數(shù)字定量連續(xù)注液泵的制作方法
【專利摘要】數(shù)字定量連續(xù)注液泵，包括動力源、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)，所述動力源輸出旋轉(zhuǎn)運動，傳動系統(tǒng)對動力源輸出的旋轉(zhuǎn)運動進行變速，然后轉(zhuǎn)化為直線運動，進而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)將容器內(nèi)的液體吸入裝置里，再在出液口排出，控制系統(tǒng)用于控制整個裝置，通過控制脈沖頻率實現(xiàn)無級變速，通過控制脈沖數(shù)量實現(xiàn)定量注液，通過引入流量反饋提高注液精度，通過引入壓力開關(guān)實現(xiàn)過載保護。通過調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)速控制流體的流動速度，使系統(tǒng)的工作壓力處于液體的空氣分離壓和飽和蒸汽壓之上，防止發(fā)生氣穴現(xiàn)象，大大地提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和裝置的使用壽命。
【專利說明】數(shù)字定量連續(xù)注液泵
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種利用機械一一電子一液壓控制手段實現(xiàn)連續(xù)、定量注液的技術(shù)，屬于注液、進樣、清洗儀器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】:
[0002]在化工、采礦、冶金、造紙、食品、醫(yī)療器械、石油、水處理、制藥等領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到注液、進樣、清洗等溶液轉(zhuǎn)移儀器。這類儀器在工作的過程中，往往都會產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。
[0003]氣穴現(xiàn)象可解釋為:在流動的液體內(nèi)部，如果流體的壓力變化范圍大，氣泡會在流體的低壓區(qū)析出，然后在高壓區(qū)被壓縮，壓縮到一定程度時，氣泡會破裂，產(chǎn)生高達150MPA-200MPA的瞬時高壓，瞬時壓力會以壓力波的形式向四周傳播，使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲，破壞液壓元件。由此可見，如要避免流體產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，就必須控制液體流動過程中的壓力。液體在流動過程中，存在著動能、重力勢能、壓力勢能三種能量。如果是等高度流動，重力勢能就不發(fā)生變化，又根據(jù)總能量守恒定律，流體的動能和壓力勢能的總和就不發(fā)生變化，也就是說流體的動能和壓力勢能是呈此消彼長的相反關(guān)系，流體的動能越大，壓力勢能就越小；流體的動能越小，壓力勢能就越大。也即是說，流體的流動速度越快，壓力越小；流動速度越慢，壓力越大。由此觀之，對流動過程的壓力控制可以通過控制流體的流動速度來實現(xiàn)。
[0004]除了防止氣穴現(xiàn)象外，能否完成長時間連續(xù)注液以及注液精度的高低也是評價一個注液或進樣儀器性能的兩個重要指標。目前，市場上已有一些同類裝置，如數(shù)字注射泵和蠕動泵。數(shù)字注射泵雖然注液精度高，但是只能完成短時間連續(xù)注液，如要長時間注液，就必須分多次注液，累積誤差會很大，注液精度很低，并且數(shù)字注射泵只能用于注射。蠕動泵雖然能夠完成長時間連續(xù)注液，但是蠕動泵的流速慢，效率低，不是恒流速泵。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明旨在提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速、定量、連續(xù)注液的裝置，通過控制流體的流動速度，使系統(tǒng)的工作壓力處于液體的空氣分離壓和飽和蒸汽壓之上，防止發(fā)生氣穴現(xiàn)象，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和裝置的使用壽命。
