BR112017000707B1 - Aparelho para medir torções residuais de uma estrutura alongada e método para medir torções residuais em um membro alongado - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a um aparelho (100, 200, 300) e um método para medir torções residuais de uma estrutura alongada (202), tal como um cabo de aço, com o uso de uma cabeça de pivô (102). a cabeça de pivô (102) compreende uma roda (104) adaptada para orientar uma estrutura alongada (202). a roda (104) é montada na cabeça de pivô (102) para transmitir torques exercidos pela estrutura alongada (202) na roda (104) para a cabeça de pivô (102). a cabeça de pivô (102) é montada ao longo de um eixo geométrico giratório (110). esse eixo geométrico giratório (110) repousa em um plano da roda (104) e compreende o centro da roda (104). os meios de sensor (116, 206) medem o torque na cabeça de pivô (102). o movimento giratório da cabeça de pivô (102) ao redor do eixo geométrico giratório (110) é limitado a uma faixa de ângulo de ±5°, de preferência, ±3° a fim de alcançar uma precisão aprimorada da medição de torque.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um aparelho e a um método para medir torções residuais em um elemento alongado, tal como um cabo de aço.
[0002] As torções residuais em um elemento alongado, tal como um cabo de aço, devem ser controladas e, desse modo, medidas durante a fabricação do elemento alongado. Na ausência de controle adequado, o processamento a jusante dos elementos alongados, tal como a integração de cabos de aço em camadas de borracha pode se tornar difícil ou mesmo problemático. De fato, torções residuais descontroladas de cabos de aço podem dar origem à elevação da ponta de camadas de borracha reforçadas com os cabos de aço. A manipulação automática das folhas de borracha pode falhar como resultado dessa elevação da ponta.
[0003] A técnica anterior revela diversas modalidades para medir torções residuais.
[0004] O documento US-A-4.642.979 revela um meio para ajustar o repouso de um cabo metálico medindo-se o torque remanescente ou residual no cabo metálico. Após a torção do cabo metálico, o cabo metálico está localizado em uma porção em U sobre uma roda ou um rolo bailarino. Esse rolo bailarino é montado de modo giratório. O ângulo de rotação do rolo bailarino é medido a fim de ter uma indicação sobre o torque remanescente no cabo metálico.
[0005] Esse método de medição de torções residuais medindo-se o ângulo de rotação de um rolo bailarino pode girar mais ou menos livremente, embora amplamente utilizado na prática, tem diversas desvantagens.
[0006] Ao permitir que o rolo bailarino gire livremente, começa-se a influenciar o parâmetro que se pretende medir, a saber, a rotação livre começa a reduzir já o número de torções residuais.
[0007] Ademais, a medição mostra algum comportamento de histerese.
[0008] Além disso, a prática mostrou que é difícil cobrir toda a faixa de torções residuais, apesar da possibilidade de rotação quase livre.
[0009] É um objetivo da invenção evitar ou pelo menos atenuar as desvantagens da técnica anterior.
[0010] É um objetivo adicional da invenção fornecer meios simples para medir torções residuais.
[0011] É outro objetivo da invenção fornecer meios de medição que sejam mais precisos.
[0012] É ainda outro objetivo da invenção fornecer medição de torções residuais em toda a faixa.
[0013] Ainda outro objetivo da invenção é aumentar a faixa de torções residuais que podem ser medidas.
[0014] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um aparelho para medir torções residuais de uma estrutura alongada, tal como um cabo de aço. O aparelho compreende uma cabeça de pivô. A cabeça de pivô compreende uma roda adaptada para orientar uma estrutura alongada. Essa roda é montada na cabeça de pivô de modo a transmitir torques exercidos pela estrutura alongada na roda para a cabeça de pivô. A cabeça de pivô é montada ao longo de um eixo geométrico giratório no aparelho. O eixo geométrico giratório da cabeça de pivô repousa em um plano da roda e compreende o centro da roda. O aparelho compreende adicionalmente meios de sensor para medir o torque na cabeça de pivô causado pela estrutura alongada. O movimento giratório da cabeça de torção ao redor do eixo geométrico giratório é limitado a uma faixa de ângulo de ±5°, de preferência, ±3°, com mais preferência, limitado a uma faixa de ângulo de ±2°.
[0015] O termo "membro alongado"não se refere apenas a um cabo de aço, mas também a outras estruturas torcidas ou não torcidas, tais como um fio de metal, um cabo metálico, um único fio torcido, ...
