CN114087414B - 一种带有位移反馈的物联网wifi驱动电机调节数字阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀涉及液压传动与电机技术领域，所述数字阀阀芯与电机之间通过锥齿轮与滚珠丝杠传动，所述阀芯与连接部分安装有滚珠丝杠螺母，所述阀芯右侧安装有位置磁环、波导管、传感器电子仓室，所述电机安装在数字阀阀体上，电机上安装有数字阀驱动器，所述数字阀驱动器拓展了物联网WIFI模块用于无线传输信号，所述数字阀驱动器与伺服电机、传感器电子仓室、光电编码器连接，本发明能够对阀芯精确定位、使阀芯受力平衡、减少阀芯卡滞、实现物联网无线驱动电机调节数字阀、输入与反馈信号全数字化、采用闭环控制算法控制精度高、抗污染能力强。

Description

一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀
技术领域
本发明涉及液压传动与电机技术领域，特别涉及一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀，用于控制液压系统中执行元件的启动、停止，改变油液流通方向、流量和压力。
背景技术
当前，工程机械数字化和智能化已经成为各国工程机械企业正在争夺的技术制高点和市场关键点，我国作为世界工程机械制造大国，虽然在工程机械数字化技术领域积极开拓，但是在走向市场的过程中也表现出了明显的短板：数字液压技术的检验检测标准体系完善程度不足，缺乏数字液压元件，技术基础公共服务平台匮乏。
随着电子信息技术在液压传动领域推广，传统液压控制系统对污染敏感、效率低、易受干扰等难题也日渐凸显，数字液压技术在响应速度、抗干扰性、节能性、容错性、通用性等方面则体现出强大的优势，在一些应用中甚至可以得到与传统伺服控制相媲美的控制特性，特别是数字信号的控制形式更加简便且符合计算机、互联网等信息接口要求，可以减少由于A/D、D/A转化带来的精度损失、时间延迟和成本提升，因此，现代意义上的数字液压一经提出，就得到了广泛的关注，被称为未来液压技术。
目前数字阀驱动电机采用步进电机存在以下缺点：控制精度差、响应速度慢、频响低；没有对阀芯位移直接进行反馈机制；采用CAN有线控制建设成本高，远距离通讯容易受到干扰；当CAN通讯信道出错将使数字阀无法正常工作；CAN有线通讯故障检查困难，无法精确确定绞线损坏位置；当电机过热失步或零点漂移导致电机控制失控；高压工作状态需要大功率电机，导致数字整体体积大。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，本发明目的在于提供一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀，通过增加位移反馈机构实现对阀芯位移直接反馈，提高数字阀控制精度，数字阀驱动增加了物联网WIFI模块实现无线控制，使数字液压系统智能化。
为实现所述目的，本发明提供如下技术方案。
本发明提出一种数字阀，包括：阀体1、阀芯2、滚珠丝杠螺母3、伺服电机4、光电编码器5、连接套一6、左端盖7、密封圈8、密封圈挡板9、数字阀驱动器10、连接套二11、止推轴承12、位置磁环13、波导管14、传感器电子仓室15、物联网WIFI模块16、锥齿轮一17、锥齿轮二18、锥齿轮三19、锥齿轮四20。
所述阀芯2与滚珠丝杠螺母3、止推轴承12、位置磁环13、波导管14、传感器电子仓室15同轴连接。
止推轴承12安装在连接套一6上，限制锥齿轮一17移动。
所述阀芯2移动带动位置磁环13移动，位置磁环13移动使波导管14产生机械波脉冲信号，通过传感器电子仓室15反馈给数字阀驱动器10控制伺服电机4转动。
