CN104359614B - 超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，具有一个用于平衡标准力臂的平衡力臂，二个用于调平标准力臂的标准砝码，标准力臂两侧各通过一个转动副连接一个挂钩，在调平标准力臂过程中，位于标准力臂一侧的标准砝码与挂钩相连接，另一侧标准砝码与挂钩脱开，且挂钩与标准砝码重心位置位于同一垂直线上；平衡力臂两侧各通过转动副连接一个拉杆，标准力臂与平衡力臂之间通过连杆连接。本发明解决了超大扭矩标准力臂调平问题，拉杆升降速度可自动根据现场工作状态进行实施调整，既避免了速度过快而产生的过冲现象，又提高了工作效率。本发明可以实现单次工装双向测量的功能，提高工作效率，节省劳动力成本。

Description

超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构

技术领域

本发明涉及一种计量检测、扭矩检测校准、扭矩测试装置，具体涉及一种超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构。

背景技术

超大型扭矩标准机是一种高精度扭矩计量设备。这类设备通常是由标准砝码和标准力臂组成。使用时，标准砝码挂在标准力臂上，同时将标准力臂调整到水平位置，砝码受重力影响自然下垂，如此砝码的质量与力臂的长度乘积形成一个标准扭矩值，施加于被测传感器上，可对被测扭矩传感器进行计量。因而标准力臂的调平对于超大型刀口式扭矩标准机相当重要，影响到其计量精度。在常规量程扭矩标准机中，常使用电机调平技术或人力调平技术。然而，由于超大型刀口式扭矩标准机所使用的标准砝码和标准力臂质量及其庞大，传统的电机调平技术或人力调平技术都无法满足超大扭矩的要求。

为此，需要一种独特的平衡力臂拉杆联动升降控制机构有效的解决超大扭矩标准力臂平衡调节问题。此外，该机构的拉杆升降速度可自动根据现场工作状态进行实施调整，可避免速度过快而产生的过冲现象，又能提高工作效率。另外，采用创新的升降拉杆与平衡力臂梁不脱离方式，避免频繁更换平衡力臂左右拉杆连接环节，提高工作效率并保障安全性。

除上述问题外，传感器通常需要顺时针和逆时针两个方向分别测试。在超大型刀口式扭矩标准机使用过程中，扭矩传感器因其体积庞大，重量沉重，拆装及其不便。本发明专利可以实现单次工装双向测量的功能，提高工作效率，节省劳动力成本。

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，提供一种超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，用于解决超大扭矩标准力臂调平问题；此外，本发明所设计的拉杆升降速度可自动根据现场工作状态进行实施调整，既避免了速度过快而产生的过冲现象，又提高了工作效率；另外，本发明采用创新的升降拉杆与平衡力臂梁不脱离方式，避免了频繁更换平衡力臂左右拉杆连接环节，提高工作效率并保障安全性；同时，本发明可以实现单次工装双向测量的功能，提高工作效率，节省劳动力成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，具有一个用于平衡标准力臂的平衡力臂，二个用于调平标准力臂的标准砝码，标准力臂两侧各通过一个转动副连接一个挂钩，在调平标准力臂过程中，位于标准力臂一侧的标准砝码与挂钩相连接，另一侧标准砝码与挂钩脱开，且挂钩与标准砝码重心位置位于同一垂直线上；平衡力臂两侧各通过转动副连接一个拉杆，标准力臂与平衡力臂之间通过连杆连接。

初始状态时，标准力臂与平衡力臂处于同一水平面，且互相平行，标准力臂和平衡力臂各通过一个转动副与一个支承座连接。

转动副为轴承或刀口式支撑装置或者挠性支撑装置。连杆中间串联被测扭矩传感器。拉杆下端通过一个球面轴承与减速电机相连接，用于实现万向转动连接。拉杆与平衡力臂的连接处通过腰孔与销结构，形成10mm的自由间隙。

