一种复杂流路状态控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及流体控制领域，尤其涉及一种复杂流路状态控制装置及其控制方法。

背景技术：

在流体控制领域，经常需要对多个流路的状态进行控制及切换。目前，一般是采用电磁阀来实现，具体而言，需要在每个需要控制的流路中安装电磁阀，然后根据需要对每个电磁阀进行开通或关闭操作，从而实现对电磁阀所在流路状态的控制。在实际应用中，存在以下问题：流路中的流体必须经过电磁阀的内腔，因此一些高腐蚀性或者高吸附性流体会对电磁阀产生腐蚀问题；由于每个流路需要用到独立的电磁阀，当其中某个电磁阀出现故障时，很难及时判别；另外，整个流路控制系统比较复杂，实现成本较高。

技术实现要素：

本发明目的是针对上述问题，提供一种操作简单的复杂流路状态控制装置及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种复杂流路状态控制装置，包括阀体、阀芯，阀芯套接在阀体内，所述阀体上设置有阀芯腔体、第一横置通孔、第二横置通孔，第一横置通孔位于第二横置通孔上方，第一横置通孔、第二横置通孔均与阀芯腔体相连通，阀芯腔体内设置有阀芯；所述阀芯上设置有连接通孔，阀芯外侧设置有第一固定板、第二固定板、第三固定板，第一固定板下端面、第二固定板上端面均设置有第一弧状轨迹槽，第一固定板下端面、第二固定板上端面通过第一弧状轨迹槽与第一球体的上、下端面嵌入式连接；第一球体位于第一横置通孔与阀芯腔体的连通位置，第一球体前后两端分别设置有第一限位板、第二限位板，第一限位板、第二限位板均位于阀芯腔体内且第一限位板、第二限位板与阀体一体成型；第一限位板外侧面、第二限位板内侧面均设置有第一线状轨迹槽，第一限位板外侧面、第二限位板内侧面通过第一线状轨迹槽与第一球体的前、后端面嵌入式连接；第二固定板下端面、第三固定板上端面均设置有第二弧状轨迹槽，第二固定板下端面、第三固定板上端面通过第二弧状轨迹槽与第二球体的上、下端面嵌入式连接；第二球体位于第二横置通孔与阀芯腔体的连通位置，第二球体前后两端分别设置有第三限位板、第四限位板，第三限位板、第四限位板均位于阀芯腔体内且第三限位板、第四限位板与阀体一体成型；第三限位板外侧面、第四限位板内侧面均设置有第二线状轨迹槽，第三限位板外侧面、第四限位板内侧面通过第二线状轨迹槽与第二球体的前、后端面嵌入式连接；第一弧状轨迹槽、第二弧状轨迹槽均为不规则圆形状且其形状对称设置，第一弧状轨迹槽左端或后端至连接通孔的距离小于第一弧状轨迹槽右端或前端至连接通孔的距离，第二弧状轨迹槽右端或后端至连接通孔的距离小于第二弧状轨迹槽左端或前端至连接通孔的距离。

进一步的，所述连接通孔与步进电机的输出轴固定连接。

进一步的，所述阀芯腔体顶端、底端均设置有定位支撑轨迹槽，定位支撑轨迹槽呈环状且定位支撑轨迹槽内放置有若干个定位支撑球，第一固定板上端面通过定位支撑球与阀芯腔体顶端相接触，第三固定板下端面通过定位支撑球与阀芯腔体底端相接触。

进一步的，所述第一横置通孔、第二横置通孔内均设置有流通管，流通管由第一横置通孔、第二横置通孔内侧穿过第一横置通孔、第二横置通孔。

进一步的，所述流通管为内衬四氟的橡胶管、氟胶管或硅胶管。

一种复杂流路状态控制装置的控制方法，包括以下步骤：

s1、控制步进电机启动，步进电机的输出轴开始旋转，步进电机的输出轴带动阀芯旋转；

s2、第一固定板、第二固定板、第三固定板随着阀芯进行旋转；

s4、第一弧状轨迹槽、第二弧状轨迹槽随着第一固定板、第二固定板、第三固定板旋转，第一弧状轨迹槽、第二弧状轨迹槽与第一球体、第二球体的接触位置发生变化；

s5、在第一弧状轨迹槽、第二弧状轨迹槽的作用下，第一球体、第二球体在第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽上的位置出现左右移动；当第一球体移动到第一线状轨迹槽最左端时，第一球体对第一横置通孔内的流通管进行挤压，第一横置通孔内的流通管呈关闭状态；当第一球体移动到第一线状轨迹槽最右端时，第一球体不对第一横置通孔内的流通管进行挤压，第一横置通孔内的流通管呈开启状态；当第二球体移动到第二线状轨迹槽最左端时，第二球体对第二横置通孔内的流通管进行挤压，第二横置通孔内的流通管呈关闭状态；当第二球体移动到第二线状轨迹槽最右端时，第二球体不对第二横置通孔内的流通管进行挤压，第二横置通孔内的流通管呈开启状态；

