振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置

专利名称：振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010840724.2

专利申请（专利权）人：广西大学
权利人地址：广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学东路100号

专利发明（设计）人：韦为,闫琛,耿葵花,郑贤,冯文波,石冬宇,刘世洲

专利摘要：一种振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，该装置的压缩机模拟观测装置包括机架、等效结构和驱动结构，所述等效结构与所述驱动结构连接并安装在所述机架上部，脱控改善结构装置包括改善结构机架、改善结构和改善结构驱动结构，所述改善结构与所述改善结构驱动结构连接并安装在所述改善结构机架上部，摄影装置位于机架的正上方，油路循环装置用于进油、出油以及泄漏润滑油的处理。本发明使用高速摄影机，拍下振动空化型压缩机在工作腔充满油且无压差的工况下滑片的脱控情况，以保证压缩机安全、稳定、高效地运行。

主权利要求：
1.一种振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，其特征在于：组成元件包括压缩机模拟观测装置、摄影装置、脱控改善结构装置和油路循环装置，组成元件的具体结构和连接关系为：所述压缩机模拟观测装置包括机架、等效结构和驱动结构，所述等效结构安装在所述机架上部，所述等效结构包括试验台架、轴承座、支撑板、压缩机气缸、滑片、弹簧、限位板、偏心轴、转子和角接触球轴承，所述试验台架固定在机架上表面顶部，轴承座固定在试验台架上，支撑板固定在轴承座的上表面，压缩机气缸固定在支撑板的上表面，滑片固定在压缩机气缸的滑槽上，弹簧安装在滑片的背部，限位板固定在压缩机气缸的上表面，偏心轴的轴心依次穿过所述支撑板上的孔和轴承座后与所述驱动结构连接，所述偏心轴与所述压缩机气缸之间的空间形成模拟振动空化型压缩机的工作腔，所述偏心轴的活塞端表面安装有转子，所述偏心轴的轴心上设有圆环状台阶，所述偏心轴的圆环状台阶与所述角接触球轴承滑动连接；
所述驱动结构包括电机控制器、调速器以及伺服电机，电机控制器与伺服电机电性连接，调速器与电机控制器电性连接；
所述轴承座通过螺栓固定在所述机架内表面顶部；
所述摄影装置包括照明灯、高速摄影机以及与高速摄影机电性相连的计算机，所述照明灯位于所述压缩机气缸的两侧，高速摄影机位于机架的正上方，且高速摄影机的镜头对准所述滑片；
所述脱控改善结构装置包括改善结构机架、改善结构和改善结构驱动结构，所述改善结构机架安装在所述机架的上部，所述改善结构包括滑片挡板支撑架、滑片挡板、上轴承座和凸轮轴，所述滑片挡板支撑架固定在所述机架上，所述滑片挡板在所述滑片挡板支撑架槽内往复运动，滑片挡板背部一侧与所述弹簧连接，另一侧与所述凸轮轴接触，所述上轴承座固定在所述改善结构机架的上部，中间穿有所述凸轮轴，所述改善结构驱动结构包括凸轮轴联轴器、前齿轮轴、后齿轮轴、前齿轮轴轴承座、后齿轮轴轴承座、小平键和小电机联轴器，所述凸轮轴联轴器连接着所述凸轮轴和所述前齿轮轴，前齿轮轴和后齿轮轴通过齿轮啮合传动，前齿轮轴安装在前齿轮轴轴承座上，后齿轮轴安装在后齿轮轴轴承座上，前齿轮轴轴承座和后齿轮轴轴承座均固定在机架上，所述后齿轮轴与所述小电机通过带有所述小平键的小电机联轴器相连；
所述油路循环装置包括储油池、进油管、蠕动泵、出油管和过滤器，在所述压缩机气缸上开有进油口，弹簧的背部开有出油口，所述储油池的输出端通过进油管与进油口连接，进油管上设有蠕动泵，出油管的一端与出油口相连，出油管的另一端通过过滤器与储油池的输入端连接，过滤器设置在机架上。
2.根据权利要求1所述的振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，其特征在于：所述机架包括底板和分别设置在所述底板两侧的侧板，两所述侧板之间设有顶板和横板，所述侧板的内侧分别设有凸台，所述横板的两侧分别设有与所述凸台相匹配的凹槽，并且所述侧板与所述横板之间通过螺栓固定连接，所述等效结构设置在所述顶板的上端，所述伺服电机的下部固定安装在所述机架的底板上，所述伺服电机的上部与所述横板通过螺栓固定连接，所述横板的中心处开设有通孔，所述伺服电机的电机轴穿过所述通孔后通过联轴器与所述偏心轴的轴心连接。
