CN102192205A - 一种多段行程流体动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有技术结构复杂、成本高、可靠性差、使用面窄的不足，公开了一种多段行程流体动力装置，包括流体源、输入端均与流体源输出端相连的第一节流阀和第二节流阀、分别与第一节流阀和第二节流阀输出端相连的第一输入及泄压孔和第二输入及泄压孔、分别与第一输入及泄压孔和第二输入及泄压孔相连的第一电磁阀和第四电磁阀、与第一输入及泄压孔和第二输入及泄压孔连通的气缸以及与气缸密封连接的活塞，所述多段行程流体动力装置还设有与气缸连通的第一泄压孔和第二泄压孔以及分别与第一泄压孔和第二泄压孔相连的第二电磁阀和第三电磁阀。本发明具有结构简单、可靠性高、成本低、适用面广的特点，可以广泛应用于变速箱及机械加工领域。

Description

一种多段行程流体动力装置

技术领域

本发明涉及多位置执行装置，特别是涉及一种多段行程流体动力装置。

背景技术

现有的多段行程执行装置主要应用在机床及机器人方面，包括电驱动伺服单元、步进单元等，其特点是定位控制精度高，但环境耐受能力差、成本高。现有的气动或液压驱动执行装置实现三位以上的位置控制通常采用位置传感的闭环控制方式，在状态转换时需要进行位置判断，同时配备专用的智能控制器件才能实现，不仅控制逻辑关系复杂，而且系统结构复杂、成本高、可靠性差，限制了多段行程执行装置的使用范围。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种多段行程流体动力装置，使其具有结构简单、可靠性高、成本低、适用面广的特点。

本发明提供的一种多段行程流体动力装置，包括流体源、输入端均与流体源输出端相连的第一节流阀和第二节流阀、分别与第一节流阀和第二节流阀输出端相连的第一输入及泄压孔和第二输入及泄压孔、分别与第一输入及泄压孔和第二输入及泄压孔相连的第一电磁阀和第四电磁阀、与第一输入及泄压孔和第二输入及泄压孔连通的气缸以及与气缸密封连接的活塞，所述多段行程流体动力装置还设有与气缸连通的第一泄压孔和第二泄压孔以及分别与第一泄压孔和第二泄压孔相连的第二电磁阀和第三电磁阀。

在上述技术方案中，所述多段行程流体动力装置还设有第五电磁阀、第六电磁阀、第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀和第二单向阀的输入端分别与第一节流阀和第二节流阀的输出端相连，第一单向阀和第二单向阀的输出端分别与第一输入及泄压孔和第二输入及泄压孔相连接，所述第五电磁阀和第六电磁阀的一端均与流体源相连，第五电磁阀和第六电磁阀的另一端分别通过第一单向阀和第二单向阀的输出端与第一输入及泄压孔和第二输入及泄压孔相连接。

在上述技术方案中，所述多段行程流体动力装置还设有PLC控制单元，所述PLC控制单元分别与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀相连接。

在上述技术方案中，所述多段行程流体动力装置还设有PLC控制单元，所述PLC控制单元分别与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第六电磁阀相连接。

在上述技术方案中，所述活塞只有一端设有活塞杆。

在上述技术方案中，所述活塞两端均设有活塞杆。

本发明的多段行程流体动力装置，具有以下有益效果：由于采用了开环控制以及结构内自然闭环反馈的方式，多段行程流体动力装置的外部控制很简单，由于器件少，结构简单，所以可靠性高、成本低、适用面广。

附图说明

图1为本发明多段行程流体动力装置实施例1的结构示意图；

图2为本发明多段行程流体动力装置实施例1的手动控制电路图；

图3为本发明多段行程流体动力装置实施例1的自动控制电路图；

图4为本发明多段行程流体动力装置实施例2的结构示意图；

图5为本发明多段行程流体动力装置实施例2的自动控制电路图；

图6为本发明中开设有输入及泄压孔和泄压孔的气缸结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例1

参见图1和图6，本发明的多段行程流体动力装置包括流体源1、第一节流阀2、第二节流阀3、第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6、第四电磁阀7、第一输入及泄压孔10、第一泄压孔11、第二泄压孔12、第二输入及泄压孔13、活塞14和气缸15。