[0016] Reduzindo-se a faixa de amplitude de rotação da cabeça de pivô a uma faixa muito pequena, a influência negativa da própria rotação na medição de torção residual também é reduzida a uma porção muito pequena.
[0017] A faixa de amplitude reduzida também facilita a cobertura de toda a faixa de torções residuais e, conforme será explicado a seguir, amplia ainda a faixa de torções residuais que podem ser medidas.
[0018] Uma das modalidades preferenciais é ter uma rotação de 0° da cabeça de pivô.
[0019] A amplitude de rotação da cabeça de pivô pode ser reduzida integrando-se na cadeia mecânica da roda para integrar um elemento rígido, tal como uma mola de torção rígida e/ou uma célula de carga rígida dos próprios meios de sensor. Seguindo a lei de Hooke, esses elementos rígidos traduzem um grande torque em um pequeno deslocamento. Uma vantagem adicional do uso de elementos muito rígidos é que - após uma medição mais precisa - a faixa de torque mensurável e, desse modo, a faixa mensurável de torções residuais, podem ser aumentadas também.
[0020] Os meios de sensor têm, de preferência, uma faixa de torque de ±50 N.mm com uma precisão de 0,5% sobre a faixa de torque total. Com mais preferência, os meios de sensor têm uma faixa de torque de ±10N.mm com uma precisão de 0,5% sobre a faixa de torque total. Com esse tipo de sensores, uma alta precisão é alcançada sobre uma faixa de torque que cobre toda a faixa de torções residuais encontrada na prática.
[0021] Os meios de sensor medem de preferência o torque, medindo-se diretamente o torque ou a força.
[0022] Em uma modalidade da invenção, os meios de sensor podem compreender um calibre de tensão ou calibres de tensão como célula de carga.
[0023] Em outra modalidade da invenção, os meios de sensor podem compreender uma mola de torção, por exemplo, uma mola de torção dupla, como célula de carga.
[0024] Os meios de sensor também podem medir o torque medindo se indiretamente à distância, posição ou ângulo.
[0025] Com mais preferência, os meios de sensor são pré- calibrados a fim de mostrar diretamente resultados de medição em número de torções residuais por unidade de comprimento. Calibrando- se os meios de sensor antecipadamente por construção de cabo e antes de instalar os meios de sensor na produção, a calibração in situ pode ser impedida ou pelo menos reduzida a um mínimo.
[0026] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um método para medir torções residuais em um membro alongado, tal como um cabo de aço. O método compreende as seguintes etapas: a) montar uma roda em uma cabeça de pivô, de modo que quaisquer torques exercidos sobre a roda sejam transmitidos à dita cabeça de pivô; b) montar a cabeça de pivô ao longo de um eixo geométrico giratório em uma estrutura, onde o eixo geométrico giratório repousa em um plano da roda e compreende o centro da roda; c) orientar um membro alongado sobre a roda; d) medir o torque gerado pelo membro alongado sobre a roda e a cabeça de pivô limitando-se, desse modo, o movimento giratório da cabeça de pivô a ±5°, de preferência, a ±3°.
[0027] De preferência, a etapa d) é realizada pelos meios de sensor que têm uma faixa de torque de ±50 N.mm com uma precisão de 0,5% sobre a faixa de torque total, com mais preferência, pelos meios de sensor que têm uma faixa de torque de ±10 N.mm com uma precisão de 0,5% sobre toda a faixa.
[0028] A Figura 1a e a Figura 1b mostram uma primeira modalidade de um aparelho para medir torções residuais de acordo com a invenção.
[0029] A Figura 2 mostra uma segunda modalidade de um aparelho para medir torções residuais de acordo com a invenção.
[0030] A Figura 3 mostra uma terceira modalidade de um aparelho para medir torções residuais de acordo com a invenção.
[0031] As Figuras 1a, 1b e a Figura 2 ilustram formas de medição direta do torque.
[0032] A Figura 1a é um corte transversal de uma primeira modalidade de um aparelho 100 para medir torções residuais de acordo com o plano AA da Figura 1b. A Figura 1b é um corte transversal desse aparelho 100 de acordo com o plano BB da Figura 1a.
