專(zhuān)利名稱(chēng)：仿生心肺泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)械工程領(lǐng)域，特別是指利用液壓原理的仿生心肺泵，它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成伸縮運(yùn)動(dòng)的可調(diào)裝置。
目前利用液壓原理來(lái)控制機(jī)械動(dòng)作隨處可見(jiàn)，如有軌線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械、機(jī)床刀架，某些實(shí)驗(yàn)室，以及制造業(yè)生產(chǎn)線上的機(jī)械手，建筑礦山的控掘機(jī)、推土機(jī)、起重壁、翻斗、自動(dòng)排擋汽車(chē)等。
一般的液壓，機(jī)械動(dòng)作，均系通過(guò)液壓缸，在兩維空間進(jìn)行，機(jī)械手，起重臂雖在三維空間作業(yè)，但由人操作，或在電腦中，軌入固定線路程序，它們不具備自由度較大的位移功能，能夠位移的也是由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)車(chē)輪代步。
有軌、線性往復(fù)作業(yè)工況下的機(jī)械，換向靠撞擊外碰塊電氣元件、人為位移外碰塊安裝位置，才能變更行程，用途受到限制。
隨著時(shí)代發(fā)展，交通工具對(duì)地形、地貌要有無(wú)選擇適應(yīng)的能力，必然導(dǎo)致具有伸縮運(yùn)動(dòng)式達(dá)到位移的走動(dòng)裝置出現(xiàn)。
仿生行走裝置一機(jī)器人的走動(dòng)肢，按要求在三維空間完成起步，抬腿、伸出、著地、發(fā)力和收縮等一系列動(dòng)作程序，而且又要在連續(xù)運(yùn)行工況的時(shí)段內(nèi)，同時(shí)具備變向，調(diào)整肢動(dòng)頻率、和變更步幅的能力。
目前液壓傳力回路，在順序動(dòng)作的工作行程控制上，尚停留在靠人為移動(dòng)外碰塊的狀態(tài)，以現(xiàn)有車(chē)輛為例，僅有二元的變向、變速資訊，至于三元的變向，變更肢動(dòng)頻率，調(diào)整步幅大小，則無(wú)資訊可查。
基于上述原因，目前機(jī)器人設(shè)計(jì)采用液壓傳動(dòng)尚無(wú)先例，多以車(chē)輪代步的多組電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方式，即許是日本的本田和豐田廠家亦尚在研發(fā)階段，出不得戶(hù)外是現(xiàn)狀。
從動(dòng)物的心肺器官功能得到啟示，周期性的機(jī)械往復(fù)伸縮連續(xù)運(yùn)動(dòng)，正需要一個(gè)模擬心肺功能裝置方能突破。在理論上直接將大氣壓力用作調(diào)控源，以大氣氣態(tài)，壓液液態(tài)，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)固態(tài)，促其互動(dòng)，交換傳遞力和功、原理并不深?yuàn)W，有如蘋(píng)果掉在樹(shù)下一樣明確，僅待開(kāi)發(fā)和利用。
本發(fā)明的目的是，提出一種仿生心肺泵，藉助于動(dòng)力裝置帶動(dòng)，在泵本體連續(xù)運(yùn)行工況下，回路中雙向工作缸行程在設(shè)定范圍內(nèi)，可內(nèi)調(diào)控或停止行程于任意位置。
本發(fā)明的再一目的是，提出一種仿生心肺泵，安裝在機(jī)器人內(nèi)，使機(jī)器人在模仿人或動(dòng)物的行走上效果逼真，本發(fā)明接收控制系統(tǒng)指令，直接主導(dǎo)步幅大小，加上動(dòng)力機(jī)的速度可調(diào)，機(jī)器人本體設(shè)計(jì)的變向機(jī)構(gòu)，從而解決了三元難題。
本發(fā)明一種仿生心肺泵，其中包括一心泵；四個(gè)肺缸，該四個(gè)肺缸用螺絲均布固定在心泵的四周；八個(gè)電磁換向閥，分別固定在四個(gè)肺缸上；該肺缸和電磁換向閥的液壓回路相互連通。
其中心泵包括有兩個(gè)安裝座，該安裝座的中心有一主軸孔，在主軸孔的周?chē)_(kāi)有四個(gè)圓孔；安裝座的四個(gè)側(cè)面分別開(kāi)有連接孔和控制油孔；四個(gè)缸體，兩端分別插置在安裝座上的圓孔內(nèi)，在安裝座的外側(cè)一端用前端蓋由螺絲固定；在安裝座的外側(cè)另一端用后端蓋由螺絲固定；該缸體的中間開(kāi)有一缺口；一主軸，兩端分別利用軸承樞接在安裝座的主軸孔內(nèi)，該主軸的中間固接有一概呈45度的斜盤(pán)體，該斜盤(pán)體從主軸方向觀之為圓形；在四個(gè)缸體1內(nèi)分別有一連桿，該連桿的中間有一凹缺，在連桿的徑向、凹缺的兩壁面分別有一凸點(diǎn)，該兩凸點(diǎn)之間可容置主軸上的盤(pán)體；該連桿的兩端分別有一活塞；該活塞與缸體內(nèi)壁配合。
