CN202608027U - 基于快速开关阀的气动供给装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于快速开关阀的气动供给装置。它包括支架、稳压部分、气压调节部分、测量装置及安装在支架上的供料储备部分，所述稳压部分的输出口与气压调节部分的输入口连接，气压调节部分的输出口连接一个第一T型三通管接头（6），第一T型三通管接头（6）的一个接口（8）连接一个第二T型三通管接头（11）的一个接口（10），而第一T型三通管接头（6）的另一个接口（7）连接一个排气阀（9），所述第二T型三通管接头（11）的另一个接口（13）连接测量部分，而第二T型三通管接头（11）还有一个接口（12）与供料储备部分连接；所述气压调节部分中采用快速开关电磁阀。本实用新型的控制方法简单，方便，易于集成，有很大的柔性，可根据不同的应用环境，随意选择控制方法。

Description

基于快速开关阀的气动供给装置

技术领域

    本实用新型涉及的是一种应用在材料挤出，特别是一种基于快速开关阀的供给装置，能通过实现压力快速调节达到流量控制，属于自动化设备制造技术领域，也属于快速成型制造技术领域。 

背景技术

    近年来，随着制造业的飞速发展，微滴喷射技术、快速成型技术等先进技术已成为目前制造业的主流。在工艺的开发和研究过程中发现，材料供给装置是该技术领域最关键的一部分。对材料流量的控制从材料供给的稳定性到材料流量的精确控制，都对材料供给装置的实时响应有着很高的要求。广泛应用于通信。电子、机械领域的点胶装置采用气源为动力，需要将点胶材料按需精确的点涂在产品的准确位置，点胶量的精确控制对点胶质量的影响很大。静电纺丝射流装置中，供料速度对于获得高质量纤维有着至关重要的作用。低温冰型快速成形工艺是一种新的基于喷射技术的快速成形工艺。其工艺原理是, 在低温成形环境下, 将成型材料从喷嘴中喷到需要的位置, 材料迅速固化, 从底到上, 层层堆积, 形成3 维实体。在采用喷射方式的快速成形工艺中, 喷射系统是整个成形系统中最为关键的部分, 而其中的主要部件就是喷头,它相当于其它机械加工中的刀具。在工艺的开发和研究中，分别可以采用连续喷射和离散喷射 2 种方式的喷头，在流出阈值、 流量、 稳定性、 精确性、 响应灵敏度等方面都存在着明显的差异，因而对成型对成型质量有着直接的影响。 

    目前RP 工艺在组织工程支架成形领域是一个成功的应用。利用RP工艺,能够成形制造具有分级孔隙结构的复杂非均质材料支架,并且能够保持材料的生物学性能。其中材料挤出装置的研究成为重点。通过调节成型工艺参数，可以制备具有较高的孔隙率和连通性的骨支架，从而满足细胞生长对支架空隙率的要求。目前材料挤出装置主要有螺杆挤出、微量注射泵，蠕动泵、气压式等。螺杆挤出装置针对低粘度材料，控制精度不高。蠕动泵虽然具有精度高、可控性强等优点，但针对成型工艺和材料的不同，如所使用的材料粘度过高，蠕动泵不能正常的供料。微量注射泵采用带有减速器的步进电机，通过丝杠传动机构推动活塞方式进行供料，其优点是能够精确实现粘度较大材料的供料，无法实现闭环控制，不能实现自调节。气压式供料具有供料装置和喷头相分离，减轻喷头重量等优点，但气动供料泵在供料时有一定的延时性，无法快速实现压力切换，影响供料的精度。但采用气体为动力源作为供料装置，可通过压力反馈量采集实现流量实时闭环控制。由于材料的喷射过程是连续挤出的过程,因此喷射的开始和停止阶段响应不够理想。起始阶段, 要通过挤压达到一定压力, 材料才从喷嘴流出;而结束阶段, 虽然停止挤压, 但由于残余压力的存在, 材料继续从喷嘴流出, 造成流涎。同时由于材料的不均匀挤出，导致在成型路径边缘处出现材料过渡堆积的问题，严重影响了成型质量。因此，对于采用气压控制的方式来控制材料的挤出存在急需解决的问题。 

