隔膜泵及隔膜泵精准补排油控制方法与流程

1.本发明涉及一种隔膜泵领域，具体涉及一种隔膜泵及隔膜泵精准补排油控制方法。


背景技术：

2.隔膜泵又称控制泵，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。隔膜泵在控制过程中的作用是接受调节器或计算机的控制信号，改变被调介质的流量，使被调参数维持在所要求的范围内，从而达到生产过程的自动化。隔膜泵主要是通过隔膜片的来回鼓动改变工作室容积从而吸入和排出液体，在液压隔膜泵应用里，控制液压腔室里的液压油达到动态平衡是液压隔膜泵性能保障的关键技术。
3.现有隔膜泵主要采用了以下2种控制模式：一种是机械式补排排油控制，另一种是电磁补排油控制。这两种都要人为设定补油或排油的极限位置。通过补油探头(或机械式补油阀)来判断隔膜补油起点位置，或者是通过排油探头(或机械式排油阀)来判断隔膜排油起点位置。无论哪种，皆无法反应隔膜在前后极限位置附近的运动特性，且信号皆为开关量信号，因此很难精确反应液压腔室缺油或多油量，进而无法时时提供精准的补排油控制。同时，排油探头和补油探头均为开关量信号，无法反应出隔膜在补排油位置的运动特性，隔膜导杆带磁环，导杆支架和迟缓均需要采用无磁材料制作，这造成加工难度增加，成本增加。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种隔膜泵及隔膜泵精准补排油控制方法，解决现有隔膜泵补排油控制不够精准，需要认为设定补排油极限位置的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种隔膜泵，包括泵体，在泵体中部设有隔膜，所述隔膜将泵体内腔分隔为液压油腔室和介质腔室，在液压油腔室远离隔膜的一端设有一活塞组件，所述活塞组件的活塞能够在水平方向往复移动，并推动液压油腔室内的液压油运动后，推动隔膜一起运动；在介质腔室上下两端分别设有一个用于吸入介质的进口阀组部件和一个用于输送介质的排出阀组部件；其特征在于，在隔膜中部设有一个末端伸入液压油腔室内并呈水平设置的隔膜导杆，所述隔膜导杆能够随隔膜一起运动，在液压油腔室上间隔设有一个补排油控制阀和一个导杆位移探头，所述补排油控制阀与一控制器相连通，所述导杆位移探头的信号输出端与所述控制器相接，导杆位移探头的探头伸入液压油腔室内，并与隔膜导杆的端部相邻，能够实时检测隔膜导杆端部位置，并将导杆端部的位置信息反馈到控制器；所述控制器用于接收导杆位移探头所发出的隔膜导杆位移位置，并记录隔膜导杆的回程位置信息后，通过隔膜导杆回程位置信息判断液压油腔室的缺油或多油状态，以及隔膜运动状态异常情况，同时，计算隔膜导杆位移量、缺油量、多油量，并根据所计算出的缺油量控制补排油控制阀
打开补油通道，向液压油腔室内补油，根据所计算出的多油量控制补排油控制阀打开排油通道，将液压油腔室内的液压油排出；当活塞组件向介质腔室一侧运动时，推动液压油和隔膜一起运动，并迫使介质压力升高，进口阀组部件的进口阀关闭，排出阀组部件的排出阀开启，通过排出阀输送介质；当活塞组件向液压油腔室一侧运动时，液压油腔室内压力降低，在排出阀组部件的出口管路压力作用下，排出阀关闭，同时，在进口阀组部件的进口压力作用下，进口阀组部件的进口阀开启，推动隔膜带动隔膜导杆一起运动，吸入介质。
7.进一步的，所述泵体包括从左至右相互连接的缸套、液力管、缸体和缸盖，所述缸套、液力管和缸体的内腔相互连通，形成所述液压油腔室，所述活塞组件安装在缸套内，在缸体内腔设有一导杆支架，所述隔膜导杆一端与隔膜固定连接，另一端穿过导杆支架后，伸出导杆支架外，并能够在外力作用下与隔膜一起水平移动。
8.进一步的，所述隔膜安装在缸体内，由一环形安装部和膜部组成；在缸体与隔膜之间设有内衬体。
9.进一步的，导杆位移探头包括探头装置盒和位移探头，在探头装置盒顶端设有一探头信号线接口，所述探头信号线接口通过一信号线与控制器相接；所述导杆位移探头呈竖向设置，且导杆位移探头的位移探头底部与隔膜导杆之间具有间隙。
