呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法技术

本发明专利技术公开了一种呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法，所述比例阀包括含有动铁芯和静铁芯的电磁驱动组件，动铁芯和静铁芯之间连接有压簧，动铁芯上还连接有上碟簧和下碟簧，压簧始终给予动铁芯向下的作用力，电磁驱动组件断电状态下，上碟簧与下碟簧均给予动铁芯向上的作用力，所述比例控制方法包括：启动阶段：电磁力、上碟簧弹力和下碟簧弹力的合力克服压簧弹力，比例阀实现启动；比例放大阶段：动铁芯向上位移，比例阀实现比例放大；比例缩小阶段：动铁芯向下位移，比例阀实现比例缩小；关闭阶段：动铁芯向下位移至初始位置，比例阀实现关闭。本发明专利技术在兼顾动态频响快的前提下同时做到了良好的抗干扰能力，稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法
本专利技术涉及一种比例阀的控制方法，特别是呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法。
技术介绍
新冠疫情盛行，医用呼吸机需求增加，呼吸机作为各大医院必备的抢救设备之一，是延长患者生命、为进一步治疗争取宝贵时间的重要医疗设备，高端呼吸机内部的一大核心是比例电磁阀，虽然国内气动技术产业起步较晚但发展迅速，在常规气动元件的研发和生产方面已经取得了显著成绩，部分产品的质量和性能已达到世界先进水平，但在电磁比例阀等关键气动元件的研发上则相对滞后，许多研究仍停留在理论和实验室阶段，呼吸机用微型比例电磁阀工况复杂，其流量特性具有非线性、时变性等特点。比例电磁阀的控制方法普遍为通电后引入电磁力的作用，由电磁力和其它力结合影响比例电磁阀的启闭及启闭时的开度，目前有关比例电磁阀比例控制方法的研究，其中一大热门方向是动态频响快的研究，其能使得呼吸机启动时的流量控制反应更加迅速，而动态频响快的产品往往无法兼顾到稳定性，也即现有比例电磁阀的启动普遍存在抗干扰能力较差的问题，这同时也会影响到比例电磁阀的使用寿命，制约动态频响快的比例电磁阀更多地被应用到高端呼吸机内。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法。本专利技术在兼顾动态频响快的前提下同时做到了良好的抗干扰能力，稳定性高。本专利技术的技术方案：呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法，所述比例阀包括含有动铁芯和静铁芯的电磁驱动组件，动铁芯和静铁芯之间连接有压簧，动铁芯上还连接有上碟簧和下碟簧，压簧始终给予动铁芯向下的作用力，电磁驱动组件断电状态下，上碟簧与下碟簧均给予动铁芯向上的作用力，所述比例控制方法包括：启动阶段：电磁驱动组件由断电状态转为通电状态，动铁芯受到向上的电磁力，控制通电电流由小至大递增，在通电电流递增过程中，电磁力逐渐增大，上碟簧和下碟簧对动铁芯向上的作用力逐渐变小，直至电磁力、上碟簧弹力和下碟簧弹力的合力克服压簧弹力，使动铁芯向上位移，比例阀实现启动；比例放大阶段：控制通电电流继续增大，电磁力和压簧弹力继续增大，上碟簧对动铁芯的作用力继续变小，且方向始终保持与压簧对动铁芯的作用力方向相反，下碟簧对动铁芯的作用力继续变小直至为零，为零后再反向逐渐增大，通电电流增大过程中，动铁芯向上位移，比例阀实现比例放大；比例缩小阶段：控制通电电流由大至小递减，动铁芯向下位移，比例阀实现比例缩小；关闭阶段：电磁驱动组件由通电状态转为断电状态，动铁芯向下位移至初始位置，比例阀实现关闭。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术比例控制方法分为四个控制阶段，所作用的动铁芯两端分别连接有上碟簧和下碟簧，因此在启动阶段，通过对上碟簧与下碟簧的设置，使其均给予动铁芯向上的初始作用力，相对于无碟簧的启动方法，本专利技术启动方法双碟簧的弹力能在通电后电流上升的初期给予电磁力以辅助，使得更小的电磁力即能驱动动铁芯，从而具有动态频响快的优点；相对于单碟簧的比例放大或比例缩小阶段，由于碟簧力和电磁力均为非线性力，单碟簧的结构仅对动铁芯施加两个非线性力，碟簧力与电磁力的叠加需要尽量吻合以实现动铁芯的受力平衡，而非线性的力在叠加后是做不到完全吻合的，会有扰动，而本专利技术在比例放大或比例缩小阶段，通过对上碟簧和下碟簧作用于动铁芯上力的大小和方向的调教，使动铁芯受到三个非线性力的作用，且在动铁芯向上或向下运动过程中，上碟簧和下碟簧作用于动铁芯上力有一段反向互补的阶段，使动铁芯向上和向下均能受到两个力的作用，相对于单碟簧的比例放大或比例缩小阶段，本专利技术比例控制方法增加的上碟簧能平衡下碟簧力与电磁力叠加后的扰动，提高抗干扰性和瞬态稳定性，最终使得本专利技术在启动时更快更稳定，在流量调节时稳定性高且调节精度高。