CN105043617A - 一种改进型电动头力矩校验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进型电动头力矩校验设备，包括力矩校验台控制柜以及与力矩校验台控制柜相连接的、多个不同量程的力矩校验台本体，每一力矩校验台本体包括与电动头相对接的叠加法兰组件以及传动中心组件，传动中心组件包括与叠加法兰组件相互叠加连接的叠加驱动联轴器组件和由力矩校验台控制柜控制的、用于制动的磁粉制动器，传动中心组件还包括设置在叠加驱动联轴器组件与磁粉制动器之间的行星变速器，且行星变速器分别与叠加驱动联轴器组件和磁粉制动器联动连接，在行星变速器的行星轮的外齿圈的外侧面安装有用于测定沿外齿圈切线方向上的作用力的多个压力传感器。改进后的电动头力矩校验设备测量精度高、操作方便、稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化控制技术领域，更具体地说，涉及一种改进型电动头力矩校验设备。
背景技术
电动头(电动执行机构)产品属于一种工业自动化控制设备，其功能是：安装在各类阀门上，使得阀门能实现远程控制的一种自动化控制装置。智能化的电动头除了能实现远程控制阀门的开与关以外，还能比照设定的力矩值，进行阀门的开关调整。电动头输出力矩设定是为了保证阀门处于适当开阀与关阀力矩，也就是保证关阀的松紧程度，既能关紧阀门又不至于关阀过度损坏阀门，开阀亦是如此，避免开阀力过大而损坏阀门。由于有检测力矩和实现“力矩开”、“力矩关”的功能，所以必须定期标定电动头的力矩值，以确保电动头的力矩检测的准确性，故力矩校验设备的作用就是用于标定电动头的力矩参数。
传统的力矩校验设备已申请专利，分别是专利申请号为“201410359086.7”的“一种电动头力矩校验装置”的专利和专利申请号为“201020125580.4”的“智能力矩校验装置”专利。传统的力矩校验设备的传动链的构成是：电动执行机构-接口组件-扭力传感器-十字滑块联轴器-减速箱(变速器)-磁粉制动器，其特点是选用扭力传感器，并将扭力传感器直接串联在整个传动链中，直接检测力矩，这种力矩校验设备的精度、稳定性、重复性较差，且受制于力矩传感器的精度和变速齿轮箱的稳定性，传递力的输进与输出存在不平衡的问题，减速箱摩擦力大，精度低、工作寿命短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进型电动头力矩校验设备，是一种高精度、高可靠性的测量设备，解决了现有技术中的力矩校验设备的精度、稳定性、重复性较差的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种改进型电动头力矩校验设备，包括力矩校验台控制柜以及与所述力矩校验台控制柜相连接的、用于满足不同规格电动头的力矩校验的多个不同量程的力矩校验台本体，每一所述力矩校验台本体包括与所述电动头相对接的叠加法兰组件以及传动中心组件，所述传动中心组件包括与所述叠加法兰组件相互叠加连接的叠加驱动联轴器组件和由所述力矩校验台控制柜控制的、用于制动的磁粉制动器，所述传动中心组件还包括设置在所述叠加驱动联轴器组件与所述磁粉制动器之间的行星变速器，且所述行星变速器分别与所述叠加驱动联轴器组件和所述磁粉制动器联动连接，在所述行星变速器的行星轮的外齿圈的外侧面安装有用于测定沿所述外齿圈切线方向上的作用力的多个压力传感器。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，所述行星变速器外齿圈上方设有用于限制所述行星变速器沿纵向移动的限位块和支撑在所述外齿圈下方的耐磨滚珠钢球。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，所述限位块的下表面与所述外齿圈的上表面之间设有间隙。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，所述压力传感器包括用于测定沿所述外齿圈逆时针的切线方向上的作用力的至少两个第一压力传感器和用于测定沿所述外齿圈顺时针的切线方向上的作用力的至少两个第二压力传感器。