其中肺缸包括有一連體座，該連體座為矩形，且在左右端上下角處開(kāi)有一缺槽，未開(kāi)缺槽的縱向處開(kāi)有一圓孔，形成缸體；該連體座的上下面處分別開(kāi)有四個(gè)小孔；兩個(gè)缸筒，分別與圓孔連接，形成一整體的缸體；在缸體內(nèi)的兩端分別有缸端封；兩缸端封之間有一活塞，有一連桿活塞；兩個(gè)固定塊分別固定在連體座的兩端，在固定塊上開(kāi)有兩個(gè)圓孔與缸體對(duì)應(yīng)，缸端封的一端伸出固定塊上的圓孔，并用螺絲固定；在固定塊的一側(cè)開(kāi)有一圓孔用接頭接出。
其中安裝座側(cè)壁上的控制油孔與環(huán)狀油道環(huán)及控制油路相通。
為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征和功效，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中

圖1是本發(fā)明的立體示意圖。
圖2是本發(fā)明的兩大組件，組合立體示意圖。
圖3是本發(fā)明的肺缸(呼吸缸)立體示意圖。
圖3-1是本發(fā)明的局部剖視示意圖，顯示油路的連接狀態(tài)。
圖4是本發(fā)明的肺缸剖視投影示意圖。
圖5是本發(fā)明心泵主件和心泵外觀立體示意圖。
圖6A是本發(fā)明心泵結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6B是本發(fā)明連桿的剖面圖。
圖7至圖10是本發(fā)明原理圖。
圖11是系統(tǒng)方框示意圖。
首先請(qǐng)參閱圖1。是仿生心肺泵主體配裝上附件后的外觀立體示意圖，其中包括一心泵21；四個(gè)肺缸20，該四個(gè)肺缸20用螺絲均布固定在心泵21的四周；八個(gè)電磁換向閥10，分別固定在四個(gè)肺缸20上。
1.有8個(gè)四組三位四通微小電磁換向閥10(為已有技術(shù))，分別各自調(diào)控一個(gè)壓力缸壓油。換向閥10的導(dǎo)線通往配電盤(pán)，以便接受自控或遙控系統(tǒng)指令運(yùn)作(為已有技術(shù))。
2.三位四通微小電磁換向閥10的液壓回路，相互連通。
3.四組封閉回路通向本發(fā)明外的雙向工作缸組，相仿如心肺器的動(dòng)、靜脈大血管。
4.帶鍵槽的主軸11為從動(dòng)軸，由動(dòng)力系統(tǒng)的變速箱帶動(dòng)(為已有技術(shù))。
再請(qǐng)參閱圖2、圖3和圖5，其中心泵包括有兩個(gè)安裝座3，該安裝座3的中心有一主軸孔31，在主軸孔31的周?chē)_(kāi)有四個(gè)圓孔32；安裝座3的四個(gè)側(cè)面分別開(kāi)有油孔33；四個(gè)缸組件1，兩端分別插置在安裝座3上的圓孔32內(nèi)，在安裝時(shí)是與主軸11上斜盤(pán)體2相互吻合后，一同裝入安裝座3的對(duì)應(yīng)孔內(nèi)的。在安裝座3的外側(cè)一端穿過(guò)前端蓋5由螺母固定；在安裝座3的外側(cè)另一端穿過(guò)后端蓋6由螺母固定；該缸體1的中間開(kāi)有一缺口；缸體與缸組件同用一代號(hào)1表示。
一主軸11，兩端分別利用軸承樞接在安裝座3的主軸孔31內(nèi)，該主軸11的中間固接有一概呈45度的斜盤(pán)體2，該斜盤(pán)體2從主軸11方向觀之為圓形。
在四個(gè)缸體1內(nèi)分別有一連桿16，該連桿16的中間有一凹缺，在連桿16的徑向、凹缺的兩壁面分別有一凸點(diǎn)161(傳動(dòng)芯棒161)，該兩凸點(diǎn)161之間可容置主軸11上的斜盤(pán)體2；該連桿16的兩端分別球接有一活塞101；該活塞101與缸體1內(nèi)壁配合。
其中肺缸20包括有(圖3)一連體座17，該連體座為矩形，且在左右端上下角處開(kāi)有一缺槽171、172，未開(kāi)缺槽的縱向處開(kāi)有一圓孔173，形成缸體；該連體座17的上下面處分別開(kāi)有四個(gè)小孔174；兩個(gè)缸筒21，分別與圓孔連接，形成一整體的缸體；在缸體內(nèi)的兩端分別有缸端封12、13；兩缸端封之間有一活塞14，有一連桿活塞15，容置在圓孔173內(nèi)；兩個(gè)固定塊18分別固定在連體座17的兩端，在固定塊18上開(kāi)有兩個(gè)圓孔與缸體對(duì)應(yīng)，缸端封的一端伸出固定塊上的圓孔，并用螺母固定；在固定塊18的一側(cè)開(kāi)有一圓孔以接頭181接出。
