CN109655197A - 一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置。包括承压机构、旋转运动机构、直线运动机构和倾角调节机构；承压机构包括承压板、承压环和端盖；旋转运动机构包括第一旋转轴、第一电机和编码器，直线运动机构包括第二电机、齿轮齿条传动机构和滑杆；倾角调节机构包括一对支撑板、滑动底座和固定底座，滑动底座和固定底座通过滑动配合轨道实现滑动或定位配合；通调节过倾角调节机构实现调节承压机构的承压板相对于入射流体呈倾斜状态或垂直状态。通过旋转运动机构和直线运动机构实现承压面内滑杆上的两个测压点的二维平面运动，涵盖气体射流冲击作用区域；通过倾角调节机构改变承压板的角度，实现喷嘴固定不动情况下，真实工况。

Description

一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置

技术领域

本发明属于气体射流冲击压强分布测量技术领域，具体涉及一种基于旋转平移组合平台的气体冲击射流测压装置。

背景技术

气体射流的冲击作业常应用于农作物干燥、表面喷涂、吹除冷却等工业领域。气体射流冲击在物件表面会产生冲击中心高压、边缘低压的分布特征，冲击压强的分布特征会直接影响实际作业效果。因此，准确而高效的测量气体射流冲击的压强分布具有重要的应用意义。若直接在冲击表面布置传感器进行测量，则须大量布置传感器在承压表面，该方法的缺点：一是受传感器尺寸以及价格成本的限制，难以提高测点的空间密度；例如上海天沐公司的NS-1小型传感器，外径为4.5mm，价格为数千元/个，Kulite公司XCQ系列的传感器尺寸外径为2mm，价格每个可达万元；二是布置传感器过多会影响压强本来的分布状况，所测数据难以还原真实压强分布情况。虽然市面上已经有了测量压强分布的薄膜传感器，但大面积应用的成本较高。并且实际射流冲击中心区域压强可高达200KPa，外围区域压强可低至表压20KPa。采用压薄膜传感器难以满足整个冲击区域的测量精度要求。此外，实际作业的工作压强、冲击角度等工况众多。已有的压强测量方法难以满足高效、精确的测量要求。

发明内容

为了实现冲击区域表面的压强分布的高效、精确测量，本发明提供一种基于旋转和直线机构的气体冲击射流测压装置。

一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置包括承压机构、旋转运动机构、直线运动机构和倾角调节机构；

所述承压机构包括承压板3、圆环状的承压环33和端盖13；承压环33上分别开设有上下对应的一对滑杆孔；

所述旋转运动机构包括第一旋转轴1、第一电机11和编码器14，所述编码器14固定设于第一旋转轴1上，所述第一旋转轴1的一端固定连接着第一电机11的输出轴，第一旋转轴1的另一端固定连接着承压机构的端盖13的中心；

所述直线运动机构包括第二电机2、齿轮齿条传动机构和滑杆26；齿轮固定设于第二电机2的输出轴上，齿条固定设于滑杆26上；与齿条对应的滑杆26上设有两个压力传感器41，构成两个测压点；所述滑杆26的两端分别位于承压环33上的一对滑杆孔内；通过齿轮齿条传动机构实现滑杆26的上下往复移动；

所述倾角调节机构包括一对支撑板5、滑动底座52和固定底座51，一对支撑板5固定对称设于滑动底座52上，旋转运动机构的第一旋转轴1通过轴承固定设于一对支撑板5上；滑动底座52和固定底座51通过滑动配合轨道实现滑动或定位配合，所述滑动配合轨道呈圆弧形；

通调节过倾角调节机构实现调节承压机构的承压板3相对于入射流体呈倾斜状态或垂直状态。

进一步限定的技术方案如下：

所述承压板3固定设于承压环33的轴向一端面，端盖13固定设于承压环33的轴向另一端面；承压板3一侧的承压环33上分别开设有上下对应的一对滑杆孔。

所述滑杆孔为十字孔。

所述第二电机2固定设于承压机构的端盖13的外侧面上，第二电机2输出轴位于承压环33内；齿轮齿条传动机构包括齿轮24和齿条25，齿轮24固定设于第二电机2的输出轴上，齿条25固定设于滑杆26上；与齿条25对应的滑杆26上设有两个压力传感器41，构成两个测压点；端盖13内侧面上设有位移传感器21；所述滑杆26的两端分别位于承压环33上的一对滑杆孔内；通过齿轮24和齿条25的啮合传动，实现滑杆26的往复移动。

