筒式流量控制器的制作方法

本技术属机械领域，是一种电动的筒式流量控制器，尤其是基于智能化的气流量控制器。

背景技术：

智能种植机器人中，用呼吸器控制夹层与外界大气的连通。常见的气体控制器，虽能胜任工作，但多为构造复杂、价格昂贵的精密设备，用之会造成一定的资源浪费，大材小用。

技术实现要素：

本控制器是基于常压环境和智能控制技术而构建的，是在呈内外套接和相对旋转的两个管筒上分别设置气孔，通过两气孔的重叠程度，决定流体流量的流量。控制器开通时，流体从内管筒的一端流入，从筒壁侧孔(或另一端气孔)流出。

本流体控制器(图1)，主要由内筒、外筒、筒沿、机架板、驱动电机、信号机构、堵塞体组成；内筒内接于外筒的芯孔中，外筒安装在机架板上；筒沿设置在内筒的一端，堵塞堵住内筒的另一端；筒沿(又称沿板)由圆环段和齿环段组成的组合外形的圆环形板，圆环段和齿环段(简称齿沿)的半径不相等(图2)，两环段之间是沿径向的连接面(简称阶差沿)，齿环段上设轮齿，圆环段上安装信号机构的触发构件，阶差沿作为触发传感器的构造(图2、图2.1)；内筒、外筒在同一位置(沿轴向)的筒壁上设置径向气孔(简称侧孔(图3))；电机安装在机架板上，电机轴上安装主动轮，主动轮与齿沿段的轮齿啮合(主动轮与沿齿之间可增设变速机构)；主动轮在电机带动下驱动齿沿段旋转，齿沿段带动内筒相对于外筒旋转，由此形成内筒、外筒上侧孔的重合或分离；进而通过两侧孔的重合程度，控制流体的流量，通过侧孔分离关闭控制器。侧孔重合时(即控制器开启)，外部空气顺内筒芯孔流入，在侧孔(或另一端的气孔(简称端孔))流出。

通过对侧孔重合程度的控制，可实现流体流量的无级差控制。在智能控制或自动控制前提下，可在机架板上设置侧孔完全重合(简称全开)和侧孔完全分离(简称全关)的两个传感器(简称端传感器)；通过端传感器的信息，可判定控制器的开关状态，实现对本控制器的开、关控制。利用沿板相对机架板的旋转，可在圆环段设置刻度，并在机架板上设置固定标志，形成人工可读的面板。

在采用可计数角行程的电机(如步进电机等)时，可通过电机的角行程和主动轮与齿沿的传动比，换算出当前两个侧孔的重合度，进而实现无级差的流量控制。

可在端传感器中间在增设多个呈中心分布的传感器(简称中间传感器)，实现按级差控制流体流量。控制系统按当前对流量的需求，确定侧孔的重合度，通过中间传感器的触发信息，判定流量是否达到要求的流量值。

堵塞是封闭内筒和外筒的塞体或筒盖，设置在内筒和外筒右侧的悬挑端(图1中，悬挑于机架板的右侧)，分别封闭内筒和外筒的右端端，隔离植机器人夹层中的流体(空气或水等)或土壤。

在内筒和外筒的塞体紧密贴合的前提下，可将内外筒上的侧孔改设到堵塞上(图4)；对此，需分别将两堵塞设为半塞体(封堵面积大于半圆)，各自封住所对应筒孔的一部分，使两筒的悬臂端成为半孔(小于半圆的孔)；在安装堵塞后，各筒端孔则是供流体流通的通道。在控制器开启时，内筒在电机驱动下旋转，使内筒上的半孔逐渐与外筒上的半孔(固定)重叠，使流体顺内筒轴向外流。

控制器的开启和关闭，通过内筒相对于外筒的旋转来实现。故此，若将图1中内筒和外筒右端的悬挑部分加长，并在加长端上另设侧孔(内筒侧孔、外筒侧孔)并且在内筒中间设置堵塞，则可形成同步开启和关闭的连体控制器(图5)；该连体控制器(前述的控制器，相对连体控制器称为单体控制器)，虽然只需一套驱动和信息机构，却是两个独立功能的同步控制器。

连体控制器也用于种植机器人种植盘的夹层中，内筒的两端为夹层与外界连通的通道，外界空气由一端的控制器芯筒流入，经侧孔进入夹层中，再由另一端的控制器侧孔进入内筒，流回外部空间，从而在夹层中形成流动空气，更新夹层中的空气。

连体控制器是内筒旋转而外筒固定，因此，对于两端侧孔距离较大的情况，外筒的中间部分可省略(两端外筒通过机架板固定在设备上)，保留内筒传动即可，同时，内筒的中间部分(两侧孔之间的部分)，也可用一条传动轴替代。