其中安裝座3側(cè)壁上的控制油孔34與環(huán)狀油道環(huán)35及控制油路36相通(圖3-1)。
1.組成本發(fā)明的兩大組件心泵21和連體肺缸20布置，仿造生命體的肺包心模式。
2.無(wú)專(zhuān)設(shè)箱體，連體肺缸20四個(gè)合圍心泵，其組合形態(tài)、自然形成箱體，相當(dāng)于隱形，是箱體無(wú)形設(shè)計(jì)。特別注明，所有接觸面作密封防滲、漏液處置用橡膠卷，墊床和還氧樹(shù)脂膠涂抹。
3.連體肺缸與呼吸缸(已獲專(zhuān)利)原理相同，結(jié)構(gòu)不同且是兩個(gè)單體平行反向排列。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖4，1.本發(fā)明仿生心肺泵的局部剖視反映出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
2.圖4剖視投影示意，控制連體肺缸的液壓回路呈隱形走向，且相互接通，這種形態(tài)在設(shè)計(jì)上是采用予置不同熔點(diǎn)的金屬管在鑄模內(nèi)，再澆鑄成型。鑄件與鑄件，鑄件與加工件間的油管回路在保障暢通的工藝程序時(shí)，進(jìn)行密封處理。
3.向外引出的四組封閉工作液壓回路(電磁換向閥10)，是經(jīng)過(guò)缸端封油孔的，端封不但是回路的彎頭，同時(shí)也是缸體的緊固件。本發(fā)明的鑄件和主要件均要負(fù)擔(dān)兩種以上的功能，力求體積，結(jié)構(gòu)組合緊湊、外表美觀、裝配容易。
再請(qǐng)參閱圖5和圖6，圖5仿心泵21主件及組裝后的外形投影示意，組裝成的心泵21，沒(méi)有箱體僅見(jiàn)四條鋼管一條主軸、裝在兩個(gè)四方體的封盤(pán)內(nèi)，這是為肺缸組合裝配墊基的，也就是說(shuō)本發(fā)明的兩大組件是相互依存的，肺缺心、心缺肺都是不能工作的。
圖6是結(jié)構(gòu)示意圖。
心泵是橢圓軸向柱塞泵，它有別于靴盤(pán)軸向柱塞泵，也不同于徑向曲軸柱塞泵。
由于要適用于仿生行走，陸上脊椎動(dòng)物多為四肢，每肢多于三個(gè)以上關(guān)節(jié)。每個(gè)關(guān)節(jié)若由一個(gè)雙向工作缸驅(qū)使，每條肢就有一組雙向工作缸。連接這一組雙向工作回路是封閉的由干到枝回路。一進(jìn)一出循環(huán)變向，所選擇的泵就應(yīng)該有8條封閉液壓回路，也就有8個(gè)缸的泵體與之配合。采用目前市場(chǎng)供應(yīng)的靴盤(pán)式軸向住塞泵是專(zhuān)用泵，該種泵，進(jìn)排油道設(shè)計(jì)無(wú)法適應(yīng)低壓大流量的封閉回路要求，若采用8個(gè)缸的徑向曲軸油泵，加上連接調(diào)控用的8個(gè)三位四通微小電磁換向閥以及專(zhuān)用的控制回路管道，體積龐大，不適合放在仿生行走裝置的體內(nèi)。并且考慮作行走裝置，部分零件材料是由分子聚合物為主的。這就是本方案要適應(yīng)的特定條件。
圖6-1說(shuō)明傳動(dòng)芯棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在斜盤(pán)體帶動(dòng)下，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)芯棒與桿頭之間中心接觸，就是說(shuō)桿頭不會(huì)隨傳動(dòng)芯棒轉(zhuǎn)動(dòng)，點(diǎn)接觸，磨擦力最小。
兩大部件特點(diǎn)
1.中央心泵特點(diǎn)，見(jiàn)圖5心泵主件示意圖，圖6結(jié)構(gòu)剖視圖。中央心泵21由四條鋼管(缸組件1)中部均開(kāi)口，兩端各自成為一個(gè)單缸套，并由前、后兩塊正方形的安裝座固定，由帶油孔封端緊固，缸內(nèi)裝有梭形連桿和活塞。前后安裝座3中央有安裝孔安裝傳動(dòng)主軸11。安裝座3的四方體的四個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)面上，各有一油孔33，對(duì)應(yīng)通向一個(gè)油缸，同時(shí)在長(zhǎng)方體的四個(gè)側(cè)面上，又分別有一控制油孔，按該油孔軸向相對(duì)側(cè)面上的兩油孔中線在同一直線上，相互垂直且又垂直于主軸孔軸向中心線。及成三軸主體正交。