所述倾角调节机构包括一对支撑板5、滑动底座52和固定底座51，一对支撑板5固定对称设于滑动底座52上，旋转运动机构的第一旋转轴1通过轴承固定设于一对支撑板5上；滑动底座52和固定底座51滑动配合，滑动配合轨道呈圆弧形；滑动底座52和固定底座51的配合处通过销孔和定位销的配合实现定位配合。

所述滑动底座52的圆弧形侧面上均设有滑动定位孔521，所述固定底座51的对应圆弧形侧面上均设有固定定位孔511，当滑动底座52上的滑动定位孔521和固定底座51上的固定定位孔511对应时，通过插入插销53实现滑动底座52和固定底座51的定位配合，此时，滑动底座52相对于固定底座51呈倾斜状，实现承压机构的承压板3相对于入射流体呈倾斜状。

通过插入2-3个定位销53实现滑动底座52和固定底座51的定位配合。

所述滑杆26的横截面呈T形，与T形的顶部对应的滑杆26上通过凸块固定设有齿条25，位移传感器21为拉绳位移传感器，位移传感器21的拉绳连接着齿条25的下端。

所述倾角调节机构调整承压板3的角度范围为±30°。

所述编码器14为绝对型空心轴编码器。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

（1）通过旋转运动装置1和直线运动装置2实现承压面内滑杆26上的两个测压点的二维平面运动，可涵盖气体射流冲击作用区域。通过倾角可调底座5改变承压板3的角度，可以在喷嘴6固定不动的情况下，实现气体射流冲击角度在±30°范围内的改变，能够真实反映实际工况。通过气体压强传感器41实现对气体冲击射流在承压板3区域的压强分布测量。

（2）通过编码器14测量旋转运动装置1的旋转角度，装置一旋转角度范围为0°~360°，电机步距角是1.2°，编码器测量的分度值是0.6°，是电机精度的两倍。通过位移传感器21测量直线运动装置2的位移，滑条的运动范围为0mm~200mm，电机步距角是1.2°，齿轮分度圆半径是20mm，齿轮齿条传动比为1，则电机带动滑条运动的最小位移是20mm×3.14×1.2°÷360°=0.21mm，拉绳位移传感器测量最大误差为200×0.03%=0.06mm，测量数据精确可靠。

（3）在仅需两个气体压强传感器的情况下，针对射流冲击的高压区采用0KPa~300KPa大量程传感器，低压区采用0KPa~50KPa小量程传感器，传感器的整体精度为0.05%FS，高压区测量最大误差为300KPa×0.05%=0.15KPa，低压区测量的最大误差仅为50KPa×0.05%=0.025KPa，而且对承压面本来压强分布扰动较小。如果采用薄膜传感器测量，则低压区的测量误差至少为0.15KPa，本发明精度可相对提高6倍；本发明测量效果理论上相当于在面积为0.1256的圆板上安装了28万（200mm÷0.21mm×360°÷1.2°=285741）个压力传感器，普通安装压力传感器的测量方式不可能达到此效果。本发明可以高效、精确测量气体冲击射流在整个承压板3上的压强分布。

（4）本发明适用性强，关键零部件可单独拆卸，模块化的组件工艺使损坏部件能够实现快速更换。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明旋转运动装置结构示意图。

图3~图5为本发明直线运动装置结构示意图。

图6为本发明倾角可调底座结构示意图。

图7~图8为本发明承压板结构示意图。

图9为本发明滑条在承压板上滑动极限位置示意图。

图10为本发明端盖结构示意图。

图11为本发明滑杆结构示意图。

图12为本发明气体压强传感器安装示意图。

图13为气流射流垂直冲击时喷嘴喷出气流示意图。

图14为气体射流倾斜冲击时喷嘴喷出气流示意图。

上图中序号：第一旋转轴1、第一电机11、第一联轴器12、编码器14、锁紧螺柱15、端盖13、轴承座131、螺纹孔132、第二电机2、位移传感器21、第二联轴器22、第二旋转轴23、齿轮24、齿条25、滑条26、凸块261、承压板3、滑杆孔31、内轴承座32、承压环33、外轴承座131、螺纹孔132、气体压强传感器41、支撑板5、固定底座51、滑动底座52、滑动定位孔521、固定定位孔511、定位销53、喷嘴6。

