CN102639981B - 具有用于校准测力装置的设备的试验台 - Google Patents

Abstract

具有用于校准测力装置的设备的试验台。该试验台具有测力计(2)，所述测力计以能绕主轴线摆动的方式支撑并且杠杆臂(3)从测力计垂直地延伸。为校准联接到杠杆臂(3)的测力装置(4)，设置气压缸(7)作为基准力产生装置。基准力能够通过测力传感器(8)测量并且经由轭架(10)施加到杠杆臂(3)。待校准的测力装置(4)、气压缸(7)、测力传感器(8)和轭架(10)被布置于测力计(2)的同侧并且作用于同一杠杆臂(3)。

Description

具有用于校准测力装置的设备的试验台

技术领域

本发明涉及试验台的校准方法以及包括用于校准测力装置的设备的试验台。 

背景技术

在试验台中，例如车辆试验台、发动机试验台或者变速器试验台等试验台用在汽车工业中，并且借助于例如功能试验、对于机械载荷的耐久性试验以及损耗分析、排气分析、噪声分析或气候分析等来为研究和开发提供支持。试验台由此模拟不同环境或应用状态下的车辆操作或车辆部件的操作。待试验的车辆或车辆部件能够在试验台上与例如异步机、液力测功机或者涡流制动器等载荷装置联接。载荷装置模拟发动机在实际真实操作中操作时必须抵抗的载荷。 

除多种被测量的变量外，作用于车辆与载荷装置之间的扭矩具有特别的重要性。为此目的，载荷装置以能摆动的方式被支撑，使得车辆施加到载荷装置的扭矩必须被承载在以能摆动的方式被支撑的载荷装置的壳体上。杠杆臂被安装到载荷装置的壳体，并且在杠杆臂的外端设置测力装置以测量经由杠杆臂传递的力。以此方式，作用于载荷装置并且由此被车辆输出的扭矩能够通过所测量的力以及杠杆臂的长度确定，这里所述杠杆臂的长度为有效长度。 

由于对扭矩测量的精度要求高这一事实，必须时不时地校准测力装置。 

在辊式试验台的情况下，辊必须可自由转动以用于校准。于是，如有必要的话，特定的基准扭矩被施加到载荷装置或者载荷装置的壳体，以便进行特别是对测力装置的调节，其中该基准扭矩的值与试样扭矩传感器(杠杆臂和测力装置)测得的扭矩能相比。

基准扭矩必须以最大可能的精度被预先确定或预先选择。基于例如双杠杆原理并且在EP 1293765中描述的校准方法被证明对于该目的是有效的。在该方法中，在载荷装置(这里为测力计)的壳体上设置杠杆臂，在杠杆臂的端部配置待校准的测力装置。在载荷装置的所述壳体被设置为液压缸或气压缸的形式的情况下，与该杠杆臂相对，必须在所述载荷装置的壳体的另一侧将第二杠杆臂安装到所述壳体以用于进行校准。所述缸体向附加的杠杆臂施加力。所述力通过基准测压元件(load cell)确定。在载荷装置未被施加任何其他外部载荷的情况下，实际的测力装置必然因此而测得相应的值，该相应的值是杠杆比的函数。如果情况并非如此，则必须调节测力装置。 

从DE3331708A1已知一种扭矩测量装置，为用于控制或者校准的设备。其中，两个杠杆臂自电动测力计的壳体延伸。一个杠杆臂联接到扭矩测量装置，而另一个杠杆臂联接到调节螺栓和测力装置。通过旋转调节螺栓而施加力，产生由扭矩测量装置施加的与该力相反的复位力。调节螺栓施加的力通过测力装置测量，并且与通过扭矩测量装置测得的力能相比。 

在根据现有技术已知校准设备的情况下，在各情况下需要相当多的额外技术工作，例如附加的杠杆臂。此外，载荷装置可能由于不适当的力的引入而被提升离开其支架，由此校准结果会受到影响或者失真。 