s6、随着步进电机的输出轴旋转不同的角度，第一横置通孔、第二横置通孔内的流通管呈现出不同的控制状态；当输出轴转动至初始位置时，第一横置通孔内的流通管处于完全放松状态，而第二横置通孔内的流通管处于完全挤压状态；当输出轴转动至90度时，第一横置通孔、第二横置通孔内的流通管均处于完全放松状态；当输出轴转动至180度时，第一横置通孔内的流通管处于完全挤压状态，而第二横置通孔内的流通管处于完全放松状态；当输出轴转动至270度时，第一横置通孔、第二横置通孔内的流通管均处于完全挤压状态。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明可以同步实现对多个流路的开启关闭状态进行任意切换，在使用过程中，流体可以在流通管中流动，无需接触流通管以外的器件，不存在流体泄露、腐蚀问题；并且本发明没有使用电磁阀对流通管的启闭状态进行控制，不会出现流体腐蚀电磁阀的状况，同时避免了安装多个电磁阀导致控制系统过于复杂、不易检修的状况发生；另一方面，本发明采用步进电机作为动力源，其具有较快的控制速度，稳定性好，提高了控制系统的控制精度；并且其通过阀芯与阀体的配合即可控制多个流路的启闭状态，结构简单、易于集成，减少了生产成本的同时延长了流体控制装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的纵向剖视结构图；

图2为图1的a-a剖视图；

图3为图1的b-b剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1、图2和图3所示，一种复杂流路状态控制装置，包括阀体1、阀芯2，阀芯2套接在阀体1内，所述阀体1上设置有阀芯腔体11、第一横置通孔131、第二横置通孔132，第一横置通孔131位于第二横置通孔132上方，第一横置通孔131、第二横置通孔132均与阀芯腔体相连通，第一横置通孔131、第二横置通孔132内均设置有流通管41、42，流通管41、42为内衬四氟的橡胶管、氟胶管或硅胶管。流通管41、42由第一横置通孔131、第二横置通孔132内侧穿过第一横置通孔131、第二横置通孔132；阀芯腔体11内设置有阀芯2；所述阀芯2上设置有连接通孔23，步进电机3的输出轴31穿过阀体1底端的圆孔12后与连接通孔23固定连接，阀芯在输出轴的带动下可以和输出轴同步转动。阀芯2外侧设置有第一固定板24、第二固定板21、第三固定板22，第一固定板24下端面、第二固定板21上端面均设置有第一弧状轨迹槽211，第一固定板24下端面、第二固定板21上端面通过第一弧状轨迹槽211与第一球体212的上、下端面嵌入式连接；第一球体212位于第一横置通孔131与阀芯腔体的连通位置，第一球体212前后两端分别设置有第一限位板142、第二限位板141，第一限位板142、第二限位板141均位于阀芯腔体11内且第一限位板142、第二限位板141与阀体1一体成型；第一限位板142外侧面、第二限位板141内侧面均设置有第一线状轨迹槽，第一限位板142外侧面、第二限位板141内侧面通过第一线状轨迹槽与第一球体212的前、后端面嵌入式连接；第二固定板21下端面、第三固定板22上端面均设置有第二弧状轨迹槽221，第二固定板21下端面、第三固定板22上端面通过第二弧状轨迹槽221与第二球体222的上、下端面嵌入式连接；第二球体222位于第二横置通孔132与阀芯腔体的连通位置，第二球体222前后两端分别设置有第三限位板144、第四限位板143，第三限位板144、第四限位板143均位于阀芯腔体11内且第三限位板144、第四限位板143与阀体1一体成型；第三限位板144外侧面、第四限位板143内侧面均设置有第二线状轨迹槽，第三限位板144外侧面、第四限位板143内侧面通过第二线状轨迹槽与第二球体222的前、后端面嵌入式连接；第一弧状轨迹槽211、第二弧状轨迹槽221、第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽的截面均为u型状，可以保证第一球体、第二球体可以在槽内自由运动但是不会脱槽；第一弧状轨迹槽211、第二弧状轨迹槽221均为不规则圆形状且其形状对称设置，第一弧状轨迹槽211左端或后端至连接通孔23的距离小于第一弧状轨迹槽211右端或前端至连接通孔23的距离，第二弧状轨迹槽221右端或后端至连接通孔23的距离小于第二弧状轨迹槽221左端或前端至连接通孔23的距离。

