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一种采用 角位移放大机构的高精度定量 阀

阅读：1017发布：2020-06-05

专利汇可以提供一种采用角位移放大机构的高精度定量阀专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种采用角位移放大机构的高精度定量阀，包括阀体，阀体的阀杆通过下联轴器、传动轴和上联轴器连接步进电机的输出轴一端，步进电机接有控制器，另一端接有手轮，传动轴上设有传感器摆臂、大同步带轮、全开、全关位置检测开关、正、反向超程保护开关，大同步带轮通过同步带连接至小同步带轮，小同步带轮上设有光电编码器，光电编码器的数据输出端与控制器相连接，步进电机接收控制器的指令转动，经过减速器、上联轴器、传动轴、下联轴器将同步转动传递到阀杆驱动阀芯旋转，传动轴通过角位移放大机构将角位移放大，光电编码器将检测到的角位移信号传送给控制器进行阀位的反馈控制，能够实现阀门开度的闭环精密控制，提高阀门的精度。，下面是一种采用角位移放大机构的高精度定量阀专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种采用角位移放大机构的高精度定量阀，包括阀体（19），其特征在于，与阀体（19）连接有壳体（16），壳体（16）内设有步进电机（1），控制器（18）通过电气接口与步进电机（1）相连接，步进电机（1）输出轴一端连接有减速器（2），步进电机（1）输出轴的另一端连接有手轮（17），与减速器（2）连接有上联轴器（3），与上联轴器（3）连接有传动轴（4），传动轴（4）上安装有与其同步转动的第一摆臂（5-1）、第二摆臂（5-2）和大同步带轮（7），传动轴（4）外部设置有全开位置检测开关（6-1）、全关位置检测开关（6-2）、正向超程保护开关（6-3）、反向超程保护开关（6-4），其中全开位置检测开关（6-1）和全关位置检测开关（6-2）为光电开关，二者的光轴间隔为90度，正向超程保护开关（6-3）和反向超程保护开关（6-4）为机械行程开关，二者的触头间距在90-95度之间，大同步带轮（7）通过同步带（8）连接至小同步带轮（9），小同步带轮（9）上设有光电编码器（10），光电编码器（10）的数据输出端与控制器（18）相连接，壳体（16）内壁上设置有支撑板（11），传动轴（4）穿过支撑板（11），通过下联轴器（12）连接至阀杆（13），传动轴（4）上设置有机械硬限位装置（14）和阀门开度机械指示针（15），机械硬限位装置（14）包括连接在传动轴（4）上的硬限位块（14-0），在传动轴（4）外设置有与限位块上轮廓线（14-1）配合限位的关限位螺栓（14-2）和与限位块下轮廓线（14-3）配合限位的开限位螺栓（14-4），关限位螺栓（14-2）和开限位螺栓（14-4）安装在有螺纹的限位板（14-5）上。
2.根据权利要求1所述的一种采用角位移放大机构的高精度定量阀，其特征在于，所述硬限位块（14-0）为渐开线轮廓，并与传动轴（4）同步转动。

说明书全文

一种采用角位移放大机构的高精度定量 阀

技术领域

[0001] 本发明涉及一种阀门，特别涉及一种采用角位移放大机构的高精度定量阀。

背景技术

[0002] 造纸的定量控制由质量控制系统（QCS,QuanlityControl System，造纸行业术语，是指对造纸生产过程中定量、水份、灰份和厚度等参数进行在线检测和控制。）测得成纸定量去控制定量阀的开度，国内外的定量阀均采用步进电机经过减速器驱动阀芯旋转实现流量调节的方式，没有检测阀芯的真实开度，属于开环驱动，例如国内的实用新型专利200620130207.1公开了一种“定量阀”，即采用此结构。现有阀门依靠步进电机的细分，达到所谓的10000步、50000步甚至更高水平的控制不是真实的，带有预测性和臆测性，因为毕竟没有真正的检测阀门的角位移用于反馈控制。由于步进电机属于开环驱动，在阀门长时间运行后阀芯、阀杆或者是传动机构磨损造成阀门运行阻力增大，极容易出现“丢步”现象，即驱动电机接收到了控制脉冲，但是电机由于某种原因没有转动，阀芯也没有产生转角,出现了和控制脉冲不一致的定位情况，因此，阀门的精度受到了影响。针对这一问题，需要开发新型的定量阀，提高阀门的精度。