3.根据权利要求1所述的振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，其特征在于：所述偏心轴的活塞端表面能够更换不同外径大小的转子。
4.根据权利要求1所述的一种振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，其特征在于：所述工作腔为充满油液的状态并且是无压差的工作环境。
5.根据权利要求1所述的一种振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，其特征在于：所述改善结构驱动结构还包括调速器，所述调速器与所述电机控制器电性连接。
6.根据权利要求1所述的振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，其特征在于：所述凸轮轴与所述滑片挡板之间时刻保持线接触。
7.根据权利要求1所述的振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，其特征在于：所述滑片挡板在所述滑片挡板支撑架中间做往复运动。
8.根据权利要求1所述的振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，其特征在于：所述滑片挡板与所述滑片挡板支撑架之间充满润滑油。 说明书 : 振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置技术领域[0001] 本发明涉及振动空化型压缩机滑片低频脱控研究领域，具体涉及一种振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置。背景技术[0002] 在所有的凸轮结构中，凸轮与运动物体脱离是一种常见的、并且多为有害的现象。在振动空化型压缩机中，存在有许多的相对运动，在这些相对运动中，振动空化型压缩机的温度和压力都在时刻变化，在这些变化的过程中，压缩机的滑片容易与活塞之间产生脱控，再接触后会与活塞碰撞进而影响机体的一些性能。滑片脱控现象的形成，会使得工作腔内的吸气腔和压缩腔连通，压缩机压缩气体功能失效，使压缩机不能稳定运行，进而导致一些严重的后果出现。例如：振动空化型压缩机的工作性能降低，活塞表面因为碰撞而破坏，机组产生振动和噪声，使用寿命缩短等。为保证压缩机安全、稳定、高效地运行，对其滑片的脱控现象进行研究具有重要意义。而压缩机是一个封闭的整体，直接在本体上进行脱控的研究是极其困难的，因而急需设计一种振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，以便进行观测研究。发明内容[0003] 鉴于上述内容，本发明提供一种振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，该装置通过模拟振动空化型压缩机，在工作腔充满油，并且无压差的工作环境下，使用高速摄影，拍下在活塞运转下，滑片与活塞之间脱控现象的情况，以此来研究振动空化型压缩机滑片脱控所带来的影响。[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，组成元件包括压缩机模拟观测装置、摄影装置、脱控改善结构装置和油路循环装置，组成元件的具体结构和连接关系为：[0005] 所述压缩机模拟观测装置包括机架、等效结构和驱动结构，所述等效结构安装在机架上部，所述等效结构包括试验台架、轴承座、支撑板、压缩机气缸、滑片、弹簧、限位板、偏心轴、转子和角接触球轴承，所述试验台架固定在机架上表面顶部，轴承座固定在试验台架上，支撑板固定在轴承座的上表面，压缩机气缸固定在支撑板的上表面，滑片固定在压缩机气缸的滑槽上，弹簧安装在滑片的背部，限位板固定在压缩机气缸的上表面，偏心轴的轴心依次穿过所述支撑板上的孔和轴承座后与所述驱动结构连接，所述偏心轴与所述压缩机气缸之间的空间形成模拟振动空化型压缩机的工作腔，所述偏心轴的活塞端表面安装有转子，所述偏心轴的轴心上设有圆环状台阶，所述偏心轴的圆环状台阶与所述角接触球轴承滑动连接；[0006] 