具体实施方案

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例

参见图1，一种基于旋转运动机构和直线运动机构的气体冲击射流测压装置包括承压机构、旋转运动机构、直线运动机构、和倾角调节机构。

参见图6和图7，承压机构包括承压板3、圆环状的承压环33和端盖13；承压板3固定安装于承压环33的轴向一端面，端盖13固定安装于承压环33的轴向另一端面；承压板3一侧的承压环33上分别开设有上下对应的一对滑杆孔，滑杆孔为十字孔。参见图7，与滑杆孔对应的承压板3中部开设有贯通的滑杆槽，与承压环33对应的一侧承压板3的内侧上设有内轴承座32，见图6。参见图10，端盖13的外侧面上安装有外轴承座131和螺纹孔132。

参见图2，旋转运动机构包括第一旋转轴1、第一电机11、编码器14和锁紧螺柱15。编码器14为绝对型空心轴编码器，外径为100mm，内径为38mm，编码器14固定安装于第一旋转轴1上，第一旋转轴1的一端固定连接着第一电机11的输出轴，第一旋转轴1的另一端固定连接着承压机构的端盖13的中心。

参见图5，直线运动机构包括第二电机2、齿轮齿条传动机构和滑杆26。参见图3，第二电机2固定安装于承压机构的端盖13的外侧面上，第二电机2输出轴位于承压环33内；齿轮齿条传动机构包括齿轮24和齿条25，齿轮24固定安装于第二电机2的输出轴上；参见图9，滑杆26的上下两端分别位于承压环33上的一对滑杆孔内；参见图11，滑杆26的横截面呈T形，与T形的顶部对应的滑杆26上通过凸块固定安装有齿条25；参见图2，端盖13的内侧面上固定安装有位移传感器21，位移传感器21为拉绳位移传感器，位移传感器21的拉绳连接着齿条25的下端。与齿条25对应的滑杆26上固定安装有两个压力传感器41，见图12。压力传感器41采用NS-2系列，具有M5x0.5的螺纹接口，测量压强范围为相对压强0KPa~50Kpa。参见图4，通过齿轮24和齿条25的啮合传动，实现滑杆26的上下往复移动。

第一电机11和第二电机2型号相同，均为42HCT53.5AH3-TK0B，静力矩为1.5N•m，步距角为1.2°，电压为24V，额定电流为5.8A。

旋转运动机构通过轴承安装在倾角调节机构上，第一电机11驱动旋转运动机构带动承压机构作旋转运动。

参见图8，倾角调节机构包括一对支撑板5、滑动底座52、固定底座51和定位销53。一对支撑板5固定对称安装于滑动底座52上，旋转运动机构的第一旋转轴1通过轴承固定安装于一对支撑板5上；滑动底座52和固定底座51通过滑动配合轨道实现滑动或定位配合，滑动配合轨道呈圆弧形。

滑动底座52的圆弧形侧面上均布开设有滑动定位孔521，固定底座51的对应圆弧形侧面上均布开设有固定定位孔511，当滑动底座52上的滑动定位孔521和固定底座51上的固定定位孔511对应时，通过插入三个定位销53实现滑动底座52和固定底座51的定位配合，此时，滑动底座52相对于固定底座51呈倾斜状，改变滑动底座52的倾角，滑动底座52相对与固定底座51的最小调节角度为5°，实现承压机构的承压板3相对于入射流体呈倾斜状，见图14。倾角调节机构调整承压板3的角度范围为±30°。

参见图13，检测时，喷嘴6对承压板3的正面喷出有压气流，第一电机11、第二电机2联动并带动滑条26上的测压点在承压板3的圆平面内移动；直线运动机构的齿条25拉动位移传感器21的线绳直线移动，使位移传感器21检测出直线运动机构的直线位移；旋转运动机构的第一旋转轴1带动编码器14旋转运动，使编码器14检测出旋转运动机构的角位移，位移传感器21和编码器14定位出滑条26上两个测压点此时在承压板3的圆平面内的位置，两个压力传感器41捕捉并检测此位置的压强，这些承压板平面上不同位置的压强构成承压板上的压强分布。

参见图14，当喷嘴6喷出气流不垂直入射承压板3时，通过倾角调节机构的调整，使承压板3相对喷嘴6呈不同倾斜状态，从而使喷嘴6从不同角度向承压板3喷出气流，两个压力传感器41捕捉并检测喷嘴6喷出气流在承压板3上的压强分布。

Claims (10)

1.一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：包括承压机构、旋转运动机构、直线运动机构和倾角调节机构；