第一节流阀2和第二节流阀3的输入端均与流体源1的输出端相连，在本实施例中，流体源1为气源。第一输入及泄压孔10和第二输入及泄压孔13分别与第一节流阀2和第二节流阀3的输出端相连，第一输入及泄压孔10、第一泄压孔11、第二泄压孔12和第二输入及泄压孔13均与气缸15相连通，气缸15内设有与气缸15密封连接的活塞14，在本实施例中，活塞14只有一端设有活塞杆14.1，当然，活塞14两端也可以均设有活塞杆14.1。第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6和第四电磁阀7分别与第一输入及泄压孔10、第一泄压孔11、第二泄压孔12和第二输入及泄压孔13相连。

参见图2，控制电路中除接入的第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6和第四电磁阀7外，均设有与每个电磁阀相连的开关，该电路可以通过手动分别控制第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6和第四电磁阀7的启闭。

参见图3，控制电路中除接入的第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6和第四电磁阀7外，还设有与第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6和第四电磁阀7相连接的PLC，通过该PLC可以自动控制第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6和第四电磁阀7的启闭。

因为液压驱动与气压驱动结构及原理基本相同，所以本实施例以气压驱动为例说明多段行程流体动力装置的工作过程。

当流体源1接通气体时，假设第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6和第四电磁阀7均没有电信号而处于截止状态。流体源1经由第一节流阀2和第二节流阀3给气缸15供气，这时气缸15腔内气压会逐渐上升到与流体源1气压相等，活塞14将气缸15分隔为两个腔体，当活塞14只有一端设有活塞杆14.1时，即将气缸15腔体分为有杆腔15.1和无杆腔15.2。由于活塞杆14.1的存在，有杆腔15.1一侧的活塞14有效面积小于无杆腔15.2一侧的活塞14有效面积，所以在同样的压强下无杆腔15.2一侧产生的推力大于有杆腔15.1一侧产生的推力，这时活塞会向有杆腔15.1一侧运动，直至运动到接近气缸15位于有杆腔15.1一侧的端部内壁，这会对有初始位置要求的应用场合有不利影响，所以当活塞14只有一端设有活塞杆14.1时，必须在流体源1接通之前明确给出位置控制信号，使得初始位置确定。而活塞14两端均设有活塞杆14.1时则无此问题。

当以上供气升压过程结束后，如果此时有控制信号接通，假设开启第三电磁阀6，这时第二泄压孔12与大气导通泄压，第二泄压孔12所在的活塞一侧气压迅速下降至接近大气压，而活塞的另一侧只是略有下降，下降幅度取决于装置密封情况和气源供气能力。在两侧存在压力差的情况下，活塞14向第二泄压孔12所在位置运动。当活塞14运动到第二泄压孔12时，活塞头14.2会堵住第二泄压孔12，这时泄压流量减少，同时活塞14两侧压力差减少，当活塞14只有一端设有活塞杆14.1时，因为活塞14两侧承受压力的有效面积不一样，活塞14会运动到第二泄压孔12的一侧停下，使得有杆腔15.1被完全封住，而无杆腔15.2稍有泄漏，这时会保持动态的平衡。而当活塞14两端均设有活塞杆14.1时，活塞14会刚好运动到第二泄压孔12的位置停下而将第二泄压孔12完全封住。

当活塞14只有一端设有活塞杆14.1时，如果还需要活塞14运动到其他输入及泄压孔或泄压孔，只需先开启相应电磁阀，再关闭第三电磁阀6即可，先开后关是为了避免此情况下的固有特性造成的不确定运动，无论是采用图2所示的手动控制还是用图3所示的PLC控制电磁阀均需遵循这一原则。而当活塞14两端均设有活塞杆14.1时则无此要求。

第一节流阀2和第二节流阀3的设置是为了使活塞14两端能产生压力差从而推动活塞14运动，同时还可以起到一定范围的调速作用。受流体源1供气流量的影响，第一节流阀2和第二节流阀3开度不能过大，这样会导致压力差不够，活塞14推力不足，甚至完全不能正常工作，因此在满足活塞14运动速度要求的情况下，尽量使节流阀开度减小，有利于减少耗气量和能耗。