所述摄影装置包括照明灯、高速摄影机以及与高速摄影机电性相连的计算机，所述照明灯位于所述压缩机气缸的两侧，高速摄影机位于机架的正上方，且高速摄影机的镜头对准所述滑片；[0007] 所述脱控改善结构装置包括改善结构机架、改善结构和改善结构驱动，所述改善结构机架安装在所述机架的上部，所述改善结构包括滑片挡板支撑架、滑片挡板、上轴承座和凸轮轴，所述滑片挡板支撑架固定在所述机架上，所述滑片挡板在所述滑片挡板支撑架槽内往复运动，滑片挡板背部一侧与所述弹簧连接，另一侧与所述凸轮轴接触，所述上轴承座固定在所述改善结构机架的上部，中间穿有所述凸轮轴，所述改善结构驱动结构包括凸轮轴联轴器、前齿轮轴、后齿轮轴、前齿轮轴轴承座、后齿轮轴轴承座、小平键和小电机联轴器，所述凸轮轴联轴器连接着所述凸轮轴和所述前齿轮轴，前齿轮轴和后齿轮轴通过齿轮啮合传动，前齿轮轴安装在前齿轮轴轴承座上，后齿轮轴安装在后齿轮轴轴承座上，前齿轮轴轴承座和后齿轮轴轴承座均固定在机架上，所述后齿轮轴与所述小电机通过带有所述小平键的小电机联轴器相连。[0008] 所述油路循环装置包括储油池、进油管、蠕动泵、出油管和过滤器，在所述压缩机气缸上开有进油口，弹簧的背部开有出油口，所述储油池的输出端通过进油管与进油口连接，进油管上设有蠕动泵，出油管的一端与出油口相连，出油管的另一端通过过滤器与储油池的输入端连接，过滤器设置在机架上。[0009] 所述驱动结构包括电机控制器、调速器以及伺服电机，电机控制器与伺服电机电性连接，调速器与电机控制器电性连接。[0010] 所述机架包括底板和分别设置在所述底板两侧的侧板，两所述侧板之间设有顶板和横板，所述侧板的内侧分别设有凸台，所述横板的两侧分别设有与所述凸台相匹配的凹槽，并且所述侧板与所述横板之间通过螺栓固定连接，所述等效结构设置在所述顶板的上端，所述伺服电机的下部固定安装在所述机架的底板上，所述伺服电机的上部与所述横板通过螺栓固定连接，所述横板的中心处开设有通孔，所述伺服电机的电机轴穿过所述通孔后通过联轴器与所述偏心轴的轴心连接。[0011] 所述偏心轴的活塞端表面能够更换不同外径大小的转子。[0012] 所述轴承座通过螺栓固定在所述机架内表面顶部。[0013] 所述工作腔为充满油液的状态并且是无压差的工作环境。[0014] 所述改善结构驱动结构还包括调速器，所述调速器与所述电机控制器电性连接。[0015] 所述凸轮轴与所述滑片挡板之间时刻保持线接触。[0016] 所述滑片挡板在所述滑片挡板支撑架中间做往复运动。[0017] 所述滑片挡板与所述滑片挡板支撑架之间充满润滑油。[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0019] 1、通过用于同步等效的压缩机模拟观测装置模拟了振动空化型压缩机滑片的运动状态，在无压差、纯油工作腔的工作情况下，通过摄影装置记录下滑片的运动脱控情况，对研究振动空化型压缩机滑片的脱控情况具有相近的效果。[0020] 2、本发明具有方便更改滚动活塞的转速、润滑油的种类、所述弹簧的弹簧刚度的优点，能够更好地探究这些因素对于压缩机滑片脱控现象的影响大小。[0021] 3、本发明在实验工作过程中由高速摄影拍下滑片脱控的情况，方便进行下一步的处理分析和探究。附图说明[0022] 图1是本发明所述振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置的结构示意图。[0023] 图2是本发明所述振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置的主视图。[0024] 图3是本发明所述振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置的俯视图。[0025] 图4是本发明所述振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置的细节图。