專利名稱：一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，尤其是一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上大通徑電磁閥的響應(yīng)速度普遍比較慢，對(duì)于氣動(dòng)電磁閥來說，通徑越小其響應(yīng)速度越快。中、小通徑電磁閥的響應(yīng)速度雖然比較快，但是中、小通徑電磁閥并不能滿足大流量的要求。工程應(yīng)用中迫切需要一種既能實(shí)現(xiàn)大流量供排氣，同時(shí)又具備不錯(cuò)的響應(yīng)性能的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，在能夠?qū)崿F(xiàn)大流量供排氣的同時(shí)，又能快速響應(yīng)控制指令要求。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其包括主閥體、上端蓋、下端蓋、進(jìn)氣電磁閥陣和出氣電磁閥陣，主閥體內(nèi)設(shè)有互相分隔獨(dú)立的氣腔、進(jìn)氣氣路和排氣氣路，主閥體頂部安裝有壓力傳感器和電路板，且上端蓋安裝于主閥體頂部將壓力傳感器、電路板容納于其中；主閥體底部安裝下端蓋；主閥體左、右側(cè)分別安裝進(jìn)氣電磁閥陣和出氣電磁閥陣； 主閥體前側(cè)設(shè)有與進(jìn)氣氣路和氣腔各自分別連通的第一接口、第二接口。所述進(jìn)氣電磁閥陣包括至少兩種通徑的電磁閥，每個(gè)電磁閥與主閥體左側(cè)開設(shè)的兩個(gè)氣口連接安裝，其中一個(gè)氣口與氣腔相連通，另一個(gè)氣口與進(jìn)氣氣路相連通；所述排氣電磁閥陣包括至少兩種通徑的電磁閥，每個(gè)電磁閥與主閥體右側(cè)開設(shè)的兩個(gè)氣口連接安裝，其中一個(gè)氣口與氣腔相連通，另一個(gè)氣口與排氣氣路相連通。所述與進(jìn)氣氣路連通的第一接口與外部空氣源相連通；所述與氣腔連通的第二接口與執(zhí)行器相連通。所述進(jìn)氣氣路和排氣氣路均采用“U”型結(jié)構(gòu)，“U”型末端均用鋼珠以過盈配合的方式壓入進(jìn)氣氣路或排氣氣路中。所述與排氣氣路相連通的氣口通過消聲器與外部大氣連通。所述主閥體與下端蓋之間設(shè)有防止漏氣的橡膠密封圈。所述主閥體上設(shè)有與氣腔相通的安裝孔，壓力傳感器安裝于該安裝孔內(nèi)，并用壓力傳感器壓片將其壓緊固定，壓力傳感器壓片上加工有兩個(gè)小孔使壓力傳感器的背面與大氣溝通。所述電路板包括電源模塊、采集模塊以及執(zhí)行模塊，電源模塊將輸入的電源電壓轉(zhuǎn)成所需要的電壓后再向進(jìn)氣電磁閥陣和排氣電磁閥陣中的電磁閥供電；采集模塊用于處理壓力傳感器采集到的氣腔內(nèi)的壓力信號(hào)，用于為執(zhí)行模塊的控制提供依據(jù)；執(zhí)行模塊根據(jù)外界所給出的控制信號(hào)以及采集模塊所采集到的壓力信號(hào)控制進(jìn)氣電磁閥陣、排氣電磁閥陣中的電磁閥的開閉。所述執(zhí)行模塊的控制信號(hào)通過引入一條控制信號(hào)線，以PWM波的形式傳遞控制信號(hào)；或通過引入兩條控制信號(hào)線，采用模擬信號(hào)傳遞方式；或?qū)o線通訊功能集成在執(zhí)行模塊上，以無線通訊的模式傳遞控制信號(hào)。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1、能在保證大流量供排氣的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)較快的響應(yīng)速度；2、電磁閥采用冗余的設(shè)計(jì)方法，1個(gè)或多個(gè)電磁閥的故障并不會(huì)影響整套裝置的功能的實(shí)現(xiàn)；3、通過在不同時(shí)刻采用不同的電磁閥開閉組合可使目標(biāo)壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)、響應(yīng)時(shí)間調(diào)節(jié)等的控制策略變得靈活多樣；4、電路板系統(tǒng)集約地安裝在主閥體的上表面，并可采用多種方式傳遞控制信號(hào)。


