專利名稱：微機控制變量軸向柱塞泵的制作方法
技術(shù)領域：
微機控制變量軸向柱塞泵，屬于液壓傳動系統(tǒng)的重要元件－－油泵，進一步講是單片微機控制的變量型軸向柱塞泵。它屬于機電一體化產(chǎn)品。
變量軸向柱塞泵是一種用途廣泛的液壓泵，隨著技術(shù)的進步，其變量型式發(fā)展有多種。在諸變量型式中，除電液比例控制型(即BCY泵)外，都是單一功能的變量型式。而BCY泵，雖能實現(xiàn)多種變量型式，但有明顯的缺點a.為外控型，即必須附加一個泵才能變量；b.目前只有單向工作(正向變量)型式的，而閉式液壓系統(tǒng)往往要求泵雙向變量；c.控制裝置系比例放大器，實現(xiàn)系統(tǒng)自動化或遙控時，還須另配微機；d.主體增加了比例先導閥，只有專業(yè)制造廠才能完成?！秵纹嬎銠C應用技術(shù)》一書(人民郵電出版社，1988年5月第一版，鄢定明編著)講述單片機在液相外延推舟系統(tǒng)的應用舉例(單片機控制步進電機)。但單片機應用于軸向柱塞泵的例子在國內(nèi)外刊物尚未見報導。
本實用新型的設計目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提供一種能實現(xiàn)任意型式變量的軸向柱塞泵，使泵和用戶設備能方便地組成自動化系統(tǒng)。對新產(chǎn)品制造和老產(chǎn)品改造都非常適應。
本實用新型可以通過以下措施來達到。微機控制變量軸向柱塞泵的主體為原泵本體，伺服拉桿由步進電機驅(qū)動，在步進電機座上固定有基準定位開關(guān)，步進電機和基準定位開關(guān)及系統(tǒng)模擬量通過導線連接到泵用微機控制變量裝置上。泵用微機控制變量裝置由單片機及I／O擴展電路、鍵盤顯示器、A／D轉(zhuǎn)換器、步進電機驅(qū)動電路、自監(jiān)電路以及電源等部分組成。它通過控制3～5相步進電機的工作，進而控制泵的變量機構(gòu)。它有自動手動兩種功能，至少可以顯示兩種參數(shù)(如壓力、流量)及兩種報警功能(如壓力超限、速度過快，并設計有自動監(jiān)控功能。步進電機通過傳動裝置(螺桿、螺母)帶動拉桿上下運動，達到變量的目的。在傳動裝置上安裝的基準定位開關(guān)，可以確保空載起動及開環(huán)變量的重復性能。泵用微機控制變量裝置可以與泵本體構(gòu)成一體，也可以根據(jù)用戶需要分開。
在泵用微機控制變量裝置中單片機是本裝置的核心。根據(jù)芯片種類的不同，可以擴展一片程序存儲器EPROM，根據(jù)用戶的需要還可以擴展一片存儲器RAM和一片可編程I／O芯片。各芯片通過線選法或譯碼器尋址。
鍵盤是本裝置的輸入部分，通過工作方式選擇開關(guān)(在面板上)，可以設定自動工作和手動工作，該選擇開關(guān)采用中斷方式與CPU連接，或用軟件實現(xiàn)。顯示器為4～6位七段LED顯示器，用兩個8位輸出口一個輸出段選碼，另一個輸出位選碼。
A／D轉(zhuǎn)換器直接與單片機總線相連，它將泵的壓力、流量等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機。
單片機輸出口通過光電耦合器和功率驅(qū)動器組成的步進電機驅(qū)動電路，接至步進電機。步進電機采用單一電壓方式驅(qū)動。其脈沖的分配由軟件完成。
自監(jiān)電路系內(nèi)監(jiān)控復位電路，它和外復位按鈕一起通過或門電路和CPU復位腳相接。
電源輸出有供微機用＋5V，光電耦合器用±12V(或±15V)及步進電機用＋27V。
下面以微機控制變量軸向柱塞泵與相關(guān)泵－－電動變量型(DCY泵)、電液比例控制型(BCY泵)比較來說明其優(yōu)點微機控制變量軸向柱塞泵比DCY泵可靠性高，響應速度快，控制精度高。而DCY泵故障率很高，在頻繁變量時只能起微調(diào)作用，更不能實現(xiàn)自動控制。微機控制變量軸向柱塞泵和BCY泵相比a.都可以從零位開始工作，屬節(jié)能型；b.都可以無級調(diào)速，控制精度很高；c.主體都與CY14－1B本體通用，便于改造。但微機控制變量軸向柱塞泵優(yōu)點是a.內(nèi)控，即不需要外加泵源，經(jīng)濟性好；b.其變量機構(gòu)制造簡單，便于用戶在原泵基礎上改造；c.它可以正反雙向變量，即雙向工作。而國內(nèi)BCY泵只能正向變量(單向)；d.其控制裝置的核心是微機，內(nèi)有接口，很容易與機械設備連成一體，便于新功能的進一步擴展。而BCY泵在自動控制時往往需要另配微機。


如下圖1.微機控制變量軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)示意圖；圖2.泵用微機控制變量裝置面板示意圖；圖3.泵用微機控制變量裝置背板示意圖；圖4.泵用微機控制變量裝置的硬件框圖。
本實用新型下面將結(jié)合附圖作進一步詳述圖1中，微機控制變量軸向柱塞泵的泵本體(1)選用CCY14－1B軸向柱塞泵－－機液伺服變量的斜盤式軸向柱塞泵，但需改動上法蘭與拉桿，以增加安裝基準。步進電機座(2)安設在泵本體(1)的上法蘭上，用于固定步進電機(3)。步進電機(3)采用55BF003型?；鶞识ㄎ婚_關(guān)(4)安裝在步進電機座上，型號選用KWX型微動開關(guān)。泵用微機控制變量裝置(5)安設在支架(6)上，它的面板、背板布置和電氣原理結(jié)合圖2、圖3和圖4說明。