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，所述第一压力传感器的数量为两个且呈中心对称设置，所述第二压力传感器的数量为两个且呈中心对称设置。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，所述叠加法兰组件由多个用于不同规格电动头的法兰构成，所述叠加驱动联轴器组件包括多个驱动联轴器且多个驱动联轴器与多个法兰相互依次叠加组合，且靠近所述电动头的驱动联轴器的一端与所述电动头连接，靠近所述行星变速器的驱动联轴器的一端与所述行星变速器连接。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，在所述行星变速器的下方的输出轴上设置有伞齿轮组件，在所述伞齿轮组件的一侧相对应的位置设置有与所述伞齿轮组件相啮合的编码器组件，所述编码器组件通过测定所述传动中心组件的转速实现测量电动头的输出转速，且所述编码器组件与所述力矩校验台控制柜电连接并通过电信号传输。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，所述行星变速器下方的输出轴上的伞齿轮组件远离所述编码器组件的一侧的相对应的位置设置有手动调整装置，且手动调整装置与所述伞齿轮组件相啮合实现被测电动头输出轴与所述传动中心组件的精确调整对接。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，所述手动调整装置配置有朝向所述伞齿轮组件伸缩移动并相啮合的调整手轮，所述调整手轮配置有使所述调整手轮实现伸缩移动和复位的弹簧。
在本发明的改进型电动头力矩校验设备中，在所述力矩校验台本体外侧设置有水平仪，在所述力矩校验台本体的底部设置有水平校准装置，通过调整所述水平校准装置观察水平仪直至所述力矩校验台本体处于水平的工作状态以保证电动头力矩校验的精度；力矩校验台本体的壳体优选为圆柱形，在壳体顶部的平面的圆周方向水平向外延伸设置有两个弧形护把，弧形护把对力矩校验台本体起到防撞击的保护作用，同时便于力矩校验台本体移动时起到把手的作用，弧形护把与壳体为一体成型结构，使得壳体顶部作业面积增大，形成一个完整大平面，平面结构方便电动头拆装时使用工具不受到妨碍。
实施本发明的改进型电动头力矩校验设备，具有以下有益效果：本发明的改进型电动头力矩校验设备的传动链构成是：电动头—驱动联轴器组件(法兰组件)—行星变速器—磁粉制动器，因此在结构上将原有的减速箱(变速器)改变为行星变速器，去掉了扭力传感器与减速箱之间的十字滑块联轴器；由原来的扭力传感器改变为压力传感器；由原来将检测点串联于传动链中，改变为在传动链外侧。通过上述变换使得改进后的电动头力矩校验设备测量精度高、操作方便、稳定可靠，克服了现有技术中只能直接使用扭力传感器并串联于传动链中才能校验力矩的技术偏见。本发明采用行星变速器不仅具有变速的功能，同时利用行星变速器外齿圈的压力传感器检测的压力传递所要检测的力矩参数，极大地提高了精度和稳定性，具有相对结构紧凑、运转平稳、速度(或扭力)传递精度高、传动效率高、传动速比大、承载能力高、噪音低等优点。
附图说明
图1为本发明的改进型电动头力矩校验设备的组成结构示意图；
图2为本发明的改进型电动头力矩校验设备中的力矩校验台本体的剖视示意图；
图3为本发明的改进型电动头力矩校验设备中的行星变速器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的改进型电动头力矩校验设备的结构和作用原理作进一步说明：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种改进型电动头力矩校验设备，包括力矩校验台控制柜1以及与力矩校验台控制柜1相连接的、用于满足不同规格电动头的力矩校验的多个不同量程的力矩校验台本体2，在本实施例中包括四台力矩校验台本体2，具体数量可以根据实际测量力矩范围需要而定。力矩校验台控制柜1还电连接有电缆航空插座502。