实用新型内容

    本实用新型的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于快速开关阀的气动供给装置，能实现供料速度精确、快速、高效。 

    为达到上述目的，本实用新型的构思是： 

    基于快速开关阀的气动供给装置基本组成包括系统支架、稳压装置、气压调节装置、测量装置、气管和安装于系统支架上的供料设备。其中，稳压装置有气泵、气压调节用的减压阀和储气罐组成，提供所需的稳定气源；控制装置主要包括控制进气和排气的快速开关电磁阀；供料储备只要是储料筒和喷嘴。储料筒的底部设有出液口，出液口与喷嘴连通，压缩机的出气口通过导气管与进气阀的进口相连，进气阀的出口连接一个T型宝塔管接头的其中一个接口上，其对称的一个接口通过导气管与排气阀连接，排气阀的出口与大气相通。剩余T型宝塔管的一个接头接口通过导气管连接另外T型宝塔管接头，其对称的接口直接接到储料筒上端盖的接头密封连接，该三通接头的剩余一端与压力传感器的测试端密封连接，液位检测的信号输出端与系统控制器的输入端连接实现供气压力的实时监测与反馈。

    根据上述实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案： 

    一种基于快速开关阀的气动供给装置，包括支架、稳压部分、气压调节部分、测量装置及安装在支架上的供料储备部分，其特征在于：所述稳压部分的输出口与气压调节部分的输入口连接，气压调节部分的输出口连接一个第一T型三通管接头，第一T型三通管的一个接口连接一个第二T型三通管接头的一个接口，而另一个接口连接一个排气阀，所述第二T型三通管接头的另一个接口连接测量部分，而还有一个接口与供料储备部分连接；所述气压调节部分中采用快速开关电磁阀。

    所述的稳压部分包括一个气压泵和一个储气罐，气压泵的出气口通过导气管与储气罐的进气口相连通。 

    所述的气压调节部分包括一个减压阀、进气阀和所述排气阀，进气阀和排气阀均为快速开关电磁阀；储气罐的出气口通过导气管连接减压阀，减压阀的出口通过导气管连接进气阀的进气口，进气阀的出口连接所述第一T型三通管接头的接口，其对称的一个接口通过导气管与排气阀的进气口连接，排气阀的出气口与大气相通；第一T型三通管接头第三个接口在通过导气管连接所述第二T型三通管接头的一个接口，其对称的接口与供料储备部分连接，该第二T型三通管接头的第三个接口通过导气管与测量部分连接。 

    所述的供料储备部分包括一个储料筒和一个喷嘴，储料筒固定在支架上，储料筒的底端设有出液口与喷嘴连接。 

    所述的测量装置是由一个传感器连接所述第二T型三通接头的一个接口，该接口连接所述传感器的信号检测端。 

    作为本实用新型通过两个电磁阀的通断，实现供料压力的从加压挤出材料，到保持恒压达到供料的均匀性，再到卸压保证供料及时停止。 

    首先，在保证气源稳定工作的前提下，打开进气阀门，气体经导气软管，将最佳挤出工艺条件的压力作用于储料筒中的材料，材料在该气压大小的作用下挤出喷嘴。对于不同粘度的材料，挤出的压力不用。 

    其次，挤出的材料要在最佳成型压力值下完成规定路径，此时需配合进气阀和排气阀之间的通断，调节气体进出量实现该压力值的调控。 

    最后，在成型路径更改时，由于其材料接受装置的运动条件限制，可能会出现材料的过渡堆积和流涎现象，严重影响了成型质量。此时可通过调节排气阀动作，将进气阀关闭，切断供料原动力，打开排气阀，将储料筒中的余压快速释放，阻止喷嘴处材料的挤出。 