所述承压机构包括承压板（3）、圆环状的承压环（33）和端盖（13）；承压环（33）上分别开设有上下对应的一对滑杆孔；

所述旋转运动机构包括第一旋转轴（1）、第一电机（11）和编码器（14），所述编码器（14）固定设于第一旋转轴（1）上，所述第一旋转轴（1）的一端固定连接着第一电机（11）的输出轴，第一旋转轴（1）的另一端固定连接着承压机构的端盖（13）的中心；

所述直线运动机构包括第二电机（2）、齿轮齿条传动机构和滑杆（26）；齿轮固定设于第二电机（2）的输出轴上，齿条固定设于滑杆（26）上；与齿条对应的滑杆（26）上设有两个压力传感器（41），构成两个测压点；端盖（13）内侧面上设有位移传感器（21）；所述滑杆（26）的两端分别位于承压环（33）上的一对滑杆孔内；通过齿轮齿条传动机构实现滑杆（26）的上下往复移动；

所述倾角调节机构包括一对支撑板（5）、滑动底座（52）和固定底座（51），一对支撑板（5）固定对称设于滑动底座（52）上，旋转运动机构的第一旋转轴（1）通过轴承固定设于一对支撑板（5）上；滑动底座（52）和固定底座（51）通过滑动配合轨道实现滑动或定位配合，所述滑动配合轨道呈圆弧形；

通调节过倾角调节机构实现调节承压机构的承压板（3）相对于入射流体呈倾斜状态或垂直状态；

直线运动机构的齿条（25）拉动位移传感器（21）的线绳直线移动，使位移传感器（21）检测出直线运动机构的直线位移；旋转运动机构的第一旋转轴（1）带动编码器（14）旋转运动，使编码器（14）检测出旋转运动机构的角位移，位移传感器（21）和编码器（14）定位出滑条（26）上两个测压点此时在承压板（3）的圆平面内的位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：所述承压板（3）固定设于承压环（33）的轴向一端面，端盖（13）固定设于承压环（33）的轴向另一端面；承压板（3）一侧的承压环（33）上分别开设有上下对应的一对滑杆孔。

3.根据权利要求2所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：所述滑杆孔为十字孔。

4.根据权利要求1所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：所述第二电机（2）固定设于承压机构的端盖（13）的外侧面上，第二电机（2）输出轴位于承压环（33）内；齿轮齿条传动机构包括齿轮（24）和齿条（25），齿轮（24）固定设于第二电机（2）的输出轴上，齿条（25）固定设于滑杆（26）上；所述滑杆（26）的两端分别位于承压环（33）上的一对滑杆孔内；通过齿轮（24）和齿条（25）的啮合传动，实现滑杆（26）的往复移动。

5.根据权利要求1所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：所述倾角调节机构包括一对支撑板（5）、滑动底座（52）和固定底座（51），一对支撑板（5）固定对称设于滑动底座（52）上，旋转运动机构的第一旋转轴（1）通过轴承固定设于一对支撑板（5）上；滑动底座（52）和固定底座（51）滑动配合，滑动配合轨道呈圆弧形；滑动底座（52）和固定底座（51）的配合处通过销孔和定位销的配合实现定位配合。

6.根据权利要求5所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：所述滑动底座（52）的圆弧形侧面上均设有滑动定位孔（521），所述固定底座（51）的对应圆弧形侧面上均设有固定定位孔（511），当滑动底座（52）上的滑动定位孔（521）和固定底座（51）上的固定定位孔（511）对应时，通过插入定位销（53）实现滑动底座（52）和固定底座（51）的定位配合，此时，滑动底座（52）相对于固定底座（51）呈倾斜状，实现承压机构的承压板（3）相对于入射流体呈倾斜状。

7.根据权利要求6所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：通过插入2-3个定位销（53）实现滑动底座（52）和固定底座（51）的定位配合。

8.根据权利要求1所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：所述滑杆（26）的横截面呈T形，与T形的顶部对应的滑杆（26）上通过凸块固定设有齿条（25），位移传感器（21）为拉绳位移传感器，位移传感器（21）的拉绳连接着齿条（25）的下端。

9.根据权利要求1所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：所述倾角调节机构调整承压板（3）的角度范围为±30°。

10.根据权利要求8所述的一种基于旋转机构和直线机构的气体冲击射流测压装置，其特征在于：所述编码器（14）为绝对型空心轴编码器。