制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置及测量方法

摘要

本发明涉及制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置及测量方法。它包括机械机构和测控系统两部份组成，由测控系统控制机械机构工作，并采集相关数据，由测控系统中的工业控制计算机进行数据处理及分析，得出压缩机往复运动机械机构的转矩值及转矩值与活塞位移和曲轴转角的关系。本发明通过采用该测量装置，用于测量活塞式制冷压缩机往复运动机械机构在空载条件下的转矩大小,能精确表示活塞行程每个位置所对应的转矩和曲轴旋转每个角度所对应的转矩，并且求得一个往复过程中的最大转矩，其结构简单，测量方法简便，且测量结果直观性强，精确性高，通过该测量装置对整个往复运动机构装配件的机械性能进行评价，对活塞式制冷压缩机设计和生产带来重大作用。

说明书

技术领域

本发明涉及制冷压缩机测试设备技术领域，具体涉及制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置。

背景技术

随着国民经济的进一步发展和人民生活水平的逐步提高，越来越多的场合需要冷冻、冷藏、保鲜、调温，这就使制冷设备的应用更加广泛，其地位也更加重要。家用制冷设备通常采用活塞式制冷压缩机，它是家用制冷设备的心脏，其性能高低、质量优劣，对家用制冷设备运行起着决定性的作用。目前，活塞式制冷压缩机的往复运动机械机构精度测量以单个零件的测量为主，缺少对整个往复运动机构装配件的测量装置。活塞式制冷压缩机生产过程中，在保证单个零件加工精度的前提下，装配工艺对整个压缩机的机械性能影响依旧较大。因此，如果有专门的设备可以评价活塞式压缩机整个往复运动机械机构装配件的性能，将对活塞式制冷压缩机设计和生产带来重大作用。

为了改变这种状况,我们开始研制全自动活塞式制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种活塞式制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量的全自动装置，该装置可以测量活塞式制冷压缩机往复运动机械机构在空载条件下的转矩大小,能精确表示活塞行程每个位置所对应的转矩和曲轴旋转每个角度所对应的转矩，并且求得一个往复过程中的最大转矩。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩自动测量装置，包括机械机构和测控系统两部份组成，其特征在于：

所述机械机构包括相连接的机架顶板、机架中板及机架底板，被测件、位移传感器安装在机架顶板上；中心转轴固定在机架中板的中心，中心转轴上端与上联轴器一端连接，上联轴器另一端与被测件的曲轴连接，中心转轴下端与中联轴器一端连接，中联轴器另一端与微扭矩传感器连接；步进电机安装在机架底板上，步进电机与下联轴器一端连接，下联轴器另一端与微扭矩传感器连接；

所述测控系统包括工业控制计算机、PLC、打印机及触摸屏，工业控制计算机连接的PLC和打印机，所述PLC连接触摸屏、位移传感器、微扭矩传感器及步进电机。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置，其特征在于所述机架顶板中心设置安装被测件的中心安装孔，中心安装孔外围设有被测件安装孔Ⅰ、被测件定位销Ⅰ、被测件安装孔Ⅱ、被测件定位销Ⅱ和位移传感器支架安装孔，所述被测件安装孔Ⅰ、被测件定位销Ⅰ、被测件安装孔Ⅱ、被测件定位销Ⅱ分别为两个，对称设置在中心安装孔两侧，位移传感器支架安装孔用于安装位移传感器支架，位移传感器固定在位移传感器支架上，并能转动方向。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置，其特征在于所述被测件包括带有压缩室的气缸、活塞、连杆机构、曲轴及曲轴箱，所述活塞设置在气缸内并能在气缸内做往复运动，连杆机构安置在活塞与曲轴之间，曲轴箱固定在被测件安装孔与被测件定位销上，曲轴固定在中心安装孔上，并与上联轴器连接。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置，其特征在于所述位移传感器支架能以位移传感器支架安装孔为中心转动，直到位移传感器垂直于被测件的活塞端面。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置，其特征在于被测件安装孔Ⅰ与被测件定位销Ⅰ配合使用，被测件安装孔Ⅱ与被测件定位销Ⅱ配合使用，根据被测件的大小，选择使用被测件安装孔Ⅰ与被测件定位销Ⅰ，或选择使用被测件安装孔Ⅱ与被测件定位销Ⅱ。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置，其特征在于所述机架底板中心开孔，步进电机的轴穿过机架底板的中心孔与下联轴器一端连接。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩测量装置，其特征在于机架顶板、机架中板及机架底板通过连接螺杆固定连接，机架顶板与机架中板之间设置上层支柱，机架中板与机架底板之间设置下层支柱。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩自动测量装置的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1）工业控制计算机是整个测控系统的数据处理核心，将RS485扩展卡插到工业控制计算机的PCI总线上，形成RS485现场总线接口，通过RS485现场总线将PLC采集到的微扭矩传感器和位移传感器数据发送到工业控制计算机，并且通过RS485现场总线对步进电机进行控制；

