CN102252804A - 一种多功能扭矩校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能扭矩校准装置，属于计量检测、扭矩检测校准、扭矩测试领域。本装置包括基础底座(10)和三角形支撑结构；所述三角形支撑结构包括第一组立柱(9)、第二组立柱(3)和第三组立柱(2)。本发明将液压扭矩扳手、扭矩倍增器、扭矩传感器、扭矩测量仪的检测校准功能集于一体，实现了宽量程段、多功能、高精度的扭矩校准，同时实现了标准扭矩扳手的溯源；本发明同时具有1000Nm高准确度参考式扭矩标准机功能，配合专用工装后还可扩展到30kNm的参考式大扭矩校准。

Description

一种多功能扭矩校准装置

技术领域

本发明属于计量检测、扭矩检测校准、扭矩测试领域，具体涉及一种多功能扭矩校准装置，用于液压扭矩扳手、扭矩倍增器、扭矩传感器、扭矩测量仪、标准扭矩扳手等扭矩工具的检测校准。

背景技术

目前国内有一些单独功能的液压扭矩扳手检测仪和扭矩倍增器检测仪，但是它们存在结构简单、量程段比较窄，灵活性差、检测方法不科学等问题，具体分析如下：

目前大多数的扭矩倍增器检测室通过预制式手动扭矩扳手进行输入，输出端为一扭矩传感器，用来测量输出扭矩。此时的输入扭矩因预制式手动扭矩扳手的误差造成输入本身存在误差，因此不能科学准确地评价扭矩倍增器的输入输出特性。

而液压扭矩扳手检测方面，目前也是通过简易的操作平台与扭矩传感器组合成为一台检测装置，其单台装置量程单一，无法灵活适应各种不同生产厂家生产的不同规格型号的液压扭矩扳手。

扭矩传感器及扭矩测量仪的检测目前大多通过静重式扭矩标准装置实现，静重式扭矩标准装置精度较高，但是建造成本也较高，操作复杂、效率低。

综上所述，目前没有科学合理的液压扭矩扳手、扭矩倍增器检测装置，而这类工具的使用越来越多，特别是在风电、高速铁路、游乐设施、建筑施工等行业应用广泛，这类工具的检测校准需求与无法科学合理地进行检测校准的矛盾日益突出。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种多功能扭矩校准装置，将液压扭矩扳手、扭矩倍增器、扭矩传感器、扭矩测量仪的检测校准功能集于一体，实现宽量程段、多功能、高精度的扭矩校准，同时实现标准扭矩扳手的溯源。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多功能扭矩校准装置，所述装置包括基础底座10和三角形支撑结构；

所述三角形支撑结构包括第一组立柱9、第二组立柱3和第三组立柱2；

第一组立柱9安装在基础底座10的上端面上，包括呈正三角形平行分布的三根立柱，在第一组立柱9的中下部安装有工作台面7，第一组立柱9的顶端穿过工作台面7，在第一组立柱9的顶端安装有顶端固定台面15；

第三组立柱2包括两根平行立柱，第三组立柱2的底部安装在顶端固定台面15上，在第三组立柱2的顶端安装有丝杆固定台面1；

在第三组立柱2上滑动安装有升降上台面17，其在丝杆固定台面1与顶端固定台面15之间上下移动，在第一组立柱9上滑动安装有升降下台面13，其在顶端固定台面15与工作台面7之间上下移动；第二组立柱3穿过顶端固定台面15，将升降上台面17与升降下台面13固定连接到一起；

第二组立柱3包括呈正三角形平行分布的三根立柱；

在基础底座10上安装有标准传感器。

所述标准传感器采用30kNm标准传感器11，在需要检测小量程段工具时，在30kNm标准传感器11的上端通过连接件安装有3kNm标准传感器8；

在升降下台面13的正中开有孔，在孔的上方固定有扭转施加伺服系统14，在孔的下方安装有标准输入扭矩传感器5，扭转施加伺服系统14的输出轴穿过孔与标准输入扭矩传感器5相连；扭转施加伺服系统14包括旋转用伺服电机及减速机。

