CN110044605A - 一种气体阀门推力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体阀门推力测试装置，包括：固定机构，固定机构包括底板和固定块，底板水平安装在工作台上，固定块安装在底板上；旋转机构和连接机构，旋转机构包括摇臂，摇臂通过连接机构可转动安装在底板上；初始状态下，摇臂与底板垂直，摇臂上水平安装有气体阀门和力传感器，力传感器固定安装在固定块上；测试时，气体阀门通过高压软管与气源相连，通过气体阀门开关打开一侧喷头，气流带动摇臂旋转；基于力传感器显示的读数和杠杆原理，得到气体阀门在气体喷出后的推力值。本发明可实现阀门的单、双向推力测试，单人手工操作即可完成阀门的推力测试，具有性能可靠、安全性强、测量准确、使用方便、成本低廉的特点。

Description

一种气体阀门推力测试装置

技术领域

本发明涉及阀门测试技术领域，具体涉及一种气体阀门推力测试装置。

背景技术

气体阀门是一种工作介质为气体且具有通断功能的产品，图1所示气体阀门在完成制造后，需要进行推力测试；目前主要采用两种办法，一是采用垂直法测试，将阀门喷嘴向上，在其下方设置压力传感器，这种方法不适合大推力阀门和双推力阀门的测试；二是采用水平滑车的方式，喷嘴处于水平，在其反方向上设置有压力传感器，这种方法的测试装置，无法有效克服摩擦力带来的测试误差，造成测量数据不准确、且制造成本高。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种气体阀门推力测试装置。

本发明公开了一种气体阀门推力测试装置，包括：

固定机构，所述固定机构包括底板和固定块，所述底板水平安装在工作台上，所述固定块安装在所述底板上；

旋转机构和连接机构，所述旋转机构包括摇臂，所述摇臂通过所述连接机构可转动安装在所述底板上；初始状态下，所述摇臂与所述底板垂直，所述摇臂上水平安装有气体阀门和力传感器，所述力传感器固定安装在所述固定块上；

测试时，所述气体阀门通过高压软管与气源相连，通过所述气体阀门开关，打开一侧喷头；当所述气体阀门工作时，气流带动所述摇臂旋转；基于所述力传感器显示的读数和杠杆原理，得到所述气体阀门在气体喷出后的推力值。

作为本发明的进一步改进，所述固定机构还包括调整螺钉；

所述调整螺钉螺接在所述底板上，用于将所述底板调整为水平状态；当所述底板调整为水平状态后，通过紧固螺钉将所述底板与所述工作台连接紧固。

作为本发明的进一步改进，所述固定块垂直安装在所述底板上，所述固定块上设有用于安装所述力传感器的水平接口孔。

作为本发明的进一步改进，所述气体阀门的旋转半径为R，所述力传感器的旋转半径为R/2；所述力传感器显示的读数为F，所述气体阀门在气体喷出后的推力值为F/2。

作为本发明的进一步改进，所述连接机构包括轴承芯轴和支座；

所述支座垂直安装在所述底板上；所述轴承芯轴水平安装在所述支座上，所述摇臂下端水平安装有轴承，所述摇臂通过所述轴承与轴承芯轴的配合可转动安装在所述支座上。

作为本发明的进一步改进，所述连接机构还包括限位芯轴；

所述限位芯轴水平安装在所述支座上且位于所述轴承芯轴的正上方，所述摇臂上设有与所述限位芯轴相配合的轴孔，所述限位芯轴限定所述摇臂的转动角度为±0.2°。

作为本发明的进一步改进，所述支座为双约束铰链结构。

作为本发明的进一步改进，所述摇臂与所述底板的垂直度在0.02mm以内。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明测试装置的构成包括固定、连接和旋转等三个主要机构，通过上述机构的准确配合、精密定位，有效控制测量过程中的运行轨迹，能准确的测量出阀门在气体喷出后的推力值；本发明可实现阀门的单、双向推力测试，测试时阀门安装在测试装置上，通过单人手工操作即可完成阀门的推力测试；该测试装置具有性能可靠、安全性强、测量准确、使用方便、成本低廉的特点，具有一定的推广价值。