前述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法中，当动铁芯向上位移行程达到向上位移总行程的20%时，上碟簧与下碟簧对动铁芯的作用力大小相同且方向相反。前述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法中，所述下碟簧为上碟簧等比例放大后的结构，下碟簧与上碟簧在同等变形程度下，下碟簧的弹力比上碟簧的弹力大一个数量级。前述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法中，所述比例阀还包括密封组件、具有进气部和出气部的主阀体，主阀体的进气部和出气部之间设有气门，电磁驱动组件带动密封组件运动使气门实现不同的开度，所述动铁芯的一端与密封组件相连接，动铁芯的另一端经压簧与静铁芯相连接，所述压簧作用于动铁芯使动铁芯一端的密封组件抵住气门，动铁芯连接所述密封组件的一端还与下碟簧相连接，动铁芯连接所述静铁芯的一端还与上碟簧相连接。前述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法中，所述静铁芯为中空结构，包括由上至下依次套接的第一套管、第二套管和第三套管，所述第三套管与主阀体相连接，所述动铁芯包括设置在所述第三套管内部的铁芯主体，所述铁芯主体的顶端设有插入第一套管和第二套管中空部位的导柱，铁芯主体的底端经密封组件座连接密封组件；所述第一套管内设有堵头，所述压簧的一端抵住堵头，另一端抵住导柱；所述上碟簧的上下两面分别抵住压簧和导柱，上碟簧的外边缘固定在第一套管和第二套管之间；所述下碟簧的上下两面分别抵住铁芯主体和密封组件座，下碟簧的外边缘固定在第三套管和主阀体之间。前述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法中，所述第一套管的底部与第二套管的顶部之间形成有第一形变空间，所述铁芯主体的底部与密封组件座的顶部之间形成有第二形变空间。前述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法中，所述上碟簧呈圆形的片状结构，上碟簧上设有若干沿径向的长条孔，相邻长条孔之间设有辅助孔。前述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法中，所述静铁芯外侧套有线圈套筒，所述线圈套筒上套有线圈，所述线圈套筒外侧还设有与静铁芯相连接的线圈导磁架。附图说明图1是本专利技术比例阀的内部结构剖视图；图2是图1在A处的局部放大图；图3是图1在B处的局部放大图；图4是上碟簧的结构示意图；图5是实施例中本专利技术的动铁芯受力情况随其位移的变化图；图6是实施例中对照组2的动铁芯受力情况随其位移的变化图；图7是本专利技术和对照组2的动铁芯加速度随电流变化的对比图；图8是本专利技术和对照组2的动铁芯位移随电流变化的对比图；图9是本专利技术与对照组1随着电流信号的递增与递减空气流量变化的对比图。附图标记：1-电磁驱动组件，2-密封组件，3-主阀体，4-下碟簧，5-上碟簧，7-第一形变空间，8-第二形变空间，11-动铁芯，12-静铁芯，13-压簧，14-堵头，15-线圈套筒，16-线圈，17-线圈导磁架，18-隔磁片，31-进气部，32-出气部，33-气门，51-长条孔，52-辅助孔，111-铁芯主体，112-导柱，121-第一套管，122-第二套管，123-第三套管，1121-外凸。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法，其特征在于：所述比例阀包括含有动铁芯和静铁芯的电磁驱动组件，动铁芯和静铁芯之间连接有压簧，动铁芯上还连接有上碟簧和下碟簧，压簧始终给予动铁芯向下的作用力，电磁驱动组件断电状态下，上碟簧与下碟簧均给予动铁芯向上的作用力，所述比例控制方法包括：/n启动阶段：电磁驱动组件由断电状态转为通电状态，动铁芯受到向上的电磁力，控制通电电流由小至大递增，在通电电流递增过程中，电磁力逐渐增大，上碟簧和下碟簧对动铁芯向上的作用力逐渐变小，直至电磁力、上碟簧弹力和下碟簧弹力的合力克服压簧弹力，使动铁芯向上位移，比例阀实现启动；/n比例放大阶段：控制通电电流继续增大，电磁力和压簧弹力继续增大，上碟簧对动铁芯的作用力继续变小，且方向始终保持与压簧对动铁芯的作用力方向相反，下碟簧对动铁芯的作用力继续变小直至为零，为零后再反向逐渐增大，通电电流增大过程中，动铁芯向上位移，比例阀实现比例放大；/n比例缩小阶段：控制通电电流由大至小递减，动铁芯向下位移，比例阀实现比例缩小；/n关闭阶段：电磁驱动组件由通电状态转为断电状态，动铁芯向下位移至初始位置，比例阀实现关闭。/n