在顶端固定台面15上安装有螺旋升降伺服系统16，升降上台面17的中间开有螺纹孔，在螺纹孔中安装有与螺纹孔配合的升降丝杆18，其一端与螺旋升降伺服系统16的输出轴相连，另一端穿过所述螺纹孔后固定在丝杆固定台面1上；升降丝杆18旋转带动升降上台面17上下移动，进而通过第二组立柱3带动升降下台面13与升降上台面17实现同步的上下移动；螺旋升降伺服系统16包括升降用伺服电机及减速机。

在所述工作台面7上开有一组T型槽，T型槽在工作台面上呈辐射状分布，在工作台面上加工有12个均匀分布的螺孔；

在工作台面7上安装有反作用挡块12，反作用挡块12上开有通孔、螺孔和通槽，螺栓穿过反作用挡块12上的通槽，与T型槽中的T型螺母连接，将反作用挡块12固定在工作台面7上。

当反作用力支点较高或反作用力较大时用一组反作用挡块12组合使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将液压扭矩扳手、扭矩倍增器、扭矩传感器、扭矩测量仪的检测校准功能集于一体，实现宽量程段、多功能、高精度的扭矩校准，同时实现标准扭矩扳手的溯源；本发明解决了我国风电、高速铁路、游乐设施、建筑施工等行业中急需解决的大量程段液压扭矩扳子及大量程段扭矩倍增器无法检测的问题，而1000Nm高准确度参考式扭矩标准装置功能的实现，填补了我国在参考式扭矩标准装置上的空白，提升了我国扭矩校准能力。

附图说明

图1是本发明多功能扭矩校准装置的结构示意图。

图2是本发明中的工作台面的主视图和左视图，其中图2-1是主视图，图2-2是左视图。

图3是本发明中的反作用挡块的主视图、俯视图和侧视图；其中图3-1位挡块的主视图，图3-2为挡块的俯视图，图3-3为挡块的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种多功能扭矩校准装置，所述装置包括基础底座10和三角形支撑结构。

所述三角形支撑结构包括第一组立柱9、第二组立柱3和第三组立柱2；

第一组立柱9安装在基础底座10的上端面上，包括呈正三角形分布的三根立柱，在第一组立柱9的中下部安装有工作台面7，第一组立柱9穿过工作台面7(在图1中，第一组立柱穿过工作台面后被标注为4)，在第一组立柱9的顶端安装有顶端固定台面15；

第三组立柱2包括两根立柱，第三组立柱2的底部安装在顶端固定台面15上，在第三组立柱2的顶端安装有丝杆固定台面1；第三组立柱2用于实现升降下台面13和升降上台面17的上下升降功能；

在第三组立柱2上滑动安装有升降上台面17，其在丝杆固定台面1与顶端固定台面15之间上下移动，在第一组立柱9上滑动安装有升降下台面13，其在顶端固定台面15与工作台面7之间上下移动；第二组立柱3穿过顶端固定台面15，将升降上台面17与升降下台面13固定连接到一起；

第二组立柱3包括呈正三角形分布的三根立柱；

在基础底座10上安装有30kNm标准传感器11，3kNm标准传感器8；在需要检测小量程段工具时，3kNm标准传感器8通过连接件安装在30kNm标准传感器11的上端；平时检测大量程段工具使用时，标准传感器8可以拆除下来，更换为相应的转接件即可。

在升降下台面13的正中开有孔，在孔的上方固定有扭转施加伺服系统14，在孔的下方安装有标准输入扭矩传感器5，扭转施加伺服系统14的输出轴穿过孔与标准输入扭矩传感器5相连；

