CN209084114U - 一种任意开度可调两段式气动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种任意开度可调两段式气动控制系统，包括气动执行器、阀门、电源、主电磁阀、副电磁阀、气源、设定开关、控制器、开位限位开关及关位限位开关，气源与主电磁阀输气连接，所主电磁阀和副电磁阀均为两位三通电磁阀，气动执行器、主电磁阀及副电磁阀三者依次相连并实现气体的交互，开位限位开关和关位限位开关均设于气动执行器，以分别检测阀门的全开状态和全闭状态并反馈相应的全开信号和全闭信号至控制器，副电磁阀与副电源之间串联有一设定开关，当设定开关导通时，可隔断主电磁阀与副电磁阀之间气体的交互。本实用新型具有以下优点和效果：结构简洁、操作方便、节约能耗且任意开度可调。

Description

一种任意开度可调两段式气动控制系统

技术领域

本实用新型涉及阀门控制系统领域，特别涉及一种任意开度可调两段式气动控制系统。

背景技术

目前，随着工业的快速发展，对阀门的控制要求不仅越来越多，也越来越高，例如，在油品定量输出系统中，采用的是普通开关型球阀或者蝶阀等，但往往还有半开半关、30%开度、或70%开等等的各种不同开度需求，但要求此类阀门又不同于调节阀，并不需要随时自动进行调节开度，而是需要长时间固定某一个开启角度，以获得一个固定的流量输出，但是开启角度的大小需要根据固定的流量要求进行确定。

以往对于这种需求的解决方案是，设计制造一种专用的两段式气缸，该气缸由一段大气缸和一段小气缸组成，然后通过拨叉或者齿轮齿条等传动方式转换为角行程输出扭矩，小气缸的行程为阀门全开全关的全行程，大气缸的行程为需要中停的部分行程，如需要一段开两段关（如接到第一个指令先关闭全行程30%，接到第二个指令则阀门全关）的要求时，大气缸的行程即为全行程的30%。由于所有行程均为机械式限位，因此如果大气缸的行程一旦确定，更改行程的可调范围极小，一般仅为±5%左右。另外，该执行器的大气缸输出扭矩并不是直接作用于阀门的扭矩，直接输出到阀门的扭矩实际为大气缸扭矩减去小气缸扭矩的差值扭矩。因此，原解决方案的控制系统不仅复杂，且尺寸巨大、能量消耗也很大，一旦有新的超出±5%可调范围定量要求时，则必须更换新的控制器和控制系统。因此，进一步研究和解决原方案遗留的一系列问题，是目前面临的迫切任务。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供是为了提供一种结构简洁、操作方便、节约能耗且任意开度可调的两段式动作气动控制系统。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种任意开度可调两段式气动控制系统，包括气动执行器和阀门，所述的气动执行器包括有气缸盖、活塞、缸体及输出轴，所述的气缸盖盖设于缸体，所述的活塞与输出轴啮合传动，所述的活塞与气缸盖之间设有驱动活塞朝缸体中心位置移动的弹簧，所述的输出轴与阀门联动并用于控制阀门的启闭，其特征在于：还包括有电源、主电磁阀、副电磁阀、气源、设定开关、控制器、开位限位开关及关位限位开关；所述的电源包括主电源、副电源及供电电源；所述的主电源为主电磁阀供电，所述的副电源为副电磁阀供电，所述的供电电源为控制器、开位限位开关及关位限位开关供电；所述的气源与主电磁阀输气连接，所述的主电磁阀和副电磁阀均为两位三通电磁阀；所述的气动执行器、主电磁阀及副电磁阀三者依次相连并实现气体的交互；所述的开位限位开关和关位限位开关均设于气动执行器，以分别检测阀门的全开状态和全闭状态并反馈相应的全开信号和全闭信号至控制器，所述的控制器分别与开位限位开关和关位限位开关电连接，所述的控制器接收由开位限位开关发送的全开信号，并切换主电源与主电磁阀间的通断电连接；所述的控制器接收由关位限位开关发送的全闭信号，并切换副电源与副电磁阀间的通断电连接；所述的副电磁阀与副电源之间串联有一设定开关，当所述的设定开关导通时，可隔断主电磁阀与副电磁阀之间气体的交互；所述的设定开关包括行程开关和凸轮，所述的凸轮可沿周向任意角度安装于输出轴并构成同步转动配合，所述的行程开关包括有触头且该触头与凸轮相抵接，所述的触头具有一初始触点及一最高触点，当所述的凸轮与最高触点相抵时，凸轮挤压触头使设定开关导通，所述的最高触点和初始触点分别与凸轮中心的连接线之间的夹角为阀门的调整开度，所述的初始触点的位置可通过改变凸轮安装于输出轴上的角度进行设置。