2）工业控制计算机对测量的微扭矩传感器和位移传感器数据进行分析，并将分析后的结果自动形成报表，通过打印机打印；所有实时数据和报表数据都能保存在数据库中；步进电机在测量过程中接收PLC的指令，以PLC给定的转速驱动中心转轴及各联轴器转动，实现活塞式压缩机往复运动机械机构的旋转，由微扭矩传感器测得空载转矩；

3）位移传感器测量被测件在往复运动中活塞在气缸中的行程位置，测得其位移，通过公式（1）将位移转换为曲轴的旋转角度，活塞位移与曲轴转角的关系如式（1）：

计算出曲轴的旋转角度；

4）工业控制计算机根据得到的微扭矩传感器测得的空载转矩与步骤3）计算得到的曲轴的旋转角度绘制出往复过程中活塞行程对应的空载转矩和曲轴角度对应关系曲线，从关系曲线上得到最大空载转矩及最大空载转矩所对应的旋转角度及位移。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩自动测量装置的测量方法，其特征在于PLC为整个测控系统的控制中心，采集微扭矩传感器和位移传感器的数据，控制步进电机的转速与启停，同时控制相关电气开关和设备指示灯。

所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩自动测量装置的测量方法，其特征在于工业控制计算机和触摸屏均能用于对整个测试设备进行操作与控制，当工业控制计算机关闭时，通过触摸屏对整个设备进行操作与控制。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过采用该测量装置，用于测量活塞式制冷压缩机往复运动机械机构在空载条件下的转矩大小,能精确表示活塞行程每个位置所对应的转矩和曲轴旋转每个角度所对应的转矩，得出压缩机往复运动机械机构的转矩值及转矩值与活塞位移和曲轴转角的关系，并且求得一个往复过程中的最大转矩，其结构简单，测量方法简便，且测量结果直观性强，精确性高，通过该测量装置对整个往复运动机构装配件的机械性能进行评价，对活塞式制冷压缩机设计和生产带来重大作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明测量装置的机架顶板结构示意图；

图3是本发明装置的测控系统硬件框架图；

图4是本发明装置的测控应用软件功能框图；

图5是本发明的被测件结构示意图。

图中：1-被测件，101-气缸，102-活塞，103-连杆机构，104-曲轴，105-曲轴箱，2-机架顶板，3-上层支柱，4-机架中板，5-中联轴器，6-下层支柱，7-机架底板，8-步进电机，9-位移传感器，10-位移传感器支架，11-上联轴器，12-连接螺杆，13-微扭矩传感器，14-下联轴器，15-中心转轴，16-被测件安装孔Ⅰ，17-被测件定位销Ⅰ，18-被测件安装孔Ⅱ，19-被测件定位销Ⅱ，20-位移传感器支架安装孔，21-工业控制计算机，22-打印机，23-PLC，24-触摸屏，A-用户管理,A1-密码修改,A2-权限设置,B-参数输入,C-系统控制,C1-手动控制,C2-自动控制,D-数据处理、存储与查询功能,E-屏幕显示,E1-数据显示,E2-曲线显示,E3-报表显示。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