发明内容

因此本发明的目的是具体说明一种试验台，该试验台包括用于校准测量装置的设备，在该情况下，使得技术工作最少并且仍能够获得改善的校准结果。 

根据本发明通过下述试验台来实现该目的。此外，具体说明了所述试验台的校准方法。 

具有用于校准测力装置的设备的试验台包括载荷装置，所述载荷装置以能绕主轴线摆动的方式被支撑并包括壳体，杠杆臂垂直于所述主轴线地延伸离开所述壳体。力传递装置联接到所述杠杆臂以用于传递力，所述力传递装置取向为与所述主轴线垂直并且与所述杠杆臂垂直，其中所述测力装置通过所述力传递装置联接到所述杠杆臂。所述试验台的特征在于用于产生基准力的基准力产生装置、联接到所述基准力产生装置用于测量相应的所产生的基准力的基准力测量装置和联接到所述杠杆臂用于将所述基准力传递到所述杠杆臂的基准力传递装置。 

因此，杠杆臂以已知方式垂直地延伸离开壳体。这并不必然意味着杠杆臂仅可以在垂直方向上延伸离开壳体。替代地，例如，这也意味着杠杆臂倾斜地延伸离开壳体。重要的仅在于杠杆臂的取向包括垂直地延伸离开轴线和壳体的延伸分量，以便由此获得关于主轴线有效的杠杆臂。 

载荷装置的主轴线与试验台的主轴线对应。 

杠杆臂经由力传递装置以已知方式支撑在测力装置上，从而测力装置能够测量杠杆臂施加的力。在已知力传递装置将力传送给力传递装置的位置并且由此也已知该位置距离主轴线的距离的情况下，杠杆臂的有效长度也是已知的。作用于载荷装置的扭矩能够根据所述有效长度和所测得的力精确地确定。 

在该方面中已知试验台的设计。 

与现有技术相反，在杠杆臂上另外设置仅朝向一侧取向的基准力传递装置，该基准力传递装置将基准力产生装置产生的基准力引导至杠杆臂。 

由此，基准力产生装置产生基准力，并且另外通过配置在力通量中的基准测力装置测量该基准力。所述基准力被引导至杠杆臂，使得所述力在不同位置处经由力传递装置被引导至测力装置。例如拉伸力测量装置的测力装置能够以如下方式校准：使得其考虑到相应的杠杆比率而显示出与基准测力装置测得的 基准力成比例的力测量值，例如拉伸力测量值。 

包括所述力传递装置的所述测力装置和包括所述基准力传递装置的所述基准力产生装置可以相对于所述主轴线被配置在所述壳体的同侧。这样，校准过程不需要另外的杠杆臂。替代地，校准装置(基准力产生装置、基准力测量装置和基准力传递装置)可以配置在测力装置附近。此外，能够避免载荷装置提升离开其转动中心或其支架。 

所述基准力产生装置可以包括气压缸单元或液压缸单元。基准力产生装置因此能够可选地在两个方向产生力。这样，能够简化、加速并自动化校准过程。不同的载荷循环和步骤能够例如通过非周期性地控制基准力产生装置而实现简化。例如测力链中的剩磁(零点磁滞)由此也能够被检测到并且能够被考虑到以响应调节。测量链能够以该方式优化。 

所述载荷装置可以是测力计，其中所述杠杆臂被固定到所述测力计的固定壳体并且在垂直于所述主轴线地延伸。在实践中，证明测力计作为载荷装置是高效的。杠杆臂也可以相对于固定壳体倾斜地延伸。重要的仅在于其包括垂直于主轴线并且由此垂直于固定壳体延伸的延伸分量。 

所述基准力传递装置可以配置于所述杠杆臂的外端。这样，杠杆臂的长度被完全利用并且提高了校准的精度。通常测量操作中必需的例如拉伸力传递装置的力传递装置以及测力装置则可以配置在杠杆臂的外端与载荷装置的固定壳体之间。 

在一个实施方式中，所述基准力传递装置包括轭架，所述轭架包围所述杠杆臂的所述外端。借助于轭架，可以可靠地传递基准力。此外，设置轭架使得高度精确地确定杠杆臂的有效长度并且由此高度精确地确定测量精度。 

