CN102322994B - 一种炉排减速器的转矩测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炉排减速器的转矩测量方法。用一对测力传感器组成特制的转矩测量钳，装在炉排减速器的输出轴上，以转矩平衡法测量减速器的负载转矩。位于转动部件上的传感器供电及输出信号传送虽采用传统的滑环/电刷解决，但信号采取两线制恒流源方式传输，可把两个传感器的电源线和信号线总数减少到三根，从而最大限度减少滑环和电刷的数目，简化结构，并可消除电刷接触电阻変化对测量精度的影响。在电磁加载器中，采用攺変激磁、回路电阻及外注电流三种方法，可平滑、准确地调节负载转矩，满足从高速到低速、直到静止状态的测量要求。

Description

一种炉排减速器的转矩测量方法

技术领域：

本发明属于动力测试领域，涉及链条锅炉炉排减速器等一类大转矩的动态测量方法。 

背景技术：

长期以来，链条锅炉的炉排需要多大的牵引力一直凭经验估计，缺乏定量的依据。为提高炉排减速器的机械设计水平，分析减速器的承载能力，准确标定超载保护装置的动作点，保证炉排及炉排减速器的安全运行，并测试各类调速器及电机在不同转速下的负载能力，为变频器及电动机选型提供依据，迫切需要解决大转矩的动态测量问题。 

目前常用的转矩测量仪大多利用弹性轴在传递转矩时产生的机械变形，用电阻应变片等方法测量轴的变形，再算出被测转矩，转矩M是力F和力臂L的乘积。；对需要在转动状态下测量的场合，为觧决测量信号从运动部件引出的问题，常利用传动轴的扭转变形，测量传动轴两端对应点的位移，在转动状态下该位移转化为通过某些特点静止点的时间差或相位差，采用电磁感应或光学等方法，用静止传感器在轴外进行测量。至于转矩的加载方式，大多使用机械摩擦盘，通过改变动盘与静盘间的压紧力，改变摩擦力的大小，调节负载阻力矩。 

由于炉排减速器的结构及使用特点，其转矩的量级高(几十万 牛·米)、空间狭小、对轴的刚度要求高，不允许轴有显著的变形，使上述基于传动轴扭转变形的测量方法难以采用。此外，常见的机械摩擦加载方式，由于摩擦状态不稳定，负载转矩很难平滑调节。 

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种新的转矩测量方法。用一对测力传感器组成特制的转矩测量钳，可以直接装在炉排减速器的输出轴上，以转矩平衡法测量减速器的负载转矩。其位于转动部件上的测力传感噐的供电及信号传送，采用滑环/电刷来解决，为克服电刷接触电阻変化的影响，信号以两线式恒流源方式传输。 

本发明的技术方案是，采用转矩测量钳，按照如下步骤： 

(1)用两个传感器组成转矩测量钳，在测量钳两端噛合中面上各装一个测力传感器，用它们测得的力F_A、F_B分别乘以力臂R，相加得总转矩M＝M_A+M_B＝(F_A+F_B)R； 

(2)传感信号调理电路采用两线制输出方式，将电源线与信号线合而为一，两根导线既作为供电线，又作为信号线，把两个传感器的电源线和信号线总数减少到三根，最大限度减少了作为引出线用的滑环与电刷的数量，简化了结构； 

(3)采用恒电流源的信号传输方式，可克服传输途径上滑环/电刷间接触电阻变化及电磁干扰引起的误差，保证转矩的测量精度； 

(4)用发电机组成电磁加载装置，通过调节发电机激磁电流和电枢回路负载电阻实现平滑、准确、稳定的负载调节； 

(5)采用在发电机电枢回路中注入外加电流的加载方法，自由调节电枢电流的大小，与激磁线圈建立的磁场作用，产生电磁阻力，实现减速器在静止及极低速状态下的转矩测量。 

所述转矩测量钳包括两个钳臂、测力传感器A、测力传感器B、输入轴和输出轴；所述两个钳臂交叉设置，在两个钳臂交叉处设置相互对接的输入轴和输出轴；所述钳臂的一端设置测力传感器A，钳臂的另一端设置测力传感器B；在其中一个测力传感器上设置调整螺钉，可使两个测力传感器的受力大致相同。 

所述电磁加载装置包括发电机、升速齿轮、激磁电流调节电路、外注电流调节电路、重载、轻载和负载开关；所述发电机通过升速齿轮与转矩测量头连接；所述转矩测量头是测力传感器A或测力传感器B。 

本发明中在使用电磁加载噐中，除使用攺変发电机激磁电流及电枢回路电阻的负载调节方法外，还采取外注电流的方法，可满足从高速到低速，直到静止状态的转矩平滑调节的要求。 

附图说明：

图1为本发明的双传感器转矩测量钳的结构； 

图2为本发明的转矩测量电路原理图； 

图3为本发明的动态转矩测量系统的原理图； 

其中：1为钳臂；2为测力传感器A；3为测力传感器B；4为输入轴；5为输出轴；6为调整螺钉。 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述： 

参见图1-3，本发明中的双传感器转矩测量钳的结构如图1所示，主要由一对同轴的转矩传动副组成，其输入轴通过联轴器与炉排减速器输出轴相连，其输出轴与负载相连。在测量钳两端噛合面上各装一个高精度的电阻应变式测力传感器(也可是其它原理)，若它们测得的力分别为F_A、F_B，因它们离转轴中心距离相等，即力臂R_A＝R_B＝R，故总转矩M＝M_A+M_B＝(F_A+F_B)R. 

