CN104599581B - 多功能泵原理教学演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能泵原理教学演示装置，由底座、控制部分、往复泵模型、离心泵模型、螺杆泵模型组成，所述底座上布置有控制部分、往复泵模型、离心泵模型、螺杆泵模型，所述控制部分与底座固定连接，所述往复泵模型、离心泵模型、螺杆泵模型仅通过重力放置在底座上，底座上四角分布4个固定块，固定块使往复泵模型、离心泵模型、螺杆泵模型固定在特定位置上。本发明提供了一种集往复泵、离心泵和螺杆泵三种泵原理为一体的原理演示装置，通过电机和控制技术的应用，实现了软件和实物的同步动态演示，直观明了地将各类泵原理呈现在学生面前。

Description

多功能泵原理教学演示装置

技术领域

本发明涉及一种教学演示装置，特别是涉及一种用于多类型的泵原理展示的机电一体化教学演示装置。

背景技术

当今的教育中人们通常把教师、教材、教具统称为“教育中的三大基本条件”，它们一直以来都是教育过程中的核心和基础部份。进入二十一世纪以后，随着课程教育的改革，科技发展，越来越多的教师使用多媒体等高科技进行教学，能够实现了很多原理的模拟，但是无论科技怎样发展，传统实物教具都应该继续在教育教学中占据一席之位，继续发挥它的光和热。

泵是输送液体或使液体增压的机械，它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。广义上的泵是输送流体或使其增压的机械，包括某些输送气体的机械。泵在国民经济中应用最广泛，最普遍的通用机械，除了水利、电力、农业和矿山等大量采用外，尤以石油化工生产用量最多。而且由于化工生产中原材料、半成品和最终产品中很多是具有不同性质的液体，如腐蚀性、固液两相流、高温或低温等，要求大量的具有一定的化工用泵来满足工艺上的要求，因此这方面的技术发展产品开发一直十分活跃。

鉴于上述泵的广泛应用，目前各层次高校的相关专业开设的课程中，加入了对于泵原理及其应用的课程，比如机械类课程中的《液压与气压传动》、市政或建工类课程中的《水泵及水泵站》、《流体机械》等课程，上述课程均将常用泵的原理作为了课程的重点教学环节。

根据调查，目前市场上存在各种类型的泵原理教学模型，但总体来说产品性能单一，性价比低，不能灵活组合，演示效果不佳，操作比较传统，只能做静态展示。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种集往复泵、离心泵和螺杆泵三种泵原理为一体的原理演示装置，通过电机和控制技术的应用，实现了软件和实物的同步动态演示，直观明了地将各类泵原理呈现在学生面前。其具体技术方案如下：

一种多功能泵原理教学演示装置，由底座、控制部分、往复泵模型、离心泵模型、螺杆泵模型组成，所述底座上布置有控制部分、往复泵模型、离心泵模型、螺杆泵模型，所述控制部分与底座固定连接，所述往复泵模型、离心泵模型、螺杆泵模型仅通过重力放置在底座上，底座上四角分布4个固定块，固定块使往复泵模型、离心泵模型、螺杆泵模型固定在特定位置上。

进一步的，所述控制部分与底座通过螺钉固定，底座下面有四个支腿，底座上面有边框。

进一步的，所述控制部分采用可编程逻辑控制器(PLC )来实现对三个电机的启停控制，通过直流调速器实现电机的调速控制，控制部分通过三根电源线连接往复泵模型、离心泵模型和螺杆泵模型的三个电机，触摸屏能够显示三个泵原理的运动状态。

进一步的，所述控制部分分为内部和外部两部分，外部主要包括触摸屏、开关和三个均布的直流调速器，内部包括可编程逻辑控制器、开关电源、三个均布的继电器、三个直流调速器。

进一步的，所述控制部分的开关一端与电源连接，另外一端与可编程逻辑控制器的电源输入端连接，同时与开关电源的电源输入端连接，开关电源的电源输出端与触摸屏的电源输入端连接，触摸屏与可编程逻辑控制器连接，开关电源的正极与可编程逻辑控制器的输出端的com端连接，可编程逻辑控制器的输出端的Y端分别于与三个继电器的线圈连接，线圈的另外一端与开关电源的负极连接，三个继电器的触点一端与开关电源的正极连接，另外一端分别与三个直流调速器的正极连接，直流调速器的负极与开关电源的负极连接，三个直流调速器的调速部分别与离心泵电机、螺杆泵电机、往复泵电机连接。