該油孔均通向圖4的環(huán)狀油道環(huán)35。另一方向與肺缸的控制油路36接通a.缸套兩個(gè)單缸連體，由一個(gè)缸套中部開(kāi)口，兩端均開(kāi)有內(nèi)螺紋組成；b.活塞底部?jī)?nèi)凹成球狀，方便與連桿球頭球接，活塞外圓近裙部對(duì)正已深入的連桿腔部位置處，開(kāi)有活塞環(huán)溝槽，在此溝槽內(nèi)按活塞圓切面徑向，4等分圓，中線正交開(kāi)肖孔，可裝入4支圓拉肖。使裝配好后的連桿在運(yùn)行中不會(huì)脫出。另開(kāi)有溝槽可裝入O型密封圈；c.連桿連桿為梭形，兩端為球頭，中間開(kāi)口的組裝式連桿，如圖6，其中顯示球狀連桿頭162，卡簧164，連桿緊固套116，粉末冶金芯套163——相當(dāng)于口內(nèi)牙床，高速芯棒161——相當(dāng)于牙齒。另外有連桿套筒座16。連桿特點(diǎn)由牙齒——高速芯棒161到球狀連桿頭162，采用高速歸零方案，是保證活塞在缸內(nèi)作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，使旋轉(zhuǎn)力矩為零，防止螺旋狀運(yùn)動(dòng)，保證了密封圈的常規(guī)效果。
d.橢圓腰盤(pán)主軸；e.帶油槽、油孔的缸體端封；f.泵體正方形，前安裝座和后安裝座3。中央主軸孔全上有環(huán)狀油道環(huán)35。每座非正方形面均開(kāi)有油孔及帶螺紋螺孔，采鋁合金或高分子聚合物材料；g.主軸前端蓋5，后端蓋6。
其余，標(biāo)準(zhǔn)件、密封件、軸承不再一一列述。
2.連體肺缸特點(diǎn)。
a.連體肺缸，又稱(chēng)呼吸缸，以下同。
連體肺缸也就是二個(gè)呼吸缸反向，平行連體，結(jié)構(gòu)稍作改變，連體座和前后擋塊采用鋁金屬件或高分子聚合物材料。鑄前或塑造前在金屬鏌腔內(nèi)，裝入予埋的導(dǎo)程，控制缸套筒，并安裝入控制回路部分管道。連體座上還加工有三位四通閥安裝尺寸等。
在圖1和圖3中，四個(gè)連體肺缸中，A1；A3是相同的，連體座帶裙邊及安裝孔，A2；A4是不帶裙邊而有裝配螺紋孔，但是A2多了進(jìn)油孔，A1多了排油孔，請(qǐng)參考圖帶箭頭的油管接頭處。
b.從上a項(xiàng)已闡明連體座已將導(dǎo)程，控制器缸筒，由三位四通安裝孔到缸筒上的液控油管予埋塑造或一整體，再將帶活塞的調(diào)節(jié)桿裝入，調(diào)節(jié)桿的調(diào)節(jié)端從導(dǎo)程中穿出。配入密封圈、旋上缸端封。導(dǎo)程從連體座有帶螺紋的端頭凸出，加入密封圈再旋裝上帶氣孔的缸筒。帶氣孔的缸筒內(nèi)置入活動(dòng)自由肺塊(活塞)以及密封圈，又再旋上缸端封。由調(diào)節(jié)桿帶氣口缸筒和肺塊組成的部分稱(chēng)為呼吸室。肺塊與帶油孔端封部分，稱(chēng)作儲(chǔ)油室。按功能來(lái)分，儲(chǔ)油室稱(chēng)作分流室更加正確。見(jiàn)圖，將上述裝好后置入肺缸的前后端封盤(pán)固定，緊固。安裝肺缸的兩個(gè)缸封盤(pán)，頂部有孔可安裝軟管接頭，由該接頭接上油管如A1，B1；A2，B2；A3，B3；A4，B4等是工作回路的干管，由干管分岔通向各工作缸的管道就是枝管。
c.由4個(gè)肺缸A1；A2；A3；A4的兩端封盤(pán)上有孔，可安裝在心泵的封擋上，并對(duì)接好，控制油壓回路管道和工作回路管道，嚴(yán)測(cè)各條回路的隱形部分暢通。且密封防外泄。
d.圖4中有缸端封，呼吸缸連桿活塞15，呼吸缸射束呼吸缸(肺缸)活塊活塞14，其它標(biāo)準(zhǔn)件，緊固件、密封件不再作出標(biāo)識(shí)及說(shuō)明。
六、仿生心肺泵的特點(diǎn)綜合以上闡述，仿生心肺泵有以下特點(diǎn)。
a.首創(chuàng)將大氣壓作調(diào)控原，即將空氣作為介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)活塞(肺塊)實(shí)現(xiàn)定積設(shè)計(jì)，限量分流，完成內(nèi)調(diào)控作業(yè)，與一般存在于工作缸，貯能器的活塞不同，一般的缸、器一旦開(kāi)孔，空氣進(jìn)入就報(bào)廢了。
b.第一次完整的提出，將橢圓曲線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)、伸縮運(yùn)動(dòng)的方案，它可比美利用螺旋曲線的絲桿和螺母，又可比美曲拐將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成徑向直線運(yùn)動(dòng)的，曲軸、連桿、活塞傳動(dòng)。
