CN102313065B

CN102313065B - 一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置

Info

Publication number: CN102313065B
Application number: CN 201110205797
Authority: CN
Inventors: 左建勇; 罗卓军
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: CN102313065A

Abstract

本发明公开了一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其包括主阀体、上端盖、下端盖、进气电磁阀阵和出气电磁阀阵，主阀体内设有互相分隔独立的气腔、进气气路和排气气路，主阀体顶部安装有压力传感器和电路板，且上端盖安装于主阀体顶部将压力传感器、电路板容纳于其中；主阀体底部安装下端盖；主阀体左、右侧分别安装进气电磁阀阵和出气电磁阀阵；主阀体前侧设有与进气气路和气腔各自分别连通的第一接口、第二接口。本发明的装置具有控制灵活多样、故障冗余、在大通径大流量供气的同时可保证理想的响应性能。

Description

一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置

技术领域

本发明属于气动技术领域，涉及一种气动比例调节装置，尤其是一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置。

背景技术

目前市场上大通径电磁阀的响应速度普遍比较慢，对于气动电磁阀来说，通径越小其响应速度越快。中、小通径电磁阀的响应速度虽然比较快，但是中、小通径电磁阀并不能满足大流量的要求。工程应用中迫切需要一种既能实现大流量供排气，同时又具备不错的响应性能的气动比例调节装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置，在能够实现大流量供排气的同时，又能快速响应控制指令要求。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其包括主阀体、上端盖、下端盖、进气电磁阀阵和出气电磁阀阵，主阀体内设有互相分隔独立的气腔、进气气路和排气气路，主阀体顶部安装有压力传感器和电路板，且上端盖安装于主阀体顶部将压力传感器、电路板容纳于其中；主阀体底部安装下端盖；主阀体左、右侧分别安装进气电磁阀阵和出气电磁阀阵；主阀体前侧设有与进气气路和气腔各自分别连通的第一接口、第二接口。

所述进气电磁阀阵包括至少两种通径的电磁阀，每个电磁阀与主阀体左侧开设的两个气口连接安装，其中一个气口与气腔相连通，另一个气口与进气气路相连通；

所述排气电磁阀阵包括至少两种通径的电磁阀，每个电磁阀与主阀体右侧开设的两个气口连接安装，其中一个气口与气腔相连通，另一个气口与排气气路相连通。

所述与进气气路连通的第一接口与外部空气源相连通；所述与气腔连通的第二接口与执行器相连通。

所述进气气路和排气气路均采用“U”型结构，“U”型末端均用钢珠以过盈配合的方式压入进气气路或排气气路中。

所述与排气气路相连通的气口通过消声器与外部大气连通。

所述主阀体与下端盖之间设有防止漏气的橡胶密封圈。

所述主阀体上设有与气腔相通的安装孔，压力传感器安装于该安装孔内，并用压力传感器压片将其压紧固定，压力传感器压片上加工有两个小孔使压力传感器的背面与大气沟通。

所述电路板包括电源模块、采集模块以及执行模块，电源模块将输入的电源电压转成所需要的电压后再向进气电磁阀阵和排气电磁阀阵中的电磁阀供电；采集模块用于处理压力传感器采集到的气腔内的压力信号，用于为执行模块的控制提供依据；执行模块根据外界所给出的控制信号以及采集模块所采集到的压力信号控制进气电磁阀阵、排气电磁阀阵中的电磁阀的开闭。

所述执行模块的控制信号通过引入一条控制信号线，以PWM波的形式传递控制信号；或通过引入两条控制信号线，采用模拟信号传递方式；或将无线通讯功能集成在执行模块上，以无线通讯的模式传递控制信号。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：1、能在保证大流量供排气的基础上实现较快的响应速度；2、电磁阀采用冗余的设计方法，1个或多个电磁阀的故障并不会影响整套装置的功能的实现；3、通过在不同时刻采用不同的电磁阀开闭组合可使目标压力调节、流量调节、响应时间调节等的控制策略变得灵活多样；4、电路板系统集约地安装在主阀体的上表面，并可采用多种方式传递控制信号。