进一步的，所述往复泵模型主要包括底座，底座底部有四个均匀分布的支脚，底座上的一端垂直安装支撑板，支撑板通过三块加强筋固定在底座上，支撑板上部一侧安装电机，电机通过电源线与控制部分连接，电机轴与偏心轮连接，偏心轮与连杆连接，连杆与活塞连接，活塞与泵体匹配，泵体内部上下分别设置入口端和出口端，泵体内部上下对称设置圆球和弹簧，上下对称通过支撑套连接。

进一步的，所述离心泵模型主要包括底座，底座底部有四个均匀分布的支脚，底座上面安装均匀分布两个垫条，垫条上安装泵体，泵体一端有入口，上部有出口，泵体内部中心安装轴，轴周围均布3个叶片，泵体另外一端安装电机，电机通过电源线与控制部分连接，电机的轴与轴连接。

进一步的，所述螺杆泵模型主要包括底座，底座底部有四个均匀分布的支脚，底座上面安装均匀分布两个垫条，垫条上安装泵体，泵体一端有输入口，内部包括螺旋芯，上部有输出口，泵体另一端与支撑板相连，支撑板上安装电机，电机通过电源线与控制部分连接，电机的轴与螺旋芯连接。

进一步的，所述触摸屏的显示界面包括主界面、往复泵运动界面、离心泵运动界面、螺杆泵运动界面，主界面上端显示装置名称，中部分为三个区域，分别显示往复泵、离心泵、螺杆泵三个静态的组态模型图，底部分别有三个“进入演示”按键，各个区域的“进入演示”按键将链接到对应的往复泵运动界面、离心泵运动界面、螺杆泵运动界面。

本发明既可演示往复泵型、离心泵和螺杆泵结构组成和结构特点，同时也可实现装置的动态展示和触摸屏的模拟。装置采用220V供电，驱动采用24V直流电机，将可能接触到的高压部分隔离，提高了安全性。主体采用有机玻璃，较好展示实验台内部机理，加工方便制作成本低。将离心式、往复式及螺杆式三类泵集成在一个实验台上，提高装置的使用效率，使各类原理的对比成为可能。引入调速控制及触摸屏等技术，使实物模型和触摸屏同步显示泵内部运动状态。泵模型与装置底座采用标准机械和电气接口，为单泵演示及扩展提供可能。

附图说明

图1是本发明的多功能泵原理教学演示装置的示意图；

图2是控制部分电路图；

图3是往复泵模型结构示意图；

图4是往复泵模型的截面图；

图5是往复泵模型另一示意图；

图6是离心泵模型结构示意图；

图7是离心泵模型的截面图；

图8是螺杆泵模型结构示意图；

图9是螺杆泵模型侧视图；

图10是螺旋芯示意图；

图11是显示界面图；

图12是往复泵运动界面图；

图13是离心泵运动界面图；

图14是螺杆泵运动界面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的多功能泵原理教学演示装置，由底座1、控制部分30、往复泵模型7、离心泵模型9、螺杆泵模型8组成。底座1上布置着控制部分30、往复泵模型7、离心泵模型9、螺杆泵模型8，控制部分30与底座1固定连接。往复泵模型7、离心泵模型9、螺杆泵模型8仅通过重力放置在底座1上，底座1上四角分布4个固定块2，固定块2可以使往复泵模型7、离心泵模型9、螺杆泵模型8固定在特定位置上。其中控制部分30与底座1通过螺钉固定，底座下面有四个支腿，底座上面有边框。控制部分30采用可编程逻辑控制器(PLC )来实现对三个电机的启停控制，通过直流调速器实现电机的调速控制。控制部分30通过三根电源线连接往复泵模型7、离心泵模型9和螺杆泵模型8的三个电机，触摸屏能够显示三个泵原理的运动状态。三个模型可以灵活地在底座上安装或拆卸。

控制部分30分为内部和外部两部分，外部主要包括触摸屏4、开关6和三个均布的直流调速器5。控制器内部包括可编程逻辑控制器32、开关电源31、三个均布的继电器33、三个直流调速器5。