所述阀芯腔体11顶端、底端均设置有定位支撑轨迹槽，定位支撑轨迹槽呈环状且定位支撑轨迹槽内放置有若干个定位支撑球5，第一固定板24上端面通过定位支撑球5与阀芯腔体11顶端相接触，第三固定板22下端面通过定位支撑球5与阀芯腔体11底端相接触。定位支撑轨迹槽的截面为u型，尽可能多的定位支撑球围绕中心位置放置于环状定位支撑轨迹槽内。可以在第一固定板上端面、第三固定板下端面设置位置相对的定位支撑轨迹槽，使得在阀芯转动时，定位支撑球可以定位阀芯在阀芯腔体内的垂直位置，避免阀芯与阀芯腔体上下端面接触，降低旋转摩擦；同时，阀芯的准确定位有助于其弧状轨迹槽内所设球体的相对垂直位置的准确定位。

本发明的的控制步骤为：

s1、控制步进电机3启动，步进电机3的输出轴31开始旋转，步进电机3的输出轴31带动阀芯2旋转；

s2、第一固定板24、第二固定板21、第三固定板22随着阀芯2进行旋转；

s4、第一弧状轨迹槽211、第二弧状轨迹槽221随着第一固定板24、第二固定板21、第三固定板22旋转，第一弧状轨迹槽211、第二弧状轨迹槽221与第一球体212、第二球体222的接触位置发生变化；

s5、在第一弧状轨迹槽211、第二弧状轨迹槽221的作用下，第一球体212、第二球体222在第一线状轨迹槽、第二线状轨迹槽上的位置出现左右移动；当电机带动阀芯转动时，所述球体在线状轨迹槽内沿中心线横向运动，远离或靠近阀芯的中心位置。当第一球体212移动到第一线状轨迹槽最左端时，第一球体212对第一横置通孔内的流通管41进行挤压，第一横置通孔内的流通管41呈关闭状态；当第一球体212移动到第一线状轨迹槽最右端时，第一球体212不对第一横置通孔内的流通管41进行挤压，第一横置通孔内的流通管41呈开启状态；当第二球体222移动到第二线状轨迹槽最左端时，第二球体222对第二横置通孔内的流通管42进行挤压，第二横置通孔内的流通管42呈关闭状态；当第二球体222移动到第二线状轨迹槽最右端时，第二球体222不对第二横置通孔内的流通管42进行挤压，第二横置通孔内的流通管42呈开启状态；

当阀芯转动，球体在弧状轨迹槽的作用下，沿着线状轨迹槽向远离中心的方向移动，对流通管产生挤压作用，流通管内截面减小，流通管内流体流速降低，直至球体移动到最远位置时，流通管被完全挤压，流通管内流速将为零，相当于完全关闭流体通路；当球体在弧状轨迹槽的作用下，沿着线状轨迹槽向靠近中心的方向移动，对流通管的挤压作用逐渐减小，流通管内截面增大，流通管内流体流速增加，直至球体移动到最近位置时，球体不对流通管产生挤压作用，流通管释放完全，流通管内流速增加到最大，相当于完全打开流体通路。

s6、随着步进电机3的输出轴31旋转不同的角度，第一横置通孔、第二横置通孔内的流通管41、42呈现出不同的控制状态；其状态如下表所示：

当输出轴31转动至初始位置时，第一横置通孔内的流通管41处于完全放松状态，而第二横置通孔内的流通管42处于完全挤压状态；当输出轴31转动至90度时，第一横置通孔、第二横置通孔内的流通管41、42均处于完全放松状态；当输出轴31转动至180度时，第一横置通孔内的流通管41处于完全挤压状态，而第二横置通孔内的流通管42处于完全放松状态；当输出轴31转动至270度时，第一横置通孔、第二横置通孔内的流通管41、42均处于完全挤压状态。

在管路流路减小过程中，流速减小的幅度会逐渐减小，更便于控制气路的稳定性；同样，在由完全关闭到打开并逐渐增大的过程中，增加的幅度由零逐渐慢慢增大，有效减小了流路在打开过程中流体对管路的冲击作用，流体的流动更加平稳。而当装置处于完全打开状态附近位置时，球体的在横向方向的位移速度达到最大，流体流速的改变速度也增加到最大，这样可以保证球体对流通管的挤压形变效果，对关闭动作做出快速的响应。也就是说，在关闭状态前后，装置可以缓慢调节流量，以保证流体的稳定性；而在打开状态前后，装置快速调节流量，以保证对流量改变状态的快速响应。