CN109373852B - 一种测量往复压缩机活塞行程的装置、方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量往复压缩机活塞行程的装置、方法及其应用，用于测量待测往复压缩机的活塞的行程，属于往复压缩机检测领域。该装置包括：测速齿轮、第一连杆、第二连杆以及第一接近开关；第一连杆一端与测速齿轮的转轴连接，以随测速齿轮同步转动；第二连杆的一端枢接第一连杆，另一端用于枢接活塞的中心；第一接近开关朝向测速齿轮的轮齿设置，用于在测速齿轮旋转过程中对经过的轮齿进行计数。本发明由于利用了接近开关的开关信号测量，而不是直接的角度测量或者利用光栅激光反射测量，具有很强的稳定性，能够提升活塞行程测量的精度，且能够克服现有测量技术滞后现象、稳定性差、抗干扰能力弱、可靠性差的技术问题。

Description

一种测量往复压缩机活塞行程的装置、方法及其应用
技术领域
本发明属于往复压缩机检测领域，更具体地，涉及一种测量往复压缩机活塞行程的装置、方法及其应用。
背景技术
现有的往复压缩机活塞行程测量方式主要有三种：
一是直接测试方法，即将传感器伸入气缸中，直接测量活塞表面与气缸壁的距离，该方式由于气缸内可能存在的高温环境，以及活塞的往复运动，都会使得测量活塞行程精确性降低；
二是利用角度传感器测量连杆旋转的角度，由于角度传感器在高速旋转体测量时有滞后性，且抗干扰能力弱，长期使用导致的漂移偏差使得测量活塞行程的精确度降低，因此长期使用可靠性较差；
三是光栅测量，但此种方式需要使用激光，使得系统结构很复杂，而且可靠性和稳定性较差。
由此可见，现有的测试技术存在有滞后现象、稳定性差、抗干扰能力弱、可靠性差等缺点，不能很好的满足往复式活塞圧缩机装置需要精确测量活塞行程的要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种测量往复压缩机活塞行程的方式，其目的在于，通过在测量装置中引入测速齿轮及接近开关，利用接近开关的脉冲计数来计算角度，进而精确的测量往复压缩机的活塞行程，由此解决现有测量技术滞后现象、稳定性差、抗干扰能力弱、可靠性差的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种测量往复压缩机活塞行程的装置，用于测量待测往复压缩机的活塞的行程，包括：测速齿轮、第一连杆、第二连杆以及第一接近开关；
第一连杆一端与测速齿轮的转轴连接，以随测速齿轮同步转动；第二连杆的一端枢接第一连杆，另一端用于枢接活塞的中心；第一接近开关朝向测速齿轮的轮齿设置，用于在测速齿轮旋转过程中对经过的轮齿进行计数。
进一步地，该装置还包括第二接近开关；测速齿轮上设有凸台，第二接近开关朝向凸台设置，用于在测速齿轮旋转过程记录凸台经过的次数，凸台经过第二接近开关一次则表示测速齿轮旋转一周。
进一步地，测速齿轮的轴心到活塞的轴线的距离e≥0。
进一步地，测速齿轮和第一连杆均与测速齿轮的转轴通过键连接。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种基于上述装置测量往复压缩机活塞行程的方法，设测速齿轮的轴心到活塞的轴线的距离为e，第一连杆长度为a，第二连杆长度为b，第一连杆与竖直方向的起始夹角为θ，接近开关获得的脉冲数为n，测速齿轮的轴心与活塞中心的水平距离为y，则：
y＝(b2-(a*cos(θ+2*n*π/180)-e)2)(1/2)+a*sin(θ+2*n*π/180)
设活塞在内止点时其中心与测速齿轮(1)的轴心的初始水平距离为y1，则在任意时刻当第一接近开关获得的脉冲数为n时，活塞的行程X可表示为X＝y-y1。
本发明还提供了上述装置或方法的应用，用于在绘制待测往复压缩机的特性曲线过程中获得往复压缩机的活塞行程。
总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下
有益效果：
(1)由于利用了接近开关的开关信号测量，而不是直接的角度测量或者利用光栅激光反射测量，具有很强的稳定性，能够提升活塞行程测量的精度，且能够克服现有测量技术滞后现象、稳定性差、抗干扰能力弱、可靠性差的技术问题。
(2)活塞与测速轮之间采用偏心安装，偏心距e不同可以适应不同的安装需求和对往复式压缩机急回特性的要求。
附图说明
图1是本发明优选实施例的测量装置连接示意图；
图2是图1中的参数示意图；
图3是初始水平距离y1示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-测速齿轮，2-第一连杆，3-第二连杆，4-第一接近开关，5-第二接近开关，6-活塞，7-排气阀，8-进气阀，9-凸台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的一种测量往复压缩机活塞行程的装置，用于测量待测往复压缩机的活塞的行程，包括：测速齿轮、第一连杆、第二连杆以及第一接近开关、第二接近开关；第一连杆一端与测速齿轮的转轴连接，以随测速齿轮同步转动；第二连杆的一端枢接第一连杆，另一端用于枢接活塞的中心；第一接近开关朝向测速齿轮的轮齿设置，用于在测速齿轮旋转过程中对经过的轮齿进行计数。测速齿轮上设有凸台，第二接近开关朝向凸台设置，用于在测速齿轮旋转过程记录凸台经过的次数，凸台经过第二接近开关一次则表示测速齿轮旋转一周。测速齿轮的轴心到活塞的轴线的距离e≥0。测速齿轮和第一连杆均与测速齿轮的转轴通过键连接。