为传递基准力，配对的刀口和刀口支承部在所述轭架和所 述杠杆臂之间在各情况下可以配置在所述杠杆臂的上方和下方。所述刀口在各情况下可以被设置于所述杠杆臂并且相对的所述刀口支承部可以被设置于所述轭架，或者所述刀口在各情况下可以被设置于所述轭架并且相对的所述刀口支承部可以被设置于所述杠杆臂。借助于轭架与杠杆臂之间的刀口和分配的刀口支承部，能够确保基准力仅通过刀口并且由此以线接触被传递到杠杆臂。这里刀口与主轴线平行地延伸。杠杆臂的有效长度能够以相应地精确的方式确定。 

所述轭架可以包括基本上方形的框架，所述框架包围所述杠杆臂的所述外端。“方形”框架的命名并不要求框架必须实际上恰好包括四个角部。替代地，方形框架应理解为包括上侧边和下侧边的框架，所述上侧边和下侧边通过两个侧向连接元件相互连接。原则上，这形成了一种方形，该方形当然还可以包括更多的角部或者圆化角部。 

在可选例中，薄片件的边缘在各情况下可以在所述框架的上侧边和/或下侧边被固定于所述框架，其中薄片件的位于所述框架的所述上侧边与所述下侧边之间的区域被固定到所述杠杆臂的端部。 

在该可选例情况中，不需要设置上述配对的刀口和刀口支承部。替代地，在这里所述示例的情况中基准力经由薄片件被传递。薄片件能够由塑料或金属构成。金属薄片具有高的拉伸强度而刚性较小。因此，薄片件适于将基准力作为拉伸力从轭架传递到杠杆臂。但是，当力反向作用时，则由于低的刚性或压缩强度而相应地不能被传递的压缩力现在将被施加到薄片件的先前被拉伸的部分。因此所述刚性应尽可能的低，以不会影响基准力。反过来，基准力则通过薄片件的其他相对的部分传递，该其他相对的部分能够传送拉伸力。 

响应于薄片件的安装，因此，薄片能够在不具有初始拉伸的任意情况下例如具有略微的隆起或波纹地被松弛地安装，以便确保在零点或零点附近的无机械加载状态。 

薄片件应尽可能地薄，从而能够精确地确定杠杆臂的有效长度。 

薄片件可以实施为单片的薄片件。在该情况下，所述薄片件的上边缘可以被夹持到所述框架的上侧边，并且所述薄片件的下边缘被夹持到所述框架的下侧边。所述薄片件的中间区域则可以被夹持到所述杠杆臂的前端。 

在另一个实施方式中，所述薄片件可以由两个分开的薄片件形成，其中所述两个分开的薄片件中的一个是上薄片件，该上薄片件被夹持在所述框架的上边缘和所述杠杆臂的前端之间，所述两个分开的薄片件中的另一个是下薄片件，该下薄片件被夹持在所述框架的下边缘和所述杠杆臂的前端之间。 

基本上必须基于组装的考虑来决定将薄片件实施为单片或者采用两个分离的薄片件。 

所述基准力产生装置可以经由补偿装置被支撑在联接到所述试验台的底座的支架上，其中所述补偿装置被实施为用于补偿对准误差和/或角度误差。借助于补偿装置，基准力产生装置的位置和取向能够以高的精度调节，从而产生准确地垂直作用于杠杆臂的基准力。 

在一个实施方式中，可以设置用于控制所述基准力产生装置的控制装置，其中当基准力增大时，能够响应于对期望的标称基准力的调节通过所述控制装置暂时实现比所述标称基准力大的力，或者当基准力减小时，能够暂时实现比所述标称基准力小的力。 