c.箱體隱形、摩擦偶件的潤(rùn)滑劑，與回路油液相同，共同。
d.連接仿生心肺泵的8條相當(dāng)于動(dòng)、靜脈血管的液壓回路，由8個(gè)三住四通微小電磁換向閥，提供給電腦和遙控系統(tǒng)一個(gè)具體發(fā)揮績(jī)效的著力點(diǎn)。
工作原理說(shuō)明一、舉例來(lái)說(shuō)明一個(gè)事實(shí)在房?jī)?nèi)墻角地板上放一條有中心小孔的圓筒鋼管，從中心小孔穿一條恰好尺寸相同的鐵條，固定在兩面墻壁上。當(dāng)圓鐵筒以鐵條為軸芯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓鐵與地板相擦，在地板上留下一條直線痕跡，而地板上的直線塵屑卻被圓鐵表面所帶走?，F(xiàn)將該圓筒狀鋼管換成與該鋼管半徑相同的橢圓盤(pán)，中間仍穿有鐵條固定在墻角的兩面墻上。橢圓盤(pán)仍作繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該橢圓盤(pán)與地面磨擦留在地面上的仍是一條直線段痕跡，而地面上被摩擦后的粉塵就附在整個(gè)橢圓盤(pán)圓柱表面上。
以上的事實(shí)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表達(dá)就是在三軸坐標(biāo)中，在X、Y平面上有一段圓柱體，該圓柱體與XY平面相切，切線是一線段。圓柱中心線固定。當(dāng)圓柱體作線軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，切線長(zhǎng)短位置不變，當(dāng)圓柱體改用橢圓盤(pán)時(shí)，隨圓盤(pán)的圓柱面半徑與圓柱體半徑相等，又當(dāng)其圓柱中心線被固定在相同位置，橢圓盤(pán)作繞軸心旋轉(zhuǎn)時(shí)。該橢圓盤(pán)的兩條邊界橢圓曲線與XY平面有兩個(gè)切點(diǎn)。該切點(diǎn)是個(gè)動(dòng)點(diǎn)。其軌跡在XY平面上是一往復(fù)直線段。相對(duì)的在橢圓平面上是兩條橢圓曲線。
以上是本發(fā)明心泵將橢圓曲線運(yùn)動(dòng)或者說(shuō)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的原理，也就是橢圓軸帶動(dòng)軸向柱塞泵的工作原理。
二、液壓封閉回路就是說(shuō)在泵體運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，回路中的油液，不會(huì)增加也不減少。心泵的連桿活塞伸縮做功，工作缸活塞同步做功。這是一個(gè)連通體的力功傳遞，若要控制工作缸、活塞的做工行程。就是要在工作回路中增加一個(gè)可調(diào)控的分流室，分流室分流了進(jìn)入工作缸的液量，用此來(lái)達(dá)到目的。再請(qǐng)參看圖7至圖10其是本發(fā)明的工作原理示意圖，由于用橢圓盤(pán)心泵繪圖解說(shuō)不易，故采用曲軸泵代替，在圖中201為雙向工作缸，功能是在壓力油推動(dòng)連桿徑向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞與連桿是連體結(jié)構(gòu)，固定式。202和204往復(fù)型油泵油缸，其功能給油液加壓，連桿上兩個(gè)端點(diǎn)作直線、另一作圓周運(yùn)動(dòng)。203和205呼吸式缸或呼吸式閥、其功能，調(diào)節(jié)雙向工作行程用，可自動(dòng)吸收和補(bǔ)償油量，缸上開(kāi)有氣口，活塞、連桿是獨(dú)立存在的兩個(gè)零件。由上述三種液壓缸在一張圖上表述原理，它們的功能、結(jié)構(gòu)各異、簡(jiǎn)圖上無(wú)重大區(qū)分，在這里特加注釋?zhuān)岳斫庹f(shuō)。
1.202和204與201接通時(shí)，若無(wú)203和205存在，由202和204產(chǎn)生的瞬時(shí)微量差，其積分值會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)窒息式自鎖。
2.用L表示201活塞左側(cè)最大容積，R表示活塞右側(cè)容積。它們與202、203；204、205的容積有下列關(guān)系式L＝202＝203。R＝204＝205。201中由于活塞連桿的連體結(jié)構(gòu)，L≠R。依此可選偏主件，組成應(yīng)用回路。
3.蓄油量。
