[发明专利]高温法兰接头偏转角监测装置及其设计方法

权利要求书

1.一种高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，包括底座、法兰固定机构、一级连杆、V形杆件、二级连杆、二级曲柄和角度测量装置；所述法兰固定机构包括左端夹板和右端夹板，所述左端夹板和右端夹板竖直、相对设置于所述底座上，高温法兰安装于所述左端夹板和右端夹板之间；所述V形杆件的交点与所述底座铰接，V形杆件的两个边分别为一级曲柄和二级摇杆；所述一级连杆一端与所述左端夹板上端铰接，一级连杆另一端与所述一级曲柄上端铰接，所述左端夹板、一级连杆、一级曲柄、底座构成四杆式一级放大机构；所述二级连杆一端与所述二级摇杆上端铰接，二级连杆另一端与所述二级曲柄上端铰接，所述二级曲柄下端与所述底座铰接，所述二级摇杆、二级连杆、二级曲柄、底座构成四杆式二级放大机构；所述角度测量装置包括万能角度器和指针，所述指针与所述二级曲柄同轴固定连接。

2.根据权利要求1所述的高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，所述底座包括活动连接的固定底座和活动底座，所述活动底座能够相对所述固定底座水平移动；所述左端夹板安装于所述固定底座上，所述右端夹板安装于所述活动底座上。

3.根据权利要求2所述的高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，所述法兰固定机构还包括左端挡板和右端挡板，所述左端挡板固定安装于所述固定底座上，并位于所述左端夹板的左侧，所述左端挡板上安装有用于紧固所述左端夹板的紧固螺栓；所述右端挡板固定安装于所述活动底座上，并位于所述右端夹板的右侧，所述右端挡板上安装有用于紧固所述右端夹板的紧固螺栓。

4.根据权利要求1所述的高温法兰接头偏转角监测装置，其特征在于，所述偏转角监测装置还包括水平仪，所述水平仪安装于所述底座上，所述水平仪保证了整个测量装置与被测法兰之间保持水平位置，即测量装置与法兰的初始状态保持一致，避免测量过程中由于偏移产生误差。

5.根据权利要求1所述的高温法兰接头偏转角监测装置的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、基于MATLAB进行一级放大机构的杆长设计，将法兰偏转角度放大10倍，具体包括以下分步骤：

(1)设一级放大机构的四根杆长依次为I₁，I₂，I₃，I₄，摇杆的初始角为α、旋转角为u，曲柄的初始角为β、旋转角为S，给定的理论输出角函数为M，根据理论输出角函数与实际输出角函数为S之间的偏差应为最小的原则，建立目标函数：

取n个点进行计算，目标函数简化为：

式中，S_i为第i个点的实际输出角；

(2)取固定铰链轴的中心距离I₄为一定值，则四杆机构实际输出角是待定参数I₁，I₂，I₃，及初始角α，β的函数，它们之间满足如下关系：

当u+α在第一、二象限时，实际输出角S＝π-A-B-β；当u+α在第三、四象限时，实际输出角S＝π-A+B-β，式中：

式中，e为I₁杆对角点与I₃杆底板角点之间的距离；

(3)根据平面四杆的特点，确定约束条件；

(4)对于第一级放大机构，设定摇杆初始角度α₀＝90°，固定铰链轴的中心距离I₄＝10，理论输出角函数为M＝10u，令x＝[x₁，x₂，x₃，x₄，x₅]^T＝[I₁，I₂，I₃，α，β]^T，把约束条件化为符合Matlab的格式，编制相应M文件，运行后得到最优解；

步骤2、基于MATLAB进行二级放大机构的杆长设计，将法兰偏转角度放大5倍：将理论输出角函数设为M＝5u，编制相应M文件，运行后得到最优解；

步骤3、根据实物加工需求，将两级机构的杆长缩放至适当的值。

6.根据权利要求5所述的高温法兰接头偏转角监测装置的设计方法，其特征在于，步骤1中的约束条件为：

(1)各杆长I₁，I₂，I₃，I₄均大于零，取初始角α，β大于零；

(2)对于曲柄摇杆机构，由曲柄存在条件，知：

I₁+I₄≤I₂+I₃；I₁+I₃≤I₂+I₄；I₁+I₂≤I₃+I₄

(3)从机构应具有良好的传动性能出发，最小传动角应大于等于许用传动角[γ]，许用传动角不小于40°，最小传动角出现的两个极限位置：

当I₁²+I₄²≤I₂²+I₃²时，机构最小传动角γ_min满足：

当I₁²+I₄²I₂²+I₃²时，机构最小传动角γ_min满足：