[發明專利]基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯氣動系統

有效

• 申請號: 201210014833.4
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102536940A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 章軍;劉傳江;劉光元;熊強;呂兵
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: F15B13/02
• 分類號: F15B13/02;F15B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯氣動系統，此氣動系統以氣壓源驅動，基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯的氣動控制原理，利用氣體小孔節流閥和通用的可調節流閥并聯使用方式，可作為氣體驅動的低壓、小流最的動力系統，屬于氣壓傳動的應用技術領域。

背景技術：

本發明以前，在已有技術中，對于氣動驅動系統來說，現有的氣動驅動系統節流基本采用非完全壅塞流，其不足之處是：由于氣體節流閥開口大，出口處的氣體質量流量是不斷變化，出口流量和壓力的非線性關系，運動平穩性差，需要復雜的伺服系統，才能達到出口壓力的精確控制，得到較高的定位精度。

根據空氣動力學，完全壅塞流控制原理是：采用小孔節流閥(帶小孔的不可調節流閥)，其開口大小是很小、且固定不變，相當于小孔的‘慢漏氣’現象；當出口壓力與進口壓力之比小于0.528時，小孔節流閥小孔處的氣體速度為聲速，為完全壅塞流狀態，由于出口的氣體質量流量是恒定不變，便于流量計算與壓力控制。

氣動系統采用完全壅塞流控制原理，由于控制體積大，氣缸等執行元件的反應緩慢，工作所需時間較長，所有不能應用在工程領域。

采用完全壅塞流的控制原理，授權發明專利“氣-液串聯復合驅動系統”(專利號：CN200610037764.3)在小孔節流閥之后使用柱塞缸隔離氣路和液路，將柱塞缸之后的部分串聯為液體驅動，氣缸變為液力驅動缸，氣體驅動柱塞缸、柱塞缸液力驅動執行元件；小孔節流閥之后、柱塞缸之前的氣路部分的體積盡可能小，氣體驅動迅速傳遞為液力驅動，串聯復合驅動系統的執行元件反應速度快；在保證小孔節流閥的出口壓力與進口壓力之比小于0.528的前提下，通斷小孔節流閥之前的、緊靠小孔節流閥的氣體高速開關閥，實現反應速度開、定位精度高的控制要求。

但是，氣-液串聯復合驅動系統也存在以下問題：盡管液路的液體壓力較小，但長時間使用下，液路存在的泄漏會影響控制模型的參數，需要經常測量和不斷補償；同時，液路的泄漏也會產生環境污染問題；而且，氣體驅動優點還在于：由于氣體的彈性模量要比液體大得多，控制增益相對更為合理；管路中流動氣體的阻尼比流動液體的阻尼小的多，運動迅速。

發明內容：

本發明的目的在于克服上述不足之處，本發明為完全的氣壓驅動方式，采用基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯氣動系統，即：小孔節流閥與通用的可調節流閥并聯使用，控制體積中的絕大部分氣體由可調節流閥快速通過；當小孔節流閥后的反饋氣體壓力達到一定值時，高速開關閥關閉可調節流閥，利用小孔節流閥的完全壅塞流的控制原理，實現小孔節流閥出口壓力的精確控制；為提高執行元件的驅動力，適當提高小孔節流閥前的系統壓力。

本發明的主要解決方案是這樣實現的：

本發明基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯氣動系統為：如附圖1所示，帶儲氣罐的恒壓源的系統壓力為p_S，為提高執行元件的驅動力，須適當提高系統壓力p_S；p_S也是小孔節流閥3的進口壓力，小孔節流閥3的流量不可調，小孔節流閥3的出口壓力為p_A；當p_A/p_S＜0.528時，小孔節流閥3為完全壅塞流的節流，而可調節流閥2的流量可調，為非完全壅塞流的節流；由高速通斷閥1與可調節流閥2串聯后，再與小孔節流閥3并聯；并聯后的前端與帶儲氣罐的恒壓源連接，并聯后的后端與三位四通閥6的一口相通，三位四通閥6的一口與可調節流閥5相連，可調節流閥5與消聲器4相連，三位四通閥6另外兩通口中一口封閉，另一口為驅動系統動力輸出端、并與壓力變送器7相連；上述元件構成了本發明的基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯氣動系統，以下將簡稱為并聯氣動系統，并在附圖2、3中用虛線框明確。

本發明基于完全壅塞流和非完全壅塞流并聯氣動系統驅動單作用氣缸的實施例：如附圖2所示，并聯氣動系統的動力輸出端與單作用氣缸8相連，單作用氣缸8內壓縮彈簧必須預緊，單作用氣缸8出口與通斷閥9相通；單作用氣缸8外有直線位移傳感器10，用于測量單作用氣缸8活塞桿的位移與速度。