旋转压缩机叶片与端盖摩擦力与速度关系测试系统

摘要

本发明公开了一种旋转压缩机叶片与端盖摩擦力与速度关系测试系统，其包括：PC机；检测装置，其用于检测压缩机的叶片在上下端盖之间滑动时，叶片与上下端盖之间产生的摩擦力；信号调理器，其用于采集并处理叶片与上下端盖之间产生的摩擦力信号；以及多通道数据采集卡，其与所述信号调理器连接，以把信号转化为数字信号并传输给所述PC机，并由所述PC机计算出叶片与上下端盖之间产生的摩擦力的平均值；所述PC机通过对不同的速度进行测试和统计来获得叶片与上下端盖之间的速度与摩擦力关系曲线。本发明通过在压缩机本体上进行测试，能够避免其它因素的影响，并消除了反向间隙和摩擦，实现叶片在高速和零速区域连续的动态测量。

说明书

技术领域

本发明涉及压缩机摩擦特性测试技术领域，特别涉及一种旋转压缩机叶 片与端盖摩擦力与速度关系测试系统。

背景技术

叶片式压缩机是一种量大面广和影响深的典型容积式流体机械，被广泛 应用于各种气体压缩设备和制冷空调装置。长期以来，叶片式压缩机一直存 在机械效率低和使用寿命短的缺陷，原因在于该类压缩机普遍存在多个极易 派生摩擦与磨损的运动副，要想提高叶片式压缩机的机械效率和使用寿命， 就必须设法降低其运动副的摩擦磨损，而要实现这一目标，则必须了解运动 副的摩擦特性。

其中压缩机的叶片与端盖之间的运动副就是其中之一。目前针对叶片式 压缩机运动副摩擦特性的研究，主要还是使用经典的库仑摩擦模型。然而， 由于摩擦力与构件间的相对运动速度有关，且摩擦力的非线性特性主要存在 于构件相对运动速度为零的区域附近。叶片式压缩机正常运转的过程中，叶 片的运动为直线往复运动，故压缩机的叶片与上、下端盖的相对运动速度存 在零速区。因此，要全面了解和掌握压缩机叶片和上、下端盖之间的摩擦力 特性，并且通过摩擦模型描述这一特性，就必须既要能够描述速度为零区域 的摩擦力，又要能够描述高速区域的摩擦力。

LuGre摩擦模型是现阶段机械工程领域对摩擦力描述最为精确和准确的 摩擦模型之一，所以应用LuGre摩擦模型对压缩机的叶片和上、下端盖之间 的摩擦特性进行描述具有理论和实际意义。然而，对LuGre模型参数辨识的 第一步就是获得摩擦力与速度的关系曲线。而在压缩机本体上对叶片与上、 下端盖进行摩擦力特性测试却比较困难，测试受到的干扰因素多，影响测试 的准确度，且难以实现叶片在零速反向区域下进行测量。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理 解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术 人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转压缩机叶片与端盖摩擦力与速度关系测 试系统，从而克服对叶片式压缩机的叶片与端盖之间的摩擦力特性进行测试 困难，且受干扰因素多，难以实现叶片在零速反向区域下进行测量的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种旋转压缩机叶片与端盖摩擦力与速 度关系测试系统，其中，包括：PC机；检测装置，其用于检测压缩机的叶片 在上下端盖之间滑动时，叶片与上下端盖之间产生的摩擦力；信号调理器， 其用于采集并处理所述检测装置中叶片与上下端盖之间产生的摩擦力信号； 以及多通道数据采集卡，其与所述信号调理器连接，以把由所述信号调理器 处理后的信号转化为数字信号并传输给所述PC机，并由所述PC机计算出叶 片与上下端盖之间产生的摩擦力的平均值；所述PC机对压缩机的叶片以不同 的速度滑动时叶片与上下端盖之间产生的平均摩擦力进行收集和统计，以获 得叶片与上下端盖之间的摩擦力与速度关系曲线。