附图说明

在附图中，曲线代表轮齿的边缘；下文中所述的的触头触发的传感器，皆包含接触触发和非接触触发两种形式。

图1，是单体控制器控制器的正向剖面图，剖切面过内筒轴线。本图表示控制器当前处于关闭状态，信息系统中的传感器被设置在沿板上的触头触发。

1代表内筒；1.1代表内筒侧孔；1.2代表内筒芯孔；1.3代表沿板的齿环部分；1.4代表沿板的圆环部分；1.5代表内筒堵塞；2代表外筒；2.1代表外筒侧孔；3代表外筒堵塞；4代表机架板；5代表电机；5.1代表主动轮；5.2代表动力轴；6代表传感器；7代表安装在沿板圆环上的触头。

表示控制器主要由内筒1、外筒2、沿板(即圆环段部分1.4和齿环段部分1.3的组合板)、机架4、动力电机5、塞体(内筒堵塞1.5、外筒塞体3)、信息机构(含传感器6)组成，内筒1内接于外筒2的芯孔中，套接固定于内筒1左端外壁上的沿板和固定于内筒1右端芯孔1.2中的堵塞1.5在两端夹住外筒2，通过外筒2的支撑约束内筒1的轴向自由度；外堵塞3封住外筒2的右端，起保护作用。

外筒2固定安装在机架板4上，机架板4还是动力电机5和信息机构(含传感器6)的安装架，同时机架板4也是本控制器与种植盘连接的连接件。

电机5驱动沿板(齿环部分1.3)旋转，1.3沿板带动内筒1旋转，旋转的内筒1带着侧孔1.1相对外筒2上的固定侧孔2.1旋转；当侧孔1.1和固定侧孔2.1重合时，即是控制器开；当侧孔1.1和固定侧孔2.1完全分离时，即是控制器关。

本图所示的状态是控制器关的状态，此时的侧孔1.1和固定侧孔2.1完全分离，同时，沿板圆环部分1.4上所安装的触头7已经接触到了传感器6，引发传感器6触发并向控制系统发出了本流体控制器关的状态信号。

除机械触发外，触头7和传感器6触发的触发因素，还可以是声波、电磁场、光线等非接触诱发关系，目的在于使传感器触发，具体方案以需求和所具备条件而定。

图2，是控制器的左视图。表示控制器的沿板高出机架板之外，机架板上除设有控制器全开和关闭两个传感器外，还设有微开、半开等传感器，可按极差档位控制流体流量。当前是关闭状态。

沿板由设置轮齿的部分1.3(简称齿沿段)、圆环部分1.4(简称圆环段)构成，两者约各占半边；沿板套接于内筒上，露出内筒孔1.2；内筒孔1.2作为夹层与外部空间连通的通道。

圆环段1.4半径大于齿沿段1.3半径，两者形成阶差(该阶差之间的连接面简称为径差沿)，利用径差沿，分别设置控制器关状态的传感器8.1和全开状态的传感器8.2；在沿板带动内筒逆时针旋转致控制器关闭时，沿板的左端径差沿触碰传感器8.1并使之发出触发信息；在沿板带动内筒顺时针旋转致控制器完全开启时，沿板的右端径差沿触碰传感器8.2并使之发出触发信息；据此信息控制系统可推定控制器的当前状态。

除传感器8.1和8.2外，机架板上还设有中间传感器8.3和微开传感器8.4。在控制器开启到一半(即内外筒的两个侧孔重合一半)时，安装在圆环段上的触头7接触中间传感器8.3，使传感器8.3触发；在控制器稍微开启(即内外筒的两个侧孔重合一半)时，触头7接触微开传感器8.4。由此形成微小流量和半流量的控制，再结合前述的全开流量(全开传感器8.2)，则形成多个阶差的流量控制。

动力轴5.2带动主动轮与齿沿段1.3上的轮齿啮合，构成齿轮传动副；改变电机的旋转方向，可驱动沿板带动内筒正方向旋转，由此形成控制器的开关和非全开状态下的微小流量和半流量的控制。

图2.1，是控制器的左视图。

本图是在图2的基础上调换沿板齿沿段和圆环段半径而成的，齿沿段1.3的半径大于圆环段1.4。增加了一个微开传感器8.4和半开传感器8.3之间的传感器8.5；传感器8.5触发时的流量介于微开和半开之间，增设传感器8.5的目的在于，表明本控制器可根据需要细分成若干个流量档次。

图3，是在控制器侧孔处剖切形成的断面图。

表示内筒1内接于外筒2，两者可相对旋转。当前状态是(内筒侧孔1.1和外筒侧孔2.1完全分离)控制器关。

图4，是在图1的右悬挑端剖切所得的左视图。是用端孔控制流量的示意图。

图中虚线，是过内筒轴心的竖线，表示虚线左侧是被半塞体1.6的实体部分，半塞体1.6占据内筒孔面积较多，剩余较小部分作为流体通道(即端孔)。

表示将控制器侧孔转移到堵塞上，也能实现流量控制。将内筒1的堵塞更换成半塞体1.6，外筒2的塞体替换成半塞体3.1(指实体部分)；半塞体1.6随内筒1旋转，当半塞体1.6的与外筒2的半塞体3.1(实体部分)重叠时，也是半塞体1.6的剩余部分与半塞体3.1的留空部分重叠的时刻，此时流量最大。