如图2所示，控制部分30主要包括开关6，开关6一端与电源连接，另外一端与可编程逻辑控制器32的电源输入端连接，同时与开关电源31的电源输入端连接，开关电源31的电源输出端与触摸屏4的电源输入端连接，触摸屏4与可编程逻辑控制器32连接，开关电源31的正极与可编程逻辑控制器32的输出端的com端连接，可编程逻辑控制器32的输出端的Y端分别于与三个继电器33的线圈连接，线圈的另外一端与开关电源31的负极连接。三个继电器33的触点一端与开关电源31的正极连接，另外一端分别与三个直流调速器5的正极连接，直流调速器5的负极与开关电源31的负极连接，三个直流调速器5的调速部分别与离心泵电机23、螺杆泵电机18、往复泵电机58连接。

如图3-5所示，往复泵模型7主要包括底座51，底座51底部有四个均匀分布的支脚53，底座51上面的一端垂直安装支撑板52，支撑板52通过三块加强筋57固定在底座51上，支撑板52上部一侧安装电机58，电机58通过电源线56与控制部分30连接，电机轴与偏心轮54连接，偏心轮54与连杆60连接，连杆60与活塞61连接，活塞61与泵体62匹配，泵体62内部上下分别设置入口端65和出口端66，泵体62内部上下对称设置圆球64和弹簧63，上下对称通过支撑套59连接。

如图6-7所示：离心泵模型9主要包括底座20，底座20底部有四个均匀分布的支脚21，底座20上面安装均匀分布两个垫条22，垫条22上安装泵体26，泵体26一端有入口25，上部有出口27，泵体26内部中心安装轴24，轴24周围均布3个叶片29，泵体26另外一端安装电机23，电机23通过电源线28与控制部分30连接，电机23 的轴与轴24连接。

如图8-10所示：螺杆泵模型8主要包括底座10，底座10底部有四个均匀分布的支脚11，底座上面安装均匀分布两个垫条15，垫条15上安装泵体12，泵体12一端有输入口14，内部包括螺旋芯13，上部有输出口16，泵体12另一端与支撑板17相连，支撑板17上安装电机18，电机18通过电源线28与控制部分30连接，电机18的轴与螺旋芯13连接。

如图11所示，触摸屏4显示界面包括主界面、往复泵运动界面、离心泵运动界面、螺杆泵运动界面。主界面上端显示装置名称，中部分为三个区域，分别显示往复泵、离心泵、螺杆泵三个静态的组态模型图，底部分别有三个“进入演示”按键。各个区域的“进入演示”按键将链接到对应的往复泵运动界面、离心泵运动界面、螺杆泵运动界面。

如图12所示，往复泵运动界面包括按键设置部分和模拟区域，按键设置部分包括“开启/关闭”、“调速条”、“返回主界面”三大部分。“开启/关闭”用于控制模拟界面的启停，同时控制模型实物的启停。“调速条”通过拖动控制模拟部分的运动状态的速度。“返回主界面”用于控制回到“主界面”中。模拟部分对往复泵进行组态模拟，当设备处于运动状态时，装置进行动态模拟，偏心轮旋转通过连杆带动活塞运动，再使内部的两个单向阀按要求切换动作，在泵体内部造成液体流动的效果。

如图13所示，离心泵运动界面包括按键设置部分和模拟区域，按键设置部分包括“开启/关闭”、“调速条”、“返回主界面”三大部分。“开启/关闭”用于控制模拟界面的启停，同时控制模型实物的启停。“调速条”通过拖动控制模拟部分的运动状态的速度。“返回主界面”用于控制回到“主界面”中。模拟部分对离心泵进行组态模拟，当设备处于运动状态时，装置进行动态模拟，内部叶片旋转，在泵体内部造成液体流动的效果。

如图14所示，螺杆泵运动界面包括按键设置部分和模拟区域，按键设置部分包括“开启/关闭”、“调速条”、“返回主界面”三大部分。“开启/关闭”用于控制模拟界面的启停，同时控制模型实物的启停。“调速条”通过拖动控制模拟部分的运动状态的速度。“返回主界面”用于控制回到“主界面”中。模拟部分对螺杆泵进行组态模拟，当设备处于运动状态时，装置进行动态模拟，内部螺杆旋转，在泵体内部造成液体流动的效果。