如图2所示，每一个力矩校验台本体2包括壳体201，在壳体201的顶部平台上设有用于与不同规格的电动头(未有图标示)相对接的叠加法兰组件202以及传动中心组件，传动中心组件包括与叠加法兰组件202相互叠加连接的叠加驱动联轴器组件203和由力矩校验台控制柜1的计算机控制的、用于制动的磁粉制动器205。叠加法兰组件202包括多个用于不同规格电动头的法兰，叠加驱动联轴器组件203包括多个驱动联轴器，且多个驱动联轴器与多个法兰相互依次叠加组合以适应不同规格的电动头的安装。在使用时，可以根据电动头的规格灵活选取一组或叠加的多组法兰和驱动联轴器，将电动头安装到力矩校验台本体1顶端的对接法兰部位。在叠加法兰组件202的顶部设置有用于非工作状态下防尘的保护盖，在非工作状态下，能够有效防止灰尘落入叠加驱动联轴器组件203内，避免影响到电动头的安装。
传动中心组件还包括设置在叠加驱动联轴器组件203与磁粉制动器205之间的行星变速器204，其中靠近电动头的驱动联轴器的一端与电动头连接，靠近行星变速器204的驱动联轴器的一端与行星变速器204连接。且行星变速器204分别与叠加驱动联轴器组件203和磁粉制动器205联动连接，行星变速器204与磁粉制动器205之间还连接有输出轴208。其中电动头、叠加驱动联轴器组件203、行星变速器204、输出轴208、磁粉制动顺205同轴线设置，形成了整个传动链，电动头为整个传动链的动力，磁粉制动器205对整个传动链起制动作用，磁粉制动器205的设置可以通过力矩校验台控制柜1对其进行智能控制，从而满足不同规格电动头的力矩校验。
如图3所示，行星变速器204包括太阳轮209、与太阳轮209相啮接的多个行星轮212以及与每一行星轮212相啮接的外齿圈210，其中外齿圈210是悬浮安装的，其承受行星轮212运动时的切线方向的作用力。在行星变速器204的外齿圈210的外侧面安装有用于测定沿外齿圈210切线方向上的作用力的多个压力传感器211，其中压力传感器211包括用于测定沿外齿圈210逆时针的切线方向上的作用力的至少两个第一压力传感器211a和用于测定沿外齿圈210顺时针的切线方向上的作用力的至少两个第二压力传感器211b。压力传感器211优选选用高精度的压力传感器，在本实施例中，压力传感器211的数量为四个，其中第一压力传感器211a包括两个且呈中心对称设置，第二压力传感器211b包括两个且同样呈中心对称设置，这样可以达到检测均匀、准确的目的，当然在其它实施例中压力传感器211也可以包括两个或六个等。
基于行星变速器204的变速比大，相对结构紧凑，运转平稳，速度、扭力的传递精度高等特点，使得校验的力矩精度高且稳定可靠。另外，在本实施例中，相对于现有技术，由原来的扭力传感器改变为压力传感器211；由原来将检测点串联于整个传动链中，改变为在传动链的外侧，通过上述变换使得改进后的电动头力矩校验设备测量精度高、操作方便、稳定可靠，克服了现有技术中只能直接使用扭力传感器并串联于传动链中才能校验力矩的技术偏见。
如图2所示，行星变速器204的外齿圈210上方设有用于限制行星变速器204沿纵向移动的限位块206和支撑在外齿圈210下方的耐磨滚珠钢球207。在外齿圈210的下方的安装板上设有用于安装耐磨滚珠钢球207的第一沟槽，第一沟槽的深度小于耐磨滚珠钢球207的半径，外齿圈210下表面开设有用于安装耐磨滚珠钢球207的第二沟槽，同样第二沟槽的深度也小于耐磨滚珠钢球207的半径，耐磨滚珠钢球207装配于两个沟槽之间，外齿圈210与下侧安装板之间，留有一定的间隙，通过耐磨滚珠钢球207实现滚动摩擦，进而可以避免行星变速器204上形成有多余的摩擦力，其中耐磨滚珠钢球207的数量优选为四个，当然在其它实施例中也可以为六个、八个等。另外，限位块206的下表面与外齿圈210的上表面之间形成有间隙，也是为了避免产生多余的摩擦力，该间隙距离优选为0.2mm-0.5mm。通过上述设计，可以减少行星变速器204产生多余的摩擦力，避免产生的该多余作用力影响压力传感器测量的准确性，进而可以提高校验电动头力矩的准确性。