利用该措施，产生基准力时可以例如以克服载荷装置的支 撑中的静摩擦的方式产生过冲。控制装置产生超过实际期望标称基准力值的暂时过冲并且在过冲之后仅调节期望的基准力。 

在用于校准试验台中的测力装置的方法中，初始时必须设置包括上述特征的试验台。之后进行如下步骤： 

-通过所述基准力产生装置产生基准力， 

-通过所述基准测力装置测量所述基准力， 

-以实际力值的形式测量作用于所述测力装置的力， 

-确定由于测得的基准力以及有效杠杆比的原因而必然施加到所述测力装置的标称力值，以及 

-校准所述测力装置，使得所述测力装置测量的所述实际力值与所述标称力值能相比。 

在校准之后，如必要的话，可以进行测力装置和/或与测力装置连接的电路的调节。 

该方法特别地适于校准拉伸力测量装置并且可以实施为使得在产生基准力时，初始时实现所述基准力超过期望的基准力的过冲。 

所述基准力产生装置可以被控制为使得所述杠杆臂不加载来自所述基准力产生装置的力。这样能够实现杠杆臂的无机械加载状态，从而校准零点。 

附图说明

下面将借助于附图通过示例更为详细地限定本发明的这些和其它的优点和特征。 

图1以立体图示出包括校准装置的试验台的一部分； 

图2示出图1的部分放大图(image section)； 

图3示出包括杠杆臂的一个端部并且包括包围该端部的轭架的示意图； 

图4以立体图示出校准装置的可选例； 

图5示出图4的校准装置的局部截面图；以及 

图6示出校准装置的另一可选例。 

具体实施方式

图1和图2示出试验台的一部分。 

试验台包括底座1，所述底座1以非常大并且非常稳定的方式设计并包括多个钢梁或钢管。底座1包括支架1a，作为载荷装置的测力计(dynamometer)2以能绕支架1a的主轴线X摆动的方式被支撑于该支架1a。在图1中不能看到该摆动支撑，但根据现有技术是众所周知的。例如，通常以能摆动的方式支撑测力计并且由此通过安装到测力计的杠杆臂上的反作用力来确定作用于测力计的扭矩。 

在本示例中，远离固定壳体垂直于主轴线X地延伸的杠杆臂3也安装到测力计2的固定壳体。 

杠杆臂3被实施为硬到甚至在载荷作用下也尽可能小地变形。作为测力装置的呈S形弯曲臂形式的力传感器4在杠杆臂3下方被配置在杠杆臂3的大致中央。力传感器4被放置在上弹簧杆5与下弹簧杆6之间。上弹簧杆5用作力传递装置并且将力传感器4连接到杠杆臂3，而下弹簧杆6将力传感器4支撑在底座1上。 

借助于力传感器4，在通常的试验操作过程中能够精确地确定将杠杆臂3支撑在上弹簧杆5上的力。借助于所测得的力并通过杠杆臂3的有效长度(从主轴线X到上弹簧杆5联接到杠杆臂3的位置处测得)，能够确定通过未示出的试样(例如，车辆发动机)作用于测力计2的扭矩。 

包括力传感器4的测力链必须时不时地校准。为此目的，设置校准设备，该校准设备包括：作为基准力产生装置的气压缸7、 作为基准力测量装置的测力传感器8(例如，柱式扭转测力传感器)和用于将基准力引导至杠杆臂3的基准力传递装置9。 

借助于校准设备，能够将精确确定的基准力施加到杠杆臂3。相应的力必定因此而作为杠杆比(lever arm ratio)的函数作用于力传感器4。在力传感器4并未测量到该力而是不同的测量值的情况下，能够以简单的方式进行调节。在理想情况下，测力计2在校准过程中被卸载并且与试样分离，使得基准扭矩必须完全由力传感器4承载。 

气压缸7适于以高精度调节预定力并且保持该力稳定。当气压缸在两个方向即上下方向上作用时并且当其产生相应的力时是有利的。 

测力传感器8用于测量由气压缸7产生的基准力，该基准力经由基准力传递装置9引导至杠杆臂3。 

测力传感器8也可以通过不同的部件实现，例如通过S形弯曲臂。相应地，力传感器4也可以通过不同的部件实现，例如通过测力传感器。 

基准力传递装置9被实施为轭架(yoke)10的形式，该轭架包括基本上方形的框架，该框架包围杠杆臂3的一个端部。 

图3以基本图示示出轭架10关于杠杆臂3的该端部的设置。 

在杠杆臂3的该端部处，在各情况下上侧和下侧均配置刀口(knife edge)11。刀口支承部(knife edge support)12以位于与两个刀口11相对的位置的方式实施于轭架10。刀口支承部12在图3中被示为棱形凹陷。然而，例如它们还可以由扁平的小硬金属板或以不同的形式形成，从而与刀口11配合来确保相应力的准确传递。 