蓄油量是指由201左；202、203；201右，204、205連通封閉組成的兩條油路中，變化運(yùn)轉(zhuǎn)所要求的油量。
關(guān)系式201左+202+203＝3L；201右+204+205＝3R最大空間。
但是201左，202、203回路內(nèi)蓄油量由11/2L+δL給出。
201右，204、205回路內(nèi)蓄油量由11/2R+δR給出。
在201中，δL、δR是活塞兩側(cè)按要求靜止點(diǎn)設(shè)定位置所需的附加量，δL、δR·a。a是常數(shù)由L＝aR給出。
a＝1-()0≤δL≤1/2L；0≤δL≤1/2R。
δL＝aδR當(dāng)δR＝0時(shí)δL＝0時(shí)(其中R是201內(nèi)活塞地徑，r是連桿半徑)例當(dāng)選定停點(diǎn)于中點(diǎn)，即給定δR＝0時(shí)δL＝0兩條回路的蓄油量就分別為11/2R和11/2L。
此時(shí)靜止點(diǎn)在201的中點(diǎn)。
再請(qǐng)看圖7在圖7中給出201的活塞停止于中點(diǎn)、203活塞也停止于中點(diǎn)、205活塞在中點(diǎn)區(qū)域(待分析再定位)。202和204內(nèi)活塞位置由曲軸連桿同步定位的。我們選定回路內(nèi)以中點(diǎn)為靜點(diǎn)201。δR＝0 δL＝0。兩條油路蓄油量分別為11/2L和11/2R。
1.現(xiàn)在已知201在側(cè)給定油量為1/2L，203內(nèi)也給定了油量為1/2L(中點(diǎn)為靜止點(diǎn))。
2.參閱圖7由曲軸、連桿關(guān)系。202活塞在缸的中點(diǎn)，決定了204的活塞位置在Q點(diǎn)。DQ＞DP。
3.在201R，204、205的三個(gè)蓄油空間內(nèi)，共同蓄油給定為11/2R，現(xiàn)在已知201R有油量1/2R，計(jì)算出204油量為DQ量＞1/2R。故得出205內(nèi)油量＜1/2R，其活塞偏離中點(diǎn)有一個(gè)PQ值。
在曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，202內(nèi)容積變化為0→L。
204內(nèi)容積變化為R→0。
壓出吸入的油分別來(lái)去于201的活塞左右兩側(cè)由于循環(huán)不斷，201的活塞就往復(fù)不斷。也就是說(shuō)工作時(shí)，202、204交替往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓出的油無(wú)法被已飽和的203和205的蓄油空間為1/2L和1/2R。
202、204在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下，作壓縮行程時(shí)，每一次必將L或R的量全部排出，這個(gè)量也只有201活塞兩側(cè)吸收，推動(dòng)活塞做功。
再注意圖7中，P點(diǎn)為活塞，Q點(diǎn)為204活塞。由泵給定出202和204缸的中點(diǎn)與曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)中點(diǎn)O等距離。
在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，OP與OQ的就是兩缸的瞬時(shí)微量差。
請(qǐng)注意，每當(dāng)202在壓出油、204在吸入油，205內(nèi)活塞要按瞬時(shí)微量差關(guān)系離開(kāi)螺桿接觸。又當(dāng)204壓油202吸油時(shí)203內(nèi)的活塞也會(huì)出現(xiàn)同樣情況，這就是肺活動(dòng)。
若想將201中的活塞范圍，限定在包括中點(diǎn)(靜止點(diǎn))的左邊或右邊作往復(fù)作業(yè)行程，只須調(diào)節(jié)螺桿之一的位置拔移至低處即可。
請(qǐng)參閱圖8，其中呼吸缸203的活塞處于中點(diǎn)位置，而205內(nèi)的螺桿位置已退出到最低點(diǎn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，由于曲軸的帶動(dòng)，202壓出的油全部進(jìn)入201內(nèi)活塞左側(cè)，同時(shí)204吸進(jìn)R的油液，201右側(cè)已由活塞推動(dòng)，不再存在蓄油空間，即蓄油為0。1/2R的油量只有存在于205內(nèi)。由于205的螺桿在低位，此時(shí)活塞與螺桿脫離接觸造成的空間為1/2R量值，曲軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在下行程當(dāng)204壓出了全部油時(shí)，這些有壓力的油，它首先向壓力弱地地方流動(dòng)，由于205活塞的背面是大氣，就推動(dòng)活塞與螺桿接觸，205內(nèi)的油量就為1R。剩余的1/2R量油被壓向201右側(cè)。將201內(nèi)活塞推移至中位。此時(shí)202是吸油過(guò)程末了，201活塞側(cè)的油是1/2L，故知203內(nèi)不存在有油，203內(nèi)螺桿沒(méi)有調(diào)動(dòng)過(guò)，乃保持在中位，這樣活塞被吸向最高位時(shí)，與中位螺桿分離空間就是1/2R。這個(gè)空間由大氣填充。