附图说明

图1为现有气体阀门的结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的气体阀门推力测试装置的立体图；

图3为本发明一种实施例公开的气体阀门推力测试装置的部分剖视图；

图4为图2中固定机构的立体图；

图5为图2中旋转机构的立体图；

图6为图2中连接机构的立体图；

图7为图6中连接机构的剖视图；

图8为本发明一种实施例公开的气体阀门推力测试装置的原理图。

图中：

Ⅰ、固定机构；Ⅱ、旋转机构；Ⅲ、连接机构；

1、调整螺钉；2、底板；3、固定块；4、力传感器；5、摇臂；6、高压软管；7、限位芯轴；8、轴承芯轴；9、支座；10、气体阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图2-8所示，本发明提供一种气体阀门推力测试装置，包括：固定机构Ⅰ、旋转机构Ⅱ和连接机构Ⅲ；其中：

本发明固定机构Ⅰ包括底板2和固定块3，底板2水平安装在工作台上，固定块3安装在底板上；旋转机构Ⅱ包括摇臂5，摇臂5通过连接机构Ⅲ可转动安装在底板2上；初始状态下，摇臂5与底板2垂直，摇臂5上水平安装有气体阀门10和力传感器4，力传感器4固定安装在固定块3上；测试时，气体阀门10通过高压软管6与气源相连，通过气体阀门开关，打开一侧喷头；当气体阀门10工作时，气流带动摇臂旋转；基于力传感器4显示的读数和杠杆原理，得到气体阀门10在气体喷出后的推力值。

上述为本发明可实现气体阀门推力测试的原理及关键部件，本发明的保护范围不限于上述部件的具体结构限定；具体的：

如图2、3、4所示，本发明的固定机构Ⅰ包括调整螺钉1、底板2和固定块3；固定机构Ⅰ的作用为：利用调整螺钉1将底板2调整为水平状态，底板2调整为水平状态后，通过紧固螺钉将底板2与工作台连接紧固。底板2用销子定位、螺钉连接紧固的方式安装固定块3和连接机构Ⅲ，保证其相互位置，为测试装置提供水平的工作平台。其中：

本发明的调整螺钉1的结构同普通内六角螺钉一致，其下部设有球面，当其旋转时可与工作台点接触，用于轻微调节底板的高度；调整螺钉1与标准件螺母一起形成调平机构，当调整螺钉1将底板调整水平后，用螺母锁紧，即可将底板保持水平状态。

进一步，本发明调整螺钉1的螺纹为细牙要求精度为g7级，球面要求粗糙度为Ra0.8，调整螺钉1采用圆钢30CrMnSiAGB/T3077-1999材料，调质HRC30-35即可。

本发明的底板2为长方体，其上表面要求较高的平面度；其上设置有4处安装调整螺钉1用的接口螺纹孔和10处与工作台连接的接口孔，当底板调至水平状态后，用螺钉与工作台紧固；其上设置安装固定块3用的6处接口孔和2处销子孔，用于保证固定块2与连接机构Ⅲ的相互精准位置，以及固定块3的垂直度；其上设置安装连接机构Ⅲ用的6处接口孔和2处销子孔，用于保证连接机构Ⅲ与固定块3的相互位置精准，以及连接机构Ⅲ的垂直度。

进一步，本发明的底板2要求其平面度为0.05mm，安装调整螺钉1用的接口螺纹孔也采用g7级的细牙螺纹，10处与工作台连接的接口孔为普通过孔尺寸较螺纹直径大0.5-1mm，其上安装固定块3用的有6处接口孔要求同上和2处销子孔采用H6/m7的配合；其上用于安装连接部分用的6处接口孔和2处销子孔要求同上。