拉杆由二根丝杆和一个内螺纹套管组成，底部丝杆与减速电机连接，顶部丝杆与销轴连接，并可上下微量移动，底部丝杆的旋转可控制两根丝杆之间的距离。

平衡力臂底部、位于销轴处装有高精度位移传感器，用于实时检测拉杆的销轴在腰孔中的位置变化，来控制协调两侧的拉杆同步运动。

平衡力臂顶部、位于销轴的上端装有力传感器，用于检测拉杆与平衡力臂之间的受力关系，保护系统，防止过载。

标准力臂下面设有监控系统，监控系统内置有压力传感器，压力传感器用于限制标准力臂3倾斜角度，同时反馈检测信号给监控系统用于控制拉杆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，解决了超大扭矩标准力臂调平问题。此外，该机构的拉杆升降速度可自动根据现场工作状态进行实施调整，既避免了速度过快而产生的过冲现象，又提高了工作效率。另外，该机构采用了创新的升降拉杆与平衡力臂梁不脱离方式，避免了频繁更换平衡力臂左右拉杆连接环节，提高工作效率并保障安全性。同时，本发明可以实现单次工装双向测量的功能，提高工作效率，节省劳动力成本。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图；

图2 是本发明的拉杆结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构可解决超大扭矩标准力臂调平问题。此外，本发明设计的拉杆升降速度可自动根据现场工作状态进行实施调整，既避免了速度过快而产生的过冲现象，又提高了工作效率。另外，本专利设计采用了创新的升降拉杆与平衡力臂梁不脱离方式，避免了频繁更换平衡力臂左右拉杆连接环节，提高工作效率并保障安全性。同时，本发明专利可以实现单次工装双向测量的功能，提高工作效率，节省劳动力成本。

本发明的具体实施方法如下：

如图1所示，一种超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，包括:标准砝码1，挂钩2，标准力臂3，支承座4，连杆5，加速电机6，球面轴承7，拉杆8，平衡力臂9，监控系统10。

其中，标准砝码1，挂钩2，支承座4，加速电机6，球面轴承7，拉杆8，监控系统10共有2套，左右对称。

在使用过程中，一侧标准砝码1与挂钩2相连接，另一侧标准砝码1与挂钩2脱开。挂钩2与标准砝码1重心位置位于同一垂直线上。

挂钩1位于标准力臂3两侧，与标准力臂3通过转动副连接。转动副可以是轴承，也可以是刀口式支撑装置。

连杆5一端与标准力臂3固定连接另一端与平衡力臂9固定连接，相互间不可转动或移动。连杆5中间可串联被测扭矩传感器。

初始状态时，标准力臂3与平衡力臂9处于同一水平面，且互相平行。标准力臂3和平衡力臂9分别通过转动副与两个支承座4连接。转动副可以是轴承，也可以是刀口式支撑装置或者挠性支撑装置。

工作状态时，标准力臂3一端挂有标准砝码1，因标准砝码1重力影响标准力臂3向一侧倾斜。同时对平衡力臂9另一侧施加拉力，用以平衡砝码重力影响，迫使标准力臂3回到水平位置。此时连杆受到一个由标准砝码质量和标准力臂长度组成的标准扭矩，由此可对串联在连杆上的传感器进行计量。

拉杆8位于平衡力臂9两侧，通过转动副连接。拉杆本身可伸长或缩短。以满足横梁倾斜后的距离变化需求。

如图2所示，拉杆8由二根丝杆和一个内螺纹套管15组成。底部丝杆16与减速电机连接，受减速电机控制可旋转，顶部丝杆14与平衡力臂的销轴12连接，可上下微量移动，但不可旋转。底部丝杆16的旋转可控制两根丝杆之间的距离。从而根据需求，实现拉杆长度的变长和缩短。

拉杆8下端通过一个球面轴承7与减速电机相连接，可实现万向转动连接。由此可避免由于平衡力臂倾斜而造成的拉杆水平位置偏移，与减速电机错位的问题。

拉杆8与平衡力臂9的连接处通过腰孔与销结构，形成10mm的自由间隙。

高精度位移传感器13通过螺纹连接穿过平衡力臂底部，位于拉杆销轴12的下端。通过实时检测销轴在腰孔中的位置变化，以此来控制协调两侧的平衡拉杆同步运动。当一侧的拉杆下降动作时，另一侧的拉杆必须实时跟踪进行上升动作。

力传感器11通过螺纹连接穿过平衡力臂顶部，位于拉杆销轴12的上端。通过检测拉杆与平衡力臂之间的受力关系，保护系统，防止过载。

监控系统10位于标准力臂3之下，内置压力传感器，限制标准力臂3倾斜角度，同时反馈信息用于拉杆控制。

本发明的平衡力臂比标准力臂长度长，尽可能的加长力臂来减小伺服电控系统的电机输出扭矩，同时兼顾考虑了装置整体的布局位置尺寸。平衡力臂设计可转动±20º。

由于扭矩的正反平衡特性，为了使标准力臂能够恢复水平位置，就必须在平衡力臂上施加一个同样大小且方向相反的力矩形成一对力偶，才能实现恢复标准力臂水平位置的功能。因此，平衡力臂两侧均必须有一套拉升减速机构。通过配置不同方向的砝码，可以实现双向测量。

