CN2530104Y - 流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械工程中的流体传动控制技术。提出的流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置包括有能源供给部分(工作流体供给机构)、流体开关阀和流体动力元件；设置将连续模拟流动的流体转变为一系列的、可计数的、确定量的流体脉冲的电—流体脉冲发生器，电—流体脉冲发生器连接能源供给部分，电—流体脉冲发生器输出连接流体动力元件，电—流体脉冲发生器产生与流体脉冲一一对应的电脉冲信号，电—流体脉冲发生器连接计算机，计算机接收电—流体脉冲发生器的电脉冲信号，并进行计数、运算、比较等处理，控制流体开关阀的工作状态。

Description

流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置

所属技术领域

本实用新型属于机械工程中的流体传动控制技术，主要提出一种流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置。

背景技术

随着计算机的日益发展和广泛应用，采用计算机对流体传动系统进行实时数字控制是流体技术今后发展的一个重要趋向。但流体传动与控制技术要能更好地、更方便地与计算机技术相结合，最重要的就是要把流体传动与工作时的信息能用数字形式进行给定，加以表示和得以实现。目前所采用的方法主要有以下几种：

1、D/A转换方式：

将计算机给出的数字信号经由D/A转换装置，变为模拟电信号，再操纵比例阀或电液伺服阀去控制流体系统。

2、脉冲调制方式：包括脉宽调制(PWM)、脉幅调制(PAM)、脉频调制(PFM)、脉数调制(PNM)、脉码调制(PCM)等在内的脉冲调制方式，它们的共同特点是输出与调制脉冲信号对应的模拟流体，实现平均流量的控制。

3、步进电机驱动方式：用步进电机作为D/A转换器，由计算机所给出的数字量经电平转换、功率放大后，驱动步进电机带动机械转换装置，所构成的数字流量阀、数字方向流量阀、数字压力阀、步进马达和步进油缸等。

4、位置传感器方式：采用特殊的结构和材料，通过活塞位置传感器得出活塞位置的数字信号，从而构成数字油缸。

综合以上几种流体动力系统与计算机结合的形式可知，这些方法，或者是借助于控制电信号的形式变化(D/A转换、脉冲调制)，或者是对流体元件结构进行特殊设计(位置传感器方式)，因此中间环节多，结构复杂，流体动力元件的动作和被控数字信号之间，对应关系不明晰，对于计算机的处理和控制也不方便。

发明内容

本实用新型的目的即是提出一种流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置，将系统中的工作流体进行离散和量化，把流体的连续模拟式流动转变为一系列的确定量流体脉冲，从而使流体系统能以数字控制的方式工作。

本实用新型采用下述技术方案完成其发明任务：包括有能源供给部分(工作流体供给机构)，流体开关阀和流体动力元件；设置将连续模拟流动的流体转变为一系列的、可计数的、确定量的流体脉冲的电-流体脉冲发生器，电-流体脉冲发生器连接能源供给部分，电-流体脉冲发生器输出连接流体动力元件，电-流体脉冲发生器产生与流体脉冲一一对应的电脉冲信号，电-流体脉冲发生器连接计算机，计算机接收电-流体脉冲发生器的电脉冲信号，并进行计数、运算、比较等处理，控制流体开关阀的工作状态。

电-流体脉冲发生器中具有流体脉冲发生器和电脉冲发生器，流体脉冲发生器内具有在工作流体作用下往复运动且每次运动输出一个流体脉冲的活塞，电脉冲发生器中设置检测活塞位置变化的位置传感器，具有对位置传感器开关信号进行处理、输出电脉冲信号的信号处理电路。

流体脉冲发生器中的换向阀，其两个出口分别接活塞缸两端的油口，推动活塞依次向两个方向动作，换向阀的两个出口还分别通过一个单向阀与活塞杆两个端部的油腔连通，推动活塞杆与活塞同时动作，活塞杆两个端部的油腔分别通过单向阀与驱动流体动力元件的油路连通，并设置使两个活塞往复运动的换向机构。

流体脉冲发生器中的换向机构为：是在活塞杆两侧开置环槽，环槽X通过油口a、b，环槽Y通过油口g、h与压力油入口和换向阀连通；环槽X通过油口c、d，环槽Y通过油口e、f与油箱和换向阀连通。