活塞14的定位精度取决于活塞14密封面的轴向宽度与气缸15所设置的输入及泄压孔和泄压孔轴向宽度的差值，活塞14密封面的轴向宽度必须大于输入及泄压孔和泄压孔的轴向宽度，否则将会封不住输入及泄压孔和泄压孔，同时活塞14两侧串气，造成失控。

由于多段行程流体动力装置需要在气缸15上开孔，造成气缸15内壁的密封配合不连续，如果活塞14采用橡胶O型圈密封(图中未示出)，密封圈运动到输入及泄压孔或泄压孔时会胀大，增加活塞14与气缸15之间阻力的同时，密封圈自身也不断受到剪切力的作用，造成使用寿命短。所以只有采用减小活塞14与气缸15的配合间隙或者采用较硬的弹性材料例如聚四氟乙烯材料来做密封圈。

实施例2

实施例1中由于节流阀和流体源1供气量的限制，活塞14速度增加有限，在需要高速运动的场合，如高速货品分选传送带，需要装置瞬间动作，很显然实施例1中的多段行程流体动力装置不适用这种场合，本实施例将说明高速运动的多段行程流体动力装置的结构和动作原理。

本实施例与实施例1的结构大部分相同，不同之处在于：参见图4与图6，所述多段行程流体动力装置增加了第五电磁阀8、第六电磁阀9、第一单向阀16和第二单向阀17，所述第一单向阀16和第二单向阀17的输入端分别与第一节流阀2和第二节流阀3的输出端相连，第一单向阀16、和第二单向阀17的输出端分别与第一输入及泄压孔10和第二输入及泄压孔13相连接，所述第五电磁阀8和第六电磁阀9的一端均与流体源1相连，第五电磁阀8和第六电磁阀9的另一端分别通过第一单向阀16和第二单向阀17的输出端与第一输入及泄压孔10和第二输入及泄压孔13相连接。

参见图5，控制电路中除接入的第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6、第四电磁阀7、第五电磁阀8和第六电磁阀9外，还设有与第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6、第四电磁阀7、第五电磁阀8和第六电磁阀9相连接的PLC，通过该PLC可以自动控制第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀6、第四电磁阀7、第五电磁阀8和第六电磁阀9的启闭。

下面仍以气压驱动为例说明多段行程流体动力装置的工作过程。

第五电磁阀8和第六电磁阀9由图5中所示的PLC以一定时序驱动，当然也可以是单片机来控制。系统初始过程与实施例1相似，流体源1接通气体后，气体经第一节流阀2和第二节流阀3给气缸15供气，由于活塞14只有一端设有活塞杆14.1，控制时须先给出初始位置信号。假定第一泄压孔11初始完成后，活塞14定位在第一泄压孔11。如果此时需要移动到第二泄压孔12位置，则需先开启第三电磁阀6，后关闭第二电磁阀5。如果此时不给第五电磁阀8和第六电磁阀9相应的动作信号，那么活塞14的运动速度与实施例1相同。如果在打开第三电磁阀6的同时，给一定时长的交替控制脉冲信号到第五电磁阀8和第六电磁阀9，这时第五电磁阀8和第六电磁阀9就旁路掉第一节流阀2和第二节流阀3，从流体源1出来的气体就没有了节流作用，活塞14的移动速度得以提高，第二泄压孔12所在的一侧由于第二泄压孔12与大气导通而泄压，而另一侧的气压上升速度更快，从而使得有第二泄压孔12所在的一侧气压小于另一侧气压，活塞14由第一泄压孔11向第二泄压孔12快速移动，当活塞头14.2堵住第二泄压孔12时即停止运动，其中，第五电磁阀8和第六电磁阀9只在第一泄压孔11向第二泄压孔12转换的全部过程中发生作用，以达到活塞14快速移动的目的。第五电磁阀8和第六电磁阀9经一定时长后关闭，动作即告结束。如果需要移动到新位置只要执行相同的过程即可。过程中交替控制脉冲导通第五电磁阀8和第六电磁阀9是为了避免多段行程流体动力装置失压，因为如果同时导通，受流体源1供气能力和泄压孔的影响，多段行程流体动力装置内无法建立正常工作压力。当第三电磁阀6导通时，由于单向阀的作用，在第五电磁阀8和第六电磁阀9控制脉冲宽度合适的情况下无泄压侧的压力只会不断上升不会下降，而有泄压侧压力不会上升只会下降，不会由于交替供气造成活塞14往复运动。而第一节流阀2和第二节流阀3的作用在于在第五电磁阀8和第六电磁阀9没导通之前提供一个预升压回路，在动作结束关闭第五电磁阀8和第六电磁阀9时建立位置保持力矩所需的压力。

