CN112696505A - 筒式流量控制器 - Google Patents
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Abstract
一种电动筒式流量控制器,主要由内筒、外筒、筒沿、机架板、驱动电机、信号机构、堵塞体组成;内筒内接于外筒的芯孔中,外筒安装在机架板上;筒沿设置在内筒的一端,堵塞堵住内筒的另一端;筒沿由半径不相等的圆环段和齿环段组成,连接两环段的阶差沿是触发传感器的构造;齿环段上设轮齿,电机上设主动轮,主动轮驱动齿沿段旋转,带动内筒相对于外筒旋转,形成内筒、外筒上侧孔的重合或分离,以此控制流体的流量;在机架板上设置标志流体流量级别的传感器,通过传感器信息,可判定控制器的流量值。
Description
技术领域
本技术属机械领域,是一种电动的筒式流量控制器,尤其是基于智能化的气流控制器。
背景技术
智能种植机器人中,用呼吸器控制夹层与外界大气的连通。常见的气体控制器,虽能胜任工作,但多为构造复杂、价格昂贵的精密设备,用之会造成一定的资源浪费,大材小用。
技术领域
本控制器是基于常压环境和智能控制技术而构建的,是在呈内外套接和相对旋转的两个管筒上分别设置气孔,通过两气孔的重叠程度,决定流体流量的流量。控制器开通时,流体从内管筒的一端流入,从筒壁侧孔或另一端气孔流出。
本流体控制器(图1),主要由内筒、外筒、筒沿、机架板、驱动电机、信号机构、堵塞体组成;内筒内接于外筒的芯孔中,外筒安装在机架板上;筒沿设置在内筒的一端,堵塞堵住内筒的另一端;筒沿(简称沿板)由圆环段和齿环段组成的组合外形的圆环形板,圆环段和齿环段(简称齿沿)的半径不相等(图2),两环段之间是沿径向的连接面(简称阶差沿),齿环段上设轮齿,圆环段上安装信号机构的触发构件,阶差沿作为触发传感器的构造(图2、图2.1);内筒、外筒在同一位置(沿轴向)的筒壁上设置径向气孔(简称侧孔(图3));电机安装在机架板上,电机轴上安装主动轮,主动轮与齿沿段的轮齿啮合(主动轮与沿齿之间可增设变速机构);主动轮在电机带动下驱动齿沿段旋转,齿沿段带动内筒相对于外筒旋转,由此形成内筒、外筒上侧孔的重合或分离;进而通过两侧孔的重合程度,控制流体的流量,通过侧孔分离关闭控制器。侧孔重合时(即控制器开启),外部空气顺内筒芯孔流入,在侧孔(或另一端的气孔(简称端孔))流出。
通过对侧孔重合程度的控制,可实现流体流量的无级差控制。在智能控制或自动控制前提下,可在机架板上设置侧孔完全重合(简称全开)和侧孔完全分离(简称全关)的两个传感器(简称端传感器);通过端传感器的信息,可判定控制器的开关状态,实现对本控制器的开、关控制;沿板相对机架板旋转,可在圆环段设置刻度,并在机架板上设置固定标志,形成人工可读的面板。
在采用可计数角行程的电机(如步进电机等)时,可通过电机的角行程和主动轮与齿沿的转速比,换算出当前两个侧孔的重合度,进而实现无级差的流量控制。
可在端传感器中间在增设多个呈中心分布的传感器(简称中间传感器),实现按级差控制流体流量。控制系统按当前对流量的需求,确定侧孔的重合度,通过中间传感器的触发信息,判定流量是否达到要求的流量值。
堵塞是封闭内筒和外筒的塞体或筒盖,设置在内筒和外筒的悬挑端(图1中,悬挑于机架板的右侧),分别封闭内筒和外筒的一端,隔离植机器人夹层中的流体(空气或水等)或土壤。
在内筒和外筒的塞体紧密贴合的前提下,可将内外筒上的侧孔改设到堵塞上(图4);对此,需分别将两堵塞设为半塞体(即封堵面积大于半圆),各封住对应筒孔的一部分,使两筒的悬臂端成为半孔(小于半圆的孔);在安装堵塞后,各筒截面剩余的部分则是供流体流通的端孔。在控制器开启时,内筒在电机驱动下旋转,使内筒上的半孔逐渐与外筒上的半孔重叠,使流体顺内筒轴向外流出。