响应于轭架10由于气压缸7引起的作用而在竖直方向上的移位，一个刀口支承部12移动到分配给它的刀口11。这样沿着 刀口11产生了与图3的图面垂直延伸的线接触。刀口11沿着测力计2的主方向X延伸。 

气压缸7产生的力经由该线接触传递到杠杆臂3，其中杠杆臂3意图使测力计2在其摆动支撑中枢转。因此，能够由力传感器4测量的力被引导至力传感器4。 

响应于轭架10的由于气压缸7的反向作用而在反向上的移动，彼此相对设置的成对的刀口11和刀口支承部12接触。于是杠杆臂3在反向上被加载。 

图4和图5(剖视图)示出特别是轭架10的可选例。 

这里轭架10也被实施为方形框架13。然而，该方形框架13并不像图3中的可选例那样，其不包括刀锋状部。相反，轭架10或框架13由通过螺钉保持在一起的两个平面型半体13a和13b构成。 

弹性的柔性可拉伸金属薄片14插入两个半体13a与13b之间。如果塑性薄片具有足够的强度，则塑性薄片也能够用以替代金属薄片14。 

在相对的两侧，金属薄片14在半体13a与13b之间通过螺钉连接被夹持在顶部和底部。在中间区域，金属薄片14被紧固到杠杆臂3的前侧，由此将轭架10保持于杠杆臂3。将轭架10紧固到杠杆臂3通过薄片螺钉连接形成，其中安装到金属薄片14的夹持件15将金属薄片14连接到杠杆臂3的前侧。 

金属薄片14到杠杆臂3的该类型的紧固或者由于到杠杆臂3的该类型的力引导不会改变杠杆臂3的有效长度(该长度对于确定由有效基准力而引起的基准扭矩是重要的)，而这在图3所示的实施方式的情况下由于横向力作用是可能的。在图4和图5中所示的轭架中的力传递类型的情况下，被拉伸的薄片半体(上薄片半体14a或下薄片半体14b)通常参与力传递。在气压缸7 产生向下的拉伸力的情况下，下薄片半体14b将拉伸力传递到杠杆臂3；在气压缸7产生向上的压缩力情况下，在轭架10中上薄片半体14a传递气压缸7的向上取向的力。 

包括在扭矩计算中的杠杆臂3的有效长度由水平杠杆臂长度(从主轴线X到力引导位置的距离)加上薄片厚度的一半构成。该长度仅需要精确地确定一次；因为不会发生磨损，所以该长度不变。 

补偿装置16在图4的下部图中示出，也在图1和图2中示出。补偿装置16将气压缸7联接到试验台的底座1，以便支撑气压缸7。补偿装置16由此能够补偿对准误差和/或角度误差。 

为此目的，补偿装置16包括通过螺钉连接而相互联接的下板17和上板18。通过调节螺钉，能够补偿上述误差。 

图6示出可选例，在该可选例中，设置球接头19替代补偿装置16。球接头19也被设置为用于补偿对准误差或角度误差。 

Claims (15)