本实用新型涉及的流体可为液体、气体。

本实用新型涉及的流体动力元件可为泵、阀、马达、油缸等。

本实用新型是把流体动力系统中的连续流体离散量化为一连串的脉冲流，每一个流体脉冲由相应的电子脉冲信号伴随。因此流体系统中的流体就由原来的连续模拟式流动变为可控的离散数字式流动，这里所谓的模拟式流动是指流体动力系统中管道里流动的流体流量随着时间连续变化，而数字式流动则是指流体动力系统中管道里流动的流体流量是由可计数的、并且是可控的一连串流体脉冲组成。每一个流体脉冲即为对模拟式流动的流体进行离散的一个量化单位，每一个流体脉冲对流体动力元件所执行的动作即为对该流体动力元件的一个脉冲当量。

当需要控制某一流体动力元件工作时，由计算机给出开关阀的开启信号，工作流体经过电一流体脉冲发生器，将连续流动的模拟流体变为可计数的、一连串的流体脉冲，这些流体脉冲用来控制流体动力元件的动作。同时，电-流体脉冲发生器输出与流体脉冲一一对应的电脉冲信号，电脉冲信号就输入计算机，供计算机进行计数、比较、运算等处理。当流体动力元件的动作达到预定要求时，也即为其提供动力的流体其脉冲流量数值达到预定值时，计算机即给出控制信号，关闭开关阀，使电-流体脉冲发生器停止工作，使其输出的流体脉冲结束，则流体动力元件的动作也就停止。很显然，流体动力元件动作的量就等于计算机所要求的数字量，该流体动力元件也就成了数字流体元件。至于流体动力元件动作的速度，可以通过流体脉冲发生的频率来调节，以上为利用本实用新型装置控制一个流体动力元件时的工作概况。

利用本实用新型，可方便地控制各种流体动力元件，如泵、阀、马达、油缸等，使之成为数字流体元件，进而用这些数字流体元件构成完全的数字流体系统。

本实用新型涉及的装置与流体传动、控制领域现有的一切数字化方法和装置不同。其创新之处在于它是从流体系统的工作介质本身入手，将系统中的工作流体进行离散和量化，把流体系统中的连续模拟式流动转变为一系列的、可计数的、确定量的流体脉冲。该脉冲流包含了数字信息、压力作用、流量信息三方面的内容。因此，在实现流体动力元件与流体动力系统数字化时，流体动力元件的动作要求和数字量之间的关系直观清晰，脉冲数字信号的处理对数字电路装置或计算机来说，又非常简单方便。特别是与现有流体动力系统和流体动力元件的兼容性方面，非常友好。也就是说，使用普通的模拟式工作流体，流体系统就以现在通常的模拟方式工作，而使用该脉冲数字流，流体系统就能以数字控制的方式工作。

附图说明

附图1为本实用新型传动、控制装置构成简图。

附图2为本实用新型流体脉冲发生器结构示意图。

附图3为图2的K-K剖面图。

附图4为本实用新型电脉冲发生器电路原理图。

附图5为本实用新型电脉冲发生器另一种电路原理图。

图中，1、3、5、6、单向阀，2、活塞杆，4、8、活塞，7、液控换向阀，9、位置传感器。

具体实施方式

结合附图给出的实施例对其结构加以进一步说明：

如附图1所示，本实用新型包括有能源供给部分(工作流体供给机构)、流体开关阀和流体动力元件；设置有电-流体脉冲发生器，其连接能源供给部分，将流体系统中连续的模拟流动的流体转变为一系列的、可计数的、确定量的流体脉冲，且每一个流体脉冲的量都是一定且等量的，形成脉冲流。电-流体脉冲发生器的输出连接流体动力元件，使输出的脉冲流作用于流体动力元件。电-流体脉冲发生器并产生与流体脉冲对应的电脉冲信号，电-流体脉冲发生器连接计算机，计算机接收电-流体脉冲发生器的电脉冲信号，进行计数、运算、比较等处理，控制流体开关阀的工作状态。

对采用本实用新型装置的简单控制系统，包括有能源供给部分、开关阀、电-流体脉冲发生器、流体动力元件和计算机等。能源供给部分给系统提供连续的工作流体，该连续流体经由开关阀送往电-流体脉冲发生器中，开关阀受计算机指令的控制而开启或关断，电-流体脉冲发生器输出的脉冲流去执行流体动力元件的动作。