[0026] 图中标记为：1‑机架、2‑等效结构、3‑驱动结构、4‑试验台架、5‑轴承座、6‑支撑板、7‑压缩机气缸、8‑滑片、9‑弹簧、10‑限位板、11‑偏心轴、12‑转子、13‑角接触球轴承、14‑照明灯、15‑高速摄影机、16‑计算机、17‑改善结构机架、18‑改善结构、19‑改善结构驱动结构、20‑滑片挡板支撑架、21‑弹簧挡板、22‑凸轮轴、23‑上轴承座、24‑凸轮轴联轴器、25‑前齿轮轴、26‑后齿轮轴、27‑前齿轮轴联轴器、28‑后齿轮轴联轴器、29‑小平键、30‑小电机联轴器、31‑储油池、32‑进油管、33‑蠕动泵、34‑出油管、35‑过滤器、36‑电机控制器、37‑调速器、38‑伺服电机、39‑底板、40‑侧板、41‑顶板、42‑横板、43‑联轴器。具体实施方式[0027] 下面结合附图与实施例对本发明的技术方案作进一步说明。[0028] 首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0029] 在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0030] 如图1至图4所示，本发明所述振动空化型压缩机滑片脱控及其凸轮改善结构观测实验装置，组成元件包括压缩机模拟观测装置、摄影装置、脱控改善结构装置和油路循环装置。组成元件的具体结构和连接关系为：[0031] 压缩机模拟观测装置包括机架1、等效结构2和驱动结构3；机架1上部安装有等效结构2；等效结构2包括试验台架4、轴承座5、支撑板6、压缩机气缸7、滑片8、弹簧9、限位板10、偏心轴11、转子12和角接触球轴承13；试验台架4固定在机架1上表面顶部；轴承座5固定在试验台架4上；支撑板6固定在轴承座5的上表面；压缩机气缸7固定在支撑板6的上表面；滑片8固定在压缩机气缸7的滑槽上；弹簧9安装在滑片8的背部；限位板10固定在压缩机气缸7的上表面，偏心轴11的轴心依次穿过支撑板6上的孔和轴承座5后与驱动结构3连接，偏心轴11与压缩机气缸7之间的空间形成模拟振动空化型压缩机的工作腔，偏心轴11的活塞端表面安装有转子12，偏心轴11的轴心上设有圆环状台阶；偏心轴11的台阶与角接触球轴承13滑动连接；[0032] 摄影装置包括照明灯14、高速摄影机15以及与高速摄影机电性相连的计算机16；照明灯14位于压缩机气缸7的两侧；高速摄影机15位于机架1的正上方，且高速摄影机15的镜头对准滑片8；[0033] 脱控改善结构装置包括改善结构机架17、改善结构18和改善结构驱动结构19；改善结构机架17安装在机架1的上部；改善结构18包括滑片挡板支撑架20、滑片挡板21、凸轮轴22和上轴承座23；滑片挡板支撑架20固定在机架1上；滑片挡板21在滑片挡板支撑架20槽内往复运动，背部一侧与弹簧9连接，另一侧与凸轮轴22接触；上轴承座23固定在改善结构机架17的上部，中间穿有凸轮轴22；改善结构驱动结构19包括凸轮轴联轴器24、前齿轮轴25、后齿轮轴26、前齿轮轴轴承座27、后齿轮轴轴承座28、小平键29、小电机联轴器30；凸轮轴联轴器24连接着凸轮轴22和前齿轮轴25；前齿轮轴25和后齿轮轴26通过齿轮啮合传动；前齿轮轴25安装在前齿轮轴轴承座27上；后齿轮轴26安装在后齿轮轴轴承座28上；前齿轮轴轴承座27和后齿轮轴轴承座28均固定在机架1上；后齿轮轴26与小电机通过带有小平键29的小电机联轴器30相连；[0034] 油路循环装置包括储油池31、进油管32、蠕动泵33、出油管34和过滤器35；在压缩机气缸7上开有进油口，在弹簧9处开有出油口；储油池31的输出端通过进油管32与进油口连接；进油管32上设有蠕动泵33；弹簧9的背部开有出油口；出油管34的一端与出油口相连，出油管34的另一端通过过滤器35与储油池31的输入端连接；过滤器35设置在机架1上。[0035] 驱动结构包括电机控制器36、调速器37和伺服电机38，调速器37和伺服电机38分别与电机控制器36电性连接。