圖1 一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置爆炸圖。圖2 —種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置組裝示意圖。圖3主閥體剖切示意圖。圖4 一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置電路板系統(tǒng)原理。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1-3所示，一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，包括上端蓋2、主閥體18、 下端蓋14、進(jìn)氣電磁閥陣、排氣電磁閥陣、第一快插接頭11、第二快插接頭12、消聲器10、壓力傳感器5、壓力傳感器壓片4、電路板6、橡膠密封件13等組成零件。所述主閥體18左、右兩個(gè)表面分別安裝進(jìn)氣電磁閥陣和排氣電磁閥陣用于氣腔25的充氣和排氣，其中進(jìn)氣電磁閥陣包括大通徑電磁閥15、中通徑電磁閥16和小通徑電磁閥17三種電磁閥，每種電磁閥均設(shè)置兩個(gè)共6個(gè)組成，排氣電磁閥陣包括大通徑電磁閥9、中通徑電磁閥8和小通徑電磁閥7三種電磁閥，每種電磁閥均設(shè)置兩個(gè)共6個(gè)組成，每個(gè)電磁閥陣的三對(duì)電磁閥的通徑從上到下依次為小、中、大。主閥體18和上端蓋2之間用四個(gè)螺釘連接，主閥體18和下端蓋14 之間用六個(gè)螺釘連接且它們之間用一塊橡膠密封件13進(jìn)行密封以防止漏氣。主閥體18的前表面以螺紋的方式安裝有第一快插接頭11、第二快插接頭12和一個(gè)消聲器10，其中第一快插接頭11安裝在進(jìn)氣氣路34上，用于溝通外界的壓力空氣源；第二快插接頭12安裝在執(zhí)行器連接口 27上，用于連接執(zhí)行器，執(zhí)行器可以是氣缸等以壓力空氣驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件， 壓力空氣從執(zhí)行器連接口 27進(jìn)入執(zhí)行器后通過驅(qū)動(dòng)氣缸中的活塞即可對(duì)外界施加力的作用；消聲器10安裝在排氣氣路22上，作用是在氣腔25往大氣排氣時(shí)降低排氣噪聲。主閥體18的上表面安裝有壓力傳感器5和電路板6，壓力傳感器5安裝在壓力傳感器安裝孔35 上，并用壓力傳感器壓片4將其壓緊固定，壓力傳感器壓片4上加工有兩個(gè)小孔用于使壓力傳感器5的背面與大氣溝通保證壓力傳感器5能夠正常工作；電路板6用兩個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘與電路板螺釘安裝孔連接，電路板可劃分為電源模塊、采集模塊以及執(zhí)行模塊。壓力傳感器5和電路板6由上端蓋2將其罩住，上端蓋2的三個(gè)周面上安裝有進(jìn)氣電磁閥陣電線接頭19、排氣電磁閥陣電線接頭1以及電源線及控制信號(hào)線接頭3，進(jìn)、排氣電磁閥陣的驅(qū)動(dòng)電線21、20、電路板的電源線以及外界的控制信號(hào)線均可通過這幾個(gè)接頭連接到電路板上。主閥體18的左、右兩個(gè)表面分別安裝有進(jìn)氣電磁閥陣和排氣電磁閥陣，這兩個(gè)電磁閥陣都是由具有大、中、小三種通徑的三對(duì)共六個(gè)二位二通電磁閥組成。