CN103499407A - 一种扭矩转速检测装置 - Google Patents

Abstract

一种扭矩转速检测装置，包括与钻杆同轴连接的转盘，转盘下方设有固定底座，底座上以转盘中心为圆心的圆周上设有至少一个圆弧形滑槽，滑槽内活动安装有至少一个制动器，制动器座和底座之间沿滑槽中心圆弧的切线方向连接有拉压传感器，制动器包括制动器座、摩擦片、杠杆和油缸，上、下摩擦片分别设在转盘的上、下方，两根杠杆的一端通过复位装置连接摩擦片，两根杠杆的另一端通过油缸连接，杠杆铰接在制动器座上，油缸伸长使得杠杆顶压上、下摩擦片将转盘压紧，拉压传感器与转速传感器采集的信号转换成扭矩和转速数据输出到显示终端，本发明应用于旋挖钻机等钻机，可以检测钻杆及动力头的实时输出扭矩与转速，为动力系统匹配优化提供可靠依据。

Description

一种扭矩转速检测装置

技术领域

本发明涉及一种扭矩转速检测装置。

背景技术

目前旋挖钻机等钻机动力头扭矩检测基本为静态检测。如图7所示，钻杆1，臂杆10，销轴11，拉力传感器12。具体检测方法为：在钻杆1上垂直连接一根臂杆10，拉力传感器12通过销轴11与臂杆10铰接，并且垂直于钻杆1与臂杆10组成的平面，拉力传感器12另一端固定。检测时，从拉力传感器11读得传感器所受拉力F₁，再乘以臂杆长度L₁，则得到钻杆1的输出扭矩，也就是动力头的输出扭矩。但这种方法只能得到动力头静止（不旋转）时的扭矩，只能用于检测动力头的最大输出扭矩，不能测得动力头旋转时对应转速的输出扭矩，亦即不能测得动力头的扭矩-转速输出曲线。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种简单易行，既可检测动力头等动力输出装置的静态输出扭矩，又可检测动力头等动力输出装置的动态转速与扭矩，还可以通过数据处理从显示终端输出动力头的扭矩-转速输出曲线的扭矩转速检测装置。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种扭矩转速检测装置，包括与钻杆连接的转盘，所述转盘下方设有底座，所述转盘可随钻杆同轴旋转，所述底座为固定连接不旋转，所述底座上安装有至少一个制动器，所述制动器包括制动器座、摩擦片组件、杠杆和油缸，所述制动器座活动安装在所述底座上，所述制动器座与拉压传感器的一端连接，所述拉压传感器的另一端与所述底座连接，所述摩擦片组件包括上摩擦片、下摩擦片和复位装置，所述上摩擦片和下摩擦片分别设置在所述转盘的上方和下方，所述上摩擦片和下摩擦片通过复位装置分别安装在一根杠杆的一端，所述两根杠杆的另一端通过油缸连接，杠杆的中部通过支架安装在所述制动器座上，所述油缸伸长使得所述杠杆通过所述复位装置顶压上、下摩擦片将所述转盘压紧。

所述底座上安装有检测所述转盘转速的转速传感器。

所述底座上设有圆弧形滑槽，所述制动器座通过销轴活动安装在所述底座的所述圆弧形滑槽内，所述拉压传感器沿所述底座圆弧形滑槽中心圆弧的切线方向安装，所述圆弧形滑槽开设在以所述转盘旋转轴心为中心的所述底座的圆周上，并且所述滑槽圆弧与所述圆周同心，使得所述制动器活动安装在以所述转盘旋转轴心为中心的圆周上。

所述拉压传感器一端与所述底座铰接，另一端与所述制动器座通过所述制动器座下方的销轴铰接，使得所述销轴在所述拉压传感器的弹性变形范围内在所述底座滑槽内滑动。

还包括显示终端，所述拉压传感器与所述转速传感器采集的信号经过处理和换算转换成扭矩和转速数据输出到显示终端。

所述复位装置包括连接轴和复位弹簧，所述连接轴与所述复位弹簧同轴安装并且设置在所述摩擦片和所述杠杆之间。

所述油缸通过液压泵站控制。

由于采用上述结构，本发明具有如下优点：

1、本装置通过改变制动器对转盘的正压力来调节制动器对转盘的摩擦制动力，而在底座上以转盘轴线为中心的圆周上开设的圆弧形滑槽内安装制动器，来保证制动器对转盘的摩擦制动力臂恒定，并且设置连接底座与制动器的拉压传感器沿圆弧形滑槽中心圆弧的切线方向布置来测量制动摩擦力，从而可以测得与转盘同轴连接的动力头的实时扭矩。

2、本装置在底座上安装有转速传感器，可以检测转盘的实时转速，也就是动力头的实时转速，结合测得的实时扭矩经过数据处理输出到显示终端得到动力头的扭矩-转速输出曲线。

3、本装置通过液压泵站调节制动器油缸行程，通过杠杠、复位装置等传动装置来压紧或松开转盘，操作方便可靠。

4、本装置通过液压泵站无极调节制动器油缸的压力，来模拟不同钻进阻力的工况，既包括动力头完全制动（卡死）的工况，也包括在不同钻进阻力下钻进的工况，可以测量出动力头全工况工作过程的实时扭矩-转速数据。

