CN105865672A - 一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置 - Google Patents

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李光远
吴平平
陆军
张静波
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Abstract

本发明涉及海洋升降平台领域，具体涉及一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，包括齿条和测量装置，其测量装置包括连接件、传感器弹性体和传感器；传感器弹性体为圆柱形结构，穿过并安装于齿条和连接件相对应的孔，使齿条安装于连接件；传感器安装于传感器弹性体，设于齿条与连接件接触面的对应位置，测量齿条和连接件之间的受力情况，还包括通孔，径向穿过传感器弹性体的中心轴；一个通孔内设有两个传感器；两个传感器设于通孔的中间位置的内壁，且相对的两侧。本发明通过以上结构，传感器位于传感器弹性体的中心位置，测量的载荷数据最为准确，而相对于轴向开设安装传感器的孔，径向开设通孔更便于加工，也更便于安装传感器。

Description

一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置
技术领域
本发明涉及海洋升降平台领域，具体涉及一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置。
背景技术
大载荷齿轮、齿条传动单元是实现海洋平台装备升降的关键功能模块，由于平台工作过程中承受载荷大，载荷分布不均，以及多级齿轮传动在功率—载荷转换过程中传动链各个功能部件的物理参数变化等原因，导致现有升降单元存在不同程度的安全风险，目前的测试手段还不能有效、完整的对载荷量进行直接测试，导致现有海工举升单元的结构优化和改造缺乏直接的指导数据。
目前国内外没有针对海洋平台升降单元齿轮箱的齿轮、齿条所受500T及以上载荷的直接测量装置。现有的测试主要有两种方案：
1)通过液压缸压力、电机功率等物理量的测量，经过理论换算间接计算得到海洋平台升降单元齿轮箱的齿轮、齿条所受的载荷；这种方法属于间接测量，但由于存在系统滞后、能量损耗，以及不能消除整个传动链各环节的摩擦、能量损失以及安装系统误差等因素，利用相关的测量装置测量得到的载荷值很不准确。
2)另一方面，通过在齿轮、齿条上安装应变片，或在已有齿轮、齿条连接结构上加装载荷传感器进行载荷的测量；这两种方法都属于直接测量，采用安装应变片的方法限于齿轮箱的工作过程和工况条件，应变片无法安装，技术上并不可行。采用加装载荷传感器的方法，需对单元齿轮箱的连接结构进行相关大的结构改造，同样并不可行。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，克服以上问题，测量大载荷的海工升降平台的齿条结构。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，包括齿条和测量装置，所述测量装置包括连接件、传感器弹性体和传感器；
所述传感器弹性体为圆柱形结构，穿过并安装于所述齿条和连接件相对应的孔，使所述齿条安装于所述连接件；
所述传感器安装于所述传感器弹性体，设于所述齿条与连接件接触面的对应位置，测量所述齿条和连接件之间的受力情况。
所述传感器弹性体的径向设有两个环形槽，设于齿条与连接件接触面的位置，所述传感器安装于所述环形槽内。
所述环形槽设有通孔，径向穿过所述传感器弹性体的中心轴；一个所述通孔内设有两个所述传感器；两个所述传感器设于所述通孔的中间位置的内壁，且相对的两侧。
所述通孔垂直于所述齿条和连接件之间的受力方向。
所述传感器为双剪切应变片，每个所述传感器设有两个应变片；
设同一所述通孔内的两个所述传统器的共四个所述应变片分别为R1、R2、R3和R4，设另一个通孔内的两个所述传统器的共四个所述应变片分别为R5、R6、R7和R8；
所述R1、R2、R3和R4，以及所述R5、R6、R7和R8分别组成惠通斯桥连接；两个所述惠通斯桥连接相互独立连接、并联或者串联。
所述应变片的安装方向与所述传感器弹性体的中心轴呈四十五度角。
所述传感器弹性体两端的端面平齐于所述连接件的侧面，所述传感器弹性体通过卡盘固定于连接件，所述卡盘设于所述传感器弹性体两侧的端面；所述传感器弹性体的轴向设置有布线槽，所述布线槽连通所述传感器弹性体的端面，所述传感器弹性体的端面安装设有接线端子；导线一端连接所述传感器，并通过所述布线槽，另一端连接所述接线端子。
所述测量装置设于所述齿条的端部；所述齿条的一端或者两端设有所述测量装置。
所述连接件通过螺纹安装于活塞杆，所述活塞杆位于与所述齿条相对的另一侧；所述活塞杆的另一端安装于液压缸。
所述连接件设有U形结构，所述齿条安装于所述U形结构内；或者所述齿条设有U形结构，所述连接件安装于所述U形结构内。
本发明通过以上结构，传感器位于传感器弹性体的中心位置，测量的载荷数据最为准确，而相对于轴向开设安装传感器的孔，径向开设通孔更便于加工，也更便于安装传感器。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的主视结构示意图(其中连接件，在与活塞杆连接处局部剖视)；
图2是本发明的一个实施例的俯视结构示意图(其中齿轮与连接件为剖视视图)；
图3是本发明的一个实施例的传感器弹性体俯视结构示意图；
图4是图3的B-B剖视结构示意图；
图5是图3的A-A剖视结构示意图；
图6是本发明的一个实施例的应变片R1、R2、R3和R4的惠通斯桥连接电路示意图；