所述主閥體18中間加工有一個(gè)氣腔25，氣腔25在充氣和排氣過程中起到緩沖的作用，避免空氣壓力的驟變；氣腔25的兩側(cè)加工有進(jìn)氣氣路34和排氣氣路22，這兩個(gè)氣路的形狀均為“U”型以充分利用主閥體空間，進(jìn)氣氣路的末端用鋼珠觀、29以過盈配合的方式壓入氣路中以防止漏氣，排氣氣路也做相同的設(shè)置；主閥體18的左、右表面均加工有電磁閥的安裝氣口，每個(gè)二位二通的電磁閥對(duì)應(yīng)有兩個(gè)安裝氣口，因此，左、右兩個(gè)表面各有 12個(gè)氣口 ；主閥體18的上表面加工有一個(gè)壓力傳感器安裝孔35，該孔與氣腔25相通用于采集氣腔中的壓力信號(hào)。進(jìn)氣電磁閥陣中的每個(gè)電磁閥都有兩個(gè)進(jìn)氣電磁閥安裝氣口，如圖3中所示的氣口 30、31、32，其中一個(gè)氣口與進(jìn)氣氣路34相通，另一個(gè)氣口與氣腔25相通，通過控制二位二通電磁閥的開閉即可控制是否向氣腔25充氣；排氣電磁閥陣中的每個(gè)電磁閥也都有兩個(gè)排氣電磁閥安裝氣口，如圖3中所示的氣口 23、對(duì)、26，其中一個(gè)氣口與排氣氣路22相通， 另一個(gè)氣口與氣腔25相通，通過控制二位二通電磁閥的開閉即可控制氣腔25是否向大氣排氣。所述的壓力傳感器5和電路板6組成了整個(gè)電路板系統(tǒng)，其中電路板6上包括三個(gè)模塊，分別是電源模塊、采集模塊以及執(zhí)行模塊。電源模塊由從電源線及控制信號(hào)線接頭 3引進(jìn)的電源線供電，電源模塊通過將輸入的電源電壓轉(zhuǎn)成所需要的電壓后再向進(jìn)氣電磁閥陣和排氣電磁閥陣中的電磁閥供電；采集模塊用于處理壓力傳感器5采集到的氣腔25內(nèi)的壓力信號(hào)，用于為執(zhí)行模塊的控制提供依據(jù)；執(zhí)行模塊根據(jù)外界所給出的控制信號(hào)以及采集模塊所采集到的壓力信號(hào)通過進(jìn)氣電磁閥陣電線接頭19、排氣電磁閥陣電線接頭1處引出的控制線來控制進(jìn)、排氣電磁閥陣中的電磁閥的開閉。所述執(zhí)行模塊的控制信號(hào)是由外界操作者提供的，操作者既可以通過電源線及控制信號(hào)線接頭3引入一條控制信號(hào)線，以PWM波的形式傳遞控制信號(hào)；也可以通過電源線及控制信號(hào)線接頭3引入兩條控制信號(hào)線，采用模擬信號(hào)傳遞方式如電壓信號(hào)、電流信號(hào)等；還可以將無線通訊功能集成在執(zhí)行模塊上，以無線通訊的模式傳遞控制信號(hào)。壓力傳感器5和電路板6組成的電路板系統(tǒng)，其原理圖如圖4所示，電路板系統(tǒng)由電源模塊、采集模塊、執(zhí)行模塊構(gòu)成，其中電源模塊完成DC24V到DC5V的轉(zhuǎn)換，并設(shè)有電源抗干擾設(shè)計(jì)。采集模塊包括指令解調(diào)、無線傳輸單元、壓力傳感器、溫度補(bǔ)償組成。指令解調(diào)用來對(duì)外部發(fā)出的控制指令進(jìn)行解調(diào)，控制指令可以是電壓或電流形式的模擬指令，也可以是PWM形式的數(shù)字指令；無線傳輸單元用來接收外部無線發(fā)送單元發(fā)送過來的無線數(shù)字指令；壓力傳感器用來監(jiān)測(cè)目標(biāo)壓力的大??；溫度補(bǔ)償用來補(bǔ)償壓力傳感器的因環(huán)境變化引起的誤差。執(zhí)行模塊包括處理器及多路驅(qū)動(dòng)處理器基于嵌入式CPU如ARM或單片機(jī)等，根據(jù)氣源特點(diǎn)、目標(biāo)壓力、響應(yīng)需求、電磁故障狀態(tài)選擇不同的控制策略及算法，并通過對(duì)路驅(qū)動(dòng)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制。本發(fā)明的工作原理壓力空氣源的壓力空氣從第一快插接頭11輸入，經(jīng)進(jìn)氣氣路 34到達(dá)進(jìn)氣電磁閥陣的進(jìn)氣電磁閥安裝氣口處；而排氣氣路22的作用是將排氣電磁閥安裝氣口 23、24J6中與排氣氣路22相通的那個(gè)氣口通過消聲器10使其與大氣連通從而排放空氣。