[发明专利]基于完全壅塞流和非完全壅塞流并联气动系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于完全壅塞流和非完全壅塞流并联气动系统，此气动系统以气压源驱动，基于完全壅塞流和非完全壅塞流并联的气动控制原理，利用气体小孔节流阀和通用的可调节流阀并联使用方式，可作为气体驱动的低压、小流最的动力系统，属于气压传动的应用技术领域。

背景技术：

本发明以前，在已有技术中，对于气动驱动系统来说，现有的气动驱动系统节流基本采用非完全壅塞流，其不足之处是：由于气体节流阀开口大，出口处的气体质量流量是不断变化，出口流量和压力的非线性关系，运动平稳性差，需要复杂的伺服系统，才能达到出口压力的精确控制，得到较高的定位精度。

根据空气动力学，完全壅塞流控制原理是：采用小孔节流阀(带小孔的不可调节流阀)，其开口大小是很小、且固定不变，相当于小孔的‘慢漏气’现象；当出口压力与进口压力之比小于0.528时，小孔节流阀小孔处的气体速度为声速，为完全壅塞流状态，由于出口的气体质量流量是恒定不变，便于流量计算与压力控制。

气动系统采用完全壅塞流控制原理，由于控制体积大，气缸等执行元件的反应缓慢，工作所需时间较长，所有不能应用在工程领域。

采用完全壅塞流的控制原理，授权发明专利“气-液串联复合驱动系统”(专利号：CN200610037764.3)在小孔节流阀之后使用柱塞缸隔离气路和液路，将柱塞缸之后的部分串联为液体驱动，气缸变为液力驱动缸，气体驱动柱塞缸、柱塞缸液力驱动执行元件；小孔节流阀之后、柱塞缸之前的气路部分的体积尽可能小，气体驱动迅速传递为液力驱动，串联复合驱动系统的执行元件反应速度快；在保证小孔节流阀的出口压力与进口压力之比小于0.528的前提下，通断小孔节流阀之前的、紧靠小孔节流阀的气体高速开关阀，实现反应速度开、定位精度高的控制要求。

但是，气-液串联复合驱动系统也存在以下问题：尽管液路的液体压力较小，但长时间使用下，液路存在的泄漏会影响控制模型的参数，需要经常测量和不断补偿；同时，液路的泄漏也会产生环境污染问题；而且，气体驱动优点还在于：由于气体的弹性模量要比液体大得多，控制增益相对更为合理；管路中流动气体的阻尼比流动液体的阻尼小的多，运动迅速。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述不足之处，本发明为完全的气压驱动方式，采用基于完全壅塞流和非完全壅塞流并联气动系统，即：小孔节流阀与通用的可调节流阀并联使用，控制体积中的绝大部分气体由可调节流阀快速通过；当小孔节流阀后的反馈气体压力达到一定值时，高速开关阀关闭可调节流阀，利用小孔节流阀的完全壅塞流的控制原理，实现小孔节流阀出口压力的精确控制；为提高执行元件的驱动力，适当提高小孔节流阀前的系统压力。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明基于完全壅塞流和非完全壅塞流并联气动系统为：如附图1所示，带储气罐的恒压源的系统压力为p_S，为提高执行元件的驱动力，须适当提高系统压力p_S；p_S也是小孔节流阀3的进口压力，小孔节流阀3的流量不可调，小孔节流阀3的出口压力为p_A；当p_A/p_S＜0.528时，小孔节流阀3为完全壅塞流的节流，而可调节流阀2的流量可调，为非完全壅塞流的节流；由高速通断阀1与可调节流阀2串联后，再与小孔节流阀3并联；并联后的前端与带储气罐的恒压源连接，并联后的后端与三位四通阀6的一口相通，三位四通阀6的一口与可调节流阀5相连，可调节流阀5与消声器4相连，三位四通阀6另外两通口中一口封闭，另一口为驱动系统动力输出端、并与压力变送器7相连；上述元件构成了本发明的基于完全壅塞流和非完全壅塞流并联气动系统，以下将简称为并联气动系统，并在附图2、3中用虚线框明确。

本发明基于完全壅塞流和非完全壅塞流并联气动系统驱动单作用气缸的实施例：如附图2所示，并联气动系统的动力输出端与单作用气缸8相连，单作用气缸8内压缩弹簧必须预紧，单作用气缸8出口与通断阀9相通；单作用气缸8外有直线位移传感器10，用于测量单作用气缸8活塞杆的位移与速度。