本发明的固定块3为梯形，其上设置有安装力传感器4(连接机构Ⅲ)的1处接口孔，其结构强度要能抵抗最大的测试应力；其上设置有与底板2相连接的6处接口孔和2处销子孔。

进一步，本发明的固定块3采用钢板45-GB/T711-2008。

如图2、3、5所示，本发明的旋转机构Ⅱ包括力传感器4、摇臂5和高压软管6，旋转机构Ⅱ的作用为：通过轴承安装在连接机构Ⅲ上，形成摇臂机构，上方与被测气体阀门10连接，左侧通过力传感器4(BK-2B型力传感器)与固定块3连接，在摇臂5上安装的气体阀门10的喷嘴中心线形成一个旋转半径R，控制尺寸保证在其左侧的力传感器4形成另一个旋转半径值为R/2；气体阀门10与气源用高压软管6连接，通过阀门开关，打开一侧的喷头，当阀门工作时，气流带动阀门旋转，基于力传感器4显示的读数和杠杆原理，得到气体阀门10在气体喷出后的推力值；即，力传感器显示的读数为F，气体阀门在气体喷出后的推力值为F/2。同理，本发明不限于力传感器4的旋转半径为气体阀门10的1/2。其中：

本发明的力传感器4可选用呈S形状的可双向测力的力传感器，如BK-2B型力传感器，其为外购件；同理，本发明可根据被测力的情况，进行选择其它类型的单向或双向力传感器，如测试精度不高亦选用弹簧秤。

本发明的摇臂5为长方形外加半圆形，为本装置的核心件；其上设置有与气体阀门10连接的6处接口孔，该接口应根据被测阀门具体情况而定，不仅限于形式；其中间设置有安装力传感器4的1个接口孔；其下方设置有用于形成旋转机构Ⅱ的工作轨迹的轴孔，与限位芯轴配合，既能保证旋转机构Ⅱ的工作轨迹准确，也能防止因为意外事故造成旋转机构Ⅱ松脱和飞出；其最下方内部设置有安装圆柱轴承的典型结构，与连接机构Ⅲ形成铰链。

本发明的高压软管6可根据气体阀门10的工作压力选用外购件，本装置由于工作压力高，选用了宁波星箭的高压金属软管。

进一步，本发明的摇臂5的尺寸精度按与轴承外圈的配合的标准公差即可，该件材料采用钢板45-GB/T711-2008，热处理：淬火HRC35～40。

如图2、3、6、7所示，本发明的连接机构Ⅲ包括限位芯轴7、轴承芯轴8和支座9，连接机构Ⅲ的作用为：安装和定位旋转机构Ⅱ，让其能沿着设定的轨迹旋转，保证其精度，用轴承芯轴8支撑旋转机构Ⅱ，用限位芯轴7确定旋转轨道，限位芯轴7有安全作用，可防止因为阀门工作中的意外造成机构的飞出和磕碰等伤人员和产品的安全事故。其中：

本发明的限位芯轴7为一端带有外六方螺钉头，另一端为精度较高的圆柱体；其圆柱部分与摇臂的圆环槽采用间隙配合，保证其运行轨迹；限位芯轴7限定摇臂的转动角度为±0.2°。

进一步，本发明限位芯轴7的尺寸公差为h6级别，圆柱度0.008mm即可，材料选用圆钢40Cr-GB/T3077-2015，热处理：淬火HRC40～45。

本发明的轴承芯轴8为一端带有外六方螺钉头，另一端为精度较高的带有轴肩的圆柱体；其带有轴肩的圆柱部分的大端与支座孔配合，其小端同轴承配合同时与支座的另一侧配合，保证旋转机构Ⅱ的灵活转动，是整个旋转机构Ⅱ的转动基准。

进一步，本发明轴承芯轴8的尺寸精度为H7，两个圆柱之间的同轴度要表面粗糙度为Ra0.8，材料选用圆钢40Cr-GB/T3077-2015，热处理：淬火HRC40～45。

本发明的支座9为典型的双约束铰链结构；其与底板2紧固连接，为旋转机构Ⅱ提供安装和转动的基准；其上设置有与限位芯轴7配合的2处安装孔；其上设置有与轴承芯轴8配合的2处安装台阶孔；其上设有与底板2连接用的6处接口孔和2处销子孔。