圖2中，泵用微機控制變量裝置面板上布置有電源開關(guān)(7)、工作方式選擇開關(guān)(自動、手動)(8)、壓力顯示屏(9)、步進電機工作指示燈(10)、報警燈(11)、流量(速度)顯示屏(12)、鍵盤(13)、外復位開關(guān)(14)、報警喇叭(15)。
圖3中，泵用微機控制變量裝置背板上有電源插座(16)、I／O線插口(17)、步進電機接線口(18)、保險絲管座(19)。
圖4中(一)計算機部分單片機(21)選用MCS－51系列的8031，并擴展一片程序存儲器2764(38)，用74LS373作為地址鎖存器(39)。8031(21)的P2口的P2.0～P2.4接2764(38)的A8～A12，以完成8K字節(jié)的尋址。為方便用戶利用本裝置與用戶設備組成系統(tǒng)的需要，擴展了一片6264作為外部數(shù)據(jù)存儲器(37)。本單片機用譯碼法尋址，譯碼器(40)為74LS138。
(二)鍵盤顯示器鍵盤(32)、七段LED顯示器(35)通過兩片74LS273(33)、(36)和一片74LS125(31)芯片直接與8031單片機(21)的P0口相連。鍵盤(32)為2×4的，其中上行為自動工作用鍵，下行為手動操作用鍵，通過設置在面板上的工作方式選擇開關(guān)來選擇自動或手動工作方式。七段LED顯示器為四位，其左兩位表示油泵工作壓力值，右兩位表示油泵排量(或變位機構(gòu)擺角)值。以便于實時控制及遠距離操縱。驅(qū)動器(34)用兩片75452。
(三)A／D轉(zhuǎn)換器考慮到用戶的方便，裝置內(nèi)擴展了一片可編程接口芯片8155(29)和一片八位A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809(30)。8155的PA口經(jīng)74LS7407(26)驅(qū)動聲光報警器(25)；PB口經(jīng)74LS7404(27)驅(qū)動繼電器組(用戶所用)；多余口供用戶作I／O線使用。ADC0809(30)具有八個通道的模擬量輸入線，泵的基準定位信號及泵的壓力、流量信號分別占一個通道，其余五路供用戶使用。光電耦合器4N35(28)起隔離、抗干擾作用。
(四)步進電機驅(qū)動電路單片機(21)的P1的0～4位被設成輸出位，分別控制步進電機各相繞組的通斷。CPU發(fā)出的控制脈沖經(jīng)光電耦合器4N35(22)和功率驅(qū)動電路(3DK4C×2構(gòu)成)(23)加到步進電機上，其脈沖分配由軟件完成。
(五)自監(jiān)電路該電路主要元件是74LS123(41)，其內(nèi)含有兩級單穩(wěn)，用來監(jiān)視運行的程序。若程序運行中發(fā)生故障，程序停止運行時，第一級單穩(wěn)收不到觸發(fā)信號，則第二級單穩(wěn)翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生CPU復位信號。為便于調(diào)試，電路中也設計有外復位開關(guān)(24)以及或門電路74LS00(42)。
(六)電源部分(1)它包括兩臺電源變壓器，一臺供步進電機用(＋27V)；另一臺分別供微機(＋5V)、光電耦合器(±12V)及用戶傳感器(＋12V)。為保證計算機工作的可靠性，變壓器付邊繞組是各自獨立的。兩臺變壓器均采取了屏蔽措施。
權(quán)利要求1.一種由泵本體和變量機構(gòu)組成的變量軸向柱塞泵，其特征在于由步進電機驅(qū)動變量機構(gòu)的伺服拉桿，在步進電機座上固定有基準定位開關(guān)，步進電機、基準定位開關(guān)及系統(tǒng)模擬量通過導線接到泵用微機控制變量裝置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變量軸向柱塞泵，其特征在于所說的泵用微機控制變量裝置由單片機及I／O擴展電路、鍵盤顯示器、A／D轉(zhuǎn)換器、步進電機驅(qū)動電路、自監(jiān)電路以及電源部分所組成，單片機通過3～5相步進電機驅(qū)動電路與步進電機相聯(lián)，又通過I／O擴展電路與繼電器組及報警器相聯(lián)，鍵盤由自動工作用鍵和手動操作鍵組成，自監(jiān)電路系內(nèi)監(jiān)控復位電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變量軸向柱塞泵，其特征在于所說的泵本體為斜盤式軸向柱塞泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的變量軸向柱塞泵，其特征在于所說的變量機構(gòu)為機液伺服變量機構(gòu)。
專利摘要微機控制變量軸向柱塞泵，屬于液壓油泵，它由軸向柱塞泵本體、步進電機驅(qū)動變量機構(gòu)、泵用微機控制變量裝置三部分組成。該泵可以按照用戶設備的不同需要，實現(xiàn)任意形式的變量，可以自動對泵變量，也可以手動按鍵變量，并進行數(shù)顯和聲光報警。該泵變量機構(gòu)能實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的無級變速及遙控，適合于工業(yè)自動化的需要。
文檔編號F04B1/28GK2068598SQ9021069
公開日1991年1月2日 申請日期1990年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月2日
發(fā)明者周明禮 申請人:山東省煤炭科學研究所