專利名稱：一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閥門，特別涉及一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥。
背景技術(shù)：
造紙的定量控制由質(zhì)量控制系統(tǒng)(QCS, QuanlityControl System,造紙行業(yè)術(shù)語，是指對造紙生產(chǎn)過程中定量、水份、灰份和厚度等參數(shù)進(jìn)行在線檢測和控制。)測得成紙定量去控制定量閥的開度，國內(nèi)外的定量閥均采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速器驅(qū)動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的方式，沒有檢測閥芯的真實(shí)開度，屬于開環(huán)驅(qū)動(dòng)，例如國內(nèi)的實(shí)用新型專利200620130207.1公開了一種“定量閥”，即采用此結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有閥門依靠步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分，達(dá)到所謂的10000步、50000步甚至更高水平的控制不是真實(shí)的，帶有預(yù)測性和臆測性，因?yàn)楫吘箾]有真正的檢測閥門的角位移用于反饋控制。由于步進(jìn)電機(jī)屬于開環(huán)驅(qū)動(dòng)，在閥門長時(shí)間運(yùn)行后閥芯、閥桿或者是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損造成閥門運(yùn)行阻力增大，極容易出現(xiàn)“丟步”現(xiàn)象，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)接收到了控制脈沖，但是電機(jī)由于某種原因沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，閥芯也沒有產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，出現(xiàn)了和控制脈沖不一致的定位情況，因此，閥門的精度受到了影響。針對這一問題，需要開發(fā)新型的定量閥，提高閥門的精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥，采用半閉環(huán)技術(shù)來控制閥門的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，解決單純采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)存在的“丟步”問題，能夠有效提聞閥門的精度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥，包括閥體8，與閥體8連接有殼體11，殼體11外的上部設(shè)有編碼器1，編碼器I的底座固定連接在步進(jìn)電機(jī)2上，步進(jìn)電機(jī)2輸出軸的一端固定連接有編碼器I的內(nèi)圈，并穿過編碼器I連接到盤車手輪15，控制器通過電氣接口與步進(jìn)電機(jī)2相連接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2運(yùn)動(dòng)，控制器同時(shí)也與編碼器I連接得到步進(jìn)電機(jī)2實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)的角度，并實(shí)時(shí)的對步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，使步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)角與控制器設(shè)定的轉(zhuǎn)角一致，步進(jìn)電機(jī)2輸出軸的另一端連接有減速器3，減速器3的輸出軸上設(shè)有主同步帶輪4，主同步 帶輪4通過同步帶9連接至從同步帶輪10，從同步帶輪10上設(shè)有傳動(dòng)軸12，殼體11外的上部設(shè)有閥門回訊器14，傳動(dòng)軸12通過第二聯(lián)軸器13連接至閥門回訊器14，減速器3的輸出軸通過第一聯(lián)軸器6連接至閥桿7，減速器3的輸出軸上設(shè)有機(jī)械硬限位裝置5，機(jī)械硬限位裝置5包括連接在減速器3輸出軸上的硬限位塊5-0，在硬限位塊5-0外設(shè)置有與限位塊左輪廓線5-5配合限位的關(guān)限位螺栓5-1和與限位塊右輪廓線5-6配合限位的開限位螺栓5-3，關(guān)限位螺栓5-1安裝在有螺紋的限位板5-2上，開限位螺栓5-3安裝在有螺紋的限位板5-4上，限位板5-2和5-4安裝在殼體11上。所述主同步帶輪4和從同步帶輪10齒數(shù)相等,并通過同步帶9的同步傳動(dòng)保持轉(zhuǎn)
角一致。
所述硬限位塊5-0為漸開線輪廓，在限位作用區(qū)域的輪廓半徑逐漸大于非限位輪廓線，并與減速器3輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。所述第一聯(lián)軸器6為高剛性傳動(dòng)聯(lián)軸器。