附图说明

图1一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置爆炸图。

图2一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置组装示意图。

图3主阀体剖切示意图。

图4一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置电路板系统原理。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示，一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置，包括上端盖2、主阀体18、下端盖14、进气电磁阀阵、排气电磁阀阵、第一快插接头11、第二快插接头12、消声器10、压力传感器5、压力传感器压片4、电路板6、橡胶密封件13等组成零件。所述主阀体18左、右两个表面分别安装进气电磁阀阵和排气电磁阀阵用于气腔25的充气和排气，其中进气电磁阀阵包括大通径电磁阀15、中通径电磁阀16和小通径电磁阀17三种电磁阀，每种电磁阀均设置两个共6个组成，排气电磁阀阵包括大通径电磁阀9、中通径电磁阀8和小通径电磁阀7三种电磁阀，每种电磁阀均设置两个共6个组成，每个电磁阀阵的三对电磁阀的通径从上到下依次为小、中、大。主阀体18和上端盖2之间用四个螺钉连接，主阀体18和下端盖14之间用六个螺钉连接且它们之间用一块橡胶密封件13进行密封以防止漏气。主阀体18的前表面以螺纹的方式安装有第一快插接头11、第二快插接头12和一个消声器10，其中第一快插接头11安装在进气气路34上，用于沟通外界的压力空气源；第二快插接头12安装在执行器连接口27上，用于连接执行器，执行器可以是气缸等以压力空气驱动的执行元件，压力空气从执行器连接口27进入执行器后通过驱动气缸中的活塞即可对外界施加力的作用；消声器10安装在排气气路22上，作用是在气腔25往大气排气时降低排气噪声。主阀体18的上表面安装有压力传感器5和电路板6，压力传感器5安装在压力传感器安装孔35上，并用压力传感器压片4将其压紧固定，压力传感器压片4上加工有两个小孔用于使压力传感器5的背面与大气沟通保证压力传感器5能够正常工作；电路板6用两个内六角圆柱头螺钉与电路板螺钉安装孔连接，电路板可划分为电源模块、采集模块以及执行模块。压力传感器5和电路板6由上端盖2将其罩住，上端盖2的三个周面上安装有进气电磁阀阵电线接头19、排气电磁阀阵电线接头1以及电源线及控制信号线接头3，进、排气电磁阀阵的驱动电线21、20、电路板的电源线以及外界的控制信号线均可通过这几个接头连接到电路板上。主阀体18的左、右两个表面分别安装有进气电磁阀阵和排气电磁阀阵，这两个电磁阀阵都是由具有大、中、小三种通径的三对共六个二位二通电磁阀组成。

所述主阀体18中间加工有一个气腔25，气腔25在充气和排气过程中起到缓冲的作用，避免空气压力的骤变；气腔25的两侧加工有进气气路34和排气气路22，这两个气路的形状均为“U”型以充分利用主阀体空间，进气气路的末端用钢珠28、29以过盈配合的方式压入气路中以防止漏气，排气气路也做相同的设置；主阀体18的左、右表面均加工有电磁阀的安装气口，每个二位二通的电磁阀对应有两个安装气口，因此，左、右两个表面各有12个气口；主阀体18的上表面加工有一个压力传感器安装孔35，该孔与气腔25相通用于采集气腔中的压力信号。

进气电磁阀阵中的每个电磁阀都有两个进气电磁阀安装气口，如图3中所示的气口30、31、32，其中一个气口与进气气路34相通，另一个气口与气腔25相通，通过控制二位二通电磁阀的开闭即可控制是否向气腔25充气；排气电磁阀阵中的每个电磁阀也都有两个排气电磁阀安装气口，如图3中所示的气口23、24、26，其中一个气口与排气气路22相通，另一个气口与气腔25相通，通过控制二位二通电磁阀的开闭即可控制气腔25是否向大气排气。

所述的压力传感器5和电路板6组成了整个电路板系统，其中电路板6上包括三个模块，分别是电源模块、采集模块以及执行模块。电源模块由从电源线及控制信号线接头3引进的电源线供电，电源模块通过将输入的电源电压转成所需要的电压后再向进气电磁阀阵和排气电磁阀阵中的电磁阀供电；采集模块用于处理压力传感器5采集到的气腔25内的压力信号，用于为执行模块的控制提供依据；执行模块根据外界所给出的控制信号以及采集模块所采集到的压力信号通过进气电磁阀阵电线接头19、排气电磁阀阵电线接头1处引出的控制线来控制进、排气电磁阀阵中的电磁阀的开闭。

所述执行模块的控制信号是由外界操作者提供的，操作者既可以通过电源线及控制信号线接头3引入一条控制信号线，以PWM波的形式传递控制信号；也可以通过电源线及控制信号线接头3引入两条控制信号线，采用模拟信号传递方式：如电压信号、电流信号等；还可以将无线通讯功能集成在执行模块上，以无线通讯的模式传递控制信号。

压力传感器5和电路板6组成的电路板系统，其原理图如图4所示，电路板系统由电源模块、采集模块、执行模块构成，其中电源模块完成DC24V到DC5V的转换，并设有电源抗干扰设计。采集模块包括指令解调、无线传输单元、压力传感器、温度补偿组成。指令解调用来对外部发出的控制指令进行解调，控制指令可以是电压或电流形式的模拟指令，也可以是PWM形式的数字指令；无线传输单元用来接收外部无线发送单元发送过来的无线数字指令；压力传感器用来监测目标压力的大小；温度补偿用来补偿压力传感器的因环境变化引起的误差。执行模块包括处理器及多路驱动：处理器基于嵌入式CPU如ARM或单片机等，根据气源特点、目标压力、响应需求、电磁故障状态选择不同的控制策略及算法，并通过对路驱动对电磁阀进行控制。