[0036] 机架1包括底板39和分别设置在底板39两侧的侧板40，两侧板40之间设有顶板41和横板42，侧板40的内侧分别设有凸台；横板42的两侧分别设有与凸台相匹配的凹槽；并且侧板40与横板42之间通过螺栓固定连接；等效结构2设置在顶板41的上端；伺服电机38的下部固定安装在机架1的底板39上，伺服电机38的上部与横板42通过螺栓固定连接；横板42的中心处开设有通孔；伺服电机38的电机轴穿过通孔后通过联轴器43与偏心轴11的轴心连接。[0037] 本发明通过模拟振动空化型压缩机，在气缸工作腔内充满油，并且无压差的工作环境下，使用高速摄影机15，拍下偏心轴11的活塞端运转下，滑片8所发生脱控的情况，以此来研究振动空化型压缩机滑片发生脱控及其产生的影响。[0038] 振动是运行常见机械装置中常见的现象，偏心轴11的活塞端工作部分活塞圆心偏离轴心，为了使偏心轴11旋转平稳，本发明实施例中，通过仿真计算后改造偏心轴11的结构，即在偏心轴11的活塞端一侧开设有一个开口朝上的动平衡空腔，并在动平衡空腔的开口处使用一块与偏心轴11同样材质的密封盖以过盈配合形式密封，以免油液进入空孔，使整段的偏心轴11的重心都与偏心轴11轴心重合，有效地降低了机器运行过程中的振动。并且机架1的尺寸设计也是尽可能地大，进一步有效地降低振动，使整体在运行过程中保持平稳。本实施例中，伺服电机38固定安装在机架1内底板39处，伺服电机38的另外一端则由横板42固定，根据伺服电机38的高度，在机架1内两侧加工时，两侧各留有一个凸台，横板42的两侧设计正好嵌入机架1的台阶，再每边以4个M16的六角头螺栓固定横板42，以此固定伺服电机38的位置。[0039] 油路循环装置用于进油、出油以及泄漏润滑油的处理，等效结构2靠近滑片8处开设有一个小圆孔作为进油口，通过该进油口连接一根进油管32与蠕动泵33连接，储油池31的输出端通过另一根进油管32与蠕动泵33连接；本发明使用的蠕动泵33为双向蠕动泵，在实验开始时通过蠕动泵33向工作腔泵油。在完成了某个型号润滑油的试验后，通过蠕动泵33反向泵油，将工作腔内的润滑油排出，再换上新型号的润滑油进行实验。在弹簧9处所开设一个出油口，通过出油管34将废弃油液导出，经过过滤器35的过滤后再返回储油池31。[0040] 本发明用于观测振动空化型压缩机中滑片的低频脱控现象以及针对此现象的改善设计。本发明主要包括五大部分，分别为：振动空化型压缩机模拟部分、滑片脱控现象观测装置、滑片脱控现象改善部分、油路循环装置以及驱动装置。[0041] 工作原理及过程：如图1和图4所示，利用自主设计的等效结构2来模拟压缩机内部结构的运动形态；在等效结构2的正上方放有高速摄影机15，拍摄模拟结构中滑片8与转子12的运动过程。滑片8的背部安装有弹簧9，弹簧9的背部又安装有弹簧挡板21及改善结构18。改善结构18的工作原理就是通过凸轮轴22由凸轮近端向凸轮远端运动的时候，给弹簧挡板21一个指向弹簧9的力，促使滑片8紧跟转子12的运动，防止脱控现象的发生。高速摄影机15与计算16相连用于记录每帧照片滑片的运动情况。油路循环装置用于给模拟结构3供油和排油。驱动装置用于提供模拟结构2和改善结构18的动力。[0042] 本发明通过设计一种压缩机模拟观测装置，整个过程均在无压差、纯满油的状态下进行。测试开始前，通过纯油的转动测试，保证装置的稳定运行以及无大量泄漏状况，实验开始。首先先选取一种低弹簧刚度的弹簧9进行实验，通过电机控制器36调节伺服电机38转动，从低速开始，当装置运行平稳后，使用计算机16控制高速摄影机15进行拍摄，完成后调节伺服电机38的电机轴停止转动，并保存相应的图像，至此，一组指定弹簧刚度下滑片的脱控情况实验完成。以此完成各个不同转速下滑片的脱控观测实验。当指定的弹簧刚度下的各个转速实验完成后，排出工作腔内的油液，更换另一刚度的弹簧9，重复上述实验过程，并保存所拍摄到的所有图片，方便后期的处理和研究。[0043] 上述说明是针对本发明较佳可实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖的专利范围。

专利地区：广西

专利申请日期：2020-08-20

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN111855161B