此后，随着半塞体1.6的旋转，内筒半塞体1.6逐渐转向半塞体3.1留空部分，使流体可通过的截面逐渐减小，直至半塞体1.6完全覆盖半塞体3.1留空部分，隔断流体的通道，即控制器关。

图5，是双换气口的控制器，是在图1右端(左右)镜像后形成的联体控制器。该联体控制器采用一套动力和信息机构。

因右端无需设置动力和信息机构，故右端的沿板缩小成了套接在内筒1上的圆环1.7，圆环1.7和左端沿板在两端卡住外筒2，约束内筒1的轴向自由度。

内筒的堵塞设置在中间部位，使由内筒右气口1.9流入的流体经内筒1的侧孔1.8和外筒2的侧孔2.2流入夹层。流体经夹层后再由左气口2.1和1.1流出内筒孔1.2，再由内筒孔1.2流入外界。

具体实施方式

选择图1和图2作为实施参考图；设关闭和全开两个传感器。

一、内外筒的制作

a、设定控制器内筒的长度为l1、沿板厚度w1、内堵塞后座(大于内筒芯孔的那部分)的长度w2；

b、确定外筒的长度l2：l2＝l1-w1-w2；

c、选择恰当的材料车制外筒、并铣出外筒芯孔；外筒长度为l2；

(车制外筒时，在一端留出机架板安装台阶；)

本实施例仅设阶差沿(齿环段和圆环段差值形成的)的传感器(未设中间传感器)，故可使沿板贴紧机架板，即两者之间可不留(除构造措施外的)间隙；亦即，内筒在机架板的左侧留出沿板的安装长度即可；

d、根据外筒内径车制(精车)内筒，使内筒外径和外筒内径精确吻合；在根据沿板厚度，在一端车制沿板安装位；

e、在外筒的右端铣出侧孔，其孔径必须小于内筒直径；

f、对应外筒侧孔，在内筒的右端铣出侧孔(孔径小于内筒直径)；

二、机架板和沿板的制作

a、根据外筒机架板安装位的直径，制作机架板；

b、根据外筒沿板的直径和圆环段半径尺寸r，制作沿板；

c、拟定齿环段与圆环段的半径差值h(本实施例的传感器选用行程开关)，使阶差h足以触碰并触发传感器，则齿环段齿顶圆的半径为：r1＝r-h；

选择较小模数，在半径尺寸为r的沿板上割(线切割即可)出齿顶圆为r1的齿环段；考虑到主动轮所占圆周长度，故齿环段的长度必须大于1/2圆周。

三、驱动和信息机构

a、购置1台较小体积的减速直流电机；购置2个较小体积的行程开关；

b、根据电机安装在机架板上后电机轴距齿环段的距离，确定电机在机架板上的安装位；同时确定主动轮的齿数或径向尺寸；

c、将机架板和沿板分别安装在对应的筒上，使内筒和外筒的侧孔完全重合，在机架板上标记沿板阶差边所在的位置；然后旋转内筒180°，在标记下另一沿板阶差边所在的位置，按图2中传感器8.1、传感器8.2的安装方法，安装2个行程开关(事先接出控制线)；

d、制作主动轮并安装在电机(接出正反向供电的2组(直流永磁电机，单相供电线))轴上，使主动轮与齿环段构成齿轮副机构；

四、制作堵塞

a、制作内筒堵塞并安装；

b、外筒堵塞实为一个桶体，其轴向高度需包含内筒堵塞后座、桶体套接外筒的长度、以及两堵塞件的构造间隙；制作并安装外筒堵塞；

五、接入电源

a、根据电机规格要求选择适应的直流电源，测试2组供电线驱动电机电机选择的方向；按图2所示，选择一组使沿板逆时针旋转的电路作为控制器关的驱动电路，选择一组使沿板顺时针选择的电路作为控制器开的驱动电路；

b、将电源接入双投开关，并按上述测试结果分别将电机正转、反转的2组供电线接到开关上；

c、在逆时针旋转电路中串入行程开关8.1，同时在顺时针旋转电路中串入行程开关8.2；

e、检查电路避免漏电，检查两个行程开关是否有效。

f、分别合上逆时针、顺时针旋转电路的开关，观察沿板旋转方向是否正确；

合上开关后，沿板旋转方向应该与设计方向一致，当沿板旋转到极端时，阶差边应能触发行程开关，此时，常闭行程开关会因触发而开路，应该电机因失电而停转，避免堵转电流烧毁电机。需确认电机有效停转时，可用电表测试供电线电流路是否为0或常闭开关两端的电阻是否无限大，判定电路是否真正开路。

另外，在智能控制系统中，除传感器信息外，还可通过电机的电流判断控制器运行是否正常，在出现机械性卡挡或常闭行程开关失效时，因电机停转，电路会出现强大的堵转电流，可由此判定控制器故障。换言之，在智能控制系统中，可将堵转电流作为一个控制信息，将其与传感器信息形成或运算的逻辑识别控制器故障。