控制器的开启和关闭,通过内筒相对于外筒的旋转来实现。故此,若将图1中内筒和外筒像右端的悬挑部分加长,并在加长端上另设侧孔(内筒侧孔、外筒侧孔)并且在内筒中间设置堵塞,则可形成同步开启和关闭的连体控制器(图5);该连体控制器(前述的控制器,相对连体控制器称为单体控制器),虽然只需一套驱动和信息机构,却是两个独立功能的同步控制器。
连体控制器可用于种植机器人种植盘的夹层中,内筒的两端为夹层与外界连通的通道,外界空气由一端的控制器芯筒流入,经侧孔进入夹层中,再由另一端的控制器侧孔进入内筒,流回外部空间,从而在夹层中形成流动空气,更新夹层中的空气。
连体控制器与单体控制器,均为内筒旋转而外筒固定,因此,对于两端侧孔距离较大的情况,外筒的中间部分可省略(两端外筒通过机架板固定在设备上),保留内筒传动即可,因此内筒的中间部分(两侧孔之间的部分),也可用一条传动轴替代。
附图说明
在附图中,曲线代表轮齿的边缘;下文中所述的的触头触发传感器,皆包含接触触发和非接触触发两种形式。
图1,是单体控制器控制器的正向剖面图,剖切面过内筒轴线。本图表示控制器当前处于关闭状态,信息系统中的传感器被设置在沿板上的触头触发。
1代表内筒;1.1代表内筒侧孔;1.2代表内筒芯孔;1.3代表沿板的齿环部分;1.4代表沿板的圆环部分;1.5代表内筒堵塞;2代表外筒;2.1代表外筒侧孔;3代表外筒堵塞;4代表机架板;5代表电机;5.1代表主动轮;5.2代表动力轴;6代表传感器;7代表安装在沿板圆环上的触头。
表示控制器主要由内筒1、外筒2、沿板(即圆环段部分1.4和齿环段部分1.3的组合外形的板)、机架4、动力电机5、塞体(内筒堵塞1.5、外筒塞体3)、信息机构(含传感器6)组成,内筒1内接于外筒2的芯孔中,套接固定于内筒1左端外壁上的沿板和固定于内筒1右端芯孔1.2中的堵塞1.5在两端夹住外筒2,通过外筒2的支撑约束内筒1的轴向自由度;外堵塞3封住外筒2的右端,起保护作用。
外筒2固定安装在机架板4上,机架板4还是动力电机5和信息机构(含传感器6)的安装架,同时机架板4也是本控制器与种植盘连接的连接件。
电机5驱动沿板(齿环部分1.3)旋转,1.3沿板带动内筒1旋转,旋转的内筒1带着侧孔1.1相对外筒2上的固定侧孔2.1旋转;当侧孔1.1和固定侧孔2.1重合时,即是控制器开;当侧孔1.1和固定侧孔2.1完全分离时,即是控制器关。
本图所示的状态是控制器关的状态,此时的侧孔1.1和固定侧孔2.1完全分离,同时,沿板圆环部分1.4上所安装的触头7已经接触到了传感器6,引发传感器6触发并向控制系统发出了本流体控制器关的状态信号。
除机械触发外,触头7和传感器6触发的触发因素,还可以是声波、电磁场、光线等非接触诱发关系,目的在于使传感器触发,具体方案以需求和所具备条件而定。
图2,是控制器的左视图。表示控制器的沿板露出机架板之外,机架板上除设有控制器全开和关闭两个传感器外,还设有微开、半开等传感器,可按极差档位控制流体流量;当前是关闭状态。
沿板由设置轮齿的部分1.3(简称齿沿段)、圆环部分1.4(简称圆环段)构成,两者约各占半边沿板;沿板套接于内筒上,露出内筒孔1.2;内筒孔1.2作为夹层与外部空间连通的通道。
圆环段1.4半径大于齿沿段1.3半径,两者形成阶差(该阶差之间的连接面简称为径差沿),利用径差沿,分别设置控制器关状态的传感器8.1和全开状态的传感器8.2;在沿板带动内筒逆时针旋转致控制器关闭时,沿板的左端径差沿触碰传感器8.1并使之发出触发信息;在沿板带动内筒顺时针旋转致控制器完全开启时,沿板的右端径差沿触碰传感器8.2并使之发出触发信息;据此信息控制系统可推定控制器的当前状态。