所述锥齿轮四20与伺服电机4同过平键连接；所述阀芯2与滚珠丝杠螺母3连接端为丝杠，与滚珠丝杠螺母3、伺服电机4、锥齿轮一17、锥齿轮二18、锥齿轮三19、准齿轮四20构成了数字阀电机械转换机构。
所述数字阀阀体1与伺服电机4之间设有连接套，连接套二11与电机连接，连接套一6与阀体5通过螺纹连接；所述左端盖7与阀体1之间安装有密封圈8、密封圈挡板9并与所述阀芯2同轴安装。
所述锥齿轮构成数字阀的减速器，通过改变传动比可提高电机输出力矩。
所述数字阀驱动器10安装在电机上，所述数字阀驱动器10包括：反馈模块、电源模块、电机控制模块、数字芯片处理器模块、编码器接口、CAN模块、数据存储模块、物联网WIFI模块16；所述数字芯片处理器模块，对数字脉冲信号进行处理，可选用ARM芯片或DSP芯片。
所述光电编码器5可更换为霍尔传感器，对电机形成闭环控制。
根据所述CAN模块，通过计算机输入位移信号；根据输入位移信号控制伺服电机4转动；所述输入位移信号为数字脉冲信号；伺服电机4转动通过锥齿轮构成的减速器带动滚珠丝杠螺母3转动，使阀芯2移动；根据所述伺服电机4转动量改变阀芯2位置，控制阀芯2开口度大小；根据所述阀芯2位置控制液压系统中执行元件的启停或改变油液流通方向和流量；光电编码器5将电机转动量反馈给数字阀驱动器10，对伺服电机4进行闭环位置控制；所述阀芯2移动，使位置磁环13与波导管14产生相对位移，所述传感器电子仓室15产生电流脉冲信号将阀芯2位移反馈到数字阀驱动器10，控制电机转动量；根据所述电机转动量控制阀芯2位置和阀芯2开口度大小，根据所述阀芯2位置控制液压系统中执行元件的启停或改变油液流通方向和流量、压力。
根据所述物联网WIFI模块16，通过计算机或手持设备端软件远程无线输入阀芯2位移信号；根据输入位移信号控制伺服电机4转动；所述输入位移信号为数字脉冲信号；根据所述伺服电机4转动量改变阀芯位置，控制阀芯2开口度大小；根据所述阀芯2位置控制液压系统中执行元件的启停或改变油液流通方向和流量；光电编码器5将电机转动量反馈给数字阀驱动器10，对伺服电机4进行闭环位置控制；当阀芯2开口度改变，位置磁环13与波导管14产生相对位移，产生电流脉冲信号，通过所述传感器电子仓室15将阀芯2位移反馈到数字阀驱动器10，控制电机转动量；根据所述电机转动量控制阀芯2位置和阀芯2开口度大小，根据所述阀芯2位置控制液压系统中执行元件的启停或改变油液流通方向和流量、压力，本发明与现有技术相比具有明显的技术优点和显著技术效果。
具体包括：1、本发明引入阀芯反馈机制，增强数字阀的控制精度；对电机驱动模块、电机控制模块、阀芯反馈模块集成到一起，提高数字阀安全性、可靠性、减小数字阀安装体积。
2、本发明的数字阀驱动器具有丰富接口，能够控制多种电机调节数字阀，通过改变电机类型降低成本，可以使用小功率电机驱动调节阀芯开口度。
3、本发明的数字阀具有抗污染能力强、结构紧凑、重复性好、频响高，采用数字脉冲信号进行控制、抗干扰能力强。
4、本发明能够实现局域网远程控制，数字阀驱动器具有物联网WIFI模块和CAN模块，能够对数字阀进行无线控制和远距离控制，采用数字脉冲信号控制数字阀调节液压系统，不需要担心远程输入信号丢失、滞后，能够实现数字阀智能控制。
附图说明
图1为数字阀的结构示意图。
图2为数字阀的控制框图。
图3为数字阀控制原理示意图。
图中：1、阀体，2、阀芯，3、滚珠丝杠螺母，4、伺服电机，5、光电编码器，6、连接套一，7、左端盖，8、密封圈，9、密封圈挡板，10、数字阀驱动器，11、连接套二，12、止推轴承，13、位置磁环，14、波导管，15、传感器电子仓室，16、物联网WIFI模块，17、锥齿轮一，18、锥齿轮二，19、锥齿轮三，20锥齿轮四。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的目的、技术方案、创新理念，下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细、完整的说明，但所述具体实施方式并不限制本发明的保护范围，本发明的目的在于提供一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀，能够使数字阀直接进行位移反馈，提高数字阀控制精度。