进一步设置为：所述的主电磁阀为常闭型，所述的副电磁阀为常开型，所述的设定开关具有一常闭点，该常闭点与副电磁阀的正极电连接。

进一步设置为：所述的主电磁阀包括有主进气口、主出气口和主排气口，所述的副电磁阀包括有副出气口和副排气口，所述的气源与主进气口输气连接，所述的气动执行器与主出气口输出连接，所述的主排气口与副出气口输气连接，所述的副排气口与外界相连通，当所述的设定开关导通时，可驱动副电磁阀换向并关闭副排气口，隔断主电磁阀与副电磁阀之间气体的交互。

进一步设置为：所述的气源与主电磁阀之间设有过滤减压阀。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型中通过气源、气动执行器、主电磁阀及副电磁阀实现了气体的交互，并利用对主电磁阀和副电磁阀的通断电来进行换向，从而改变气体的流通路径，相较于传统的两段式气缸结构，结构明显简化了很多，降低了后期的机械磨损风险，也利用于后期的维修工作。

2、在本实用新型中还设有设定开关，通过该设定开关可调整阀门的开度，设定开关包括有行程开关和凸轮，凸轮与气动执行器的输出轴周向同步连动，行程开关上的触头的最高触点是固定的，当凸轮挤压最高触点时会使行程开关导通，因此想要改变调整开度，需改变触头上的初始触点的位置，本实用新型通过改变凸轮安装于输出轴上的角度，改变凸轮与触头相接触时的触头上的初始触点的位置，进而改变凸轮对应触头的初始触点转动至最高触点的距离，该最高触点和初始触点分别与凸轮中心的连接线之间的夹角即为阀门的调整开度。其优点在于：设定开关的结构简单、零部件少，有利于缩短生产工序以降低生产成本，且通过设定开关能实现阀门的开度调整，改变传统气动执行器只能维持在固定开启角度以得到固定的流量输出的缺陷，更是对比传统的两段式气缸的阀门开度范围极小且调整麻烦的缺点，作出了极具创新的改进，将凸轮与气动执行器的输出轴的配合动态化，并通过行程开关和凸轮与配合来控制设定开关的导通或切断，更是基于气动执行器自身的输出轴转动的构造，改变凸轮从触头上的初始触点至最高触点的位置，实现了阀门的开度调整，适用性极强具有非常广阔的应用前景，对推进阀门的开度控制研究具有重大的意义。

3、本实用新型设有主电磁阀和副电磁阀，主电磁阀和副电磁阀均为两位三通电磁阀，对主电磁阀和副电磁阀的通断电可实现主电磁阀和副电磁阀内通道的换向，通过主电磁阀和副电磁阀的连接可调整气流的流通去向，具有结构简单，装配方便的优点，且方便后续的维修工作。另外，主电磁阀和副电磁阀分别由主电源和副电源单独供电，不仅极大降低了电源间的电气干扰，且更方便控制，能通过开闭主电源来切换主电磁阀的换向动作；通过开闭副电源来切换副电磁阀的换向动作，设计合理且非常实用。