5、本装置采集拉压传感器与转速传感器的数据，经过数据处理，最终输出到显示终端上，从而方便直观检测和分析数据。

综上所述，本发明通过控制制动正压力来改变制动摩擦力从而模拟钻机钻进的实际工况，通过测量恒定力臂的摩擦制动力来测得钻机钻进的实时输出扭矩，同时测量钻机钻进的转速，既可检测钻机动力头最大输出扭矩，也可检测任意转速下钻机动力头的输出扭矩与转速，应用于旋挖钻机等钻机的检测中，为钻机检测与动力系统匹配优化提供可靠依据。

附图说明

图1是本发明的整体结构的剖面图；

图2是本发明的俯视图；

图3是图2A-A处的剖视图；

图4是图2的局部放大图；

图5是图1的局部放大图；

图6为图5的局部放大图；

图7（a）是现有检测装置的结构示意图。

图7（b）是图7（a）的俯视图。

附图1-6中，1、钻杆，2、显示终端，3、转盘，4、制动器，5、底座，6、转速传感器，7、拉压传感器，8、第一销轴，9、第二销轴,40、滑槽，41、摩擦片组件，42、第三销轴，43、制动器座，44、杠杆，45、第四销轴，46、油缸，47、复位装置,48、第五销轴。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

如图1至6所示，本装置设有与钻杆1刚接的转盘3，所述转盘3下方同轴安装有固定底座5，所述底座5上活动安装有至少一个制动器4，如图1中所述，本例中制动器4为八个，所述制动器4由制动器座43、复位装置47、摩擦片组件41、杠杆44和油缸46构成，所述制动器座43通过第二销轴9和第五销轴48活动安装在所述底座5的圆弧形滑槽40内，所述圆弧形滑槽40开设在以所述转盘3旋转轴心为中心的底座5上的某个半径的圆周上（这里的半径选择视制动器座43的大小而定），并且所述滑槽圆弧40与所述圆周同心，使得所述制动器4活动安装于以所述转盘3旋转轴心为中心的某个半径不变的圆周上，从而制动器4可以通过第二销轴9和第五销轴48在底座5的圆弧形滑槽40内绕转盘3旋转轴心移动一定的距离（这个距离被拉压传感器7限制），所述制动器座43和所述底座5之间连接有拉压传感器7，所述拉压传感器一端与所述底座5通过第一销轴8铰接，另一端与所述制动器座43通过第二销轴9铰接，第二销轴9在所述拉压传感器的弹性变形范围内在所述底座滑槽内滑动，而所述拉压传感器7沿所述圆弧形滑槽40中心圆弧切线布置，所述拉压传感器7的弹性拉伸量相对于圆弧形滑槽40中心圆弧的半径微小可忽略，从而使得所述拉压传感器7测得的制动器座43与底座5之间的拉力始终为滑槽40中心圆弧的切向拉力，所述制动器4对所述转盘3的切向摩擦力由所述拉压传感器7感应出信号传递给液压泵站，液压泵站再控制所述油缸46压力大小，从而改变上、下摩擦片对所述转盘正压力，制动器4对转盘3的切向摩擦力也相应改变，从而使得所述拉压传感器7与所述转速传感器6测得相应数据，本装置上还设有显示终端2，所述拉压传感器7与转速传感器6采集的信号经过处理和换算转换成扭矩和转速数据输出到显示终端2上。

所述摩擦片组件41固定在复位装置的连接轴471上，所述连接轴471与所述复位弹簧472同轴安装，带动所述摩擦片组件41上下移动，以保证所述摩擦片组件41在非夹紧状态时与所述转盘3脱开，所述油缸46由液压泵站供油控制其伸缩，带动与所述油缸46铰接的所述杠杆44移动，推动或松开所述连接轴471，使所述复位弹簧472受压或松开，从而带动上、下方的所述摩擦片组件41夹紧或松开所述转盘3，所述摩擦片组件41夹紧所述转盘3时，若所述液压泵站供给所述油缸46的油压力足以完全克服所述钻杆1—转盘3的驱动力矩时，钻杆1-转盘静止，此时所述摩擦片完全制动所述转盘3，从而测得静态最大扭矩，否则，所述钻杆1—转盘3克服阻力旋转，从而测得动态扭矩。所述两根杠杆44之间可设有拉簧，在所述油缸泄油缩回时带动所述杠杆44回位；或者，所述两根杠杆44之间不设拉簧，由所述液压泵站供油控制所述油缸47缩回带动所述杠杆44回位。

本示例中，制动器4数量为8个，制动器4回位由液压泵站控制油缸46缩回实现而取消拉簧。实际应用时，根据需要，制动器4数量可以为一个或多个，可设有带动制动器4回位的拉簧45。底座5上设有滑槽40，制动器座43通过第二销轴9和第五销轴48活动安装在底座5的滑槽40内。杠杆44通过第三销轴42铰接于制动器座43上，油缸46通过第四销轴45与杠杆44铰接，摩擦片组件41可沿制动器座43的圆柱导向孔上下滑动。