发明内容

[0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种采用角位移放大机构的高精度定量阀，采用闭环技术来检测阀芯的实际旋转角度反馈给控制系统进行闭环控制，能够解决单纯采用步进电机驱动存在的“丢步”问题，有效提高阀门的精度。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0005] 一种采用角位移放大机构的高精度定量阀，包括阀体19，与阀体19连接有壳体16，壳体16内设有步进电机1，控制器18通过电气接口与步进电机1相连接，步进电机1 输出轴一端连接有减速器2，步进电机1输出轴的另一端连接有手轮17，与减速器2连接有上联轴器3，与上联轴器3连接有传动轴4，传动轴4上安装有与其同步转动的第一摆臂5-1、第二摆臂5-2和大同步带轮7，传动轴4外部设置有全开位置检测开关6-1、全关位置检测开关6-2、正向超程保护开关6-3、反向超程保护开关6-4，其中全开位置检测开关6-1和全关位置检测开关6-2为光电开关，二者的光轴间隔为90度，正向超程保护开关6-3和反向超程保护开关6-4为机械行程开关，二者的触头间距在90-95度之间，大同步带轮7通过同步带8连接至小同步带轮9，小同步带轮9上设有光电编码器10，光电编码器10的数据输出端与控制器18相连接，壳体16内壁上设置有支撑板11，传动轴4穿过支撑板11，通过下联轴器12连接至阀杆13，传动轴4上设置有机械硬限位装置14和阀门开度机械指示针
15，机械硬限位装置14包括连接在传动轴4上的硬限位块14-0，在传动轴4外设置有与限位块上轮廓线14-1配合限位的关限位螺栓14-2和与限位块下轮廓线14-3配合限位的开限位螺栓14-4，关限位螺栓14-2和开限位螺栓14-4安装在有螺纹的限位板14-5上。

[0006] 所述硬限位块14-0为渐开线轮廓，并与传动轴4同步转动。

[0007] 由于本发明采用了角位移放大机构，能够将阀芯在0-90度的微小转动角位移放大，提高了光电编码器的反馈精度，并依靠光电编码器的精密角位移反馈，实现阀门开度的闭环精密控制；采用减速器进行减速并增大传动转矩，使装置执行机构的动力稳定且扭矩增大，比现有技术使用的依靠步进电机细分提高阀门精度更可靠；为了防止阀芯的过度旋转造成阀门损坏，增设了极限位置的电气保护，采用闭环技术来检测阀芯的实际旋转角度，并反馈给控制系统进行闭环控制，因此能很好地解决靠单纯采用步进电机驱动存在的“丢步”问题。附图说明

[0008] 图1为本发明的结构示意图。

[0009] 图2为本发明的开关组结构示意图。

[0010] 图3为本发明的开关组电气连接示意图。

[0011] 图4为本发明的阀门在全关位置状态下机械硬限位装置工作示意图。

[0012] 图5为本发明的阀门在全开位置状态下机械硬限位装置工作示意图。

[0013] 图6为本发明的闭环控制原理图。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

[0015] 参见图1、图2、图4、图5，一种采用角位移放大机构的高精度定量阀，包括阀体19，与阀体19连接有壳体16，壳体16内设有步进电机1，控制器18通过电气接口与步进电机1相连接，步进电机1输出轴一端连接有减速器2，步进电机1输出轴的另一端连接有手轮
17，用以在断电状态下手动调节阀门，与减速器2连接有上联轴器3，与上联轴器3连接有传动轴4，传动轴4上安装有与其同步转动的第一摆臂5-1、第二摆臂5-2和大同步带轮7，传动轴4外部设置有全开位置检测开关6-1、全关位置检测开关6-2、正向超程保护开关6-3、反向超程保护开关6-4，其中全开位置检测开关6-1和全关位置检测开关6-2为光电开关，二者的光轴间隔为90度，正向超程保护开关6-3和反向超程保护开关6-4为机械行程开关，二者的触头间距在90-95度之间，大同步带轮7通过同步带8连接至小同步带轮9，小同步带轮9上设有光电编码器10，光电编码器10的数据输出端与控制器18相连接，壳体16内壁上设置有支撑板11，传动轴4穿过支撑板11，通过下联轴器12连接至阀杆13，传动轴
4上设置有机械硬限位装置14和阀门开度机械指示针15，阀门开度机械指示针15用以显示阀门开度，机械硬限位装置14包括连接在传动轴4上的硬限位块14-0，在传动轴4外设置有与限位块上轮廓线14-1配合限位的关限位螺栓14-2和与限位块下轮廓线14-3配合限位的开限位螺栓14-4，关限位螺栓14-2和开限位螺栓14-4安装在有螺纹的限位板14-5上。硬限位块14-0为渐开线轮廓，并与传动轴4同步转动，能够通过调节螺栓拧入的深度，从而调节机械限位的位置。