本装置使用时，将往复泵模型7、离心泵模型9、螺杆泵模型8放置在底座1上，复泵模型7的电源线56、离心泵模型9的电源线28、螺杆泵模型8的电源线19均与控制部分30连接。待设备上电后，通过按动开关6，使装置控制部分30得电，可编程逻辑控制器32得电，开关电源31得电后后输出24V电源给触摸屏4，触摸屏4进入主界面等待状态。

在主界面点击往复泵下方的“进入演示”按键，进入往复泵运动界面，在往复泵运动界面点击“开启”按键，整个触摸屏4的往复泵运动界面将开始模拟运动，通过调整“调速条”来实现模拟运动的速度变换。“开启”按键点击后，按键信号将传递给可编程逻辑控制器32，在可编程逻辑控制器32的相应Y口端输出高电平，接通继电器33的线圈，对应的继电器33的触点闭合，带动对应的直流调速器5，进而使往复泵电机58开始运动。通过旋转直流调速器5可以控制往复泵电机58的旋转速度。复泵电机58运动后，可以使偏心轮54转动，偏心轮54带动连杆60，进而使活塞61在泵体62内往复运动。当点击“停止”按键时，模拟界面停止运动，复泵电机58也停止运动，往复泵演示结束，点击“返回主界面”回到主界面中。

在主界面点击离心泵下方的“进入演示”按键，进入离心泵运动界面，在离心泵运动界面点击“开启”按键，整个触摸屏4的离心泵运动界面将开始模拟运动，通过调整“调速条”来实现模拟运动的速度变换。“开启”按键点击后，按键信号将传递给可编程逻辑控制器32，在可编程逻辑控制器32的相应Y口端输出高电平，接通继电器33的线圈，对应的继电器33的触点闭合，带动对应的直流调速器5，进而使离心泵电机23开始运动。通过旋转直流调速器5可以控制离心泵电机23的旋转速度。离心泵电机23运动后，带动轴24，轴24周围均布3个叶片29，从而使叶片29转动。当点击“停止”按键时，模拟界面停止运动，离心泵电机23也停止运动，离心泵演示结束，点击“返回主界面”回到主界面中。

在主界面点击螺杆泵下方的“进入演示”按键，进入螺杆泵运动界面，在螺杆泵运动界面点击“开启”按键，整个触摸屏4的螺杆泵运动界面将开始模拟运动，通过调整“调速条”来实现模拟运动的速度变换。“开启”按键点击后，按键信号将传递给可编程逻辑控制器32，在可编程逻辑控制器32的相应Y口端输出高电平，接通继电器33的线圈，对应的继电器33的触点闭合，带动对应的直流调速器5，进而使螺杆泵电机18开始运动。通过旋转直流调速器5可以控制往复泵电机18的旋转速度。螺杆泵电机18运动后，带动螺旋芯13，实现实物的运动。当点击“停止”按键时，模拟界面停止运动，螺杆泵电机18也停止运动，螺杆泵演示结束，点击“返回主界面”回到主界面中。

触摸屏4上三个界面中的“开启”按键可以分别控制复泵电机58、离心泵电机18、离心泵电机23，使往复泵模型7、离心泵模型9、螺杆泵模型8三个模型中一个、两个或三个同时运动或停止。装置也可以根据课程的需要只实现触摸屏4中的三类泵原理模拟演示，也可以只实现三个模型中的单个或两个演示。

装置所主体及模型所采用的材料为有机玻璃板材和棒料，通过冷加工而成。可编程逻辑控制器32信号为三菱、西门子或其他类型的品牌，触摸屏为昆仑通泰等品牌，所采用的电机为24供电的直流减速电机。

以上所述及图中所示的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多功能泵原理教学演示装置，由底座（1）、控制部分（30）、往复泵模型（7）、离心泵模型（9）、螺杆泵模型（8）组成，其特征在于：所述底座（1）上布置有控制部分（30）、往复泵模型（7）、离心泵模型（9）、螺杆泵模型（8），所述控制部分（30）与底座（1）固定连接，所述往复泵模型（7）、离心泵模型（9）、螺杆泵模型（8）仅通过重力放置在底座（1）上，底座（1）上四角分布4个固定块（2），固定块（2）使往复泵模型（7）、离心泵模型（9）、螺杆泵模型（8）固定在特定位置上；