    上述导气管为软管，软管由橡胶或塑料材料制成。 

    结合本实用新型控制系统的实时性和逻辑控制，控制器采用PLC。 

    本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点： 

    1. 本实用新型通过稳定气源作为压力实施动力，以气体压力作为反馈信号，可实现实时反馈和响应，进气阀的快速通断，使气体压力以最短的时间作用于材料，实现加压的快速性。排气阀直接与大气压相连，实现卸压的快速性，同时克服了供料速度在运行时实时调节性差的缺点；

    2. 本实用新型，在保证气源动力足够的情况下，能够以较高精度推动粘度较大的液体；

    3. 根据不同应用领域对于供料速度的不同要求，能够精确、快速、稳定的切换差异大的供料速度，可实现无级调速，本实用新型基于快速开关阀的供气装置是实现各种喷射、供给速度可调的有效设备，可避免低温沉积成型过程中，材料在扫描路径结尾处的流涎和材料堆积现象、静电纺丝过程中液珠现象等；

    4. 本实验新型结构紧凑，易于装配和检修；

    5. 系统结构和构造简单，成本低、可实现性强、操作方便。

附图说明

    图1是本实用新型第一个实施例的基于快速开关阀的气动供给装置。 

具体实施方式

    本实用新型的优选实施例结合附图说明如下： 

实施例一：参见图1，本基于快速开关阀的气动供给装置，包括支架17、稳压部分、气压调节部分、测量装置及安装在支架17上的供料储备部分，其特征在于：所述稳压部分的输出口与气压调节部分的输入口连接，气压调节部分的输出口连接一个第一T型三通管接头6，第一T型三通管接头6的一个接口8连接一个第二T型三通管接头11的一个接口10，而另一个接口7连接一个排气阀9，所述第二T型三通管接头11的另一个接口13连接测量部分，而第二T型三通管还有一个接口12与供料储备部分连接；所述气压调节部分中采用快速开关电磁阀。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：所述的稳压部分包括一个气压泵1和一个储气罐2，气压泵1的出气口通过导气管与储气罐2的进气口相连通。所述的气压调节部分包括一个减压阀3、进气阀4和所述排气阀9，进气阀4和排气阀9均为快速开关电磁阀；储气罐2的出气口通过导气管连接减压阀3，减压阀的出口通过导气管连接进气阀4的进气口，进气阀4的出口连接所述第一T型三通管接头6的接口5，其对称的一个接口7通过导气管与排气阀9的进气口连接，排气阀9的出气口与大气相通；第一T型三通管接头6第三个接口8在通过导气管连接所述第二T型三通管接头11的一个接口10，其对称的接口12与供料储备部分连接，该第二T型三通管接头11的第三个接口13通过导气管与测量部分连接所述的供料储备部分包括一个储料筒15和一个喷嘴16，储料筒15固定在支架17上，储料筒15的底端设有出液口与喷嘴16连接。 

