0 引言

    旋轉(zhuǎn)活塞流量計是一種容積式流量計，其計量室的進(jìn)出口腔的隔絕密封問題是關(guān)系到能否保證計量的準(zhǔn)確、穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。該密封是由旋轉(zhuǎn)活塞與內(nèi)外圓筒及隔板的接觸形成，而與隔板接觸的、供活塞擺移的頂面缺口廓形設(shè)計尤為關(guān)鍵，工作時，該廓形既要保證活塞按正確軌跡運動不受干涉，又要保證缺口輪廓與隔板保持接觸，使進(jìn)出腔隔絕，形成可靠的密封。關(guān)于廓形設(shè)計，目前未見有資料報道。

    本文就缺口廓形的設(shè)計進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出設(shè)計廓形所需的方程，為加工提供了條件。

    1 旋轉(zhuǎn)活塞流量計計量室的結(jié)構(gòu)及其工作原理

    如圖1所示，頂面開有運動時能容納隔板位置缺口的活塞7位于外圓筒1的內(nèi)壁及內(nèi)圓筒6的外壁構(gòu)成的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，活塞的內(nèi)外壁分別與內(nèi)外圓筒的外、內(nèi)壁接觸，使活塞中心o'對于內(nèi)外圓筒中心o有一偏距e，不難看出，旋轉(zhuǎn)活塞的外內(nèi)半徑r₁，r₂，與外內(nèi)圓筒的內(nèi)外半徑R，r₃有下列關(guān)系：
    活塞壁厚         δ= r₁ - r₂ 
    偏距             e = R - r₁
    活塞外半徑       r₁ =（R + r₃ + δ）/2
    內(nèi)外圓筒間有沿徑向隔板將環(huán)形區(qū)隔斷。
    環(huán)形區(qū)的徑向尺寸 l=R-r₃
    隔板在R以內(nèi)長度l₁略大于l
    隔板厚度為       b
    隔板到o點距離    l₂= R - l₁

    這樣，環(huán)形區(qū)被活塞壁和隔板劃成兩個月牙形內(nèi)外腔計量室，在入口液體壓力作用下，活塞中心o'繞o沿箭頭做逆時針旋轉(zhuǎn)，活塞其余部分在環(huán)形區(qū)內(nèi)擺移，其內(nèi)外圓柱面依次和內(nèi)外圓筒接觸，計量腔不斷作圓周移動，輸送流體。活塞中心o'繞o旋轉(zhuǎn)一周，內(nèi)外計量腔同時旋轉(zhuǎn)一周，各輸送排出一次液體。月牙形內(nèi)外計量腔的容積和即為活塞中心旋轉(zhuǎn)一周輸送排出的液體體積流量，它是一個可計量的常量為：

    V₁ = {π[（R² - r₃²）-（r₁² - r₂²）] - b（R - r₃）}×h

    其中，h―計量室的高度

    根據(jù)活塞的轉(zhuǎn)數(shù)n就能測出n轉(zhuǎn)數(shù)下所流過的液體量：

    V_n = nV₁

    2 流量計計量室的密封問題分析

    2.1 密封原理

    由上述對流量計結(jié)構(gòu)及工作原理分析可知，活塞工作時，活塞外圓面、外圓筒內(nèi)圓面及其相互接觸，隔板和圓筒上下面構(gòu)成外計量室；而活塞內(nèi)圓面、內(nèi)圓筒外圓面及其相互接觸，隔板和圓筒上下面組成內(nèi)計量室?；钊\動時要求其頂面與隔板接觸處開有缺口，以保證運動不受干涉，更重要的是該缺口廓形還要保證始終與隔板的近中心的k處接觸，以保證內(nèi)計量室的密封；否則，以壓力從入口輸入的液體將不通過計量腔的輸送，而直接經(jīng)缺口竄入出口流出，輕則導(dǎo)致計量不準(zhǔn)，重則導(dǎo)致流量計不能工作。