由于本發(fā)明采用減速器進(jìn)行減速并增大傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，步進(jìn)電機(jī)通過減速器帶動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)，形成了半閉環(huán)的控制方案，依靠編碼器的精密角位移反饋，實(shí)現(xiàn)閥門開度的半閉環(huán)精密控制，比現(xiàn)有技術(shù)使用的依靠步進(jìn)電機(jī)細(xì)分提高閥門精度更可靠；控制器將接收的步進(jìn)電機(jī)實(shí)際的轉(zhuǎn)角與發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等效的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，并調(diào)整脈沖使步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)角與控制器發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等效的脈沖個(gè)數(shù)一致，確保步進(jìn)電機(jī)不會(huì)發(fā)生“丟步”現(xiàn)象；為了防止執(zhí)行器在所有電氣裝置失效的情況下過度轉(zhuǎn)動(dòng)而損壞閥芯，同時(shí)為閥門的零位和全開位置提供機(jī)械參考，在減速器的輸出軸上還設(shè)置有機(jī)械硬限位裝置加以保護(hù)。


圖1為本發(fā) 明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的閥門在全開位置狀態(tài)下機(jī)械硬限位裝置工作示意圖，此時(shí)閥芯旋轉(zhuǎn)至全開位置，通流量最大。圖3為本發(fā)明的閥門在全關(guān)位置狀態(tài)下機(jī)械硬限位裝置工作示意圖，此時(shí)閥芯旋轉(zhuǎn)至關(guān)閉位置。圖4為本發(fā)明的閉環(huán)控制原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1、圖2、圖3，一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥，包括閥體8，與閥體8連接有殼體11，殼體11外的上部設(shè)有編碼器1，編碼器I的底座固定連接在步進(jìn)電機(jī)2上，步進(jìn)電機(jī)2輸出軸的一端固定連接有編碼器I的內(nèi)圈，并穿過編碼器I連接到盤車手輪15，控制器通過電氣接口與步進(jìn)電機(jī)2相連接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2運(yùn)動(dòng)，控制器同時(shí)也與編碼器I連接得到步進(jìn)電機(jī)2實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)的角度，并實(shí)時(shí)的對步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，使步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)角與控制器設(shè)定的轉(zhuǎn)角一致，步進(jìn)電機(jī)2輸出軸的另一端連接有減速器3，減速器3的輸出軸上設(shè)有主同步帶輪4，主同步帶輪4通過同步帶9連接至從同步帶輪10，從同步帶輪10上設(shè)有傳動(dòng)軸12,殼體11外的上部設(shè)有閥門回訊器14,傳動(dòng)軸12通過第二聯(lián)軸器13連接至閥門回訊器14，減速器3的輸出軸通過第一聯(lián)軸器6連接至閥桿7，減速器3的輸出軸上設(shè)有機(jī)械硬限位裝置5，機(jī)械硬限位裝置5包括連接在減速器3輸出軸上的硬限位塊5-0，在硬限位塊5-0外設(shè)置有與限位塊左輪廓線5-5配合限位的關(guān)限位螺栓5-1和與限位塊右輪廓線5-6配合限位的開限位螺栓5-3，關(guān)限位螺栓5-1安裝在有螺紋的限位板5-2上，開限位螺栓5-3安裝在有螺紋的限位板5-4上，限位板5-2和5-4安裝在殼體11上。主同步帶輪4和從同步帶輪10齒數(shù)相等,并通過同步帶9的同步傳動(dòng)保持轉(zhuǎn)角一致。硬限位塊5-0為漸開線輪廓，并與減速器3輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第一聯(lián)軸器6為高剛性傳動(dòng)聯(lián)軸器。盤車手輪15用以在斷電狀態(tài)下手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。為了便于步進(jìn)電機(jī)2散熱，同時(shí)便于通過閥門回訊器14觀察閥門的開度指示情況，將步進(jìn)電機(jī)2和閥門回訊器14設(shè)置在殼體11之外。參見圖1、圖4，本發(fā)明的工作原理是:步進(jìn)電機(jī)2接收控制器發(fā)來的指令轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過減速器3帶動(dòng)主同步帶輪4同步轉(zhuǎn)動(dòng)，通過同步帶9帶動(dòng)從同步帶輪10轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使傳動(dòng)軸12通過第二聯(lián)軸器13和閥門回訊器14同步轉(zhuǎn)動(dòng)，閥門回訊器14檢測和指示閥位，并將閥位、限位狀況發(fā)送給控制器，編碼器I將步進(jìn)電機(jī)2實(shí)際的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器，控制器將接收的步進(jìn)電機(jī)2實(shí)際的轉(zhuǎn)角與發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)器等效的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，進(jìn)行閉環(huán)的PID調(diào)節(jié)使步進(jìn)電機(jī)2的實(shí)際轉(zhuǎn)角與控制器發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)器等效的脈沖個(gè)數(shù)一致，確保步進(jìn)電機(jī)2不會(huì)發(fā)生“丟步”現(xiàn)象，經(jīng)過減速器3和第一聯(lián)軸器6的嚴(yán)格同步傳動(dòng)，將步進(jìn)電機(jī)2的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)角傳遞給閥桿7，從同步帶輪10與閥桿7轉(zhuǎn)角一致,構(gòu)成半閉環(huán)的高精度定量閥。