在顶端固定台面15上安装有螺旋升降伺服系统16，升降上台面17的中间开有螺纹孔，在螺纹孔中安装有与螺纹孔配合的升降丝杆18，其一端与螺旋升降伺服系统16的输出轴相连，另一端穿过所述螺纹孔后固定在丝杆固定台面1上；升降丝杆18旋转带动升降上台面17上下移动，进而通过第二组立柱3带动升降下台面13与升降上台面17实现同步的上下移动；

扭转施加伺服系统14包括旋转用伺服电机及减速机；

螺旋升降伺服系统16包括升降用伺服电机及减速机；

在工作台面7上开有一组T型槽，T型槽在工作台面上呈辐射状分布，在工作台面上加工有12个均匀分布的螺孔，所述T型槽及螺孔的分布如图2所示，T型槽用于安装固定反作用力挡块，通过该设计可以实现多方向、多角度安装，以适应各类工具反作用支点支撑。

在工作台面7上安装有反作用挡块12，反作用挡块12的结构如图3所示，其上开有通孔、螺孔和通槽，反作用挡块12通过通孔、螺孔、通槽的设计可以实现多块的组合，在工作台面7上固定时可以通过螺栓穿过通槽，与T型槽中的T型螺母连接，从而固定在工作台面7上。当反作用力支点较高或反作用力较大时需要多块反作用挡块12灵活组合以适应反作用力支点和增大反作用力。

本发明的工作过程为：

第一：用于检测校准液压扭矩扳手时的工作过程为，首先根据被测液压扭矩扳手反作用力支点特点，将反作用力挡块12安装好，选择与被测液压扭矩扳手合适的连接头，将被测液压扭矩扳手安装于工作台面上，开启液压扳手油泵进行加载，通过传感器读出当前液压扭矩扳手施加扭矩值。

第二：进行扭矩倍增器检测校准时的工作过程为，根据被测倍增器反作用力支点特点，将反作用力挡块12安装好，选择与被测扭矩倍增器合适的连接头，根据倍增器高度调节移动台面使输入标准传感器串接到倍增器输入端，进行加载检测。通过输入标准传感器与输出端标准扭矩传感器读出该倍增器对扭矩值放大倍数关系。

第三：进行标准扭矩传感器检测校准时的工作过程为，选择适合被测传感器的连接件，将被测传感器串接在工作台面与1000Nm标准扭矩传感器之间，通过扭矩加载伺服系统进行加载，通过记录比较被测扭矩传感器与标准扭矩传感器数据，完成参考方法校准。

本发明的30kNm多功能扭矩校准装置，具有宽量程段液压式扭矩扳手、扭矩倍增器、标准扭矩扳子的校准检测功能；同时具有1000Nm高准确度参考式扭矩标准机功能(由移动台面13、标准扭矩传感器5、工作台面7、伺服加载系统14、升降伺服系统16共同实现)，配合专用工装(指另行设计加工的)后还可扩展到30kNm的参考式大扭矩校准。

在国际上首次实现了在一台装置上同时具有四种检测功能组合，即液压扭矩扳手检测、扭矩倍增器检测、扭矩传感器检测和标准扭矩扳手检测，校准检测的手段，具有标准扭矩传感器和非标扭矩传感器的组合校准检测功能(这些功能是通过整台机器所有部件来实现的)。

本发明的30kNm装置的工作台面7上的T型槽的独特分布设计与组合挡块工装的设计，实现了多种扭矩仪器的校准功能。

另外，本发明装置的宽量程范围如下：

标准装置进行驱动式液压扭矩扳手检测时。重复性优于0.3％，扭矩值误差优于±0.3％，测量范围：100Nm-3kNm，3kNm-30kNm。

标准装置进行输入与输出端同轴的扭矩倍增器检测时。重复性优于0.3％，扭矩值误差优于±0.3％，测量范围：输入扭矩：100Nm-1kNm，输出扭矩：100Nm-30kNm。