如图2所示，在行星变速器204的下方的输出轴208上设置有伞齿轮组件，在伞齿轮组件的一侧相对应的位置设置有与伞齿轮组件相啮合的编码器组件400，编码器组件400通过测定传动中心组件的转速实现测量电动头的输出转速，且所编码器组件400与力矩校验台控制柜1电连接并通过电信号传输。
行星变速器204下方的输出轴208上的伞齿轮组件远离编码器组件400的一侧的相对应的位置设置有手动调整装置300，且手动调整装置300与伞齿轮组件相啮合实现被测电动头输出轴与传动中心组件的精确调整对接。其中手动调整装置300配置有朝向伞齿轮组件伸缩移动并相啮合的调整手轮301，调整手轮301配置有使调整手轮301实现伸缩移动和复位的弹簧302。调整手轮301包括伸出于壳体201外的用于方便操作的手柄和与手柄相连接的用于与行星变速器204下方的输出轴208相啮合的啮合轴，弹簧302套设在啮合轴外周。手动调整时向内推进，使之与行星变速器204下方的输出轴208上安置的伞齿轮组件啮合，以实现调整；调整完毕松开手的推力，手动调整装置300的可伸缩移动的弹簧302即复位，手动调整装置300的啮合轴脱离啮合。其中调整手轮301的手柄和啮合轴之间可拆卸连接，以方便在装运过程中可以将手柄拆卸下来，减少占用空间。
在力矩校验台本体2外侧设置有水平仪501，在力矩校验台本体2的底部设置有水平校准装置503，通过调整水平校准装置503观察水平仪501直至力矩校验台本体2处于水平的工作状态以保证电动头力矩校验的精度。通过这样的设计，可以保证行星变速器204水平平稳，进而通过压力传感器211准确测定出外齿圈210上沿切线的作用力，才能准确校验电动头的力矩。
壳体201优选为圆柱形，在壳体201顶部的平面的圆周方向水平向外延伸设置有两个弧形护把504。弧形护把对本体起到防撞击的保护作用，同时便于本体移动时起到把手的作用。弧形护把504与壳体201为一体成型结构，使得壳体201顶部作业面积增大，形成一个完整大平面，可以临时放置工具和测试仪表，平面结构方便电动头拆装时使用工具不受到妨碍。
在壳体201的底部环形对称设置有方便力矩校验台本体2移动的第一万向轮505。
力矩校验台控制柜1包括柜体和设置于柜体顶部与垂直方向有一定倾角用于控制力矩校验台本体2进行电动头力矩校验的控制面板，控制面板分别通过控制电路与设置在柜体内的数据采集装置、计算机等相连接。其中柜体的底部设置有方便力矩校验台控制柜移动的第二万向轮。
本发明的改进型电动头力矩校验设备的传动链构成是：电动头—驱动联轴器组件(法兰组件)—行星变速器—磁粉制动器，因此在结构上将原有的减速箱(变速器)改变为行星变速器，去掉了扭力传感器与减速箱之间的十字滑块联轴器；由原来的扭力传感器改变为压力传感器；由原来将检测点串联于传动链中，改变为在传动链外侧，通过上述变换使得改进后的电动头力矩校验设备测量精度高、操作方便、稳定可靠，克服了现有技术中只能直接使用扭力传感器并串联于传动链中才能校验力矩的技术偏见。本发明采用行星变速器不仅具有变速的功能，同时利用行星变速器外齿圈的压力传感器检测的压力传递所要检测的力矩参数，极大地提高了精度和稳定性，具有相对结构紧凑、运转平稳、速度(或扭力)传递精度高、传动效率高、传动速比大、承载能力高、噪音低等优点。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改进型电动头力矩校验设备，包括力矩校验台控制柜(1)以及与所述力矩校验台控制柜相连接的、用于满足不同规格电动头的力矩校验的多个不同量程的力矩校验台本体(2)，每一所述力矩校验台本体(2)包括与所述电动头相对接的叠加法兰组件(202)以及传动中心组件，所述传动中心组件包括与所述叠加法兰组件(202)相互叠加连接的叠加驱动联轴器组件(203)和由所述力矩校验台控制柜(1)控制的、用于制动的磁粉制动器(205)，其特征在于，所述传动中心组件还包括设置在所述叠加驱动联轴器组件(203)与所述磁粉制动器(205)之间的行星变速器(204)，且所述行星变速器(204)分别与所述叠加驱动联轴器组件(203)和所述磁粉制动器(205)联动连接，在所述行星变速器(204)的行星轮(212)的外齿圈(210)的外侧面安装有用于测定沿所述外齿圈(210)切线方向上的作用力的多个压力传感器(211)。
