一种自保持式夹管阀系统的制作方法

本实用新型属于自动控制领域，涉及一种用于软管内流动的通断控制或选通控制的夹管阀系统。

背景技术：

阀门广泛应用于各种流体输送系统。在生物、医学及化工等领域，为了避免机械部件对流动工质污染或流动工质对机械部件的腐蚀，广泛应用夹管阀实现对管内流动过程的控制，包括通断控制或换向控制等。现有夹管阀的执行机构通常为电磁式，它由电磁铁驱动阀芯运动改变阀门状态，并在电磁铁释放后通过弹簧回位。以常用的常闭式通断夹管阀为例，在断电时阀门由弹簧推动阀芯挤压软管，提供一定的夹紧力；在上电时则由电磁铁带动阀芯释放，使软管内流体能够自由流动。

此类夹管阀原理成熟，应用广泛，但存在能耗高、发热大和可靠性低等问题。仍以上述常闭式通断夹管阀为例，当阀门打开时需要向电磁铁施加足够的电流以使其足以克服弹簧弹力，而且在连续工作状态下，需要持续向电磁铁供电以维持阀门打开，因此将消耗较大的电能；而由于在连续工作状态下电磁铁并不做功，所消耗的电能都将直接转化为热能，导致器件发热；若耗散的热量不能被及时排出，器件过热则会对系统的安全产生重要影响，特别在长时间连续工作情况下存在失效风险。以血液治疗为例，血液透析或CRRT设备都会应用一定数量的常闭式夹管阀，在长达数小时甚至数十小时的治疗过程中为维持阀门打开会消耗大量的电能，散发大量的热量，并且产生不可忽视的安全隐患。现有的一些比较先进的夹管阀系统通常还会配套复杂的驱动控制系统，如ACRO的VERSAGRIP电磁夹管阀通常配套专用驱动板使用，通过PWM方式向阀体供电。驱动控制系统的应用可以在一定程度上减小发热提高可靠性，但并没有从原理上克服问题，而且增加了系统的复杂性和使用成本。

此外，电磁铁驱动过程从原理上来说就具体显著的非线性特征，不可避免地存在难以平稳控制的问题，因此电磁式夹管阀通常存在冲击强、噪声大等问题。特别在医疗环境中，电磁式夹管阀在切换时的明显噪声会影响医务人员和病患者情绪，干扰治疗效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种自保持式夹管阀系统，可由自保持机构的自锁力矩维持其工作状态，仅在状态切换过程中消耗电力，从而减小阀门工作中的能量消耗，并杜绝器件过热及相应的系统失效风险。

一种自保持式夹管阀系统，其特征在于：所述自保持式夹管阀包括夹管机构、自保持机构、传感器、驱动器、传动机构和控制器；阀门状态包括第一状态和第二状态，对应于夹管机构的第一位置和第二位置；第一状态或第二状态下自保持机构均向夹管机构施加自锁力矩，维持其处于第一位置或第二位置；传感器可感应夹管机构位置，并向控制器反馈以判断阀门状态；当需要切换阀门状态时，控制器向驱动器提供激励，使其产生扭转力矩，该力矩通过传动机构放大，带动夹紧机构克服自保持机构的自锁力矩，由第一位置向第二位置运动或由第二位置向第一位置运动；当阀门状态切换完成后，控制器断开驱动器的激励，由自保持机构维持阀门状态。

所述自保持式夹管阀系统可作为通断阀，阀门作用于一条或多条软管，阀门的第一状态为闭合状态，夹管机构挤压软管并阻断管内的流动；第二状态为导通状态，夹管机构释放软管使其中的工质可自由流动。

所述自保持式夹管阀系统可作为选通阀，阀门同时作用于多条软管，包括A组软管和B组软管；阀门的第一状态下夹管机构挤压A组软管而释放B组软管，使得A组软管内流动断开而B组软管内流动导通；第二状态下夹管机构挤压B组软管而释放A组软管，使得B组软管内流动断开而A组软管内流动导通。