实施例三：参见图1，本基于快速开关阀的气动供给装置，包括以下几个部分，稳压装置，气压调节装置、测量装置及安装在系统支架上的供料储备装置。稳压装置包括气泵1、储气罐2，气压调节装置包括减压阀3、进气阀4、排气阀9，测量装置包括安装在进气通道上的传感器14，供料储备装置包括盛放材料的储料筒15，储料桶的底部设有出液口16，出液口与喷嘴连通，储料桶通过连接板固定在系统支架上。气压泵1的出气口通过导气管与储气罐2的进气口相连通，气压泵由发动机通过两根三角带驱动气泵曲轴，从而驱动活塞进行打气，打出的气体通过管线导入储气筒。另一方面储气筒又通过一根气管线将储气筒内的气体导入固定在气泵上的调压阀内，从而控制储气筒内的气压。储气罐2的出气口通过导气管连接减压阀3，减压阀通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定。减压阀的另一端通过导气管与进气阀4的进气口相连，进气阀4的出口连接一个第一T型三通管接头6的其中一个接口5上，其对称的一个接口7通过导气管与排气阀8的进气口连接，排气阀的出气口与大气相通。剩余第一T型三通管的一个接头接口8通过导气管连接一个第二T型宝塔管接头11的接口10，其对称的接口12直接与储料筒上端盖的接口密封连接，该第二三通接头的剩余一端13通过导气管与压力传感器14的测试端密封连接，液位检测的信号输出端与系统控制器的输入端连接实现供气压力的实时监测与反馈。测量系统包括气压实时检测装置，气压实时检测装置实时检测储料筒15内材料的供给压力，气压实时检测装置实时检测导气管12中的气压，气压实时检测装置的信号输出端皆与系统控制器的信号接收端信号连接（控制系统不属本实用新型内容范畴，故未仔细提供）。实时测量系统的主要作用有两个方面，一是实时的检测接口13中的气体压力值，二是将压力信号转化为模拟量传输至系统控制器，实现系统连续工作时特定的参数实时采集，为这个加工过程提供现场数据。系统控制器通过连续扫描方式读取排气阀和进气阀的状态，从而通过调节进气阀和排气阀的通断及开关时间实现压力的快速调控。通过系统控制器接收压力作为反馈值进行自动控制策略微调，避免了成型过程中液珠和流涎现象。系统控制器可采用单片机和PLC,通过编制相应的软件直接控制，实现对气动系统的直接控制。而成本大为降低，可靠性与静态控制精度得到很大提高。 

    上述装置在实现压力快速切换，主要通过两个电磁阀的快速通断实现，目前基于数字量驱动的电磁阀具有很高的可靠性和稳定性，响应时间快等特点。基于PLC强大的逻辑控制功能可以很好的满足系统的控制要求，需要材料挤出装置与工艺成型路径的集成控制。在PLC控制下，针对不同路径下所需材料需求量的不同，结合成型路径的控制需求，实现材料供给的控制。为避免材料在成型路径拐弯后极短的行程上产生堆积和流涎现象，在扫描路径结尾处提前关闭进气阀，阻断气源，同时排气阀打开，尽快释放储料筒的余压，使材料停止从喷嘴挤出。排气阀和进气阀开关的时间由成型路径坐标确定，当系统开始运行时，进气阀为常开，排气阀为常闭，当扫描的当前坐标达到所设定坐标值，进气阀标志位置1，进气阀关闭，同时将该信号去反，置位排气阀标志位，排气阀打开。传感器实时采集导气管及储料筒中的气压，对影响成型效果的主要参数进行采集，从而对设备现场数据采集提供了保障。传感器将压力信号转化为4-20mA的电流信号，传感器的信号输出端与控制器模拟量信号输入端相连，该压力值采集到上位机实时显示，同时上位机通过键盘输入方式输入所需压力值，该信号通过调节气泵减压阀，是气泵输出压力为设定压力值。材料的挤出以压缩空气为动力源，因此只要改变气压泵压缩空气流量的大、小来调节压力的高、低，就能方便的对气压泵的流量进行实时调节。 

实施例四：本实施例与实施例三的技术方案基本相同，不同之处在于：电磁阀的控制方式不同，压缩气体由气泵通过稳压装置和控制装置，进入储料筒，驱使材料从针头流出，控制电磁阀的开启和关闭来调节供料时间的长短，借助减压阀可以调节储气罐中的压力大小，同时，材料供给时间的长短和储气罐中的压力大小会直接影响材料的体积和形状。此处采用单片机或者是DSP 等嵌入式控制器，鉴于阀门控制都是数字量控制，并且该装置的控制理念是通过准确把握阀门通断时间来控制供应气体量的多少，因此可采用PWM波的形式，控制阀门。通过调制的脉冲信号来控制电磁阀的高速开关，在一个控制周期，脉宽所在时间电磁阀打开，其余时间电磁阀关闭，实现气压快速调节。该实例可通过键盘操作或者通过串口通讯进行控制，通过上位机设定一个压力值，数字嵌入式控制器将采集到的传感器电流信号进过数模转换和设定压力值进行对比，当入口压力高于上位机设定压力，增加排气阀的控制信号占空比，是排气时间增长，使入口压力减小。当入口压力大于设定值，减小排气阀控制信号占空比，排气时间减小，供料入口压力上升。这种控制方式在实现稳压控制的同时可实现快速卸压。 