2.根据权利要求1所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，所述行星变速器(204)外齿圈(210)上方设有用于限制所述行星变速器(204)沿纵向移动的限位块(206)和支撑在所述外齿圈(210)下方的耐磨滚珠钢球(207)。
3.根据权利要求2所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，所述限位块(206)的下表面与所述外齿圈(210)的上表面之间设有间隙。
4.根据权利要求1所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，所述压力传感器(211)包括用于测定沿所述外齿圈(210)逆时针的切线方向上的作用力的至少两个第一压力传感器(211a)和用于测定沿所述外齿圈(210)顺时针的切线方向上的作用力的至少两个第二压力传感器(211b)。
5.根据权利要求4所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，所述第一压力传感器(211a)的数量为两个且呈中心对称设置，所述第二压力传感器(211b)的数量为两个且呈中心对称设置。
6.根据权利要求1所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，所述叠加法兰组件(202)由多个用于不同规格电动头的法兰构成，所述叠加驱动联轴器组件(203)包括多个驱动联轴器且多个驱动联轴器与多个法兰相互依次叠加组合，且靠近所述电动头的驱动联轴器的一端与所述电动头连接，靠近所述行星变速器(204)的驱动联轴器的一端与所述行星变速器(204)连接。
7.根据权利要求1所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，在所述行星变速器(204)的下方的输出轴(208)上设置有伞齿轮组件，在所述伞齿轮组件的一侧相对应的位置设置有与所述伞齿轮组件相啮合的编码器组件(400)，所述编码器组件(400)通过测定所述传动中心组件的转速实现测量电动头的输出转速，且所述编码器组件(400)与所述力矩校验台控制柜(1)电连接并通过电信号传输。
8.根据权利要求7所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，所述行星变速器(204)下方的输出轴(208)上的伞齿轮组件远离所述编码器组件(400)的一侧的相对应的位置设置有手动调整装置(300)，且手动调整装置(300)与所述伞齿轮组件相啮合实现被测电动头输出轴与所述传动中心组件的精确调整对接。
9.根据权利要求8所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，所述手动调整装置(300)配置有朝向所述伞齿轮组件伸缩移动并相啮合的调整手轮(301)，所述调整手轮(301)配置有使所述调整手轮(301)实现伸缩移动和复位的弹簧(302)。
10.根据权利要求1所述的改进型电动头力矩校验设备，其特征在于，在所述力矩校验台本体(2)外侧设置有水平仪(501)，在所述力矩校验台本体(2)的底部设置有水平校准装置(503)，通过调整所述水平校准装置(503)观察水平仪(501)直至所述力矩校验台本体(2)处于水平的工作状态以保证电动头力矩校验的精度；力矩校验台本体(2)的壳体(201)优选为圆柱形，在壳体(201)顶部的平面的圆周方向水平向外延伸设置有两个弧形护把(504)，弧形护把(504)对力矩校验台本体(2)起到防撞击的保护作用，同时便于力矩校验台本体(2)移动时起到把手的作用，弧形护把(504)与壳体(201)为一体成型结构，使得壳体(201)顶部作业面积增大，形成一个完整大平面，平面结构方便电动头拆装时使用工具不受到妨碍。
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