    2.2 活塞頂面缺口廊形議程的分析和設(shè)計計算

    1）如圖2所示旋轉(zhuǎn)活塞工作時其中心o'繞o逆時針轉(zhuǎn)動，設(shè)oo'連線與初始位置夾角為α，以α為參數(shù)，推導(dǎo)頂面缺口廓形的極坐標(biāo)參數(shù)方程。為設(shè)計、加工方便，將極坐標(biāo)系固結(jié)在活塞頂面上。設(shè)坐標(biāo)系原點為o'，極軸的初始位置為缺口廓形的對稱線o'B，順時針方向為相位角正向φ

    當(dāng)Ob≤α≤180b時缺口的右半廓形方程經(jīng)過推導(dǎo)為：

                （1）

    其中е、b、l₂、r₁如前所述，均為已知。

    2）當(dāng)180b≤α≤360b時

    困對稱關(guān)系，將-α，-φ代替（1）式中的α，φ即可得到180b≤α≤360b時的極坐標(biāo)方程：

           （2）

    2.3 實例計算

    原始數(shù)據(jù)：R=27mm，r₁=23mm，r₂=21mm，r₃=17mm，l₁=11mm，b=2mm
    經(jīng)計算e=R-r₁=4mm，l₃=16mm
    參數(shù)α從小到大順序取值到τ和φ的對應(yīng)值見表1。

    表1

α（°） 0（360） 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 r（mm） 12.042 12.80 14.68 16.763 18.544 19.692 20.025 19.69 18.544 16.763 14.68 12.89 φ（°） 4.76 8.47 9.02 7.344 5.254 3.775 2.866 -3.775 -5.524 -7.344 -9.02 -8.47 x（mm） 12 12.70 11.8 16.326 10.466 10.61 22 10.61 10.166 16.425 24.6 12.56 y（mm） 1 1.9 2.3 2.14 1.698 1.29 1 -1.29 -1.698 -2.14 -2.3 -1.9

    3 廓形的加工

    將（1）、（2）式轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)方程，如圖3轉(zhuǎn)換式如下：

             （3）

    （3）式仍然是α的參數(shù)方程，直接獲得y和x的函數(shù)關(guān)系y=f（x）比較困難，可根據(jù)給出的α值獲得x，y的相應(yīng)值（見上表），將其對應(yīng)的坐標(biāo)點作為節(jié)點，利用牛頓等差插值或樣條插值建立分段的y=f（x）的方程^[2]；以該方程為基礎(chǔ)，可編制程序，方便地在NCN線切割機上完成加工。

    4 提高密封可靠性的其他措施

    1）液體在活塞頂面缺口處的泄漏主要發(fā)生在內(nèi)計量室，盡量縮短內(nèi)計量腔與入口的相通時間，以便減少壓力作用的時間過程，設(shè)計入口形狀和位置時，盡可能使入口接近外圓筒的內(nèi)圓柱面。
    2）同理，液體出口的形狀位置的布置應(yīng)盡早與計量腔相通。

    5 結(jié)語

    1.旋轉(zhuǎn)活塞流量計計量室的動密封除了要認(rèn)真考慮圓筒半徑，活塞半徑偏心距的尺寸關(guān)系，使活塞的內(nèi)外柱面分別與內(nèi)、外圓筒圓柱面接觸相切外，還應(yīng)認(rèn)真考慮活塞頂面缺口與隔板的接觸密封即缺口的廓形設(shè)計。
    2.活塞頂面缺口廓形設(shè)計既要滿足自己的正常運動不受干涉，更要考慮該處的動密封同題，因此，缺口形狀不是隨意的，而是精心設(shè)計的見圖3。
    3.活塞頂面缺口廓形可按（1）、（2）公式設(shè)計計算。
    4.廓形可通過（1）、（2）、（3）參數(shù)方程獲得節(jié)點擬合插值方程。在數(shù)控線切割機上完成加工。
    5.本流量計為有市場需求的，供司駕人員用于燃油流量檢測驗證的便攜裝置。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 蕭漢卿.容積式流量計[M].北京：中國計量出版社，1997.11-13.
    [2] 張玉實.數(shù)控機床[M]上海：上海科技出版社，1981.17.