[0033] O aparelho 100 tem uma cabeça de pivô 102. Uma roda ou polia 104 é montada nessa cabeça de pivô 102 em um eixo 106 através de um mancal 108. A roda 104 pode girar livremente ao redor do eixo 106. O eixo 106 é fixado na cabeça de pivô 102. A cabeça de pivô 102 juntamente com a roda 104 são montadas de modo giratório ao longo de um eixo geométrico de pivô 110. A dita cabeça de pivô 102 é montada através de molas de suspensão 112 em uma estrutura 114. As molas de suspensão 112 são, de preferência, molas bastante flexíveis com uma constante de mola relativamente baixa para permitir que o giro da cabeça de pivô 102 seja o mais livre possível. As molas de suspensão 112 podem ser formadas por um cabo de aço fino. A cadeia mecânica da cabeça de pivô 102 para a estrutura 114 também compreende elementos rígidos na forma de calibres de tensão 116. Esses elementos rígidos ocupam a maior parte do torque e limitam a rotação da cabeça de pivô 102 a ±3°, de preferência, a ±2°. De preferência, calibres de tensão 116 são selecionados com uma alta precisão e alto fator de calibre.
[0034] Alternativamente, as molas de suspensão rígidas 112 com uma alta constante de mola podem ser usadas e colocadas em série com os calibres de tensão 116. Fios relativamente espessos podem formar essas molas de suspensão rígidas 112. Em contraste à Figura 1a, uma ligação mecânica é feita entre uma das molas de suspensão e os calibres de tensão 116. Essa modalidade tem a vantagem de que toda a faixa de torque não é retomada pelos calibres de tensão apenas.
[0035] Ainda outra alternativa é usar a mesma configuração que a Figura 1a com um tipo de disposição paralela entre as molas de suspensão 112 e os calibres de tensão 116. A alternativa reside no uso de molas de suspensão rígidas 112 em vez de molas de suspensão flexíveis. A razão de torque adotado pelas molas de suspensão 112 para o torque adotado pelos calibres de tensão 116 é calibrada.
[0036] A Figura 2 mostra ainda outro aparelho 200 para medir torções residuais em um membro alongado 202.
[0037] Um cabo de aço 202 faz um tipo de formato de U ao redor de uma roda 104 que é conectada a uma cabeça de pivô 102. A cabeça de pivô 102 é montada de modo rotativo ao longo do eixo geométrico de pivô 110. A cabeça de pivô 102 é conectada por meio de uma mola de suspensão rígida 204 a um sensor de torque estático 206. O sensor de torque estático 206 pode ser de um tipo comercialmente existente. Tal sensor de torque pode compreender calibres de tensão no interior que estão mecanicamente conectados à barra de torção. Qualquer torque exercido pela mola de suspensão 204 deforma a barra de torção e, ao fazê-lo, também deforma elasticamente e reversivelmente os calibres de tensão que são encaixados à barra de torção. As alterações de resistência elétrica dos calibres de tensão são proporcionais à deformação dos calibres de tensão. De preferência, o sensor de torque pode ter quatro calibres de tensão. Um múltiplo de quatro calibres de tensão também pode ser usado. Esses calibres de tensão são dispostos como um circuito de ponte de Wheatstone e são fornecidos com voltagem de CC ou com voltagem de CA ou com corrente de CA pelo sensor através da conexão 208. A voltagem de saída dos calibres de tensão é proporcional ao torque medido. O uso de CA permite a eliminação do deslocamento térmico e efeitos de termopar no sistema. O sensor de torque estático 206 pode ser alojado em uma estrutura 210.
[0038] A Figura 3 ilustra uma forma de medição indireta do torque na cabeça de pivô 102.