实施例五：本实施例与实施例三、四技术方案基本相同，不同之处在于：整个气动供给装置的气源由气泵提供，其气源大小由气泵的工作参数决定，为实现在整个工作环境中气体的均匀性，储气罐储备所需的气体量，通过不同的应用环境和技术要求，气源和储气罐的大小可以随意更换，进一步增加了该装置的柔性，同时，连接各个部件的导气管均为软管，软管由橡胶或塑料材料制成，为保证进气、排气的顺畅，可采用，拆卸方便。实施例六： 

    本实施例与实施例三、四、五技术方案基本相同，不同之处在于：在该实施例中，将该装置中所有的控制变量传递到上位机显示，系统采用分级式控制的信号系统，以系统控制器作为下位机的核心控制系统实现电磁阀的通断控制以及压力值的采集和分析，增加触摸屏、手持盒等输入控制终端，提供手动控制方式，实现人机交互，为现场处置和设备检修提供方便。

    上面结合附图对本实用新型实施例进行了比较详细的说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型发明创造的目的做出多种变化。符合气动供应装置的任何系统都可以做任何组合、增加、修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种基于快速开关阀的气动供给装置，包括支架（17）、稳压部分、气压调节部分、测量装置及安装在支架（17）上的供料储备部分，其特征在于：所述稳压部分的输出口与气压调节部分的输入口连接，气压调节部分的输出口连接一个第一T型三通管接头（6），第一T型三通管接头（6）的一个接口（8）连接一个第二T型三通管接头（11）的一个接口（10），而第一T型三通管接头（6）的另一个接口（7）连接一个排气阀（9），所述第二T型三通管接头（11）的另一个接口（13）连接测量部分，而第二T型三通管接头（11）还有一个接口（12）与供料储备部分连接；所述气压调节部分中采用快速开关电磁阀。

2.根据权利要求1所述的基于快速开关阀的气动供给装置，其特点在于所述的稳压部分包括一个气压泵（1）和一个储气罐（2），气压泵（1）的出气口通过导气管与储气罐（2）的进气口相连通。

3.根据权利要求1所述的基于快速开关阀的气动供给装置，其特点在于所述的气压调节部分包括一个减压阀（3）、进气阀（4）和所述排气阀（9），进气阀（4）和排气阀（9）均为快速开关电磁阀；储气罐（2）的出气口通过导气管连接减压阀（3），减压阀的出口通过导气管连接进气阀（4）的进气口，进气阀（4）的出口连接所述第一T型三通管接头（6）的接口（5），其对称的一个接口（7）通过导气管与排气阀（9）的进气口连接，排气阀（9）的出气口与大气相通；第一T型三通管接头（6）的第三个接口（8）通过导气管连接所述第二T型三通管接头（11）的一个接口（10），其对称的接口（12）与供料储备部分连接，该第二T型三通管接头（11）的第三个接口（13）通过导气管与测量部分连接。

4.根据权利要求1所述的基于快速开关阀的气动供给装置，其特点在于所述的供料储备部分包括一个储料筒（15）和一个喷嘴（16），储料筒（15）固定在支架（17）上，储料筒（15）的底端设有出液口与喷嘴（16）连接。

5.根据权利要求1所述的基于快速开关阀的气动供给装置，其特点在于所述的测量装置是由一个传感器（14）连接所述第二T型三通接头（11）的一个接口（13），该接口（13）连接所述传感器（14）的信号检测端。

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