工作原理：

动力头通过钻杆1带动转盘3旋转。制动器4的油缸46伸长，当油缸46的压紧力矩大于复位弹簧472的松开力矩时，杠杆44压紧摩擦片组件41，摩擦片组件41夹紧转盘3产生摩擦力,制动器座43通过第二销轴9和第五销轴48在底座5的滑槽40内有随转盘3旋转的趋势，但一端固定在底座5上的拉压传感器7沿滑槽40中心圆切线方向产生拉力阻止制动器3的旋转运动，因而沿滑槽40中心圆的摩擦力大小F由拉压传感器7测出。根据能量守恒原理，摩擦力F乘以力臂（等于滑槽40中心圆半径L）与动力头提供的扭力大小相等，方向相反。因此，动力头实时输出扭矩即为力F乘以力臂L。通过液压泵站调节油缸46压力，相当于调节转盘3与摩擦片组件41这对摩擦副的正压力，改变摩擦力F的大小，从而模拟不同钻进阻力的工况，并测得不同的动力头输出扭矩。若摩擦力F足以完全克服所述动力头的驱动力矩时，制动器4完全制动，拉压传感器7测出所述动力头的最大输出扭矩；否则，所述动力头-转盘克服阻力矩旋转，拉压传感器7测出动力头的动态输出扭矩。在底座5上安装有转速传感器6，可以检测转盘3的实时转速，也就是动力头的实时转速。采集拉压传感器7与转速传感器6的数据，经过数据处理，最终输出到显示终端上，得到动力头的实时输出转速与扭矩，并可得到动力头的扭矩-转速输出曲线。

操作步骤如下：

1.按图1、图2安装该检测装置。通过操控液压泵站使油缸46缩回，在复位弹簧49的作用下，摩擦片组件41与转盘3处于脱开状态，转盘3可自由旋转。

2.启动动力头，带动钻杆1与转盘3旋转。

3.操控液压泵站向油缸46通入液压油使油缸46伸长，油缸46作用力通过杠杆44作用于摩擦片组件41上。调节液压油压力，可以改变摩擦片组件41对转盘3的正压力，从而改变摩擦阻力。摩擦阻力通过拉压传感器7测出。

4.转速传感器6安装于底座5上，可以检测转盘3的转速，也就是动力头的转速。

5.显示终端处理拉压传感器7及转速传感器6采集的信号，输出所测动力头的实时输出转速与扭矩，并得到动力头的扭矩-转速输出曲线。

Claims (7)

1.一种扭矩转速检测装置，其特征在于：包括与钻杆连接的转盘，所述转盘下方设有底座，所述转盘可随钻杆同轴旋转，所述底座为固定连接不旋转，所述底座上安装有至少一个制动器，所述制动器包括制动器座、摩擦片组件、杠杆和油缸，所述制动器座活动安装在所述底座上，所述制动器座与拉压传感器的一端连接，所述拉压传感器的另一端与所述底座连接，所述摩擦片组件包括上摩擦片、下摩擦片和复位装置，所述上摩擦片和下摩擦片分别设置在所述转盘的上方和下方，所述上摩擦片和下摩擦片通过复位装置分别安装在一根杠杆的一端，所述两根杠杆的另一端通过油缸连接，杠杆的中部通过支架安装在所述制动器座上，所述油缸伸长使得所述杠杆通过所述复位装置顶压上、下摩擦片将所述转盘压紧。

2.根据权利要求1所述的扭矩转速检测装置，其特征在于：所述底座上安装有检测所述转盘转速的转速传感器。

3.根据权利要求1或2所述的扭矩转速检测装置，其特征在于：所述底座上设有圆弧形滑槽，所述制动器座通过销轴活动安装在所述底座的所述圆弧形滑槽内，所述拉压传感器沿所述底座圆弧形滑槽中心圆弧的切线方向安装，所述圆弧形滑槽开设在以所述转盘旋转轴心为中心的所述底座的圆周上，并且所述滑槽圆弧与所述圆周同心，使得所述制动器活动安装在以所述转盘旋转轴心为中心的圆周上。

4.根据权利要求1或2所述的扭矩转速检测装置，其特征在于：所述拉压传感器一端与所述底座铰接，另一端与所述制动器座通过所述制动器座下方的销轴铰接，使得所述销轴在所述拉压传感器的弹性变形范围内在所述底座滑槽内滑动。

5.根据权利要求2所述的扭矩转速检测装置，其特征在于：还包括显示终端，所述拉压传感器与所述转速传感器采集的信号经过处理和换算转换成扭矩和转速数据输出到显示终端。

6.根据权利要求1所述的扭矩转速检测装置，其特征在于：所述复位装置包括连接轴和复位弹簧，所述连接轴与所述复位弹簧同轴安装并且设置在所述摩擦片和所述杠杆之间。

7.根据权利要求1所述的扭矩转速检测装置，其特征在于：所述油缸通过液压泵站控制。

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