4、本实用新型中还设有控制器、开位限位开关和关位限位开关，通过开位限位开关可检测到阀门的全开状态，通过闭位限位开关可检测到阀门的全闭状态，开位限位开关和关位限位开关分别与控制相连接，并可将检测到的全开信号和全闭信号反馈至控制器，由控制器切换主电源与主电磁阀间、副电源与副电磁阀间的通断电连。通过上述的连接构成本实用新型的自动化控制，无需手动开闭主电源和副电源，通过开位限位开关和关位限位开关反馈至控制器的信号，实现了动态监控，阀门的开闭判断速度响应更快，且更加准确，对于解放人工劳动力并提高生产效率方面具有巨大优势。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例中气动执行器的结构示意图；

图3为实施例中设定开关的结构示意图。

图中：1、气动执行器；2、主电磁阀；3、副电磁阀；4、接线箱；5、设定开关；6、开位限位开关；7、关位限位开关；8、过滤减压阀；9、气源管线；10、气源；11、阀门；12、主电源；13、副电源；1-1、气缸盖；1-2、活塞；1-3、缸体；1-4、输出轴；1-5、弹簧；5-1、行程开关；5-2、触头；5-21、初始触点；5-22、最高触点；5-3、凸轮。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参考图1、图2和图3，一种任意开度可调两段式气动控制系统，包括气动执行器1和阀门11，气动执行器1包括有气缸盖1-1、活塞1-2、缸体1-3及输出轴1-4，气缸盖1-1盖设于缸体1-3，活塞1-2与输出轴1-4啮合传动，活塞1-2与气缸盖1-1之间设有驱动活塞1-2朝缸体1-3中心位置移动的弹簧1-5，输出轴1-4与阀门11联动并用于控制阀门11的启闭，气动执行器1为现有的成熟技术，在本实施例中气动执行器1采用普通型90°角行程单气缸弹簧复位式气动执行器，阀门11为90°角行程开关5-1阀门。

另外，还包括有电源、主电磁阀2、副电磁阀3、气源10、设定开关5、控制器、开位限位开关6及关位限位开关7，电源包括主电源12、副电源13及供电电源，主电源12为主电磁阀2供电，副电源13为副电磁阀3供电，供电电源为控制器、开位限位开关6及关位限位开关7供电。在本实施例中，控制器采用PLC控制器，本领域人员均可操作，其与主电源12及副电源13的控制端连接，可分别切断或导通主电源12和副电源13。

另外，主电磁阀2和副电磁阀3均为两位三通电磁阀，两位三通电磁阀具有三个端口并以一个端口作为公共端形成两路通道，为现有技术并可从市场上直接购买，此处不再加以赘述。在本实施例中，气动执行器1、主电磁阀2及副电磁阀3三者依次相连并实现气体的交互。具体地，主电磁阀2包括有主进气口、主出气口和主排气口，其中主出气口作为公共端口；副电磁阀3包括有副出气口和副排气口，其中副排气口作为公共端口，气源10与主进气口输气连接，气动执行器1与主出气口输出连接，主排气口与副出气口输气连接，副排气口与外界相连通。气源10的流通路径为：气源10从主进气口进入，并通过主出气口流至气动执行器1，再由气动执行器1流至主排气口，最终依次通过副出气口和副排气口排出至外界。

另外，开位限位开关6和关位限位开关7均设于气动执行器1，以分别检测阀门11的全开状态和全闭状态并反馈相应的全开信号和全闭信号至控制器，控制器分别与开位限位开关6和关位限位开关7电连接，控制器接收由开位限位开关6发送的全开信号，并切换主电源12与主电磁阀2间的通断电连接；控制器接收由关位限位开关7发送的全闭信号，并切换副电源13与副电磁阀3间的通断电连接。

