的幅度会逐渐减小，更便于控制气路的稳定性；同样，在由完全关闭到打开并逐渐增大的过程中，增加的幅度由零逐渐慢慢增大，有效减小了流路在打开过程中流体对管路的冲击作用，流体的流动更加平稳。而当装置处于完全打开状态附近位置时，球体的在横向方向的位移速度达到最大，流体流速的改变速度也增加到最大，这样可以保证球体对圆管的挤压形变效果，对关闭动作做出快速的响应。也就是说，在关闭状态前后，装置可以缓慢调节流量，以保证流体的稳定性；而在打开状态前后，装置快速调节流量，以保证对流量改变状态的快速响应。

第一球体、第二球体132的位置对应，因此当第一球体131在弧状轨迹槽123和第一线状轨迹槽1131的作用下远离中心时，将逐渐压紧第一管路41，第一管路41所在流路的流体流量将逐渐减小；同步的，第二球体132在弧状轨迹槽123和第二线状轨迹槽1132的作用下接近中心，将逐渐松开第二管路42，第二管路42所在流路的流体流量将逐渐增大。也即是说，在弧状轨迹槽123和两个线状轨迹槽的作用下，两个球体将以完全相反的作用方式作用于对应的管体，调节对应管体的流量。并且，当其中一个管体被完全挤压时，另外一个管体将完全放开，从而实现两个管体内对应流体流路的切换。相比当前的流路切换所采用的电磁阀技术，可以通过电机转速的调节来调整流体流路的切换速度，并且流体不需要经过阀体，不会产生腐蚀等问题。更重要的时，在一些要求流路稳定性的应用场合，可以通过调整切换时间，降低流路切换所带来的流路波动。管体为弹性软管。优选的，可选内衬四氟的橡胶管、氟胶管、硅胶管等。

Claims (10)

1.一种流路调节切换装置，其特征在于：至少包括流路调节切换单元和管路，所述流路调节切换单元包括固定件、旋转件及球体，所述管路包括第一管路和第二管路；所述固定件包括壳体、腔体、第一管路容纳孔、第二管路容纳孔、第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽，所述转动件包括主体，所述球体包括第一球体和第二球体；

所述腔体在壳体中部沿纵向水平设置，第一管路容纳孔和第二管路容纳孔在壳体两侧沿高度方向垂直设置以分别容纳第一管路、第二管路，第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽在壳体两侧向中心方向横向水平设置；所述腔体穿设有主动轴，所述主体直接或间接安装固定在主动轴上偏心旋转，所述主体的周部设置有供球体相对于主体周部转动的弧状轨迹槽，所述第一球体和第二球体可转动的抱合在弧状轨迹槽和线状轨迹槽中，位置对称；当所述主体偏心旋转时，所述第一球体和第二球体随之分别在第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽左右摆动，对第一管路、第二管路分别形成挤压或放松，实现对不同管体中流体流速的控制及流路的切换；第一、第二球体对管体的作用相反，当第一球体对第一管体逐渐压紧时，第二球体对第二管体逐渐放松，反之亦然。

2.如权利要求1所述的流路调节切换装置，其特征在于：所述腔体的内侧面与主体的相对面设置有环状定位支撑轨迹槽，所述定位支撑轨迹槽内设置有定位滚珠以支撑主体在腔体内相对于壳体的旋转运动。

3.如权利要求1所述的流路调节切换装置，其特征在于：所述定位支撑轨迹槽截面结构为U型。

4.如权利要求1所述的流路调节切换装置，其特征在于：所述第一线状轨迹槽与第一管路容纳孔之间、第二线状轨迹槽与第二管路容纳孔之间分别设置有第一圆孔和第二圆孔使第一线状轨迹槽与第一管路容纳孔、第二线状轨迹槽与第二管路容纳孔连通。

5.如权利要求1所述的流路调节切换装置，其特征在于：所述弧状轨迹槽包括一个设置于主体圆周内侧的U型槽和主体圆周内侧的弧状槽；上下端弧状槽位置以抱合第一球体和第二球体。

6.如权利要求1所述的流路调节切换装置，其特征在于：所述壳体在腔体的两侧沿法线方向设置有叉状结构，该叉状结构伸入到弧状轨迹槽中，所述叉状结构的上下内侧表面均设有弧状槽，两个弧状槽位置对应，构成线状轨迹槽。

7.如权利要求1所述的流路调节切换装置，其特征在于：所述电动流体流量调节装置还包括固定在壳体上的电机，所述主动轴为电机输出轴，所述电机输出轴伸入到壳体的腔体中。

8.如权利要求1所述的流路调节切换装置，其特征在于：所述电机为步进电机。

9.如权利要求1所述的流路调节切换装置，其特征在于：所述管路的管体为弹性软管。

10.一种流路调节切换方法，其特征在于：该流路调节切换方法的步骤包括：

S1、装置初始化：启动所述装置，电机转动，调整电机转动角度至初始状态，此时所述装置第一球体对第一管路完全挤压，第一管体所在流路处于完全关闭状态，而第二球体对第二管路完全松开，第二管体所在流路处于完全打开状态；

S2、流量调节：电机转动，第一球体对第一管体的挤压逐渐放松，第一管体所在流路的流量逐渐增大；同时，第二球体对第二管体的挤压逐渐加强，第二管体所在流路的流量逐渐减小；

S3、流路切换：当电机在电机驱动及控制系统控制下转动180度后，第一球体对第一管体完全放松，第一管体所在流路将处于完全打开状态，流量达到最大；同时，第二球体对第二管体完全挤压，第二管体所在流路将处于完全关闭状态，从而实现流路从第二管体到第一管体的切换。