10.进一步的，所述隔膜导杆靠近导杆位移探头的一端与导杆位移探头的中部相对应。
11.一种隔膜泵精准补排油控制方法，所述隔膜泵如上所述，所述隔膜泵补排油控制方法如下：
12.当控制器接收隔膜导杆的位移信息后，根据隔膜导杆的位移信息，判断隔膜导杆当前的位移区间，并根据隔膜导杆当前位移区间，判断液压油腔室的油量情况；具体的，根据隔膜正常运动行程和隔膜导杆在该行程的位移区间，将导杆位移探头的探测宽度划分为五个区间，从液压油腔室一侧向介质腔室一侧依次划分为严重缺油及隔膜运动状态极度异常区间、缺油行程区间、正常行程区间、多油行程区间、严重多油及隔膜运动状态极度异常区间，当隔膜导杆当前回程区间处于严重缺油及隔膜运动状态极度异常区间时，则判定液压油腔室处于严重缺油及隔膜运动状态极度异常状态；当隔膜导杆当前回程区间处于缺油行程区间时，则判定液压油腔室处于缺油状态；当隔膜导杆当前回程区间处于多油行程区间时，则判定液压油腔室处于多油状态；当隔膜导杆当前回程区间处于严重多油及隔膜运动状态极度异常区间时，则判定液压油腔室处于严重多油及隔膜运动状态极度异常状态；
13.当判定液压油腔室处于缺油状态时，缺油量满足以下函数关系式：缺油量q
qy
＝f(x、d、d)，式中，x为当前隔膜导杆的回程位移量，d为所述隔膜中心部位最小不可挠曲尺寸，d为所述隔膜夹持尺寸；在计算出缺油量后，控制器根据所述缺油量及补油压力参数来控制控制补排油控制阀打开补油通道的时间，进而实现向液压油腔室精确补油；
14.当判定液压油腔室处于多油状态时，多油量满足以下函数关系式：多油量q
dy
＝g(x、d、d)，式中，x为当前隔膜导杆的回程位移量，d为所述隔膜中心部位最小不可挠曲尺寸，d为所述隔膜夹持尺寸；在计算出多油量后，控制器根据所计算出的多油量结合排油压力来控制补排油控制阀打开排油通道的时间后，从而将液压油腔室内的液压油精准排出。
15.进一步的，当判定液压油腔室处于严重缺油及隔膜运动状态极度异常状态或液压油腔室处于严重多油及隔膜运动状态极度异常状态时，控制器发出报警信号。
16.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
17.⑴
、实现了单个模拟量信号检测探头对隔膜自然位置附近隔膜运动特性的实时检测，进而实现了液压腔室油量的精确控制。较“机械式”及“电磁式”不排油控制技术有着质的改变：机械式(电磁式)为点对点的控制，而该专利技术为连续模拟信号控制。
18.⑵
、能有效判断隔膜在自然位置附近运动的异常情况，并能实现隔膜破裂等故障诊断。
19.⑶
、可以根据缺油量或多油量的具体量化参数实现精准的补油或排油，让隔膜在每个工作行程中都处于液压油平衡状态。
20.⑷
、该控制技术能实现隔膜自动识别处于缺油或多油状态，自动进行液压油平衡调节，无需人为干预及人为预判隔膜前后极限位置(人为预判隔膜前后极限位置存在较多不确定性及合理性)。
21.⑸
、该控制思想、原理与电磁控制(或机械式)截然不同，该控制方法智能化程度很高
22.⑹
、不受磁场、温度等环境的影响，应用范围广，且检修维护方便，可靠性高。
23.⑺
、隔膜导杆为常规零件(不带磁环，无需特殊材料及制作)，无需特殊设计、加工及材料控制，降低了安装难度及成本。
24.⑻
、导杆支架亦为常规材料，无需特殊材料及控制，降低了成本。
25.⑼
、结构简单、整个装置运行成本低。
26.⑽
、实现该控制方法所需的零件很少，且运行中易损件很少，降低了运行成本。
27.⑾
、装配联接结构简单，实现容易。
附图说明
28.图1为实施例中隔膜泵的剖面结构示意图；
29.图2为实施例中隔膜和导杆位移探头的安装结构放大示意图；
30.图3为图2中i部放大结构示意图。
31.图中：1、活塞部件；2、缸套；3、液力管；4、补排油控制阀；5、导杆位移探头；51、探头信号线接口；52、探头装置盒；53、位移探头；6、隔膜导杆；7、导杆支架；8、缸体；9、隔膜；10、内衬体；11、排出阀组部件；12、缸盖；13、进口阀组部件；14、吸管座；15、支承部件。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述