所述自保持机构在第一状态或第二状态下均通过机械自锁作用向夹管机构施加一定的自锁力矩，且该力矩大小可灵活调节。

所述夹管机构可将自保持机构提供的自锁力矩转化为压力，施加在软管上，实现对软管的挤压作用。

所述传感器为霍尔传感器或红外传感器，控制器根据在不同的夹管机构位置下传感器产生不同的反馈信号，实现对阀门状态的判断。

所述驱动器为电机，可正反转；控制器根据阀门状态切换的需要，向驱动器施加不同的激励，使其产生正向或反向的扭矩，作用在传动机构上。

所述传动机构为齿轮减速机构，可将驱动器产生的扭矩放大后传递至夹管机构，用以克服自保持机构的自锁力矩。

当夹紧管路所需的力较小时，可省略系统中的自保持装置，由传动机构的摩擦阻力提供保持阀门状态的自锁力矩。

本实用新型的有益技术效果是

(1)本实用新型的夹管阀通过自保持机构的自锁力矩维持阀门状态，驱动器仅在状态切换时工作，系统能耗低，并杜绝了传统电磁式夹管阀的发热问题。

(2)由于应用电机而非电磁铁驱动，阀门的换向运作可控，可实现平稳的换向控制，冲击小，噪声低。

(3)通过选择不同的夹管机构，本实用新型可灵活用于单根软管里流动的通断控制或多根管路内流动的选通控制。

附图说明

图1是本实用新型系统构成及作用原理示意图

图2是实施例1的第一状态示意图

图3是实施例1的第二状态示意图

图4是实施例1的状态切换过程示意图

图5是实施例2的第一状态示意图

图6是实施例2的第二状态示意图

图中，1为夹管机构，2为自保持机构，3为传感器，4为传动机构，5为驱动器，6为控制器，1a、1b为夹管机构中的限位块，1c为夹管机构中的摆臂，1d为夹管机构中的压块，2a为自保持机构的固定安装位，2b为自保持机构的弹性元件，3a、3b为霍尔传感器。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。

实施例1，一种通断式夹管阀系统，参见图1-4，包括夹管机构1、自保持机构2、传感器3、传动机构4、驱动器5、和控制器6；其中夹管机构1包括左侧限位块1a、右侧限位块1b、摆臂1c和压块1d；自保持机构2包括固定安装位2a和弹性元件2b。

所述通断式夹管阀包括第一状态(图2)和第二状态(图3)，其中第一状态为断开状态，第二状态为导通状态。

在第一状态下，驱动器5不工作，自保持机构2通过弹性元件2b向夹管机构1中的摆臂1c施加弹性作用力，且该力与摆臂1c呈一定夹角，从而向夹管机构施加一逆时针方向的扭转力矩T3；该力矩作用下，压块1d保持在与软管接触状态下，并挤压软管，软管内的流动断开。

在第二状态下，驱动器5不工作，自保持机构2通过弹性元件2b向夹管机构1中的摆臂1c施加弹性作用力，且该力与摆臂1c呈一定夹角，形成一顺时针方向的扭转力矩T3；该力矩作用下，压块1d保持在与右侧限位块1b接触状态下，夹管机构1不向软管施加作用力，管内流动导通。

所述传感器包括左侧霍尔传感器3a和右侧传感器3b，通过感应夹管机构1中的压块1d的位置判断阀门状态，并向控制器6反馈。

所述自保持式夹管阀通过如下过程实现由第一状态向第二状态的切换：控制器6首先通过传感器3a感应夹管机构1的压块1d是否处于左侧限位位置，判断当前阀门是否处于第一状态；确认后，控制器6向驱动器5提供激励，驱动其顺时针旋转，并产生扭转力矩T1；传动机构4将驱动器5提供的扭转力矩放大至T2作用在夹管机构1上；该力矩大于自保持机构的保持力矩T3，带动夹管机构1形成换向动作；压块1d由左侧限位块1a向右侧限位块1b运动，释放软管，管内流动导通；控制器6通过传感器3b判断压块1d是否已达到右侧限位位置，确认后断开驱动器5的激励，由自保持机构2维持阀门状态。

所述自保持式夹管阀通过如下过程实现由第二状态向第一状态的切换：控制器6首先通过传感器3b感应夹管机构1的压块1d是否处于右侧限位位置，判断当前阀门是否处于第二状态；确认后，控制器6向驱动器5提供激励，驱动其逆时针旋转，并产生扭转力矩T1；传动机构4将驱动器5提供的扭转力矩放大至T2作用在夹管机构1上；该力矩大于自保持机构的保持力矩T3，带动夹管机构1形成换向动作；压块1d由右侧限位块1b向左侧限位块1a运动，挤压软管，管内流动断开；控制器6通过传感器3a判断压块1d是否已达到左侧限位位置，确认后断开驱动器5的激励，由自保持机构2维持阀门状态。

实施例2，一种通断式夹管阀系统，参见图1、图5和图6，包括夹管机构1、自保持机构2、传感器3、传动机构4、驱动器5、和控制器6；其中夹管机构1包括左侧限位块1a、右侧限位块1b、摆臂1c和压块1d；自保持机构2包括固定安装位2a和弹性元件2b。

所述选通式夹管阀包括第一状态(图5)和第二状态(图6)，其中第一状态为软管A断开、软管B导通状态，第二状态为软管A导通、软管B断开状态。

在第一状态下，驱动器5不工作，自保持机构2通过弹性元件2b向夹管机构1中的摆臂1c施加弹性作用力，且该力与摆臂1c呈一定夹角，从而向夹管机构施加一逆时针方向的扭转力矩T3；该力矩作用下，压块1d保持在与软管A接触状态下，通过挤压软管A使管内的流动断开；夹管机构1不向软管B施加作用力，管内流动导通。

在第二状态下，驱动器5不工作，自保持机构2通过弹性元件2b向夹管机构1中的摆臂1c施加弹性作用力，且该力与摆臂1c呈一定夹角，形成一顺时针方向的扭转力矩T3；该力矩作用下，压块1d保持在与软管B接触状态下，通过挤压软管B使管内的流动断开；夹管机构1不向软管A施加作用力，管内流动导通。

所述选通式夹管阀在第一状态与第二状态间的切换原理与过程与实施例1类似。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。