当要求流体动力元件动作一定的量时，先把这个量输入计算机中，然后由计算机发出指令、开启开关阀，工作流体就推动电-流体脉冲发生器中的活塞往复运动，以输出一连串的流体脉冲。每一个流体脉冲的量都是一定的，称之为一个量化单位。该量化单位的流体输入到流体动力元件中，使之产生一定的动作，称之为一个脉冲当量。要求流体动力元件动作的量实际上就是要求动作多少个脉冲当量。电-流体脉冲发生器在发出流体脉冲的同时，也发出相应的电脉冲信号，该电脉冲信号送往计算机，供计算机进行计数、比较、运算等处理，一旦流体动力元件动作达到所要求动作的脉冲当量个数，则计算机就会发出指令，关闭开关阀，切断通往电-流体脉冲发生器的油路，则电-流体脉冲发生器就停止工作，不再输出流体脉冲。流体动力元件的动作也就等于计算机所要求的数字量大小，该流体动力元件也就成了数字流体元件，这就是控制一个流体动力元件时的工作概况。

如附图2所示，流体脉冲发生器中，包括有换向阀7(可为二位四通阀)，其两个出口分别接活塞缸两端的油口，以推动活塞依次向两个方向动作；换向阀两个出口还分别通过一个单向阀与活塞杆两个端部的油腔连通，推动活塞杆与活塞同时动作，活塞杆两个端部的油腔分别通过单向阀与驱动流体动力元件的油路连通。

流体脉冲发生器中设置换向机构，以使活塞往复动作。每次活塞动作均输出一个流体脉冲，作用于流体动力元件。流体脉冲发生器的换向机构为：在活塞杆两侧细部圆柱面上开置环槽，环槽X通过油口a、b，环槽Y通过油口g、h与压力油入口和换向阀连通；环槽X通过油口c、d，环槽Y通过油口e、f与油箱和换向阀连通。流体脉冲发生器中，活塞4、8固定在活塞杆2上，活塞杆2两侧的细部又兼作柱塞使用，在细部上又分别切有环槽X、Y，在图2所示位置，压力油P经油口a、环槽X、油口b作用在液控二位四通换向阀7左端，使换向阀换向处在左位，换向阀右端回油经油口f、环槽Y、油口e返回油箱。这时，压力油P经换向阀上油口A，分为两路：一路经油口j作用在活塞4左端面上，另一路经单向阀1、油口i作用在活塞杆2左端面上，两者一起推动活塞4、8右移，活塞8右边的回油经油口m、油口B、换向阀7、油口O返回油箱。同时，活塞杆右端腔体中的油经油口n，单向阀5输出一个流体脉冲。因为增压作用，该流体脉冲的压力要高于供油压力P，故单向阀6和单向阀3都被关闭。在活塞杆右移的同时，a、b油口和e、f油口都被活塞杆切断，当活塞杆移到右端时，c、d油口经环槽X，g、h油口经环槽Y接通，此时压力油P经油口g、环槽Y、油口h作用在液控换向阀7的右端，换向阀左端回油经油口d、环槽X，油口c接通油箱，使换向阀换向处在右位。此时，压力油P经换向阀上油口B，分为两路：一路经油口m，作用在活塞8右端面上，一路经单向阀6，油口n作用在活塞杆2右端面上，两者一起推动活塞4、8左移，活塞4左边的回油经油口j、油口A、换向阀7、油口O返回油箱。同时，活塞杆2左端腔体中的油经油口i，单向阀3又输出一个流体脉冲。同样因为增压作用，故单向阀1、单向阀5都被关闭，在活塞杆左移的同时，g、h油口和c、d油口又都被活塞杆切断，当活塞移到左湍时，a、b油口经环槽X，g、h油口经环槽Y又接通，回到图2所示位置，开始新的一轮往复运动。这样就由该发生器输出一连串的等量流体脉冲，可用来控制各种流体元件，如泵、阀、缸、马达等，使之产生相应的步进运动。

以上流体脉冲的产生是采用活塞直线往复运动的形式，同理，也可以采用活塞回转往复运动的形式，产生流体脉冲。

在该装置活塞缸体的适当地方，布置位置传感器，如图3所示，该位置传感器可以是光电开关、磁电开关、接近开关、舌簧(干簧)开关等形式，现有用以检测位移的位置传感器形式较多，在此就不一一枚举。此处以光电开关为例，描述如下(参见图4)：