所述控制部分（30）分为内部和外部两部分，外部主要包括触摸屏（4）、开关（6）和三个均布的直流调速器（5），内部包括可编程逻辑控制器（32）、开关电源（31）、三个均布的继电器（33）、三个直流调速器（5）；

所述控制部分（30）的开关（6）一端与电源连接，另外一端与可编程逻辑控制器（32）的电源输入端连接，同时与开关电源（31）的电源输入端连接，开关电源（31）的电源输出端与触摸屏（4）的电源输入端连接，触摸屏（4）与可编程逻辑控制器（32）连接，开关电源（31）的正极与可编程逻辑控制器（32）的输出端的com端连接，可编程逻辑控制器（32）的输出端的Y端分别于与三个继电器（33）的线圈连接，线圈的另外一端与开关电源（31）的负极连接，三个继电器（33）的触点一端与开关电源（31）的正极连接，另外一端分别与三个直流调速器（5）的正极连接，直流调速器（5）的负极与开关电源（31）的负极连接，三个直流调速器（5）的调速部分别与离心泵电机（23）、螺杆泵电机（18）、往复泵电机（58）连接。

2.如权利要求1所述的多功能泵原理教学演示装置，其特征在于：所述控制部分（30）与底座（1）通过螺钉固定，底座下面有四个支腿，底座上面有边框。

3.如权利要求1所述的多功能泵原理教学演示装置，其特征在于：所述控制部分（30）采用可编程逻辑控制器(PLC )来实现对三个电机的启停控制，通过直流调速器实现电机的调速控制，控制部分（30）通过三根电源线连接往复泵模型（7）、离心泵模型（9）和螺杆泵模型（8）的三个电机，触摸屏能够显示三个泵原理的运动状态。

4.如权利要求1所述的多功能泵原理教学演示装置，其特征在于：所述往复泵模型（7）主要包括底座（51），底座（51）底部有四个均匀分布的支脚（53），底座（51）上的一端垂直安装支撑板（52），支撑板（52）通过三块加强筋（57）固定在底座（51）上，支撑板（52）上部一侧安装电机（58），电机（58）通过电源线（56）与控制部分（30）连接，电机轴与偏心轮（54）连接，偏心轮（54）与连杆（60）连接，连杆（60）与活塞（61）连接，活塞（61）与泵体（62）匹配，泵体（62）内部上下分别设置入口端（65）和出口端（66），泵体（62）内部上下对称设置圆球（64）和弹簧（63），上下对称通过支撑套（59）连接。

5.如权利要求1所述的多功能泵原理教学演示装置，其特征在于：所述离心泵模型（9）主要包括底座（20），底座（20）底部有四个均匀分布的支脚（21），底座（20）上面安装均匀分布两个垫条（22），垫条（22）上安装泵体（26），泵体（26）一端有入口（25），上部有出口（27），泵体（26）内部中心安装轴（24），轴（24）周围均布3个叶片（29），泵体（26）另外一端安装电机（23），电机（23）通过电源线（28）与控制部分（30）连接，电机（23 ）的轴与轴（24）连接。

6.如权利要求1所述的多功能泵原理教学演示装置，其特征在于：所述螺杆泵模型（8）主要包括底座（10），底座（10）底部有四个均匀分布的支脚（11），底座上面安装均匀分布两个垫条（15），垫条（15）上安装泵体（12），泵体（12）一端有输入口（14），内部包括螺旋芯（13），上部有输出口（16），泵体（12）另一端与支撑板（17）相连，支撑板（17）上安装电机（18），电机（18）通过电源线（28）与控制部分（30）连接，电机（18）的轴与螺旋芯（13）连接。

7.如权利要求4所述的多功能泵原理教学演示装置，其特征在于：所述触摸屏（4）的显示界面包括主界面、往复泵运动界面、离心泵运动界面、螺杆泵运动界面，主界面上端显示装置名称，中部分为三个区域，分别显示往复泵、离心泵、螺杆泵三个静态的组态模型图，底部分别有三个“进入演示”按键，各个区域的“进入演示”按键将链接到对应的往复泵运动界面、离心泵运动界面、螺杆泵运动界面。