[0006]數(shù)字定量連續(xù)注液泵，包括動力源、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)，所述動力源輸出旋轉(zhuǎn)運動，傳動系統(tǒng)對動力源輸出的旋轉(zhuǎn)運動進行變速，然后轉(zhuǎn)化為直線運動，進而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)將容器內(nèi)的液體吸入裝置里，再在出液口排出，控制系統(tǒng)用于控制整個裝置，通過控制脈沖頻率實現(xiàn)無級變速，通過控制脈沖數(shù)量實現(xiàn)定量注液，通過引入流量反饋提高注液精度，通過引入壓力開關(guān)實現(xiàn)過載保護。
[0007]進一步的，所述動力源為步進電機。
[0008]進一步的，所述傳動系統(tǒng)為減速系統(tǒng)，包括兩個降速齒輪傳動副，第二級齒輪副的傳動比大于第一級齒輪副的傳動比。
[0009]進一步的，所述傳動系統(tǒng)的最后一級傳動軸上安裝有至少兩個凸輪，兩個凸輪的相位相差180°。
[0010]進一步的，所述傳動系統(tǒng)的最后一級傳動軸上安裝有兩個飛輪，飛輪安裝在傳動軸的兩端，使系統(tǒng)運行更平穩(wěn)，振動更小。
[0011]進一步的，所述執(zhí)行機構(gòu)包括兩個柱塞泵，柱塞泵并聯(lián)在一起，柱塞泵的進、出管路上均有單向閥，柱塞泵中安裝有彈簧，柱塞端頭上安裝有滾子，滾子在彈簧作用下緊貼在傳動機構(gòu)的凸輪上。
[0012]進一步的，所述控制系統(tǒng)包括流量計、壓力表、計算機、脈沖信號發(fā)生器、環(huán)形分配器、功率驅(qū)動器，流量計和壓力表安裝在執(zhí)行機構(gòu)的出液管路上并與計算機相連，計算機通過脈沖信號發(fā)生器與環(huán)形分配器、功率驅(qū)動器相連，控制系統(tǒng)用于控制整個裝置，通過控制脈沖頻率實現(xiàn)無級變速，通過控制脈沖數(shù)量實現(xiàn)定量注液，通過引入流量反饋提高注液精度。
[0013]進一步的，所述計算機上安裝有控制軟件，能夠進行流速設(shè)定，輸出液體總量設(shè)定，安全工作壓力設(shè)定。
[0014]進一步的，所述流量計為瞬時流量計，所述脈沖信號發(fā)生器用于產(chǎn)生頻率可變的脈沖信號串，所述功率驅(qū)動器采用單極性功率驅(qū)動器，流量計用于在線檢測出液口處的瞬時流量，再將流量數(shù)據(jù)傳給計算機。
[0015]進一步的，所述環(huán)形分配器用于將脈沖信號串按步進電機所要求的規(guī)律分配給步進電機的功率驅(qū)動器的各相輸入端。
[0016]所述壓力表用于在線檢測出口處的液體壓力。
[0017]進一步的，所述執(zhí)行機構(gòu)的出液管路上安裝有壓力開關(guān)，當出液口處的壓力低于或者高于設(shè)定壓力時，壓力開關(guān)會自動切斷電機的電源，使電機停止轉(zhuǎn)動。
[0018]所述功率驅(qū)動器與步進電機的各個繞組相連，它能將環(huán)形分配器的輸出信號進行功率放大，得到步進控制繞組所需的脈沖電流及所需的脈沖波形，再驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。
[0019]本裝置就是通過調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)速來控制流體的流動速度，使系統(tǒng)的工作壓力處于液體的空氣分離壓和飽和蒸汽壓之上，防止發(fā)生氣穴現(xiàn)象，大大地提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和裝置的使用壽命。
[0020]本裝置通過兩個相差為180。的凸輪實現(xiàn)雙脈沖連續(xù)注液，注液時間無限制；又在出液口處設(shè)置流量計，引入流量反饋回路，用于補償傳動系統(tǒng)的誤差，注液精度非常高。本裝置還通過控制脈沖數(shù)量來控制電機轉(zhuǎn)動的角度，進而控制輸出液體的總量，具有定量輸出能力。
[0021]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0022]1.本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)無時間限制連續(xù)注液。