外界的控制信號(hào)經(jīng)電源線及控制信號(hào)線接頭3中的控制信號(hào)線傳遞到電路板6上的執(zhí)行模塊，執(zhí)行模塊得到指令后先將此時(shí)壓力傳感器5反饋回來的氣腔25內(nèi)的空氣壓力與指令對(duì)應(yīng)的預(yù)期空氣壓力相比較。若反饋回來的空氣壓力與預(yù)期空氣壓力基本相等，則執(zhí)行模塊通過進(jìn)、排氣電磁閥陣電線接頭19、1引出的進(jìn)氣電磁閥陣電線21和排氣電磁閥陣電線20控制進(jìn)氣電磁閥陣和排氣電磁閥陣中所有的電磁閥關(guān)閉，則氣腔25內(nèi)的空氣壓力保壓，由于氣腔25通過執(zhí)行器連接口與執(zhí)行器相連接因而執(zhí)行器也保壓。若反饋回來的空氣壓力比預(yù)期空氣壓力小，則執(zhí)行模塊通過進(jìn)氣電磁閥陣電線接頭19引出的進(jìn)氣電磁閥陣電線21先控制所有的進(jìn)氣電磁閥打開或者只有兩個(gè)大通徑進(jìn)氣電磁閥15打開；在壓力傳感器5反饋回來的空氣壓力接近預(yù)期的空氣壓力時(shí)，執(zhí)行模塊控制所有大通徑進(jìn)氣電磁閥15關(guān)閉，而中、小通徑進(jìn)氣電磁閥16、17或者只有小通徑進(jìn)氣電磁閥17打開，直到反饋回來的空氣壓力與預(yù)期的空氣壓力相等則所用進(jìn)氣電磁閥關(guān)閉；整個(gè)過程中執(zhí)行模塊通過排氣電磁閥陣電線20控制所有的排氣電磁閥關(guān)閉。若反饋回來的空氣壓力比預(yù)期空氣壓力大，則執(zhí)行模塊通過排氣電磁閥陣電線接頭1引出的排氣電磁閥陣電線20先控制所有的排氣電磁閥打開或者只有兩個(gè)大通徑排氣電磁閥9打開；在壓力傳感器5反饋回來的空氣壓力接近預(yù)期的空氣壓力時(shí)，執(zhí)行模塊控制所有大通徑排氣電磁閥9關(guān)閉，而中、小通徑排氣電磁閥7、8或者只有小通徑排氣電磁閥7打開，直到反饋回來的空氣壓力與預(yù)期的空氣壓力相等則所用排氣電磁閥關(guān)閉；整個(gè)過程中執(zhí)行模塊通過進(jìn)氣電磁閥陣電線21控制所有的進(jìn)氣電磁閥關(guān)閉。無論進(jìn)氣過程還是排氣過程，都采用在初始階段先打開大通徑電磁閥15、9，在反饋回來的空氣壓力接近預(yù)期空氣壓力時(shí)使用中、小通徑電磁閥16、17、8、7 這一控制策略，使得整個(gè)裝置既能實(shí)現(xiàn)大通徑供排氣的功能，又具有較好的響應(yīng)性能。若將電磁閥的大、中、小三種通徑分別記為禮、R2, R3,則本裝置的等效最大通徑可
按i re/ = ^R12 +R22 +i 32 估算。而本裝置的最快響應(yīng)時(shí)間就等于最小通徑電磁閥17、7的響應(yīng)時(shí)間。上述對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。 熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于其包括主閥體、上端蓋、下端蓋、進(jìn)氣電磁閥陣和出氣電磁閥陣，主閥體內(nèi)設(shè)有互相分隔獨(dú)立的氣腔、進(jìn)氣氣路和排氣氣路，主閥體頂部安裝有壓力傳感器和電路板，且上端蓋安裝于主閥體頂部將壓力傳感器、電路板容納于其中；主閥體底部安裝下端蓋；主閥體左、右側(cè)分別安裝進(jìn)氣電磁閥陣和出氣電磁閥陣；主閥體前側(cè)設(shè)有與進(jìn)氣氣路和氣腔各自分別連通的第一接口、第二接口。
2.如權(quán)利要求1所述的基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述進(jìn)氣電磁閥陣包括至少兩種通徑的電磁閥，每個(gè)電磁閥與主閥體左側(cè)開設(shè)的兩個(gè)氣口連接安裝，其中一個(gè)氣口與氣腔相連通，另一個(gè)氣口與進(jìn)氣氣路相連通；所述排氣電磁閥陣包括至少兩種通徑的電磁閥，每個(gè)電磁閥與主閥體右側(cè)開設(shè)的兩個(gè)氣口連接安裝，其中一個(gè)氣口與氣腔相連通，另一個(gè)氣口與排氣氣路相連通。