当被校扭矩传感器在超大型扭矩标准机上进行计量标定过程中，标准扭矩值的逐步加载一般分为两个阶段，首先是按要求完成砝码悬挂动作。而后，装置的平衡力臂开始按程序控制反向加载力矩，直至将失去平衡的标准力臂恢复至水平位置之后，砝码力才是真正的完全有效的加载至了标准力臂上，最终由标准力臂系统与平衡力臂系统的共同作用产生标准扭矩值。

在工作的第一阶段砝码加载过程时，由于需要考虑砝码在加载过程中必然会产生微小的整体晃动，为了能最大限度的减少砝码晃动量，因此是不可能将砝码加载机构的速度设定的太高。

但第二个运行阶段的平衡力臂系统开始反向力矩加载的过程，却是可以采用技术手段提高其运行速度的。常见的扭矩标准机的设计中由于机械结构所限以及监控手段的不足，平衡力臂的反向力矩加载速度也是不能设定的太高的，否则必然会造成加载过冲现象，过高的速度会使反向扭矩值大于前端标准力臂砝码产生的标准扭矩值，这是检定规程中所不允许出现的。本发明设计中，通过监控系统实现智能控制，控制平衡力臂拉杆联动升降机构的运动速度按要求变化，可以有效的缩短了被校传感器的校准检定过程时间，提高工作效率。

另一方面，由于扭矩的正反平衡特性，为了使标准力臂系统能够恢复水平位置，就必须在平衡恢复力臂上施加一个同样大小且方向相反的力矩形成一对力偶，才能实现恢复标准力臂水平位置的功能。因此，平衡力臂两侧均必须有一套拉升减速机构。通常情况下，在左侧拉杆工作时，必须脱开右侧拉杆，反之亦然。但由于超大型扭矩标准机的结构庞大，每次更换拉杆连接环节将会非常的困难和费时，而且还带有一定的操作危险性。为能提高工作效率并保障安全性，装置最终设计采用了创新的升降拉杆与平衡力臂梁不脱离方式来实现该项必须的功能。这就要求当一侧的拉杆下降动作时，另一侧的拉杆必须可以实时跟踪进行上升动作，即左右拉杆系统具有联动功能。

在工作状态时，当砝码开始加载后，标准力臂受力失去平衡转动下垂，约1mm后即会被监控系统支撑住而不再能再继续转动下垂。此时砝码继续加载的力将被监控系统所承受，监控系统的压力传感器上开始输出力值信号。而平衡力臂系统的伺服电控系统则可以依靠这个压力值信号有效的控制平衡力臂的升降速度。若力值信号输出数据较大时，伺服电机采用高转速，使平衡力臂拉升螺杆快速上升或下降。当压力值信号输出数据小于程序设定的某值之时，则说明标准力臂即将脱离开微顶升机构的顶升立柱，标准力臂已将要达到恢复水平的状态。此时，伺服电机立即开始采用低转速，使平衡力臂拉升螺杆上升或下降速度迅速降低。从而达到期望的最终能够缓慢而平稳的将标准力臂恢复至水平位置的设计目的。通过这样的设计可以有效的缩短了被校传感器的校准检定过程时间，提高工作效率。

通常情况下，当左侧拉杆工作时，必须脱开右侧拉杆，反之亦然。但由于超大型扭矩标准机的结构庞大，每次更换拉杆连接环节将会非常的困难和费时，而且还带有一定的操作危险性。本发明最终设计采用了创新的升降拉杆与平衡力臂梁不脱离方式来实现该项必须的功能。这就要求当一侧的拉杆下降动作时，另一侧的拉杆必须实时跟踪进行上升动作。

本发明利用监控系统作为标准力臂受力转动限位装置，通过标准力臂与平衡力臂机构共同配合，实现对平衡力矩施加机构的智能控制。为了能达到左、右两侧的平衡拉杆能够协调同步反向运动，设计中在平衡拉杆与平衡梁的连接处预留了10mm的间隙，并在其中安装了高精度位移传感器，实时的检测这10mm间隙的变化量，以此来控制协调两侧的平衡拉杆同步运动。