如图1-4所示，本发明的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩自动测量装置，包括机械机构和测控系统两部份组成，所述机械机构包括机架顶板2、机架中板4及机架底板7，机架顶板2、机架中板4及机架底板7通过连接螺杆12固定连接，机架顶板2与机架中板4之间设置上层支柱3，机架中板4与机架底板7之间设置下层支柱6，所述机架顶板2中心设置安装被测件1的中心安装孔，中心安装孔外围设有被测件安装孔Ⅰ16、被测件定位销Ⅰ17、被测件安装孔Ⅱ18、被测件定位销Ⅱ19和位移传感器支架安装孔20，所述被测件安装孔Ⅰ16、被测件定位销Ⅰ17、被测件安装孔Ⅱ18、被测件定位销Ⅱ19分别为两个，对称设置在中心安装孔两侧，位移传感器支架安装孔20用于安装位移传感器支架10，位移传感器9固定在位移传感器支架10上，位移传感器支架10能以位移传感器支架安装孔20为中心转动，直到位移传感器9垂直于被测件1的活塞102端面；所述机架底板7中心开孔，步进电机8的轴穿过机架底板7的中心孔与下联轴器14一端连接；被测件1、位移传感器9安装在机架顶板2上，如图5所示，所述被测件1包括带有压缩室的气缸101、活塞102、连杆机构103、曲轴104及曲轴箱105，所述活塞102设置在气缸101内并能在气缸25内做往复运动，连杆机构103安置在活塞102与曲轴104之间，曲轴箱105固定在被测件安装孔与被测件定位销上，曲轴104固定在中心安装孔上，并与上联轴器11连接，被测件1的曲轴箱105支脚安装在被测件安装孔及被测件定位销上，被测件安装孔Ⅰ16与被测件定位销Ⅰ17配合使用，被测件安装孔Ⅱ18与被测件定位销Ⅱ19配合使用，实际操作中可以根据被测件1的大小，选择使用被测件安装孔Ⅰ16与被测件定位销Ⅰ17，或选择使用被测件安装孔Ⅱ18与被测件定位销Ⅱ19；中心转轴15固定在机架中板4的中心，中心转轴15上端与上联轴器11一端连接，上联轴器11另一端与被测件1的曲轴连接，中心转轴15下端与中联轴器5一端连接，中联轴器5另一端与微扭矩传感器13连接；步进电机8安装在机架底板7上，步进电机8与下联轴器14一端连接，下联轴器14另一端与微扭矩传感器13连接，微扭矩传感器13用于测量实时空载转矩，位移传感器9用于测量往复运动中活塞的实时位移；

如图3所示，所述测控系统包括工业控制计算机21、PLC23、打印机22及触摸屏24，工业控制计算机21连接的PLC23和打印机22，所述PLC23连接触摸屏24、位移传感器9、微扭矩传感器13及步进电机8，工业控制计算机21是整个测控系统的数据处理中心，同时也是整个测量装置应用软件的载体，可以为用户提供友好的人机交互平台，工业控制计算机21接收PLC23上传送过来的测量数据，加上基于Delphi开发平台的测控软件，实现了计算机全数字化的采集、控制、分析，PLC23是整个测控系统的控制中心，采集微扭矩传感器13和位移传感器9的数据，控制步进电机8的转速与启停，同时控制其它电气开关和设备指示灯，操作人员可以通过工业控制计算机21的应用软件对整个测试设备进行操作与控制，当工业控制计算机21关闭时，操作人员可以通过触摸屏24对整个设备进行操作与控制。