參見圖2，為閥門在全開位置狀態(tài)，限位塊的右廓線5-6到旋轉(zhuǎn)中心的半徑逐漸增大，若閥門繼續(xù)向開的方向旋轉(zhuǎn)，限位塊的右廓線5-6會(huì)碰到開限位螺栓5-3，將阻止閥門的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；參見圖3，為閥門在全關(guān)位置狀態(tài)，限位塊的左廓線5-5到旋轉(zhuǎn)中心的半徑逐漸增大，若閥門繼續(xù)向關(guān)的方向旋轉(zhuǎn)，限位塊的左輪廓線5-5會(huì)碰到關(guān)限位螺栓5-1，將阻止閥門的 繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥，包括閥體(8)，其特征在于，與閥體(8)連接有殼體(11)，殼體(11)外的上部設(shè)有編碼器(I)，編碼器(I)的底座固定連接在步進(jìn)電機(jī)(2 )上，步進(jìn)電機(jī)(2)輸出軸的一端固定連接有編碼器(I)的內(nèi)圈，并穿過編碼器(I)連接到盤車手輪(15 )，控制器通過電氣接口與步進(jìn)電機(jī)(2 )相連接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(2 )運(yùn)動(dòng)，控制器同時(shí)也與編碼器(I)連接得到步進(jìn)電機(jī)(2)實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)的角度，并實(shí)時(shí)的對步進(jìn)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，使步進(jìn)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)角與控制器設(shè)定的轉(zhuǎn)角一致，步進(jìn)電機(jī)(2)輸出軸的另一端連接有減速器(3 )，減速器(3 )的輸出軸上設(shè)有主同步帶輪(4 )，主同步帶輪(4 )通過同步帶(9)連接至從同步帶輪(10)，從同步帶輪(10)上設(shè)有傳動(dòng)軸(12)，殼體(11)外的上部設(shè)有閥門回訊器(14)，傳動(dòng)軸(12)通過第二聯(lián)軸器(13)連接至閥門回訊器(14)，減速器(3)的輸出軸通過第一聯(lián)軸器(6)連接至閥桿(7)，減速器(3)的輸出軸上設(shè)有機(jī)械硬限位裝置(5)，機(jī)械硬限位裝置(5)包括連接在減速器(3)輸出軸上的硬限位塊(5-0)，在硬限位塊(5-0)外設(shè)置有與限位塊左輪廓線(5-5)配合限位的關(guān)限位螺栓(5-1)和與限位塊右輪廓線(5-6)配合限位的開限位螺栓(5-3)，關(guān)限位螺栓(5-1)安裝在有螺紋的限位板(5-2)上，開限位螺栓(5-3)安裝在有螺紋的限位板(5-4)上，限位板(5-2)和(5-4)安裝在殼體(11)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，所述主同步帶輪(4)和從同步帶輪(10)齒數(shù)相等,并通過同步帶(9)的同步傳動(dòng)保持轉(zhuǎn)角一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，所述硬限位塊(5-0)為漸開線輪廓，并與減速器(3)輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥，其特征在于，所述第一聯(lián)軸器(6)為高剛性 傳動(dòng)聯(lián)軸器。
全文摘要
一種電機(jī)外置半閉環(huán)高精度定量閥，包括閥體，閥體的閥桿通過第一聯(lián)軸器、減速器連接步進(jìn)電機(jī)輸出軸的一端，步進(jìn)電機(jī)輸出軸的另一端穿過編碼器連接到盤車手輪，減速器的輸出軸上設(shè)有主同步帶輪，主同步帶輪通過同步帶連接至從同步帶輪，從同步帶輪上設(shè)有傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸通過第二聯(lián)軸器連接至閥門回訊器，步進(jìn)電機(jī)接收控制器的指令轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過減速器及主、從同步帶輪，使傳動(dòng)軸通過第二聯(lián)軸器和閥門回訊器同步轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器將步進(jìn)電機(jī)實(shí)際的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)發(fā)給控制器，控制器將數(shù)據(jù)與發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等效的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，進(jìn)行閉環(huán)的PID調(diào)節(jié)，糾正步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角和控制器設(shè)定的轉(zhuǎn)角一致，能夠?qū)崿F(xiàn)閥門開度的半閉環(huán)控制，提高定量閥的精度。
文檔編號(hào)F16K31/04GK103216660SQ20131012205
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者王博, 湯偉, 王樨, 劉慶立, 董繼先, 王孟效 申請人:陜西科技大學(xué)