【技术特征摘要】
1.呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法，其特征在于：所述比例阀包括含有动铁芯和静铁芯的电磁驱动组件，动铁芯和静铁芯之间连接有压簧，动铁芯上还连接有上碟簧和下碟簧，压簧始终给予动铁芯向下的作用力，电磁驱动组件断电状态下，上碟簧与下碟簧均给予动铁芯向上的作用力，所述比例控制方法包括：
启动阶段：电磁驱动组件由断电状态转为通电状态，动铁芯受到向上的电磁力，控制通电电流由小至大递增，在通电电流递增过程中，电磁力逐渐增大，上碟簧和下碟簧对动铁芯向上的作用力逐渐变小，直至电磁力、上碟簧弹力和下碟簧弹力的合力克服压簧弹力，使动铁芯向上位移，比例阀实现启动；
比例放大阶段：控制通电电流继续增大，电磁力和压簧弹力继续增大，上碟簧对动铁芯的作用力继续变小，且方向始终保持与压簧对动铁芯的作用力方向相反，下碟簧对动铁芯的作用力继续变小直至为零，为零后再反向逐渐增大，通电电流增大过程中，动铁芯向上位移，比例阀实现比例放大；
比例缩小阶段：控制通电电流由大至小递减，动铁芯向下位移，比例阀实现比例缩小；
关闭阶段：电磁驱动组件由通电状态转为断电状态，动铁芯向下位移至初始位置，比例阀实现关闭。


2.根据权利要求1所述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法，其特征在于：当动铁芯向上位移行程达到向上位移总行程的20%时，上碟簧与下碟簧对动铁芯的作用力大小相同且方向相反。


3.根据权利要求2所述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法，其特征在于：所述下碟簧为上碟簧等比例放大后的结构，下碟簧与上碟簧在同等变形程度下，下碟簧的弹力比上碟簧的弹力大一个数量级。


4.根据权利要求1所述的呼吸机用双碟簧式精密比例阀的比例控制方法，其特征在于：所述比例阀还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文，胡小雄，章苗英，刘丽娇，曹建波，叶鑫宇，刘朋飞，庄忠柱，林凯，
申请(专利权)人：星宇电子宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33