請(qǐng)參閱圖9，在圖9中的呼吸缸203，205的螺桿均退出至最低點(diǎn)，造成203和205能夠達(dá)到設(shè)計(jì)容積為L和R狀況。此時(shí)由軸帶動(dòng)202和204缸工作時(shí)，202中的油液在壓力推動(dòng)下走向壓力小的地方，故全進(jìn)入203，在203內(nèi)飽和情況才被壓入201內(nèi)活塞左側(cè)，但203內(nèi)足以容納進(jìn)入的油量L，而1/2L又存在于201海潮左側(cè)內(nèi)，而同樣情況下，204的油液只能進(jìn)出于205內(nèi)。而在201活塞右側(cè)又剛好有1/2R量存在。在此種情況下，泵在不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，壓出吸收的油來(lái)去于203和205，使201活塞兩側(cè)油液相對(duì)穩(wěn)定，故活塞靜止不動(dòng)。
再請(qǐng)參閱圖10，在圖10中203的螺桿位置已調(diào)退與最低點(diǎn)有一距離K處，205的活塞位置出現(xiàn)在與最高點(diǎn)有一距離K處，造成的原因由201，202、203組成的回路來(lái)說(shuō)明，202在曲軸帶動(dòng)下，活塞到達(dá)上死點(diǎn)，壓出了L的油，壓力油先進(jìn)入203內(nèi)，203活塞被推向與螺桿接觸，則203內(nèi)充入了(1-K)L的油，剩余的(1/2+K)R油存在于201內(nèi)活塞左側(cè)，而201內(nèi)活塞的右側(cè)則是(1/2-K)R。恰巧204在活塞帶動(dòng)下到達(dá)下死點(diǎn)，吸入了R量的油。故剩余的K·R油存在于205內(nèi)，如是205活塞點(diǎn)上死點(diǎn)就有一個(gè)K值存在。
再回過(guò)來(lái)201活塞左側(cè)的油量是(1/2+K)L，此亦說(shuō)明活塞位置在201中點(diǎn)的右側(cè)，與中點(diǎn)的K值的距離。
同理，205內(nèi)螺桿也調(diào)退與最低點(diǎn)有一個(gè)K1值，注會(huì)造成201內(nèi)活塞往左移，在201中點(diǎn)左側(cè)與中點(diǎn)有一個(gè)K1值存在，然后固定不變203與205螺桿，這樣201活塞經(jīng)中點(diǎn)往左行至K1點(diǎn)回頭又經(jīng)中點(diǎn)往右到達(dá)K點(diǎn)，再回頭往復(fù)，于是行程是K+K1。K≤1/2，K1≤1/2。(1為201內(nèi)的活塞最大設(shè)計(jì)行程)K、K1為任意值。K+K1＜1。
結(jié)論已證明實(shí)現(xiàn)了活塞行程的內(nèi)調(diào)控。前已證明可選定蓄油量達(dá)到選擇停點(diǎn)，選擇又可在選定停點(diǎn)下實(shí)現(xiàn)201缸內(nèi)包括停點(diǎn)在行程內(nèi)的調(diào)控。也就是在動(dòng)力不停的帶動(dòng)油泵作業(yè)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作缸內(nèi)活塞按要求停于任意位置，且調(diào)控其行程值，這種調(diào)控是內(nèi)調(diào)的。
總括的說(shuō)，這種內(nèi)調(diào)控法形式上是分流法。其原理是將大氣用作調(diào)控原的方法，它的前題是在封閉的液壓回路中，才可能實(shí)現(xiàn)的。
由上也說(shuō)明了，采用不同功能、不同數(shù)量液壓缸組合，可以?xún)?nèi)調(diào)行程和指定停點(diǎn)，這是在肺缸(呼吸缸)作業(yè)下，完成的。