[0039] A cabeça de pivô 102 com a roda 104 é suspensa de modo rotativo por meio de uma mola de suspensão 302 para uma estrutura 304. A cadeia mecânica entre a cabeça de pivô 102 e a estrutura 304 compreende uma mola de torção dupla 306’, 306". No caso da constante de torção da mola de torção dupla 306’, 306" ser alta, a constante de torção da mola de suspensão 302 pode ser um pouco menor. No caso da constante de torção da mola de torção dupla 306’, 306" ser baixa, a constante de torção da mola de suspensão 306, 306''é maior. A cadeia mecânica total pode ser suficientemente rígida para limitar a rotação da cabeça de pivô 102 a ±3°. De preferência, a mola de suspensão 302 é flexível e a mola de torção dupla 306’, 306"rígida de modo que a parte principal do torque seja retomada pela mola de torção dupla 306’, 306". Um braço esquerdo 308’ e um braço direito 308"são conectados para girar a cabeça 302. No caso da cabeça de pivô 302 girar na direção da seta 310’, o braço esquerdo 308’ move um pouco mais a extremidade de fuga da parte esquerda 306’ da mola de torção dupla. No caso da cabeça de pivô 302 girar na direção da seta 310'', o braço direito 308'' move um pouco mais a extremidade de fuga da parte direita 306'' da mola de torção dupla. O grau das extremidades de fuga da mola de torção dupla 306’, 306" ou a quantidade de deslocamento dos braços 308’, 308"é proporcional ao torque exercido sobre a roda 104 e à quantidade de torções residuais presentes no membro alongado. LISTAGEM DE REFERÊNCIA 100 primeira modalidade de aparelho de medição 102 cabeça de pivô 104 roda ou polia 106 eixo 108 mancal 110) eixo geométrico de pivô 112 mola de suspensão 114 estrutura 116 calibre de tensão 200 segunda modalidade de aparelho de medição 202 membro alongado 204 mola de suspensão 206 sensor de torque 208 cabo de conexão 210 estrutura 300 terceira modalidade de aparelho de medição 302 mola de suspensão 304 estrutura 306’ parte esquerda de mola de torção dupla 306" parte direita da mola de torção dupla 308’ parte esquerda do braço 308" parte direita do braço 310’ direção de rotação onde a parte esquerda da mola de torção dupla é tocada 310"direção de rotação onde a parte direita da mola de torção dupla é tocada
Claims (11)
1. Aparelho (100) para medir torções residuais de uma estrutura alongada, tal como um cabo de aço, o dito aparelho (100) compreende uma cabeça de pivô (102), a dita cabeça de pivô (102) compreende uma roda (104) adaptada para orientar uma estrutura alongada, a dita roda (104) montada na dita cabeça de pivô (102) de modo a transmitir torques exercidos pela dita estrutura alongada na dita roda (104) para a dita cabeça de pivô (102), a dita cabeça de pivô (102) é montada ao longo de um eixo geométrico giratório (110) em uma estrutura (114) do dito aparelho, o dito eixo geométrico giratório (110) repousa em um plano da dita roda (104) e que compreende o centro da dita roda (104), o dito aparelho compreende adicionalmente meios de sensor (116) para medir o torque na dita cabeça de pivô (102) causado pela dita estrutura alongada, caracterizado pelo fato de que o dito movimento giratório da dita cabeça de pivô (102) ao redor do dito eixo geométrico giratório (110) é limitado a uma faixa de ângulo de ±5°, de preferência, ±3° integrando na cadeia mecânica a partir da roda (104) até a estrutura (114) um elemento de mola de suspensão (112).
2. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de sensor (116) têm uma faixa de torque de ±50 N.mm com uma precisão de 0,5% sobre a faixa de torque total.
3. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de sensor (116) têm uma faixa de torque de ±10 N.mm com uma precisão de 0,5% sobre a faixa de torque total.
4. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de sensor (116) medem o torque diretamente medindo-se um torque ou uma força.
5. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de sensor (116) compreendem um calibre de tensão.
6. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de sensor compreendem uma mola de torção (306’, 306’’).
7. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a dita mola de torção é uma mola de torção dupla (306’, 306’’).
8. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de sensor (116) medem o torque indiretamente medindo-se o ângulo ou a posição.
9. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de sensor (116) foram pré-calibrados para mostrar diretamente os resultados de medição em torções residuais por unidade de comprimento.
10. Método para medir torções residuais em um membro alongado, tal como um cabo de aço, em que o dito método compreende as seguintes etapas: a. montar uma roda (104) em uma cabeça de pivô (102) de modo que quaisquer torques exercidos na dita roda (104) sejam transmitidos à dita cabeça de pivô; b. montar a dita cabeça de pivô (102) ao longo de um eixo geométrico giratório (110) em uma estrutura (114), em que o dito eixo geométrico giratório (110) repousa em um plano da dita roda (104) e compreende o centro da dita roda (104); c. orientar um membro alongado sobre a dita roda (104); caracterizado pelo fato de que compreende ainda: d. medir o torque gerado pelo dito membro alongado na dita roda (104) e em que a cabeça de pivô (102) limita, desse modo, o movimento giratório da dita cabeça de pivô (102) a ±5°, de preferência, ±3° integrando na cadeia mecânica a partir da roda (104) até a estrutura (114) um elemento de mola de suspensão (112).
11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa d. é realizada pelos meios de sensor (116) que têm uma faixa de torque de ±50 N.mm com uma precisão de 0,5% sobre a faixa de torque total.
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