根据实施例1和实施例2的说明可以看出，多段行程流体动力装置随着应用场合不同，推力、行程也不一样。输入及泄压孔及泄压孔的位置决定定位位置，泄压孔的多少决定行程段数，位于气缸15两端的第一输入及泄压孔10和第二输入及泄压孔13与气缸15端部应该留有一段距离，该距离会起到缓冲的作用，如果没有这段距离，在机械惯量较大的场合，会造成活塞14碰撞气缸15。在需要行程较多的情况下，可采用集成的方法，把外部元件全部集成在气缸15上，外部只留有控制线和管路，不仅使结构简单，而且提高可靠性，安装方便。

该多段行程流体动力装置可以应用于车辆变速箱、船用变速箱、机床的动作单元、生产流水线上的执行装置以及非精确定位的机器手装置。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种多段行程流体动力装置，包括流体源(1)、输入端均与流体源(1)输出端相连的第一节流阀(2)和第二节流阀(3)、分别与第一节流阀(2)和第二节流阀(3)输出端相连的第一输入及泄压孔(10)和第二输入及泄压孔(13)、分别与第一输入及泄压孔(10)和第二输入及泄压孔(13)相连的第一电磁阀(4)和第四电磁阀(7)、与第一输入及泄压孔(10)和第二输入及泄压孔(13)连通的气缸(15)以及与气缸(15)密封连接的活塞(14)，其特征在于：所述多段行程流体动力装置还设有与气缸(15)连通的第一泄压孔(11)和第二泄压孔(12)以及分别与第一泄压孔(11)和第二泄压孔(12)相连的第二电磁阀(5)和第三电磁阀(6)。

2.根据权利要求1所述的一种多段行程流体动力装置，其特征在于：所述多段行程流体动力装置还设有第五电磁阀(8)、第六电磁阀(9)、第一单向阀(16)和第二单向阀(17)，所述第一单向阀(16)和第二单向阀(17)的输入端分别与第一节流阀(2)和第二节流阀(3)的输出端相连，第一单向阀(16)和第二单向阀(17)的输出端分别与第一输入及泄压孔(10)和第二输入及泄压孔(13)相连接，所述第五电磁阀(8)和第六电磁阀(9)的一端均与流体源(1)相连，第五电磁阀(8)和第六电磁阀(9)的另一端分别通过第一单向阀(16)和第二单向阀(17)的输出端与第一输入及泄压孔(10)和第二输入及泄压孔(13)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种多段行程流体动力装置，其特征在于：所述多段行程流体动力装置还设有PLC控制单元，所述PLC控制单元分别与第一电磁阀(4)、第二电磁阀(5)、第三电磁阀(6)和第四电磁阀(7)相连接。

4.根据权利要求2所述的一种多段行程流体动力装置，其特征在于：所述多段行程流体动力装置还设有PLC控制单元，所述PLC控制单元分别与第一电磁阀(4)、第二电磁阀(5)、第三电磁阀(6)、第四电磁阀(7)、第五电磁阀(8)和第六电磁阀(9)相连接。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种多段行程流体动力装置，其特征在于：所述活塞(14)只有一端设有活塞杆(14.1)。

6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种多段行程流体动力装置，其特征在于：所述活塞(14)两端均设有活塞杆(14.1)。

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