本发明的工作原理：压力空气源的压力空气从第一快插接头11输入，经进气气路34到达进气电磁阀阵的进气电磁阀安装气口处；而排气气路22的作用是将排气电磁阀安装气口23、24、26中与排气气路22相通的那个气口通过消声器10使其与大气连通从而排放空气。外界的控制信号经电源线及控制信号线接头3中的控制信号线传递到电路板6上的执行模块，执行模块得到指令后先将此时压力传感器5反馈回来的气腔25内的空气压力与指令对应的预期空气压力相比较。若反馈回来的空气压力与预期空气压力基本相等，则执行模块通过进、排气电磁阀阵电线接头19、1引出的进气电磁阀阵电线21和排气电磁阀阵电线20控制进气电磁阀阵和排气电磁阀阵中所有的电磁阀关闭，则气腔25内的空气压力保压，由于气腔25通过执行器连接口与执行器相连接因而执行器也保压。若反馈回来的空气压力比预期空气压力小，则执行模块通过进气电磁阀阵电线接头19引出的进气电磁阀阵电线21先控制所有的进气电磁阀打开或者只有两个大通径进气电磁阀15打开；在压力传感器5反馈回来的空气压力接近预期的空气压力时，执行模块控制所有大通径进气电磁阀15关闭，而中、小通径进气电磁阀16、17或者只有小通径进气电磁阀17打开，直到反馈回来的空气压力与预期的空气压力相等则所用进气电磁阀关闭；整个过程中执行模块通过排气电磁阀阵电线20控制所有的排气电磁阀关闭。若反馈回来的空气压力比预期空气压力大，则执行模块通过排气电磁阀阵电线接头1引出的排气电磁阀阵电线20先控制所有的排气电磁阀打开或者只有两个大通径排气电磁阀9打开；在压力传感器5反馈回来的空气压力接近预期的空气压力时，执行模块控制所有大通径排气电磁阀9关闭，而中、小通径排气电磁阀7、8或者只有小通径排气电磁阀7打开，直到反馈回来的空气压力与预期的空气压力相等则所用排气电磁阀关闭；整个过程中执行模块通过进气电磁阀阵电线21控制所有的进气电磁阀关闭。无论进气过程还是排气过程，都采用在初始阶段先打开大通径电磁阀15、9，在反馈回来的空气压力接近预期空气压力时使用中、小通径电磁阀16、17、8、7这一控制策略，使得整个装置既能实现大通径供排气的功能，又具有较好的响应性能。

若将电磁阀的大、中、小三种通径分别记为R₁、R₂、R₃，则本装置的等效最大通径可按

R_{ref} = \sqrt{{R_{1}}^{2} + {R_{2}}^{2} + {R_{3}}^{2}}

估算。

而本装置的最快响应时间就等于最小通径电磁阀17、7的响应时间。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：其包括主阀体、上端盖、下端盖、进气电磁阀阵和排气电磁阀阵，主阀体内设有互相分隔独立的气腔、进气气路和排气气路，主阀体顶部安装有压力传感器和电路板，且上端盖安装于主阀体顶部将压力传感器、电路板容纳于其中；主阀体底部安装下端盖；主阀体左、右侧分别安装进气电磁阀阵和排气电磁阀阵；主阀体前侧设有与进气气路和气腔各自分别连通的第一接口、第二接口；

所述进气电磁阀阵包括至少两种通径的电磁阀；

所述排气电磁阀阵包括至少两种通径的电磁阀。

2.如权利要求1所述的基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：

所述进气电磁阀阵的每个电磁阀与主阀体左侧开设的两个气口连接安装，其中一个气口与气腔相连通，另一个气口与进气气路相连通；

所述排气电磁阀阵的每个电磁阀与主阀体右侧开设的两个气口连接安装，其中一个气口与气腔相连通，另一个气口与排气气路相连通。

3.如权利要求1所述的基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：所述与进气气路连通的第一接口与外部空气源相连通；所述与气腔连通的第二接口与执行器相连通。

4.如权利要求1所述的基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：所述进气气路和排气气路均采用“U”型结构，“U”型末端均用钢珠以过盈配合的方式压入进气气路或排气气路中。

5.如权利要求2所述的基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：所述与排气气路相连通的气口通过消声器与外部大气连通。

6.如权利要求1所述的基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：所述主阀体与下端盖之间设有防止漏气的橡胶密封圈。

7.如权利要求1所述的基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：所述主阀体上设有与气腔相通的安装孔，压力传感器安装于该安装孔内，并用压力传感器压片将其压紧固定，压力传感器压片上加工有两个小孔使压力传感器的背面与大气沟通。

8.如权利要求1所述的基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：所述电路板包括电源模块、采集模块以及执行模块，电源模块将输入的电源电压转成所需要的电压后再向进气电磁阀阵和排气电磁阀阵中的电磁阀供电；采集模块用于处理压力传感器采集到的气腔内的压力信号，用于为执行模块的控制提供依据；执行模块根据外界所给出的控制信号以及采集模块所采集到的压力信号控制进气电磁阀阵、排气电磁阀阵中的电磁阀的开闭。

9.如权利要求8所述的基于电磁阀阵的气动比例调节装置，其特征在于：所述执行模块的控制信号通过引入一条控制信号线，以PWM波的形式传递控制信号；或通过引入两条控制信号线，采用模拟信号传递方式；或将无线通讯功能集成在执行模块上，以无线通讯的模式传递控制信号。