[0016] 参见图1、图6，本发明的工作原理是：

[0017] 步进电机1接收控制器18发来的指令转动，经过减速器2减速并增大传动转矩，通过上联轴器3将转动传递到传动轴4，传动轴4经过下联轴器12与阀杆13相连实现同步传动，传动轴4转动时经过角位移放大机构，即大同步带轮7通过同步带8带动小同步带轮9转动，将同步的阀芯角位移信号放大，光电编码器10检测到放大后的角位移信号将其传送给控制器18，控制器18根据向步进电机1 驱动器发送的脉冲个数代表的阀门开度的增量与实际阀门开度的增量进行实时比较，进行闭环的PID调节，使设定的阀位与编码器测量的实际阀位一致，如果检测到的阀门开度和控制器设定的开度不一致，则控制器18继续向步进电机1驱动器发送脉冲信号，直到一致为止。

[0018] 当第一摆臂5-1转动到全开位置检测开关6-1的位置，全开位置检测开关6-1动作，向控制器18发信号表示阀位到达全开位置；当第二摆臂5-2转动到全关位置检测开关6-2的位置，全关位置检测开关6-2动作，向控制器18发信号表示阀位到达全关位置。

[0019] 参见附图3，当阀芯越过了全开和全关的位置继续旋转，24V控制电源的一端通过正向超程保护开关6-3和反向超程保护开关6-4的常闭触点与控制器18中的一个中间继电器的线圈一端连接，中间继电器的一对常开触点连接在步进电机1的接触器线圈上。在旋转过程中第二摆臂5-2若碰下正向超程行程开关6-3和反向超程行程开关6-4之一，行程开关的常闭触点断开，则切断中间继电器的电源，中间继电器断开，中间继电器的一对常开触点断开，则断开交流接触器线圈的电源，交流接触器断开后切断步进驱动器电源，步进电机则不能继续转动，防止了阀芯的过度旋转。控制器18内安装有超程解除按钮，超程解除按钮的一端连接24V电源正极，另一端直接跨过正向超程行程开关6-3和反向超程行程开关6-4的常闭触点连接到中间继电器线圈的一端，如果阀门发生了超程断电，则按下超程解除按钮，接通24V电源，中间继电器线圈导通，使步进电机1的驱动器电源接通，手动进行反向运动，解除电气超程保护。

[0020] 参见图4，阀门在全关位置状态，若阀门继续向关的方向旋转，限位块的上轮廓线14-1会碰到关限位螺栓14-2，将阻止阀门的继续转动；参见图5，阀门在全开位置状态，若阀门继续向关的方向旋转，限位块的下轮廓线14-3会碰到开限位螺栓14-4，将阻止阀门的继续转动。

[0021] 实施例一：

[0022] 大同步带轮7和小同步带轮9齿数比为3：1，传动轴4的转角范围为0-90度，经过同步带8的严格同步传动，将传动轴4的转角范围放大至0-270度，光电编码器10的转角检测范围为0-270度，传动轴4发生1″的转角，光电编码器10产生3″的转角，提高了角位移检测精度。

[0023] 实施例二：

[0024] 大同步带轮7和小同步带轮9齿数比为N：1，传动轴4的转角范围为0-90度，经过同步带8的严格同步传动，将传动轴4的转角范围放大至传动轴转角的N倍，传动轴4发生1″的转角，光电编码器10产生N″的转角，提高了角位移检测精度。

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