标准装置进行标准扭矩传感器检测时。重复性优于0.1％，扭矩值误差优于±0.1％，测量范围：100Nm-1kNm。

本发明为液压扭矩扳手与扭矩倍增器的校准提供科学可靠的校准手段，并为进一步制定液压扭矩扳手、扭矩倍增器等工具的校准规范制定提供理论与实践依据。常规的如果要实现液压扭矩扳手、扭矩倍增器、扭矩传感器、扭矩测量仪的检测校准，至少需要建立三套完全独立的装置系统，如果要覆盖较宽量程段则需建立装置更多。而本发明的建立，通过一台装置实现三种不同类型特点的扭矩工具宽量程段(100Nm-30000Nm)的检测校准功能，大大节省了投入成本。是一台具有高精度、多功能、高灵活性、高效率的装置。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (6)

1.一种多功能扭矩校准装置，其特征在于：所述装置包括基础底座(10)和三角形支撑结构；

所述三角形支撑结构包括第一组立柱(9)、第二组立柱(3)和第三组立柱(2)；

第一组立柱(9)安装在基础底座(10)的上端面上，包括呈正三角形平行分布的三根立柱，在第一组立柱(9)的中下部安装有工作台面(7)，第一组立柱(9)的顶端穿过工作台面(7)，在第一组立柱(9)的顶端安装有顶端固定台面(15)；

第三组立柱(2)包括两根平行立柱，第三组立柱(2)的底部安装在顶端固定台面(15)上，在第三组立柱(2)的顶端安装有丝杆固定台面(1)；

在第三组立柱(2)上滑动安装有升降上台面(17)，其在丝杆固定台面(1)与顶端固定台面(15)之间上下移动，在第一组立柱(9)上滑动安装有升降下台面(13)，其在顶端固定台面(15)与工作台面(7)之间上下移动；第二组立柱(3)穿过顶端固定台面(15)，将升降上台面(17)与升降下台面(13)固定连接到一起；

第二组立柱(3)包括呈正三角形平行分布的三根立柱；

在基础底座(10)上安装有标准传感器。

2.根据权利要求1所述的多功能扭矩校准装置，其特征在于：在升降下台面(13)的正中开有孔，在孔的上方固定有扭转施加伺服系统(14)，在孔的下方安装有标准输入扭矩传感器(5)，扭转施加伺服系统(14)的输出轴穿过孔与标准输入扭矩传感器(5)相连；所述扭转施加伺服系统(14)包括旋转用伺服电机及减速机。 

3.根据权利要求1所述的多功能扭矩校准装置，其特征在于：在顶端固定台面(15)上安装有螺旋升降伺服系统(16)，升降上台面(17)的中间开有螺纹孔，在螺纹孔中安装有与螺纹孔配合的升降丝杆(18)，其一端与螺旋升降伺服系统(16)的输出轴相连，另一端穿过所述螺纹孔后固定在丝杆固定台面(1)上；升降丝杆(18)旋转带动升降上台面(17)上下移动，进而通过第二组立柱(3)带动升降下台面(13)与升降上台面(17)实现同步的上下移动；螺旋升降伺服系统(16)包括升降用伺服电机及减速机。

4.根据权利要求1所述的多功能扭矩校准装置，其特征在于：所述标准传感器采用30kNm标准传感器(11)，在需要检测小量程段工具时，在30kNm标准传感器(11)的上端通过连接件安装有3kNm标准传感器(8)。

5.根据权利要求1所述的多功能扭矩校准装置，其特征在于：在所述工作台面(7)上开有一组T型槽，T型槽在工作台面上呈辐射状分布，在工作台面上加工有12个均匀分布的螺孔；

在工作台面(7)上安装有反作用挡块(12)，反作用挡块(12)上开有通孔、螺孔和通槽，螺栓穿过反作用挡块(12)上的通槽，与T型槽中的T型螺母连接，将反作用挡块(12)固定在工作台面(7)上。

6.根据权利要求5所述的多功能扭矩校准装置，其特征在于：当反作用力支点较高或反作用力较大时采用一组反作用挡块12组合使用。 

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