[0023]2.本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)電機的無極變速，出液口處液體的流速可調(diào)。
[0024]3.本發(fā)明能夠在線檢測出液口處的壓力，降低操作人員因誤操作致使系統(tǒng)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象而破壞元器件的概率。
[0025]4.本發(fā)明可以不在溶液中加入抑泡劑就能防止氣穴現(xiàn)象，能避免抑泡劑污染溶液。
[0026]5.本發(fā)明通過引入輸出流量反饋環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)定量注液，且注液精度高、注液量可設(shè)定。[0027]6.本發(fā)明的傳動系統(tǒng)設(shè)計采用最小轉(zhuǎn)角誤差原則和最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則，傳動精度更高，系統(tǒng)運行更加平穩(wěn)，輕快。
[0028]7.本發(fā)明使用飛輪，系統(tǒng)的動平衡性更好，振動更小，噪音更低。
[0029]8.本發(fā)明應(yīng)用面廣，適用于絕大部分非腐蝕性的液體。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0030]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2是兩個凸輪的相對位置示意圖。
[0032]圖3是柱塞15和柱塞16在一個運動周期內(nèi)的運動規(guī)律圖。
[0033]圖4是控制軟件的界面。
[0034]圖中:1-步進電機,2_軸、3_齒輪,4_軸,5_齒輪,6_齒輪,7_軸,8_齒輪,9_凸輪，10-凸輪，11-飛輪，12-飛輪，13-滾子，14-滾子，15-柱塞，16-柱塞，17-彈簧，18-彈簧，19-柱塞泵，20-柱塞泵，21-密封圈，22-密封圈，23-單向閥，24單向閥，25-單向閥，26-單向閥，27-手動關(guān)斷閥，28-容器，29-流量計，30-壓力表，31-壓力開關(guān)，32-計算機，33-脈沖信號發(fā)生器，34環(huán)形分配器，35-功率驅(qū)動器，36-動力源，37-傳動系統(tǒng)，38-執(zhí)行機構(gòu)，39-控制系統(tǒng)。
【具體實施方式】:
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0036]如圖1所示,數(shù)字定量連續(xù)注液泵,包括動力源36、傳動系統(tǒng)37、執(zhí)行機構(gòu)38、控制系統(tǒng)39，所述動力源36輸出旋轉(zhuǎn)運動，傳動系統(tǒng)37對動力源輸出的旋轉(zhuǎn)運動進行變速，然后轉(zhuǎn)化為直線運動，進而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)38將容器28內(nèi)的液體吸入裝置里，再在出液口排出，控制系統(tǒng)39用于控制整個裝置，通過控制脈沖頻率實現(xiàn)無級變速，通過控制脈沖數(shù)量實現(xiàn)定量注液，通過弓I入流量反饋提高注液精度，通過引入壓力開關(guān)實現(xiàn)過載保護。
[0037]進一步的，所述動力源36為步進電機1，電動機I采用步距角為1.2。，保持轉(zhuǎn)矩為15N.M，轉(zhuǎn)子慣量為20000g.cm2，步距精度為5%的三相步進電機，軸2是步進電機的輸出軸。
[0038]進一步的，所述傳動系統(tǒng)37為減速系統(tǒng)，包括兩個降速齒輪傳動副，第二級齒輪副6、8的傳動比大于第一級齒輪副3、5的傳動比。齒輪3安裝在軸2上，齒輪5、6安裝在軸4上，齒輪8安裝在軸7上
[0039]進一步的，所述傳動系統(tǒng)37的最后一級傳動軸7上安裝有至少兩個凸輪9、10，兩個凸輪9、10的相位相差180°。凸輪9、凸輪10的外緣輪廓曲線函數(shù)根據(jù)解析法求出，各個參數(shù)都一樣，安裝相位相差180。，其相對位置示意圖如圖2所示。
[0040]進一步的，所述傳動系統(tǒng)37的最后一級傳動軸7上安裝有兩個飛輪11、12，飛輪
11、12安裝在傳動軸7的兩端，使系統(tǒng)運行更平穩(wěn)，振動更小。