如图3和图4所示，本发明的基于权利要求1所述的制冷压缩机往复运动机械机构空载转矩自动测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1）测量前，先将被测件1的曲轴104连接到上联轴器11的一端，调整曲轴104、上联轴器11、中联轴器5、下联轴器14的同轴度，然后锁紧各联轴器；将RS485扩展卡插到工业控制计算机21的PCI总线上，形成RS485现场总线接口，通过RS485现场总线将PLC23采集到的微扭矩传感器13和位移传感器9数据发送到工业控制计算机21，并且通过RS485现场总线对步进电机8进行控制；

2）工业控制计算机21对测量的微扭矩传感器13和位移传感器9数据进行分析，并将分析后的结果自动形成报表，通过打印机22打印；所有实时数据和报表数据都能保存在数据库中；步进电机8在测量过程中接收PLC23的指令，以PLC23给定的转速驱动中心转轴15及各联轴器转动，实现活塞式压缩机往复运动机械机构的旋转，由微扭矩传感器13测得空载转矩；

3）位移传感器6测量被测件1在往复运动中活塞102在气缸101中的行程位置，测得其位移，通过公式（1）将位移转换为曲轴的旋转角度，活塞位移与曲轴转角的关系如式（1）：

计算出曲轴的旋转角度；

4）工业控制计算机21根据得到的微扭矩传感器13测得的空载转矩与步骤3）计算得到的曲轴的旋转角度绘制出往复过程中活塞行程对应的空载转矩和曲轴角度对应关系曲线，从关系曲线上得到最大空载转矩及最大空载转矩所对应的旋转角度及位移，得出压缩机往复运动机械机构的转矩值及转矩值与活塞位移和曲轴转角的关系。

本发明测量装置的测控应用软件设计前台开发工具选用Delphi7，该开发工具是运行于Windows平台下的一种可视化的高级编程语言，适合于开发视窗类应用程序，应用软件的功能框图如图4所示。该测控应用软件不再局限于单纯的数据采集和设备控制，更多的增加了实时曲线显示、数据管理与分析、过程智能控制、报表自动打印等功能。应用软件数据管理采用SQLServer,它是Microsoft公司为WindowsNT而设计的基于客户/服务器结构的新一代关系数据库管理系统，Delphi可以通过数据库引擎BDE和ADO组件等方法与数据库进行连接。

该软件功能框图如图4所示，它包括用户管理A、参数输入B、系统控制C、数据处理、存储与查询D及屏幕显示E：

(1)用户管理A主要完成密码修改A1和权限设置A2,用户权限分为系统管理员和普通操作员,系统管理员具有最高权限，能使用测控应用软件的所有功能，包括权限设置A2、数据删除等功能；普通操作员只能使用测控应用软件的部分功能，完成整个测量过程，不能使用权限设置A2、数据删除等高级功能；

(2)参数输入B主要完成被测件1各项参数的输入，被测件1参数包括压缩机型号、往复运动机械机构编号、转速等；

(3)系统控制C可以分为手动控制C1和自动控制C2，手动控制C1状态下，被测件的旋转启动、停止以及转速可进行手动控制；自动控制C2状态下，测量装置将按照设定参数进行自动控制，直到整个测量过程结束；

(4)数据处理、存储与查询D功能包括测量数据处理、测量数据保存、报表查询、历史数据查询、数据删除、报表和曲线打印等，记录及保存测量过程中的状态、数据是测控应用软件的重要任务，只有实现精确记录才能满足各种分析统计的要求，保存记录的方法是按一定的周期间隙获取预先选定的数据集，并把它们保存在数据库文件中；

(5)屏幕显示E需要完成数据显示E1、曲线显示E2和报表显示E3。数据显示E1主要显示系统采集的位移、扭矩、以及运算处理后的数据,曲线显示E2显示实时数据、以及一个往复过程中活塞行程对应的转矩和曲轴角度对应的转矩等曲线。报表显示E3显示被测件的参数、测量数据以及整个测量过程中的分析结果。