除传感器8.1和8.2外,机架板上还设有中间传感器8.3和微开传感器8.4。在控制器开启到一半(即内外筒的两个侧孔重合一半)时,安装在圆环段上的触头7接触中间传感器8.3,使传感器8.3触发;在控制器稍微开启(即内外筒的两个侧孔重合一半)时,触头7接触微开传感器8.4;由此形成微小流量和半流量的控制,再结合前述的全开流量(全开传感器8.2),则形成多个阶差的流量控制。
动力轴5.2带动主动轮与齿沿段1.3上的轮齿啮合,构成齿轮传动副;改变电机的旋转方向,可驱动沿板带动内筒正方向旋转,由此形成控制器的开关和非全开状态下的微小流量和半流量的控制。
图2.1,是控制器的侧视图。
本图是在图2的基础上调换沿板齿沿段和圆环段半径而成的,齿沿段1.3的半径大于圆环段1.4。增加了一个微开传感器8.4和半开传感器8.3之间的传感器8.5;传感器8.5触发时的流量介于微开和半开之间,增设传感器8.5的目的在于,表明本控制器可根据需要细分成若干个流量档次。
图3,是在控制器侧孔处剖切形成的断面图。
表示内筒1内接于外筒2,两者可相对旋转,且当前状态是(内筒侧孔1.1和外筒侧孔2.1完全分离)控制器关。
图4,是在图1的右悬挑端剖切所得的左视图。
图中虚线,是过内筒轴心的竖线,表示虚线左侧是被半塞体1.6封闭的部分,半塞体1.6占据内筒孔面积较多,剩余较小部分作为流体通道(即端孔)。
表示将控制器侧孔转移到堵塞上,也能实现流量控制。将内筒1的堵塞更换成半塞体1.6,外筒2的塞体替换成半塞体3.1(指实体部分);半塞体1.6随内筒1旋转,当半塞体1.6的与外筒2的半塞体3.1(实体部分)重叠时,也是半塞体1.6的剩余部分与半塞体3.1的留空部分重叠的时刻,此时流量最大。
此后,随着半塞体1.6的旋转,内筒半塞体1.6逐渐转向半塞体3.1留空部分,使流体可通过的截面逐渐减小,直至半塞体1.6完全覆盖半塞体3.1留空部分,隔断流体的通道,即控制器关。
图5,是双换气口的控制器,是将图1左右镜像后形成的联体控制器。该联体控制器采用一套动力和信息机构。
因右端无需设置动力和信息机构,故右端的沿板缩小成了套接在内筒1上的圆环1.7,圆环1.7和左端沿板在两端卡住外筒2,约束内筒1的转向自由度。
内筒的堵塞设置在中间部位,使由内筒右气口1.9流入的流体经内筒1的侧孔1.8和外筒2的侧孔2.2流入夹层。流体经夹层后再由左气口2.1和1.1流出内筒孔1.2,再由内筒孔1.2流入外界。
具体实施措施
选择图1和图2作为实施参考图;设关闭和全开两个传感器。
一、内外筒的制作
a、设定控制器内筒的轴心长度为L1、沿板厚度W1、内堵塞后座(大于内筒芯孔的那部分)的厚度W2;
b、确定外筒的长度L2:L2=L1-W1;
c、选择恰当的材料车制外筒、并铣出外筒芯孔;外筒长度为L2;
车制外筒时,在一端留出机架板安装台阶;
本实施例仅设对应沿板上(齿环段和圆环段差值形成的)阶差的传感器(未设中间传感器),故可使沿板贴紧机架板,即两者之间可不留(除构造措施外的)间隙;亦即,机架板安装位的左侧留出沿板的安装位即可;
d、根据外筒内径车制(精车)内筒,使内筒外径和外筒内径精确吻合;在根据沿板厚度,在一端车制沿板安装位;
e、在外筒的右端铣出侧孔,其孔径必须小于内筒直径;
f、对应外筒侧孔,在内筒的右端铣出侧孔(孔径小于内筒直径);
二、机架板和沿板的制作
a、根据外筒机架板安装位的直径,制作机架板;
b、根据外筒沿板安装位的直径和圆环段半径尺寸R,制作沿板;
c、拟定齿环段与圆环段的半径差值H(本实施例的传感器选用行程开关),使阶差H足以触碰并触发传感器,则齿环段齿顶圆的半径为:R1=R-H;
选择较小模数,在半径尺寸为R的沿板上割(线切割即可)出齿顶圆为R1的齿环段;考虑到主动轮所占圆周长度,故齿环段的长度必须大于1/2圆周;
三、驱动和信息机构