进一步，本发明支座9上的与限位芯轴配合的安装孔要求H7精度，同轴度要表面粗糙度为Ra0.8；与轴承芯轴配合的安装台阶孔要求H7精度，同轴度要表面粗糙度为Ra0.8。

如图8所示，本发明的工作原理为：

通过杠杆原理，当气体阀门喷嘴的一侧喷气时，摇臂带动侧力(拉力、推力)传感器产生变形，其变形力可以直接显示出来，由于本装置采用轴承，并摇臂转动角度范围仅为±0.2°，单边的最大行程小，其因为摩擦和其他因素产生的误差力不超过0.5N可以忽略，故该数值即为阀门推力值。

本装置的使用方法为：

首先将本装置按图将各部件和各零件组装到位，调节4处调整螺钉，用水平仪检测其水平度达到要求后用螺母锁死后用10处螺钉将本装置固定在工作台上；再将被测阀门用螺钉与摇臂连接、紧固。将阀门的进气口用高压软管连接，高压软管的方向应垂直于工作台面。最后将BK-2B型力传感器的一端与摇臂连接紧固后，再将BK-2B型力传感器的另一端用螺钉连接至固定块上，最后调整该处的螺钉，同时用百分百打表检查摇臂与底板的垂直度应在0.02mm以内，然后开动阀门开始测试。观察力传感器显示的数值，可得到该阀门所喷气体的推力值。

在本发明的所有构成件中，除了两个芯轴、支座、和摇臂等4个部件的配合和定位部位的尺寸、形位公差、表面粗糙度的精度要求较高、底板和固定块部分尺寸精度要求较高外，其余部分的精度和尺寸均设置为自由公差，即可满足使用，成本低，加工工艺性和经济性好。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气体阀门推力测试装置，其特征在于，包括：

固定机构，所述固定机构包括底板和固定块，所述底板水平安装在工作台上，所述固定块安装在所述底板上；

旋转机构和连接机构，所述旋转机构包括摇臂，所述摇臂通过所述连接机构可转动安装在所述底板上；初始状态下，所述摇臂与所述底板垂直，所述摇臂上水平安装有气体阀门和力传感器，所述力传感器固定安装在所述固定块上；

测试时，所述气体阀门通过高压软管与气源相连，通过所述气体阀门开关，打开一侧喷头；当所述气体阀门工作时，气流带动所述摇臂旋转；基于所述力传感器显示的读数和杠杆原理，得到所述气体阀门在气体喷出后的推力值。

2.如权利要求1所述的气体阀门推力测试装置，其特征在于，所述固定机构还包括调整螺钉；

所述调整螺钉螺接在所述底板上，用于将所述底板调整为水平状态；当所述底板调整为水平状态后，通过紧固螺钉将所述底板与所述工作台连接紧固。

3.如权利要求1所述的气体阀门推力测试装置，其特征在于，所述固定块垂直安装在所述底板上，所述固定块上设有用于安装所述力传感器的水平接口孔。

4.如权利要求1所述的气体阀门推力测试装置，其特征在于，所述气体阀门的旋转半径为R，所述力传感器的旋转半径为R/2；所述力传感器显示的读数为F，所述气体阀门在气体喷出后的推力值为F/2。

5.如权利要求1所述的气体阀门推力测试装置，其特征在于，所述连接机构包括轴承芯轴和支座；

所述支座垂直安装在所述底板上；所述轴承芯轴水平安装在所述支座上，所述摇臂下端水平安装有轴承，所述摇臂通过所述轴承与轴承芯轴的配合可转动安装在所述支座上。

6.如权利要求5所述的气体阀门推力测试装置，其特征在于，所述连接机构还包括限位芯轴；

所述限位芯轴水平安装在所述支座上且位于所述轴承芯轴的正上方，所述摇臂上设有与所述限位芯轴相配合的轴孔，所述限位芯轴限定所述摇臂的转动角度为±0.2°。

7.如权利要求5所述的气体阀门推力测试装置，其特征在于，所述支座为双约束铰链结构。

8.如权利要求1所述的气体阀门推力测试装置，其特征在于，所述摇臂与所述底板的垂直度在0.02mm以内。