1.一种具有用于校准测力装置（4）的设备的试验台，所述试验台包括：

-载荷装置（2），所述载荷装置（2）以能绕主轴线（X）摆动的方式被支撑并包括壳体；

-杠杆臂（3），所述杠杆臂（3）垂直于所述主轴线（X）地延伸离开所述壳体；以及

-力传递装置（5），所述力传递装置（5）联接到所述杠杆臂（3）以用于传递力，所述力传递装置（5）取向为与所述主轴线（X）垂直并且与所述杠杆臂（3）垂直；

其中

-所述测力装置（4）通过所述力传递装置（5）联接到所述杠杆臂（3）；

所述试验台的特征在于，所述试验台还包括：

-基准力产生装置（7），用于在两个相反的方向产生基准力；

-基准力测量装置（8），联接到所述基准力产生装置（7），用于测量相应的所产生的基准力；和

-基准力传递装置（10），所述基准力传递装置（10）联接到所述杠杆臂（3），用于将所述基准力传递到所述杠杆臂（3）。

2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，

包括所述力传递装置（5）的所述测力装置（4）和包括所述基准力传递装置（10）的所述基准力产生装置（7）相对于所述主轴线被配置在所述壳体的同侧。

3.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于，

所述基准力产生装置（7）包括气压缸单元或液压缸单元。

4.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于，

-所述载荷装置（2）是测力计；并且

-所述杠杆臂（3）被固定到所述测力计的固定壳体并且垂直于所述主轴线（X）地延伸。

5.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于，

所述基准力传递装置（10）配置于所述杠杆臂（3）的外端。

6.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于，

所述基准力传递装置包括轭架（10），所述轭架（10）包围所述杠杆臂（3）的外端。

7.根据权利要求6所述的试验台，其特征在于，

-配对的刀口（11）和刀口支承部（12）在所述轭架（10）和所述杠杆臂（3）之间在各情况下配置在所述杠杆臂（3）的上方和下方以用于传递所述基准力；并且

-所述刀口（11）在各情况下被设置于所述杠杆臂（3）并且相对的所述刀口支承部（12）被设置于所述轭架（10），或者所述刀口（11）在各情况下被设置于所述轭架（10）并且相对的所述刀口支承部（12）被设置于所述杠杆臂（3）。

8.根据权利要求6所述的试验台，其特征在于，

-所述轭架（10）包括基本上方形的框架（13），所述框架包围所述杠杆臂（3）的所述外端；

-薄片件（14）的边缘在各情况下在所述框架（13）的上侧边和/或下侧边被固定于所述框架（13）；并且

-薄片件（14）的位于所述框架（13）的所述上侧边与所述下侧边之间的区域被固定到所述杠杆臂（3）的端部。

9.根据权利要求8所述的试验台，其特征在于，

-所述薄片件（14）的上边缘被夹持到所述框架（13）的上侧边，并且所述薄片件（14）的下边缘被夹持到所述框架（13）的下侧边；并且

-所述薄片件（14）的中间区域被夹持到所述杠杆臂（3）的前端。

10.根据权利要求8所述的试验台，其特征在于，

-所述薄片件（14）由两个分开的薄片件形成；

-所述两个分开的薄片件中的一个是上薄片件，该上薄片件被夹持在所述框架（13）的上边缘和所述杠杆臂（3）的前端之间；并且

-所述两个分开的薄片件中的另一个是下薄片件，该下薄片件被夹持在所述框架（13）的下边缘和所述杠杆臂（3）的前端之间。

11.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于，

所述基准力产生装置（7）经由补偿装置（16）被支撑在联接到所述试验台的底座（1）的支架上，其中所述补偿装置（16）被实施为用于补偿对准误差和/或角度误差。

12.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于，

-设置用于控制所述基准力产生装置（7）的控制装置；并且

-当基准力增大时，能够响应于对期望的标称基准力的调节通过所述控制装置暂时实现比所述标称基准力大的力，或者当基准力减小时，能够暂时实现比所述标称基准力小的力。

13.用于校准试验台中的测力装置（4）的方法，所述方法包括如下步骤：

-设置试验台，所述试验台包括：

+载荷装置（2），所述载荷装置（2）以能绕主轴线（X）摆动的方式被支撑，

+杠杆臂（3），所述杠杆臂（3）与所述载荷装置（2）的壳体垂直地延伸，

+测力装置（4），所述测力装置（4）联接到所述杠杆臂（3），

+基准力产生装置（7），所述基准力产生装置（7）与所述测力装置（4）配置于相对于所述载荷装置（2）的壳体的同侧，并且联接到所述杠杆臂（3），和

+基准力测量装置（8），所述基准力测量装置（8）在力通量中配置在所述基准力产生装置（7）与所述杠杆臂（3）之间，以用于测量相应的所产生的基准力；

-通过所述基准力产生装置（7）在两个相反的方向产生基准力；

-通过所述基准力测量装置（8）测量所述基准力；

-以实际力值的形式测量作用于所述测力装置（4）的力；

-确定由于测得的基准力以及有效杠杆比的原因而必然施加到所述测力装置（4）的标称力值；

-校准所述测力装置（4），使得所述测力装置（4）测量的所述实际力值与所述标称力值能相比。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，

-在产生基准力时，初始时实现所述基准力超过期望的基准力的过冲。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述基准力产生装置（7）被控制为使得所述杠杆臂（3）不加载来自所述基准力产生装置（7）的力。