中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.如图1-图3所示，一种隔膜泵，包括泵体，在泵体中部设有隔膜9，所述隔膜9将泵体内腔分隔为液压油腔室和介质腔室，在液压油腔室远离隔膜9的一端设有一活塞组件1，所述活塞组件1的活塞能够在水平方向往复移动，并推动液压油腔室内的液压油运动后，推动隔膜9一起运动；在介质腔室上下两端分别设有一个用于吸入介质的进口阀组部件13和一个用于输送介质的排出阀组部件11；在隔膜9中部设有一个末端伸入液压油腔室内并呈水平设置的隔膜导杆6，所述隔膜导杆6能够随隔膜9一起运动，在液压油腔室上间隔设有一个补排油控制阀4和一个导杆位移探头5，所述补排油控制阀4与一控制器相连通，所述导杆位移探头5的信号输出端与所述控制器(图中未画出)相接，导杆位移探头5的探头伸入液压油腔室内，并与隔膜导杆6的端部相邻，能够实时检测隔膜导杆6端部位置，并将导杆端部的位置信息反馈到控制器；所述控制器用于接收导杆位移探头5所发出的隔膜导杆6位移位置，并记录隔膜导杆6的回程位置信息后，通过隔膜导杆6回程位置信息判断液压油腔室的缺油或多油状态，以及隔膜9运动状态异常情况，同时，计算隔膜导杆6位移量、缺油量、多油量，并根据所计算出的缺油量控制补排油控制阀4打开补油通道，向液压油腔室内补油，根据所计算出的多油量控制补排油控制阀4打开排油通道，将液压油腔室内的液压油排出；当活塞组件1向介质腔室一侧运动时，推动液压油和隔膜9一起运动，并迫使介质压力升高，进口阀组部件13的进口阀关闭，排出阀组部件11的排出阀开启，通过排出阀输送介质；当活塞组件1向液压油腔室一侧运动时，液压油腔室内压力降低，在排出阀组组件11的出口管路压力作用下，排出阀关闭，同时，在进口阀组部件13的进口压力作用下，进口阀组部件13的进口阀开启，推动隔膜9带动隔膜导杆6一起运动，吸入介质。
35.如图1所示，本实施例中的泵体包括从左至右相互连接的缸套2、液力管3、缸体8和缸盖12，所述缸套2、液力管3和缸体8的内腔相互连通，形成所述液压油腔室，所述活塞组件1安装在缸套2内(与缸套滑动密封)，在缸体内腔设有一导杆支架7，所述隔膜导杆6一端与隔膜9固定连接，另一端穿过导杆支架7后，伸出导杆支架7外，并能够在外力作用下与隔膜9一起在液压油腔室内水平移动。为便于装配隔膜导杆，在导杆支架7中部具有一个供隔膜导杆6往复运动的横向通道。
36.如图1、图2所示，所述隔膜9安装在缸体8内，由一环形安装部和膜部组成，所述环形安装部一侧与膜部外沿相接，另一侧相互连接，环形安装部与膜部一体成型；在缸体8与
隔膜9之间设有内衬体10。所述内衬体主要用于解决高温高压时缸体内腔应力集中的问题，安装时，先将内衬体安装在缸体内，再安装隔膜后，通过缸盖压紧隔膜边缘，从而使得隔膜将缸体内腔分隔成液压油腔室和介质腔室。
37.所述泵体通过一支承部件15支撑固定，介质腔室与进口阀组部件13之间通过吸管座14相连通。
38.如图2、图3所示，导杆位移探头5包括上下设置的探头装置盒52和位移探头53，在探头装置盒52顶端设有一探头信号线接口51，所述探头信号线接口51通过一信号线与控制器相接；所述导杆位移探头5呈竖向设置，且导杆位移探头5的位移探头底部与隔膜导杆6之间具有间隙。
39.本实施例中的隔膜导杆6为常规零件，隔膜导杆6靠近导杆位移探头5的一端与导杆位移探头5的中部相对应。
40.上述隔膜泵精准补排油控制方法如下：当控制器接收隔膜导杆6的位移信息后，根据隔膜导杆6的位移信息，判断隔膜导杆6当前的位移区间，并根据隔膜导杆6当前位移区间，判断液压油腔室的油量情况；具体的，根据隔膜9运动行程和隔膜导杆6在该行程的位移区间，将导杆位移探头5的探测宽度划分为五个区间(具体区间范围的划分是根据隔膜尺寸、隔膜挠曲频率及隔膜自然最大位移位置来共同计算确定)，从液压油腔室一侧向介质腔室一侧依次划分为严重缺油及隔膜运动状态极度异常区间(图3中l