在本发明的优选实施例中，本装置采用齿轮箱外加测速齿轮的方式，齿轮有180个齿，每个齿经过第一接近开关时都会获得一个脉冲信号，这样，齿轮每转一周就会有180个脉冲信号，活塞的行程也被分成了180个点，当然测速齿轮的齿数越多，对行程的取点也就越细化，对行程的监测也就越精确。因为本传动装置是单自由度的，所以脉冲数确定则每个齿所对应的行程位置也是唯一确定的，确定好初始位置，就可以根据第一接近开关获得的脉冲数确定每个瞬时活塞的行程。
图1是测速部分的简图。测速齿轮1与齿轮箱(未图示)连接，其转速与曲柄连杆机构中的第一连杆转速相同，这样可以保证活塞每完成一个周期，测速齿轮旋转一周，而接近开关获得180个脉冲数。测速齿轮上加装有一个小的凸台9，并在凸台9前端放有第二接近开关，测速齿轮每转一周，第二接近开关都会获得一个脉冲，根据每秒钟第二接近开关获得的脉冲数可以计算测速齿轮的转速，进而推算出往复式压缩机活塞的工作频率。测速齿轮和轴、第一连杆和轴之间都采用键连接，这样可以起到防滑动作用，使测量更精确。
在本实施例中，根据安装需求和对往复式压缩机急回特性的要求，活塞与测速轮之间采用偏心安装，即测速齿轮与活塞轴线不在一条高度线上，设其间距为e(图1中采用对心安装，即偏心距为0)。如图2所示，设第一连杆长度为a，第二连杆长度为b，第一连杆与竖直方向的起始夹角为θ，测速齿轮轴心与活塞中心的水平距离为y，第一接近开关获得的脉冲数为n，则测速齿轮中心与活塞中心的水平距离：
y＝(b2-(a*cos(θ+2*n*π/180)-e)2)(1/2)+a*sin(θ+2*n*π/180)。
如图3所示，设活塞在下止点时其中心与测速齿轮的轴心的初始水平距离为y1，则任意时刻当第一接近开关获得的脉冲数为n时，活塞的行程可表示为X＝y-y1。(图1中为对心安放，取e＝0。)
第一接近开关由带圆柱孔的第一接近开关主体与带有支杆的底座组成，底座附有磁铁，固定在实验台架上，接近开关主体上的圆柱孔与支杆为间隙配合，由两个紧定螺岭固定，这样可实现第一接近开关的上下左右移动，便于调整位置。设压缩机的起始位置在内止点，此时调整接近开关2的位置使其正对测速齿轮上的凸台，调整第一接近开关的位置，使其正对齿轮的轮齿。测出初始θ角带入上述公式即可准确得出活塞行程，由V＝S*X(S为气缸底面积，X为活塞行程)将数据输入电脑，配合其他设备测出的气缸温度、进排气压力、转速、扭矩等即可绘制出往复式压缩机的特性曲线。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种测量往复压缩机活塞行程的装置，用于测量待测往复压缩机的活塞(6)的行程，其特征在于，包括：测速齿轮(1)、第一连杆(2)、第二连杆(3)以及第一接近开关(4)；
第一连杆(2)一端与测速齿轮(1)的转轴连接，以随测速齿轮(1)同步转动；第二连杆(3)的一端枢接第一连杆(2)，另一端用于枢接活塞(6)的中心；第一接近开关(4)朝向测速齿轮(1)的轮齿设置，用于在测速齿轮(1)旋转过程中对经过的轮齿进行脉冲计数；
设测速齿轮(1)的轴心到活塞(6)的轴线的距离为e，第一连杆(2)长度为a，第二连杆(3)长度为b，第一连杆(2)与竖直方向的起始夹角为θ，接近开关获得的脉冲数为n，测速齿轮(1)的轴心与活塞中心的水平距离为y，则：
y＝(b2-(a*cos(θ+2*n*π/180)-e)2)(1/2)+a*sin(θ+2*n*π/180)
设活塞在内止点时其中心与测速齿轮(1)的轴心的初始水平距离为y1，则在任意时刻当第一接近开关获得的脉冲数为n时，活塞的行程X表示为X＝y-y1。
2.如权利要求1所述的一种测量往复压缩机活塞行程的装置，其特征在于，还包括第二接近开关(5)；测速齿轮(1)上设有凸台(9)，第二接近开关(5)朝向凸台(9)设置，用于在测速齿轮(1)旋转过程记录凸台(9)经过的次数，凸台(9)经过第二接近开关(5)一次则表示测速齿轮(1)旋转一周。
3.如权利要求1或2所述的一种测量往复压缩机活塞行程的装置，其特征在于，测速齿轮(1)的轴心到活塞(6)的轴线的距离e≥0。
4.如权利要求1或2所述的一种测量往复压缩机活塞行程的装置，其特征在于，测速齿轮(1)和第一连杆(2)均与测速齿轮(1)的转轴通过键连接。
5.一种基于权利要求1～4任意一项所述的装置测量往复压缩机活塞行程的方法，其特征在于，设测速齿轮(1)的轴心到活塞(6)的轴线的距离为e，第一连杆(2)长度为a，第二连杆(3)长度为b，第一连杆(2)与竖直方向的起始夹角为θ，接近开关获得的脉冲数为n，测速齿轮(1)的轴心与活塞中心的水平距离为y，则：
y＝(b2-(a*cos(θ+2*n*π/180)-e)2)(1/2)+a*sin(θ+2*n*π/180)
设活塞在内止点时其中心与测速齿轮(1)的轴心的初始水平距离为y1，则在任意时刻当第一接近开关获得的脉冲数为n时，活塞的行程X表示为X＝y-y1。
6.权利要求1～5任意一项所述的装置或方法的应用，其特征在于，用于在绘制待测往复压缩机的特性曲线过程中获得往复压缩机的活塞行程。
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