图1为本发明数字阀结构原理图，包括：阀体1、阀芯2、滚珠丝杠螺母3、伺服电机4、光电编码器5、连接套一6、左端盖7、密封圈8、密封圈挡板9、数字阀驱动器10、连接套二11、止推轴承12、位置磁环13、波导管14、传感器电子仓室15、物联网WIFI模块16、锥齿轮一17、锥齿轮二18、锥齿轮三19、锥齿轮四20，数字阀驱动器10包括：反馈模块、电源模块、电机控制模块、数字芯片处理器模块、编码器接口、CAN模块、数据存储模块、物联网WIFI模块16。
所述传感器电子仓室15、波导管14、阀芯2、位置磁环13、密封圈5、密封圈挡板9、锥齿轮一17、止推轴承12同轴连接；所述左端盖7安装在数字阀阀体1左端，通过螺栓与阀芯2同轴安装；所述伺服电机4安装在阀体1上部，所述光电编码器5安装在伺服电机4右端，所述数字阀驱动器10安装在伺服电机4上。
所述阀芯2开有通道，使阀芯2移动过程中两端液压油与阀体1进油口油路连通，平衡阀芯受力，阀芯2左端台肩与阀体1通过左端花键型式定位安装，限制阀芯2旋转。
所述数字阀驱动器10安装在伺服电机4上方，本发明数字阀驱动器10中的电机控制模块可驱动伺服电机和步进电机转动。
所述锥齿轮四20与伺服电机4通过键连接，准齿轮三19与准齿轮二18通过开槽平端螺母连接，准齿轮一17与滚珠丝杠螺母3通过开槽平端螺母连接；所述伺服电机4接收到计算机或手持设备端软件远程无线输入的阀芯2位移信号，伺服电机4转动带动锥齿轮组成的二级减速器转动，使滚珠丝杠螺母3转动从而使阀芯2移动。
所述阀芯2移动带动位置磁环13移动，使波导管14产生机械波脉冲信号，并被传感器电子仓室15检测，通过传感器电子仓室15反馈给数字阀驱动器10控制电机转动。
图2为本发明数字阀驱动系统原理图，计算机可选择CAN通讯或物联网WIFI无线通讯，对数字阀驱动器输入阀芯2位移数字脉冲信号，控制阀芯2直线移动，阀芯22位移反馈机制将阀芯位移量反馈给数字阀驱动器10，形成数字阀阀芯2位移闭环控制。
图3为本发明数字阀控制原理图，由计算机通过CAN总线通讯或物联网WIFI无线通讯手段输入阀芯2期望位移信号，芯期望位移信号是数字脉冲信号；根据所述阀芯2期望位移信号控制电机转动；根据电机转动量控制阀芯2位置、阀芯2开口度；根据阀芯2位置、阀芯2开口度控制液压系统的接通、关闭或改变油液流通方向和流量；根据光电编码器5反馈伺服电机4转动量；对伺服电机4闭环控制；根据阀芯2位移反馈机制反馈数字阀阀芯2位置，数字阀驱动器10对反馈阀芯2位移量和阀芯2期望位移信号做差，控制电机转动，通过控制伺服电机4转动量控制阀芯2位置。
本实施方式在实际应用时，物联网WIFI模块16可选蓝牙WIFI二合一透传模块。
本发明光电编码器5可对伺服电机4形成闭环控制，可更换为霍尔传感器。
本发明阀芯移动带动位置磁环13移动，位置磁环13移动使波导管14产生机械波脉冲信号，通过传感器电子仓室15反馈给数字阀驱动器10控制电机转动。
本发明能广泛用于工程机械、制造业、军工设备、机床设备、冶金机械、建筑机械等领域，可用于远距离无线控制水电站油液管路工作。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡是在本发明的创新理念和原则之内，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。