另外，副电磁阀3与副电源13之间串联有一设定开关5，当设定开关5导通时，可隔断主电磁阀2与副电磁阀3之间气体的交互, 进而隔断气动执行器1与外界大气的连通，防止气动执行器1内部压缩气体向大气排放出去。设定开关5包括行程开关5-1和凸轮5-3，凸轮5-3可沿周向任意角度安装于输出轴1-4并构成同步转动配合，在本实施例中，凸轮5-3的内侧沿周向规则排布有若干凹槽，输出轴1-4朝向凸轮5-3的一侧设有一凸块，该凸块与各凹槽阻尼配合，凸块可插入至凸轮5-3上任一凹槽并限位于该凹槽，由此实现凸轮5-3与输出轴1-4之间的配合，为现有领域常见的构造，当然也可采用其他方式，只需使凸轮5-3可任意角度轴向安装于输出轴1-4且安装于输出轴1-4后构成周向及径向限位即可，此时凸轮5-3可随输出轴1-4同步转动。

其中，行程开关5-1包括有触头5-2且该触头5-2与凸轮5-3相抵接，触头5-2具有一初始触点5-21及一最高触点5-22，当凸轮5-3与最高触点5-22相抵时，凸轮5-3挤压触头5-2使设定开关5导通，最高触点5-22和初始触点5-21分别与凸轮5-3中心的连接线之间的夹角α为阀门11的调整开度，初始触点5-21的位置可通过改变凸轮5-3安装于输出轴1-4上的角度进行设置。具体的，通过转动未安装于输出轴1-4上的凸轮5-3，并调整至所需角度后，安装于输出轴1-4便可随输出轴1-4同步转动，由于凸轮5-3事先经过转动来改变位置，故其与触头5-2接触时的初始触点5-21也会改变，同时最高触点5-22的位置是固定的，因此凸轮5-3从初始触点5-21转动至最高触点5-22的位置会改变，同时最高触点5-22和初始触点5-21分别与凸轮5-3中心的连接线之间的夹角α为阀门11的调整开度，通过转动凸轮5-3改变其与触头5-2接触的初始触点5-21，便可实现对阀门11开度的调整。

另外，主电磁阀2为常闭型，副电磁阀3为常开型，设定开关5具有一常闭点，该常闭点与副电磁阀3的正极电连接。主电源12、副电源13和电源均通过接线箱4进行连接，主电磁阀2与过滤减压阀8、气源10直接通过气源10管线9直接连接，副电磁阀3与主电磁阀2连接，但不与气源10及过滤减压阀8相连。

本实施例的工作原理为：当需要打开阀门11时，同时导通主电磁阀2的主电源12和副电磁阀3的副电源13，此时，主电磁阀2得电励磁，气源10输送的压缩空气从过滤减压阀8经主电磁阀2进入气动执行器1，推动活塞1-2直线运动并将缸体(1-3)内弹簧1-5压缩，阀门11实现全开（一段开）；当需要阀门11分段关闭时，首先关闭主电磁阀2的主电源12，此时主电磁阀2断电换向，缸体(1-3)内的压缩空气在弹簧1-5的推动下从主电磁阀2的主排气口排出至副电磁阀3，此时副电磁阀3处于得电非励磁状态，缸体(1-3)内的压缩空气即可从副电磁阀3的副排气口排出，阀门11逐渐关闭，当关闭位置到设定开关5设定的位置时，设定开关5导通使得副电磁阀3得电励磁并换向，此时副电磁阀3关闭，缸体(1-3)内的压缩空气不能排出，阀门11停止动作而处于设定的位置（一段关），接着再导通副电磁阀3上的副电源13，副电磁阀3开始换向，缸体(1-3)内的压缩空气重新开始排放，直至完全排出，阀门11实现全关（二段关），阀门11全开、全关位置可以由开限位开关、关限位开关进行信号反馈。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种任意开度可调两段式气动控制系统，包括气动执行器(1)和阀门(11)，所述的气动执行器(1)包括有气缸盖(1-1)、活塞(1-2)、缸体(1-3)及输出轴(1-4)，所述的气缸盖(1-1)盖设于缸体(1-3)，所述的活塞(1-2)与输出轴(1-4)啮合传动，所述的活塞(1-2)与气缸盖(1-1)之间设有驱动活塞(1-2)朝缸体(1-3)中心位置移动的弹簧(1-5)，所述的输出轴(1-4)与阀门(11)联动并用于控制阀门(11)的启闭，其特征在于：还包括有电源、主电磁阀(2)、副电磁阀(3)、气源(10)、设定开关(5)、控制器、开位限位开关(6)及关位限位开关(7)；