[0041]進一步的，所述執(zhí)行機構(gòu)38包括兩個柱塞泵19、20，柱塞泵19、20并聯(lián)在一起，柱塞泵19、20的進、出管路上均安裝有單向閥，柱塞泵中安裝有彈簧17、18，柱塞15、16端頭上安裝有滾子13、14，滾子13、14在彈簧17、18作用下緊貼在傳動機構(gòu)的凸輪9、10上。單向閥23、24安裝在進液管路上，單向閥25、26安裝在出液管路上。柱塞泵上安裝有密封圈21,22ο
[0042]柱塞15在柱塞泵19中做直線運動，在一個推程或者回程內(nèi)，柱塞15先做正弦加速增速運動，后做勻速運動，最后做正弦加速減速運動。柱塞16在柱塞泵20內(nèi)的運動規(guī)律與柱塞15在柱塞泵19內(nèi)的運動規(guī)律相同,但是,任意時刻,它們的運動方向相反。這樣的運動規(guī)律，既能保證柱塞在絕大部分時間內(nèi)做勻速運動，又能保證柱塞的加速度不產(chǎn)生突變，凸輪受到的反作用力不產(chǎn)生突變，系統(tǒng)運行更加平穩(wěn)，使用壽命更長。圖3是柱塞15和柱塞16在一個運動周期內(nèi)的運動規(guī)律不意圖。
[0043]所述彈簧17和彈簧18采用圓形截面圓柱螺旋壓縮彈簧。彈簧17和彈簧18 —直處于壓縮狀態(tài)，彈簧的壓縮力使柱塞上的滾子的外圓柱面與凸輪的外緣輪廓表面緊貼。
[0044]所述柱塞泵19和柱塞泵20的進液口和排液口在端面。缸體內(nèi)壁上面開環(huán)形凹槽。
[0045]所述密封圈21和密封圈22采用動密封圈，其目的是密封柱塞與缸體之間的間隙，防止漏液。
[0046]所述單向閥23、單向閥24、單向閥25、單向閥26均采用開啟壓力為O的單向閥。單向閥23的作用是防止在柱塞15做推程運動的過程中，液體流回容器28。單向閥24的作用是防止在柱塞16做推程運動過程中，液體流回容器28。單向閥25的作用是防止在柱塞16做推程運動的過程中，柱塞泵20的排液口排出的液體流入柱塞泵19內(nèi)。單向閥26的作用是防止在柱塞15做推程運動的過程中，柱塞泵19的排液口排出的液體流入柱塞泵20內(nèi)。
[0047]手動關(guān)斷閥27用于控制容器28的開和閉，容器28用于盛放溶液，管道用于連接各個液壓元器件，管道的直徑無太大突變。
[0048]進一步的，所述控制系統(tǒng)39包括流量計29、壓力表30、計算機32、脈沖信號發(fā)生器33、環(huán)形分配器34、功率驅(qū)動器35，流量計29和壓力表30安裝在執(zhí)行機構(gòu)38的出液管路上并與計算機32相連，計算機32通過脈沖信號發(fā)生器33與環(huán)形分配器34、功率驅(qū)動器35相連，控制系統(tǒng)39用于控制整個裝置，通過控制脈沖頻率實現(xiàn)無級變速，通過控制脈沖數(shù)量實現(xiàn)定量注液，通過引入流量反饋提高注液精度。
[0049]進一步的，所述計算機32上安裝有控制軟件，能夠進行流速設(shè)定，輸出液體總量設(shè)定，安全工作壓力設(shè)定。
[0050]優(yōu)選的，所述計算機32采用工控機。工控機上安裝有注液泵的控制軟件，用戶可以通過控制軟件進行流速設(shè)定，輸出液體總量設(shè)定，安全工作壓力設(shè)定。其界面如圖4所
/Jn ο
[0051]進一步的，所述流量計29為瞬時流量計，所述脈沖信號發(fā)生器33用于產(chǎn)生頻率可變的脈沖信號串，所述功率驅(qū)動器35采用單極性功率驅(qū)動器，流量計29用于在線檢測出液口處的瞬時流量，再將流量數(shù)據(jù)傳給計算機。
[0052]進一步的，所述環(huán)形分配器34用于將脈沖信號串按步進電機所要求的規(guī)律分配給步進電機的功率驅(qū)動器的各相輸入端。
[0053]所述壓力表30用于在線檢測出口處的液體壓力。壓力表30選用膜盒壓力表。
[0054]進一步的，所述執(zhí)行機構(gòu)38的出液管路上安裝有壓力開關(guān)31，當出液口處的壓力低于或者高于設(shè)定壓力時，壓力開關(guān)31會自動切斷電機的電源，使電機停止轉(zhuǎn)動。壓力開關(guān)31選用智能壓力開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力測量、顯示、輸出、控制等功能。[0055]所述功率驅(qū)動器35與步進電機I的各個繞組相連，它能將環(huán)形分配器的輸出信號進行功率放大，得到步進控制繞組所需的脈沖電流及所需的脈沖波形，再驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。