优选地，上述技术方案中，所述检测装置包括：一用于安装压缩机的安 装座；一通过丝杆机构驱动的滑台，该滑台与压缩机的叶片通过连杆刚性连 接以驱动叶片在压缩机的上下端盖之间滑动；一安装于所述连杆与叶片的连 接处的压力检测装置，该压力检测装置与所述信号调理器连接；以及伺服电 机，其通过可编程控制器与所述PC机连接，该伺服电机用于驱动所述丝杆机 构。

优选地，上述技术方案中，所述压缩机的叶片与所述连杆通过一弹性铰 链刚性连接，所述压力检测装置安装于所述连杆与弹性铰链的连接处。

优选地，上述技术方案中，所述压力检测装置为一压力传感器。

优选地，上述技术方案中，所述连杆上设置有位移传感器，该位移传感 器与所述信号调理器连接，该位移传感器还通过反馈回路与所述可编程控制 器连接。

优选地，上述技术方案中，所述PC机由LabVIEW语言编写测试界面。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在压缩机本体上进行测试，利用PC机对伺服电机进行控制，通过 检测装置复原压缩机叶片的直线运动，可在不同的设定速度下，连续动态地 实时测量压缩机的叶片与端盖之间的摩擦力，尤其是还能够实现对压缩机叶 片在零速反向区域下进行测量，以获得叶片与上下端盖之间的摩擦力与速度 关系曲线。

附图说明

图1是根据本发明的旋转压缩机叶片与端盖摩擦力与速度关系测试系统 的结构示意图。

图2是根据本发明的检测装置的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-滑台座，2-滑台，3-连杆，4-弹性铰链，5-位移传感器，6-压缩机，61- 上端盖，62-下端盖，63-叶片，7-安装座。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本 发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包 括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图2所示，根据本发明具体实施方式的一种旋转压缩机叶片与 端盖摩擦力与速度关系测试系统，其包括：PC机、检测装置、信号调理器及 多通道数据采集卡，其中：

如图1所示，PC机由LabVIEW语言编写测试界面。检测装置用于检测 压缩机的叶片以不同的速度在上下端盖之间滑动时，叶片与上下端盖之间产 生的摩擦力的大小，检测装置驱动叶片的滑动速度由PC机来设定和控制。信 号调理器，其用于采集并处理检测装置中叶片与上下端盖之间产生的摩擦力 信号。多通道数据采集卡与信号调理器电连接，以把由信号调理器处理后的 信号转化为数字信号并传输给PC机，并由PC机计算出叶片与上下端盖之间 产生的摩擦力的平均值，并将这一速度和此速度下对应的摩擦力平均值一一 对应的标注在摩擦力—速度坐标系内，从而使PC机通过连续动态地实时测试 和统计压缩机的叶片与上下端盖在不同的速度下产生的摩擦力来获得叶片与 上下端盖之间的摩擦力与速度关系曲线。