請(qǐng)參閱圖11為本發(fā)明用于傳力系時(shí)的方框圖，其中原動(dòng)機(jī)與液壓變速箱連接，液壓變速箱與本發(fā)明仿生心肺泵連接。液壓變速箱包括，高速齒輪泵，低速油馬達(dá)和油箱，高速齒輪泵供油給低速油馬達(dá)達(dá)(0→400轉(zhuǎn)/分)外，尚可供油經(jīng)各三位四通換向閥至肺缸調(diào)控室，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)桿。使肺缸的蓄油室隨時(shí)改變?nèi)莘e，隨時(shí)可分流封閉回路中流向工作缸的周期流量。分流得多，進(jìn)入工作缸的液量少，工作行程就短，反之亦然。液壓變速箱的低速油馬達(dá)帶動(dòng)心肺缸的主軸。其中連體肺缸的蓄油室(分流室)。中央心泵的每個(gè)單缸的最大排量，以及同一條封閉回路中的工作缸組最大容量(連通部分)是互等的，兩兩等積的。
本發(fā)明仿生心肺泵，有8條封閉回路，4組相當(dāng)于仿生動(dòng)、靜脈血管，周期順序供應(yīng)回收油液。安裝在機(jī)器人四肢上，找不到現(xiàn)有機(jī)種來(lái)相比。用大氣做調(diào)控原，用橢圓曲線傳動(dòng)都是開(kāi)創(chuàng)性的。原理簡(jiǎn)明、可行性、可靠性、實(shí)用性均高，結(jié)構(gòu)合理，應(yīng)用范圍廣。
注1.選定停點(diǎn)，將肺缸內(nèi)調(diào)查桿，調(diào)至低位，打開(kāi)連通201工作缸的兩條封閉回路的附加回路。將該附加回路的特殊缸手柄，左移或右移，使其中的活塞位置改變，讓其吸收和釋出SL和SR后關(guān)閉附加回路，于是1條封閉油量為(1+1/2)DL±SL另一條為(1+1/2)DR±SR，調(diào)定就選定了，在201內(nèi)SL＝πR2L，SR＝πR2(1-r2/R2)L。附加回路在設(shè)計(jì)機(jī)器人四肢時(shí)附加，在此不討論。
2.橢圓盤(pán)軸向柱塞泵沒(méi)有曲軸或徑向柱塞泵的微量差存在。
權(quán)利要求
1.一種仿生心肺泵，其特征在于，其中包括一心泵；四個(gè)肺缸，該四個(gè)肺缸用螺絲均布固定在心泵的四周；八個(gè)電磁換向閥，分別固定在四個(gè)肺缸上；該肺缸和電磁換向閥的液壓回路相互連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生心肺泵，其特征在于，其中心泵包括有兩個(gè)安裝座，該安裝座的中心有一主軸孔，在主軸孔的周?chē)_(kāi)有四個(gè)圓孔；安裝座的四個(gè)側(cè)面分別開(kāi)有連接孔和控制油孔；四個(gè)缸體，兩端分別插置在安裝座上的圓孔內(nèi)，在安裝座的外側(cè)一端用前端蓋由螺絲固定；在安裝座的外側(cè)另一端用后端蓋由螺絲固定；該缸體的中間開(kāi)有一缺口；一主軸，兩端分別利用軸承樞接在安裝座的主軸孔內(nèi)，該主軸的中間固接有一概呈45度的斜盤(pán)體，該斜盤(pán)體從主軸方向觀之為圓形；在四個(gè)缸體1內(nèi)分別有一連桿，該連桿的中間有一凹缺，在連桿的徑向、凹缺的兩壁面分別有一凸點(diǎn)，該兩凸點(diǎn)之間可容置主軸上的盤(pán)體；該連桿的兩端分別有一活塞；該活塞與缸體內(nèi)壁配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生心肺泵，其特征在于，其中肺缸包括有一連體座，該連體座為矩形，且在左右端上下角處開(kāi)有一缺槽，未開(kāi)缺槽的縱向處開(kāi)有一圓孔，形成缸體；該連體座的上下面處分別開(kāi)有四個(gè)小孔；兩個(gè)缸筒，分別與圓孔連接，形成一整體的缸體；在缸體內(nèi)的兩端分別有缸端封；兩缸端封之間有一活塞，有一連桿活塞；兩個(gè)固定塊分別固定在連體座的兩端，在固定塊上開(kāi)有兩個(gè)圓孔與缸體對(duì)應(yīng)，缸端封的一端伸出固定塊上的圓孔，并用螺絲固定；在固定塊的一側(cè)開(kāi)有一圓孔用接頭接出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生心肺泵，其特征在于，其中安裝座側(cè)壁上的控制油孔與環(huán)狀油道環(huán)及控制油路相通。
全文摘要
本發(fā)明一種仿生心肺泵,其中包括:一心泵;四個(gè)肺缸,該四個(gè)肺缸用螺絲均布固定在心泵的四周;八個(gè)電磁換向閥,分別固定在四個(gè)肺缸上,該肺缸和電磁換向閥的液壓回路相互連通。
文檔編號(hào)B25J11/00GK1341809SQ0012377
公開(kāi)日2002年3月27日 申請(qǐng)日期2000年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月6日
發(fā)明者廖仁智 申請(qǐng)人:廖仁智