5-l4区间范围)、缺油行程区间(图3中l
4-l3区间范围)、正常行程区间(图3中l
3-l2区间范围)、多油行程区间(图3中l
2-l1区间范围)、严重多油及隔膜运动状态极度异常区间(图3中l1区间范围)，当隔膜导杆6当前回程区间处于严重缺油及隔膜9运动状态极度异常区间(即图中l5-l4区间范围)时，则判定液压油腔室处于严重缺油及隔膜9运动状态极度异常状态；当隔膜导杆6当前回程区间处于缺油行程区间(即l
4-l3区间范围)时，则判定液压油腔室处于缺油状态；当隔膜导杆6当前回程区间处于多油行程区间(即l
2-l1区间范围)时，则判定液压油腔室处于多油状态；当隔膜导杆6当前回程区间处于严重多油及隔膜9运动状态极度异常区间(即l1区间范围)时，则判定液压油腔室处于严重多油及隔膜运动状态极度异常状态；
41.当判定液压油腔室处于缺油状态时，：缺油量满足以下函数关系式：缺油量q
qy
＝f(x、d、d)，式中，x为当前隔膜导杆的回程位移量，d为所述隔膜中心部位最小不可挠曲尺寸，d为所述隔膜夹持尺寸；在计算出缺油量后，控制器根据所述缺油量及补油压力参数来控制控制补排油控制阀打开补油通道的时间，进而实现向液压油腔室精确补油；
42.当判定液压油腔室处于多油状态时，多油量满足以下函数关系式：多油量q
dy
＝g(x、d、d)，式中，x为当前隔膜导杆的回程位移量，d为所述隔膜中心部位最小不可挠曲尺寸，d为所述隔膜夹持尺寸；在计算出多油量后，控制器根据所计算出的多油量结合排油压力来控制补排油控制阀打开排油通道的时间后，从而将液压油腔室内的液压油精准排出。
43.当判定液压油腔室处于严重缺油及隔膜运动状态极度异常状态或液压油腔室处于严重多油及隔膜运动状态极度异常状态时，控制器发出报警信号，工作人员根据报警信号强弱及报警时间长短来判定隔膜运动状态是否异常，若隔膜运动状态严重异常，则发出故障诊断，若隔膜运动状态处于一般正常，则判定液压油腔室处于严重缺油或严重多油状态。
44.在严重多油状态下，采用多油量的计算公式进行多油量的计算，在严重缺油状态
下，采用缺油量的计算公式进行缺油量的计算。
45.采用上述隔膜泵进行补排油控制后，相较现有技术，具有如下有益效果：
46.⑴
、实现了单个模拟量信号检测探头对隔膜自然位置附近隔膜运动特性的实时检测，进而实现了液压腔室油量的精确控制。较“机械式”及“电磁式”不排油控制技术有着质的改变：机械式(电磁式)为点对点的控制，而该专利技术为连续模拟信号控制。
47.⑵
、能有效判断隔膜在自然位置附近运动的异常情况，并能实现隔膜破裂等故障诊断。
48.⑶
、可以根据缺油量或多油量的具体量化参数实现精准的补油或排油，让隔膜在每个工作行程中都处于液压油平衡状态。
49.⑷
、该控制技术能实现隔膜自动识别处于缺油或多油状态，自动进行液压油平衡调节，无需人为干预及人为预判隔膜前后极限位置(人为预判隔膜前后极限位置存在较多不确定性及合理性)。
50.⑸
、该控制思想、原理与电磁控制(或机械式)截然不同，该控制方法智能化程度很高
51.⑹
、不受磁场、温度等环境的影响，应用范围广，且检修维护方便，可靠性高。
52.⑺
、隔膜导杆为常规零件(不带磁环，无需特殊材料及制作)，无需特殊设计、加工及材料控制，降低了安装难度及成本。
53.⑻
、导杆支架亦为常规材料，无需特殊材料及控制，降低了成本。
54.⑼
、结构简单、整个装置运行成本低。
55.⑽
、实现该控制方法所需的零件很少，且运行中易损件很少，降低了运行成本。
56.⑾
、装配联接结构简单，实现容易。
57.当判定液压油腔室处于严重缺油及隔膜运动状态极度异常状态或液压油腔室处于严重多油及隔膜9运动状态极度异常状态时，控制器发出报警信号。
58.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。