进一步地，如图1和图2所示，检测装置包括：安装座7、滑台座1、滑 台2、连杆3、压力传感器及伺服电机，其中：安装座7用于支撑和固定安装 压缩机6，滑台2以能够滑动的方式设置于滑台座1上，滑台座1与安装座7 连接在一起。滑台2由设置于滑台座1上的丝杆机构(图未视)驱动滑动， 丝杆机构与伺服电机连接，伺服电机通过可编程控制器与PC机连接，PC机 把控制信号传输给可编程控制器，再由可编程控制器控制伺服电机，从而通 过PC机来设定和控制伺服电机的转速以达到设定和控制滑台2的直线滑动的 速度的目的。滑台2与压缩机6的叶片63通过连杆3刚性连接，滑台2滑动 时，通过连杆3驱动叶片63在压缩机6的上端盖61与下端盖62之间滑动。 压力检测装置为一压力传感器(图未视)，其安装于滑台2与连杆3的连接处， 压力传感器的两端分别与滑台2和连杆3螺纹连接，并有紧固装置固定。该 压力传感器与所述信号调理器连接，以把压力信号传输到信号调理器中，当 滑台2驱动叶片63作的直线运动为匀速直线运动时，压缩机叶片63与压缩 机的上端盖61及下端盖62之间的摩擦力f等于连杆3的推力，而连杆3的推 力即为压力传感器检测到的压力F，即f＝F，则信号调理器采集到的压力大 小的信号便是叶片63与上端盖61及下端盖62之间的摩擦力大小的信号，经 信号调理器放大、滤波后，电压信号传寄给多通道数据采集卡，多通道数据 采集卡将模拟信号转化为数字信号传输给PC机，PC机计算出该速度下的摩 擦力平均值，进而标定出该速度下的平均摩擦力。优选地，压缩机的叶片63 与连杆3之间通过一弹性铰链4刚性连接，该弹性铰链4为双圆弧弹性铰链， 压力传感器安装于连杆3与弹性铰链4的连接处。滑台2、连杆3、弹性铰链 4、压力传感器、叶片63之间的连接均为刚性连接，没有配合间隙，从而消 除测试过程中产生的反向间隙和摩擦，且弹性铰链4可以消除偏心的影响。 进一步地，连杆3上设置有位移传感器5，位移传感器5安装于安装座7上， 位移传感器5的拉杆与连杆3刚性连接，该位移传感器5与信号调理器连接 以把位移信号转输给信号调理器，且该位移传感器5还通过反馈回路与可编 程控制器连接。位移传感器5用于监控叶片63的移动位置，避免叶片63移 动超行程而脱离上端盖61与下端盖62。

实验开始，在高速区域下进行测量时，在PC机的控制界面设置实验需 要的伺服电机的转速，并将信号依次传输给可编程控制器、伺服电机，伺服 电机输出轴驱动丝杆机构，滑台2作直线运动以驱动叶片63在上端盖61 与下端盖62之间作直线运动。待叶片63的直线运动为匀速直线运动时，压 缩机的叶片63与压缩机上端盖61和下端盖62之间的摩擦力f等于压力传 感器检测到的压力值F。压力传感器输出电压信号，经过信号调理器7传寄 给多通道数据采集卡，多通道数据采集卡将模拟信号转化为数字信号传输给 PC机，PC机计算出该速度下的摩擦力平均值，进而标定出该速度下的摩擦 力。以此类推，设定适当的速度间隔，分别测试，就能获得不同速度下的摩 擦力，将速度和此速度下对应的摩擦力平均值一一对应的标注在摩擦力—速 度坐标系内，以此获得叶片与端盖的摩擦力与速度关系曲线。

对叶片在零速反向区域摩擦力测试时，与前面所述相似，测试开始时设 定伺服电机以较低的转速转动，一般设定在10-5m/s数量级。同时设定压缩机 叶片63在合适的位置作为反回位置，即避免叶片63位于脱离上端盖61和下 端盖62的位置。当位移传感器5检测到压缩机叶片63运动到设定的返回位 置时，伺服电机3转动。压力传感器实时记录这一过程中的压力F，因为各部 件之间都为刚性连接，消除了反向间隙和摩擦，因此此时的压力F就等于压 缩机的叶片63与压缩机上端盖61和下端盖62之间的摩擦力f，即F＝f。这 样便可以实时动态连续测定在零速反向区域的压缩机叶片63与压缩机上端盖 61和下端盖62之间的摩擦力，通过计算同一速度下摩擦力的平均值，将速度 和此速度下对应的摩擦力平均值一一对应的标注在摩擦力—速度坐标系内， 同样设定适当的速度间隔，分别测试，就能获得不同速度下的摩擦力，再结 合正常状态下的测量结果，从而完整的绘制出压缩机叶片63与上端盖61和 下端盖62之间的摩擦力－速度曲线。

本发明能够避免其它因素对摩擦力准确度的影响，同时消除了反向间隙 和摩擦，还能够实现对在零速反向区域内的摩擦力的连续动态测量，以获得 完整和准确的表示压缩机的叶片与端盖的摩擦力与速度关系的曲线。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述 教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。