所述的电源包括主电源(12)、副电源(13)及供电电源；所述的主电源(12)为主电磁阀(2)供电，所述的副电源(13)为副电磁阀(3)供电，所述的供电电源为控制器、开位限位开关(6)及关位限位开关(7)供电；

所述的气源(10)与主电磁阀(2)输气连接，所述的主电磁阀(2)和副电磁阀(3)均为两位三通电磁阀；所述的气动执行器(1)、主电磁阀(2)及副电磁阀(3)三者依次相连并实现气体的交互；

所述的开位限位开关(6)和关位限位开关(7)均设于气动执行器(1)，以分别检测阀门(11)的全开状态和全闭状态并反馈相应的全开信号和全闭信号至控制器，所述的控制器分别与开位限位开关(6)和关位限位开关(7)电连接，所述的控制器接收由开位限位开关(6)发送的全开信号，并切换主电源(12)与主电磁阀(2)间的通断电连接；所述的控制器接收由关位限位开关(7)发送的全闭信号，并切换副电源(13)与副电磁阀(3)间的通断电连接；

所述的副电磁阀(3)与副电源(13)之间串联有一设定开关(5)，当所述的设定开关(5)导通时，可隔断主电磁阀(2)与副电磁阀(3)之间气体的交互；所述的设定开关(5)包括行程开关(5-1)和凸轮(5-3)，所述的凸轮(5-3)可沿周向任意角度安装于输出轴(1-4)并构成同步转动配合，所述的行程开关(5-1)包括有触头(5-2)且该触头(5-2)与凸轮(5-3)相抵接，所述的触头(5-2)具有一初始触点(5-21)及一最高触点(5-22)，当所述的凸轮(5-3)与最高触点(5-22)相抵时，凸轮(5-3)挤压触头(5-2)使设定开关(5)导通，所述的最高触点(5-22)和初始触点(5-21)分别与凸轮(5-3)中心的连接线之间的夹角为阀门(11)的调整开度，所述的初始触点(5-21)的位置可通过改变凸轮(5-3)安装于输出轴(1-4)上的角度进行设置。

2.根据权利要求1所述的一种任意开度可调两段式气动控制系统，其特征在于：所述的主电磁阀(2)为常闭型，所述的副电磁阀(3)为常开型，所述的设定开关(5)具有一常闭点，该常闭点与副电磁阀(3)的正极电连接。

3.根据权利要求1所述的一种任意开度可调两段式气动控制系统，其特征在于：所述的主电磁阀(2)包括有主进气口、主出气口和主排气口，所述的副电磁阀(3)包括有副出气口和副排气口，所述的气源(10)与主进气口输气连接，所述的气动执行器(1)与主出气口输出连接，所述的主排气口与副出气口输气连接，所述的副排气口与外界相连通，当所述的设定开关(5)导通时，可驱动副电磁阀(3)换向并关闭副排气口，隔断主电磁阀(2)与副电磁阀(3)之间气体的交互。

4.根据权利要求1所述的一种任意开度可调两段式气动控制系统，其特征在于：所述的气源(10)与主电磁阀(2)之间设有过滤减压阀(8)。