3.如權(quán)利要求1所述的基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述與進(jìn)氣氣路連通的第一接口與外部空氣源相連通；所述與氣腔連通的第二接口與執(zhí)行器相連通。
4.如權(quán)利要求1所述的基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述進(jìn)氣氣路和排氣氣路均采用“U”型結(jié)構(gòu)，“U”型末端均用鋼珠以過盈配合的方式壓入進(jìn)氣氣路或排氣氣路中。
5.如權(quán)利要求2所述的基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述與排氣氣路相連通的氣口通過消聲器與外部大氣連通。
6.如權(quán)利要求1所述的基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述主閥體與下端蓋之間設(shè)有防止漏氣的橡膠密封圈。
7.如權(quán)利要求1所述的基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述主閥體上設(shè)有與氣腔相通的安裝孔，壓力傳感器安裝于該安裝孔內(nèi)，并用壓力傳感器壓片將其壓緊固定，壓力傳感器壓片上加工有兩個(gè)小孔使壓力傳感器的背面與大氣溝通。
8.如權(quán)利要求1所述的基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述電路板包括電源模塊、采集模塊以及執(zhí)行模塊，電源模塊將輸入的電源電壓轉(zhuǎn)成所需要的電壓后再向進(jìn)氣電磁閥陣和排氣電磁閥陣中的電磁閥供電；采集模塊用于處理壓力傳感器采集到的氣腔內(nèi)的壓力信號(hào)，用于為執(zhí)行模塊的控制提供依據(jù)；執(zhí)行模塊根據(jù)外界所給出的控制信號(hào)以及采集模塊所采集到的壓力信號(hào)控制進(jìn)氣電磁閥陣、排氣電磁閥陣中的電磁閥的開閉。
9.如權(quán)利要求8所述的基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述執(zhí)行模塊的控制信號(hào)通過引入一條控制信號(hào)線，以PWM波的形式傳遞控制信號(hào)；或通過引入兩條控制信號(hào)線，采用模擬信號(hào)傳遞方式；或?qū)o線通訊功能集成在執(zhí)行模塊上，以無線通訊的模式傳遞控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電磁閥陣的氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)裝置，其包括主閥體、上端蓋、下端蓋、進(jìn)氣電磁閥陣和出氣電磁閥陣，主閥體內(nèi)設(shè)有互相分隔獨(dú)立的氣腔、進(jìn)氣氣路和排氣氣路，主閥體頂部安裝有壓力傳感器和電路板，且上端蓋安裝于主閥體頂部將壓力傳感器、電路板容納于其中；主閥體底部安裝下端蓋；主閥體左、右側(cè)分別安裝進(jìn)氣電磁閥陣和出氣電磁閥陣；主閥體前側(cè)設(shè)有與進(jìn)氣氣路和氣腔各自分別連通的第一接口、第二接口。本發(fā)明的裝置具有控制靈活多樣、故障冗余、在大通徑大流量供氣的同時(shí)可保證理想的響應(yīng)性能。
文檔編號(hào)F16K31/06GK102313065SQ20111020579
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者左建勇, 羅卓軍 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)