控制系统根据砝码加载扭矩的方向，定义产生平衡扭矩的平衡拉杆为当前的“主动杆”，主动杆依照平衡要求的速度下拉产生平衡扭矩，“主动杆”的速度控制主要由监控系统中的压力传感器的反馈来控制。

而另一侧的“从动杆”速度由两部分组成，一是与主动杆速度相同方向相反的平衡速度，另一部分速度与拉杆间隙有关，控制原理是：从动杆在进行与主动杆方向相反运动的同时，其拉杆销轴的位置必须始终保持在平衡梁的10mm腰形槽的中间区域，即在40%~60%的位置范围内。但由于两侧的速度控制必定会有微小的滞后或差异，因此会出现偏离中间位置。当出现这种情况时，就必须进一步的调整“从动杆”的升降速度的大小，以恢复到50%的间隙区域。

为了能够保证左、右两侧的平衡拉杆的协调同步反向联动的安全性，避免因位移传感器发生故障时，出现一侧的平衡拉杆运动时另一侧的平衡拉杆未能及时协调联动，从而使平衡梁两侧平衡拉杆同时受力状况出现，造成严重事故。在平衡力臂拉杆联动升降控制机构的两侧的拉杆中又设计串接入了两个额定载荷20t的应变式拉力传感器。一旦任何一侧的平衡拉杆受力超过限定值，就立即报警并停止设备的运行。同时，平衡力臂水平状态超差限位控制装置将实时监测平衡力臂的运动范围，防止超出±20 º设计范围，避免出现破坏设备等事故。

经过反复实验证明，此同步控制方法性能优越，兼顾了快速性和稳定性，大幅提高了装置的工作效率，有效的简化了装置的工作流程，取得了良好的使用效果。

Claims (9)

1.一种超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，具有一个用于平衡标准力臂(3)的平衡力臂(9)，二个用于调平标准力臂(3)的标准砝码(1)，标准力臂(3)两侧各通过一个转动副连接一个挂钩(2)，其特征在于：在调平标准力臂(3)过程中，位于所述标准力臂(3)一侧的标准砝码(1)与挂钩(2)相连接，另一侧标准砝码(1)与挂钩(2)脱开，且挂钩(2)与标准砝码(1)重心位置位于同一垂直线上；平衡力臂(9)两侧各通过一个转动副连接一个拉杆(8)；标准力臂(3)与平衡力臂(9)之间通过连杆(5)连接；所述拉杆(8)与平衡力臂(9)的连接处通过腰孔与销轴结构，形成10mm的自由间隙。

2.根据权利要求1所述的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，其特征在于：初始状态时，所述标准力臂(3)与平衡力臂(9)处于同一水平面，且互相平行，标准力臂(3)和平衡力臂(9)各通过转动副与一个支承座(4)连接。

3.根据权利要求1所述的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，其特征在于：所述转动副为轴承或刀口式支撑装置或者挠性支撑装置。

4.根据权利要求1所述的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，其特征在于：所述连杆(5)中间串联被测扭矩传感器。

5.根据权利要求1所述的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，其特征在于：所述拉杆(8)下端通过一个球面轴承(7)与减速电机相连接，用于实现万向转动连接。

6.根据权利要求1所述的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，其特征在于：所述标准力臂(3)下面设有监控系统(10)，所述监控系统(10)内置有压力传感器，压力传感器用于限制标准力臂(3)倾斜角度，同时反馈检测信号给监控系统(10)用于控制拉杆(8)。

7.根据权利要求1所述的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，其特征在于：所述平衡力臂(9)底部、位于销轴(12)处装有高精度位移传感器(13)，用于实时检测拉杆(8)的销轴在腰孔中的位置变化，来控制协调两侧的拉杆(8)同步运动。

8.根据权利要求1所述的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，其特征在于：所述平衡力臂(9)顶部、位于销轴(12)的上端装有力传感器(11)，用于检测拉杆(8)与平衡力臂(9)之间的受力关系，保护系统，防止过载。

9.根据权利要求1-8任一项所述的超大型扭矩标准机平衡力臂拉杆联动升降控制机构，其特征在于：所述拉杆(8)由二根丝杆和一个内螺纹套管(15)组成，底部丝杆(16)与减速电机连接，顶部丝杆(14)与平衡力臂的销轴(12)连接，并可上下微量移动，底部丝杆(16)的旋转可控制两根丝杆之间的距离。