位置传感器包括两组光电开关，光电开关S1、S2(参见图2)分别由红外发光二极管D和光敏三极管T组成。在图2所示位置时，S1的光路开启，其T1管受D1管作用而导通，a1处变低电平，经过施密特反相器H1消除光电脉冲边缘抖动，在b1处得到矩形波，然后，通过C1、R3的微分电路和施密特反相器H2，形成一个利用矩形波的上升沿获得等宽的负脉冲信号，再经过H3反相，在e1处得到一个正脉冲信号加到或门H7上，输出一个正脉冲信号。当活塞右移时，S1的光电开关由亮变暗，b1处的信号是矩形波的下降沿，C1、R3的微分电路和H2不予采用，故e1处信号没有变化。而S2的一组光电开关则由暗变亮，在b2处产生一个矩形波形的上升沿，同上所述，经由H5、H6，在e2处得到一个正脉冲信号加到或门H7上，又输出一个正脉冲信号。当活塞反向移动时，S1和S2两组光电开关的变化次序，同以上所述相反。这样一来，当活塞右移，活塞通过油口n输出一个流体脉冲时，就通过光电开关S2的作用，产生一个正脉冲信号；当活塞左移，柱塞通过油口i输出一个流体脉冲时，就通过光电开关S1的作用产生一个正脉冲信号。活塞往复运动就由H7处得到一连串的TTL电平的脉冲信号，这些电脉冲信号作为流体脉冲的计数信号，可供计算机或其它数字电路使用，使各种流体元件成为一个数字元件，进而构成完全的数字流体系统。

当采用其它位置检测元件，比如干簧开关管，其传感器部分电路可表示如下(参见附图5)，径向作用的环形磁铁安置在活塞4、8上(与缸壁不接触)，当磁铁移近干簧开关管J的位置时，J内接点吸合，当磁铁离开时，J内接点断开，从而在a1处产生一交替的矩形波信号，a1后面信号的处理，同光电开关的电路原理相同，现有信号处理电路类型很多，属于现有普通技术，在此也就不一一枚举。

电-流体脉冲发生器中其机械部分即流体脉冲发生器的活塞在工作流体作用下动作，每次动作输出一个流体脉冲，即输出一个可计数的等量流体，活塞连续动作，由此输出一连串的流体脉冲。位置传感器检测到所对应活塞的位置变化，给出开关信号，由信号处理电路处理后，输出一个电脉冲信号，电脉冲信号送往计算机进行计数、运算、比较等处理，从而控制流体开关阀的工作状态，进而控制流体动力元件的工作状态。

Claims (4)

1、一种流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置，其特征是：包括有能源供给部分(工作流体供给机构)、流体开关阀和流体动力元件；设置将连续模拟流动的流体转变为一系列的、可计数的、确定量的流体脉冲，电-流体脉冲发生器连接能源供给部分，电-流体脉冲发生器输出连接流体动力元件，电-流体脉冲发生器产生与流体脉冲一一对应的电脉冲信号，电-流体脉冲发生器连接计算机，计算机接收电-流体脉冲发生器的电脉冲信号，并进行计数、运算、比较等处理，控制流体开关阀的工作状态。

2、根据权利要求1所述的流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置，其特征是电-流体脉冲发生器中具有流体脉冲发生器和电脉冲发生器，流体脉冲发生器内具有在工作流体作用下往复运动且每次运动输出一个流体脉冲的活塞，电脉冲发生器中设置检测活塞位置变化的位置传感器，具有对位置传感器开关信号进行处理、输出电脉冲信号的信号处理电路。

3、根据权利要求1所述的流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置，其特征是流体脉冲发生器中的换向阀(7)，其两个出口分另接活塞缸两端的油口，推动活塞依次向两个方向动作，换向阀(7)的两个出口还分别通过一个单向阀与活塞杆两个端部的油腔连通，推动活塞杆与活塞同时动作，活塞杆两个端部的油腔分别通过单向阀与驱动流体动力元件的油路连通，并设置使两个活塞往复运动的换向机构。

4、根据权利要求3所述的流体系统数字化的脉冲数字流传动、控制装置，其特征是流体脉冲发生器中的换向机构是在活塞杆两侧开置环槽，环槽X通过油口a、b，环槽Y通过油口g、h与压力油入口和换向阀连通；环槽X通过油口c、d，环槽Y通过油口e、f与油箱和换向阀连通。

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