[0056]顯然，以上實施方式僅僅是對本發(fā)明所作的舉例，而并非對本發(fā)明實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:包括動力源(36)、傳動系統(tǒng)(37)、執(zhí)行機構(gòu)(38)、控制系統(tǒng)(39)，所述動力源(36)輸出旋轉(zhuǎn)運動，傳動系統(tǒng)(37)對動力源(36)輸出的旋轉(zhuǎn)運動進行變速，然后轉(zhuǎn)化為直線運動，進而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)(38)將容器(28)內(nèi)的液體吸入裝置里，再在出液口排出，控制系統(tǒng)(39)用于控制整個裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述動力源(36)為步進電機⑴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述傳動系統(tǒng)(37)為減速系統(tǒng)，包括兩個降速齒輪傳動副，第二級齒輪副(6、8)的傳動比大于第一級齒輪副(3、5)的傳動比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述傳動系統(tǒng)(37)的最后一級傳動軸(7)上安裝有至少兩個凸輪(9、10)，兩個凸輪(9、10)的相位相差180°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述傳動系統(tǒng)(37)的最后一級傳動軸(7)上安裝有兩個飛輪(11、12)，飛輪(11、12)安裝在傳動軸(7)的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述執(zhí)行機構(gòu)(38)包括兩個柱塞泵(19、20)，柱塞泵(19、20)并聯(lián)在一起，柱塞泵(19、20)的進、出管路上均有單向閥，柱塞泵(19、20)中安裝有彈簧(17、18)，柱塞(15、16)端頭上安裝有滾子(13、14)，滾子(13、14)在彈簧(17、18)作用下緊貼在傳動機構(gòu)(37)的凸輪(9、10)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述控制系統(tǒng)(39)包括流量計(29)、壓力表(30)、計算機(32)、脈沖信號發(fā)生器(33)、環(huán)形分配器(34)、功率驅(qū)動器(35)，流量計(29)和壓力表(30)安裝在執(zhí)行機構(gòu)(38)的出液管路上并與計算機(32)相連，計算機(32)通過脈沖信號發(fā)生器(33)與環(huán)形分配器(34)、功率驅(qū)動器(35)相連，控制系統(tǒng)(39)用于控制整個裝置，通過控制脈沖頻率實現(xiàn)無級變速，通過控制脈沖數(shù)量實現(xiàn)定量注液，通過弓I入流量反饋提高注液精度，通過引入壓力開關(guān)實現(xiàn)過載保護。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述計算機(32)上安裝有控制軟件，能夠進行流速設(shè)定，輸出液體總量設(shè)定，安全工作壓力設(shè)定。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述流量計(29)為瞬時流量計，所述脈沖信號發(fā)生器(33)用于產(chǎn)生頻率可變的脈沖信號串，所述功率驅(qū)動器(35)采用單極性功率驅(qū)動器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字定量連續(xù)注液泵，其特征在于:所述環(huán)形分配器(34)用于將脈沖信號串按步進電機(I)所要求的規(guī)律分配給步進電機的功率驅(qū)動器的各相輸入端。
【文檔編號】F04B13/00GK104033348SQ201410253697
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】汪永超, 王杰, 段憶翔 申請人:四川大學