位于转动部件上的测力传感噐的供电及信号传输，本发明采取滑环/电刷方式解决，并使用两线制输出原理，将电源线与信号线合为一体，以两根导线既作为供电线，又作为信号线，可把两个传感器的电源线和信号线总数减少到三根，从而可以最大限度减少滑环和电刷的数目，简化结构，方便使用和维护。在此基础上，采用恒电流源的信号传输方式，使信号不受传输途径上线路电阻(包括滑环/电刷接触电阻)变化的影响，保证转矩的高精度测量。 

总转矩测量电路的原理方框图如图2所示。两个测力传感器分别将力F_A、F_B转变为应变片桥路电阻变化，再经信号调理电路，进行量程变换，转化为4-20mA直流电流信号，依靠信号调理电路内强烈的电流负反馈，可保证该信号电流不受外部线路电阻变化的影响。这两路信号在乘法器中与代表力臂R的信号相乘，便可得到两个转矩信号M_A、M_B。如果这两个转矩因安装不对称相差很大，可以通过测量头上的调整螺丝调整到大致相等。把M_A、M_B相加，由加法器可得到总转矩M＝M_A+M_B＝(F_A+F_B)R。 

图3是本发明的动态转矩测量系统组成原理图，为实现从静止到不同转速下的动态转矩测试，其调速驱动源可使用交流变频、滑差，或直流调速电动机，它为被测炉排减速器提供宽范围的变速驱动。 

在减速器的输出轴上安装特制的“转矩测量头”，转矩测量头的输出轴经升速歯轮箱带动电磁加载器，后者是一个直流发电机，其电枢负载电阻可通过开关分级调整(轻载、重载)，而磁场强度则可通过可控硅从0-220V作连续调节，从而实现电磁阻力的大范围平滑调节。针对低速测试时，发电机的输出电压很低，无论负载电阻怎样减小，仍难以产生足够的负载转矩，为满足低速时的加载要求，本发明采用从外部注入直流电流的方法，在电枢回路中强制建立足够的电枢电流，使其与磁场作用，获得所需的负载转矩。 

调节外部注入直流电流的方法如图3所示，可使用自耦变压器进行连续调节后，经降压变压器降压，整流、滤波后，串入电枢电路来实现。 

上述电磁加载方法可彻底消除以往用摩擦片加载时常见的冲击、涩滞及负载随时间变化的缺点，为转矩试验提供平滑、准确、稳定的加载条件。 

转矩测试台的转矩测试范围决定于测力传感器的量程及力臂长度。例如，当选用的测力传感器满量程为20t、力臂R＝0.5米时，最大可测200000牛顿·米的转矩，可以满足各种吨位的锅炉炉排减速器转矩测量需要。 

测试系统除可实时显示转矩、转速外，这可配置记录仪表，记 录减速器在加载、卸载及连续运行中的转矩变化曲线。 

以上内容是结合炉排减速器转矩测量实例对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在不脱离本发明构思的范畴内，所作的简单推演或替换，应当视为属于本发明提交的权利要求书确定的专利保护范围。 

Claims (3)

1.一种炉排减速器的转矩测量方法，其特征在于：

（1）用两个传感器组成转矩测量钳，转矩测量钳的输入轴通过联轴器与减速器输出轴相连，其输出轴与负载相连；在测量钳两端噛合面上各装一个测力传感器，用它们测得的力F_A、F_B分别乘以力臂R，相加得总转矩M=M_A+M_B=（F_A+F_B）R；

（2）传感信号调理电路采用两线制输出方式，将电源线与信号线合而为一，两根导线既作为供电线，又作为信号线，把两个传感器的电源线和信号线总数减少到三根；

（3）在传感器的信号传输上采用恒电流源的信号传输方式，保证转矩的测量精度；

（4）用发电机组成电磁加载装置，通过调节发电机激磁电流和电枢回路负载电阻实现平滑、准确、稳定的负载调节；

（5）采用在发电机电枢回路中注入外加电流的加载方法，自由调节电枢电流的大小，与激磁线圈建立的磁场作用，产生电磁阻力，实现减速器在静止及极低速状态下的转矩测量。

2.如权利要求1所述炉排减速器的转矩测量方法，其特征在于：所述转矩测量钳包括两个钳臂、压力传感器A、压力传感器B、输入轴和输出轴；所述两个钳臂交叉设置，在两个钳臂交叉处设置相互对接的输入轴和输出轴；所述钳臂的一端设置测力传感器A，钳臂的另一端设置测力传感器B；在其中一个测力传感器上设置调整螺钉，使两个测力传感器的受力大致相同。

3.如权利要求1所述炉排减速器的转矩测量方法，其特征在于：所述电磁加载装置包括发电机、升速齿轮、激磁电流调节电路、外注电流调节电路和负载电阻切換开关；所述发电机通过升速齿轮与转矩测量头连接；所述转矩测量头由一对转矩钳臂及测力传感器A、测力传感器B、输入轴及输出轴组成。

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