Claims (5)

1.一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀，其特征在于：包括阀体(1)、阀芯(2)、滚珠丝杠螺母(3)、伺服电机(4)、光电编码器(5)、连接套一(6)、左端盖(7)、密封圈(8)、密封圈挡板(9)、数字阀驱动器(10)、连接套二(11)、止推轴承(12)、位置磁环(13)、波导管(14)、传感器电子仓室(15)、物联网WIFI模块(16)、锥齿轮一(17)、锥齿轮二(18)、锥齿轮三(19)、锥齿轮四(20)；
连接套一(6)与阀体(1)采用螺纹连接，连接套二(11)与伺服电机连接，所述滚珠丝杠螺母(3)与阀芯(2)同轴安装，所述位置磁环(13)安装在阀芯(2)左端，且所述锥齿轮一(17)与滚珠丝杠螺母(3)通过开槽平端紧定螺钉连接，锥齿轮二(18)和锥齿轮三(19)通过开槽平端紧定螺钉连接，锥齿轮四(20)与伺服电机(4)输出轴通过键连接；
所述止推轴承(12)安装在连接套一(6)上，并与阀芯(2)同轴安装，锥齿轮一(17)末端同时与止推轴承(12)接触；
波导管(14)与传感器电子仓室(15)用于采集阀芯实时位移，与密封圈挡板(9)和左端盖(7)同轴安装在阀体(1)左端，密封圈挡板(9)与左端盖(7)之间设有密封圈(8)；
所述伺服电机(4)右端安装光电编码器(5)，所述伺服电机(4)安装在阀体(1)上，所述数字阀驱动器(10)安装在伺服电机(4)上方，所述数字阀驱动器(10)与伺服电机(4)、光电编码器(5)、传感器电子仓室(15)连接，所述物联网WIFI模块(16)为拓展模块安装在数字阀驱动器上；
根据所述物联网WIFI模块，通过计算机或手持设备端软件远程无线输入阀芯位移信号；根据输入位移信号控制伺服电机转动；根据所述伺服电机转动量改变阀芯位置，控制阀芯开口度大小；
根据所述阀芯位置控制液压系统中执行元件的启停或改变油液流通方向和流量；光电编码器将电机转动量反馈给数字阀驱动器，对伺服电机进行闭环位置控制；
当阀芯开口度改变，位置磁环与波导管产生相对位移，产生电流脉冲信号，通过所述传感器电子仓室将阀芯位移反馈到数字阀驱动器，控制电机转动量；根据所述电机转动量控制阀芯位置和阀芯开口度大小，根据所述阀芯位置控制液压系统中执行元件的启停或改变油液流通方向和流量、压力。
2.根据权利要求1所述的一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀，其特征在于：所述阀芯(2)开有通道，使阀芯(2)移动过程中两端液压油与阀体进油口油路连通，平衡阀芯受力。
3.根据权利要求1所述的一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀，其特征在于：所述位置磁环(13)安装在阀芯(2)左端，与波导管(14)、传感器电子仓室(15)同轴安装，当阀芯(2)移动，波导管(14)产生应变机械波脉冲信号，所述传感器电子仓室(15)通过检测到的脉冲信号确定阀芯位移量，反馈给数字阀驱动器(10)。
4.根据权利要求1所述的一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀，其特征在于：所述阀芯(2)表面镀铬，增强耐磨性，与所述阀体(1)研配减小间隙。
5.根据权利要求1所述的一种带有位移反馈的物联网WIFI驱动电机调节数字阀，其特征在于：所述数字阀驱动器(10)包括：反馈模块、电源模块、电机控制模块、数字芯片处理器模块、编码器接口、CAN模块、数据存储模块。
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