a、购置1台较小体积的减速直流电机;购置2个较小体积的行程开关;
b、根据电机安装在机架板上后电机轴距齿环段的距离,确定电机在机架板上的安装位;同时确定主动轮的齿数或径向尺寸;
c、将机架板和沿板分别安装在对应的筒上,使内筒和外筒的侧孔完全重合,在机架板上标记沿板阶差边所在的位置;然后旋转内筒180°,在标记下另一沿板阶差边所在的位置,按图2中传感器8.1、传感器8.2的安装方法,安装2个行程开关(事先接出控制线);
d、制作主动轮并安装在电机(接出正反向供电的2组(直流永磁电机,1相线+1零线为1组)供电线)轴上,使主动轮与齿环段构成齿轮副机构;
四、制作堵塞
a、制作内筒堵塞并安装;
b、外筒堵塞实为一个桶体,其轴向高度需包含内筒堵塞后座的厚度、桶体套接外筒的长度、以及两堵塞件的构造间隙;制作并安装外筒堵塞;
五、接入电源
a、根据电机规格要求选择适应的直流电源,测试2组供电线驱动电机电机选择的方向;按图2所示,选择一组使沿板逆时针选择的电路作为控制器关的驱动电路,选择一组使沿板顺时针选择的电路作为控制器开的驱动电路;
b、将电源接入双投开关,并按上述测试结果分别将电机正转、反转的2组供电线接到开关上;
c、在逆时针旋转电路中串入行程开关8.1,同时在顺时针旋转电路中串入行程开关8.2;
e、检查电路避免漏电,检查两个行程开关是否有效。
F、分别合上逆时针、顺时针旋转电路的开关,观察沿板旋转方向是否正确;
合上开口后,沿板旋转方向应该与设计方向一致,当沿板旋转到极端时,阶差边应能触发行程开关,此时,常闭行程开关会因触发而开路,进而应该电机因失电而停转,避免堵转电流烧毁电机;电机停转时,可用电表测试电机两供电线电流是否为0或常闭开关两端的电阻是否无限大,判定电路是否真正开路。
另外,在智能控制系统中,除传感器信息外,还可通过电机的电流判断控制器运行是否正常,在出现机械性卡挡或常闭行程开关失效时,因电机停转,电路会出现强大的堵转电流,由此可判定控制器故障。换言之,在智能控制系统中,可将堵转电流作为一个控制信息,将其与传感器信息形成或运算逻辑识别控制器故障。
Claims (4)
1.一种电动筒式流量控制器,其特征在于:主要由内筒、外筒、筒沿、机架板、驱动电机、信号机构、堵塞体组成一个单端的流量控制器;内筒内接于外筒的芯孔中,外筒安装在机架板上;筒沿设置在内筒的一端,堵塞堵住内筒的另一端;筒沿由圆环段和齿环段组成的组合外形的圆环形板,圆环段和齿环段的半径不相等,两环段之间是沿径向的连接面,齿环段上设轮齿,圆环段上安装信号机构的触发构件,阶差沿作为触发传感器的构造;内筒、外筒在同一位置的筒壁上设置径向侧孔,在悬挑端设堵塞,对应封闭内筒和外筒;电机安装在机架板上,电机轴上安装主动轮,主动轮与齿沿段的轮齿啮合;主动轮在电机带动下驱动齿沿段旋转,齿沿段带动内筒相对于外筒旋转,由此形成内筒、外筒上侧孔的重合或分离,进而通过两侧孔的重合程度控制流体的流量;在机架板上设置侧孔完全重合和侧孔完全分离的两个端传传感器,通过端传感器,可判定控制器的开关状态;还可在端传感器中间在增设多个呈中心分布的中间传感器,按级差控制流体流量。
2.如权利要求1所述的电动筒式流量控制器,其特征在于:将内筒和外筒上的侧孔转移到堵塞上,分别将两堵塞设为半塞体,形成半孔的流量控制器。
3.如权利要求1所述的电动筒式流量控制器,其特征在于:将单端流体控制器的悬挑部分加长,并在加长端上另设侧孔,堵塞设于内筒中间,形成一个同步且功能独立的连体流量控制器。
4.如权利要求1所述的电动筒式流量控制器和权利要求3所述的连体流量控制器,其特征在于:连体流量控制器的内筒中间段用一条传动轴替代。
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