图7是本发明的一个实施例的应变片R5、R6、R7和R8的惠通斯桥连接电路示意图。
齿条1、连接件2、传感器弹性体3、环形槽31、通孔32、布线槽33、应变片41、活塞杆5、卡盘6、接线端子7。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1至图2所示，一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，包括齿条1和测量装置，所述测量装置包括连接件2、传感器弹性体3和传感器；
所述传感器弹性体3为圆柱形结构，穿过并安装于所述齿条1和连接件2相对应的孔，使所述齿条1安装于所述连接件2；
所述传感器安装于所述传感器弹性体3，设于所述齿条1与连接件2接触面的对应位置，测量所述齿条1和连接件2之间的受力情况。
所述传感器弹性体3在位于所述齿条1与连接件2接触面的对应位置，其受到的应力最大，形变也最大，所述传感器设于此位置能最有效的测量齿条载荷。
传感器弹性体3具有销轴的功能，连接所述齿条1和连接件2，同时还具有测量所述齿条1载荷的功能；解决了现有测试方法、测试技术不能有效消除试验机安装误差、运行误差对载荷数据测试精度影响的问题，以及解决了现有测试装置不能有效与试验机结构有效匹配等不足，从而为海工举升单元的结构优化和改造缺乏提供直接的指导数据。
如图2至图3所示，所述传感器弹性体3的径向设有两个环形槽31，设于齿条1与连接件2接触面的位置，所述传感器安装于所述环形槽31内。
所述环形槽31使所述传感器弹性体3的直径更小，受力作用时更易产生形变，所述传感器设于此处更易测量所述齿条1的载荷。
如图2至图5所示，所述环形槽31设有通孔32，径向穿过所述传感器弹性体3的中心轴；一个所述通孔32内设有两个所述传感器；两个所述传感器设于所述通孔32的中间位置的内壁，且相对的两侧。
所述传感器位于所述传感器弹性体3的中心位置，测量的载荷数据最为准确。而相对于轴向开设安装所述传感器的孔，径向开设所述通孔32更便于加工，也更便于安装所述传感器。
如图2所示，所述通孔32垂直于所述齿条1和连接件2之间的受力方向。使所述传感器所安装的内壁垂直于所述受力方向，测量的载荷数据更为准确。
如图4至图7所示，所述传感器为双剪切应变片，每个所述传感器设有两个应变片41；
设同一所述通孔32内的两个所述传统器4的共四个所述应变片41分别为R1、R2、R3和R4，设另一个通孔32内的两个所述传统器4的共四个所述应变片41分别为R5、R6、R7和R8；
所述R1、R2、R3和R4，以及所述R5、R6、R7和R8分别组成惠通斯桥连接；两个所述惠通斯桥连接相互独立连接、并联或者串联。
两个独立的惠通斯测量电路分别测量所述齿轮1的载荷，当其中一个惠通斯测量电路出现问题不能工作时，另外一个惠通斯测量电路也能确保测量装置能够正常运行，提高稳定性；当然，也能将两个惠通斯桥连接并联或者串联，提高测量的精确度。
如图4至图5所示，所述应变片41的安装方向与所述传感器弹性体3的中心轴呈四十五度角。通过计算得出的最佳角度，使测量更为精确；当然，在不同的环境下，也可以是其他的角度，以达到最佳测量效果。
如图1至图2所示，所述传感器弹性体3两端的端面平齐于所述连接件的侧面，所述传感器弹性体3通过卡盘6固定于连接件2，所述卡盘6设于所述传感器弹性体3两侧的端面；如图4所示，所述传感器弹性体1的轴向设置有布线槽33，所述布线槽33连通所述传感器弹性体1的端面，所述传感器弹性体1的端面安装设有接线端子7；导线一端连接所述传感器，并通过所述布线槽33，另一端连接所述接线端子7。
由于海工升降平台所使用的齿条载荷要求非常巨大，相应的，传感器弹性体1的尺寸也就比一般的机械结构的尺寸大，这样的情况下在传感器弹性体1中开设布线槽33几乎不会影响测量的精度，又能巧妙的布线。
所述测量装置设于所述齿条1的端部；所述齿条1的一端或者两端设有所述测量装置。为了适应不同的工作环境，所述测量装置也可以设于所述齿条1的其他部位。
如图1至图2所示，所述连接件2通过螺纹安装于活塞杆5，所述活塞杆5位于与所述齿条1相对的另一侧；所述活塞杆5的另一端安装于液压缸。
所述液压缸推动所述齿条1工作，所述齿条1驱动所述齿条，以达到海工平台升降的目的。
如图1至图2所示，所述连接件2设有U形结构，所述齿条1安装于所述U形结构内；或者所述齿条1设有U形结构，所述连接件2安装于所述U形结构内。
所述连接件2设有U形结构或者所述齿条1设有U形结构，使所述齿条1和所述连接件2之间的结构最为稳固。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，包括齿条和测量装置，其特征在于：所述测量装置包括连接件、传感器弹性体和传感器；
所述传感器弹性体为圆柱形结构，穿过并安装于所述齿条和连接件相对应的孔，使所述齿条安装于所述连接件；
所述传感器安装于所述传感器弹性体，设于所述齿条与连接件接触面的对应位置，测量所述齿条和连接件之间的受力情况；
还包括通孔，径向穿过所述传感器弹性体的中心轴；一个所述通孔内设有两个所述传感器；两个所述传感器设于所述通孔的中间位置的内壁，且相对的两侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，其特征在于：所述传感器弹性体的径向设有两个环形槽，设于齿条与连接件接触面的位置，所述传感器安装于所述环形槽内。
3.根据权利要求1所述的一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，其特征在于：所述通孔垂直于所述齿条和连接件之间的受力方向。
4.根据权利要求1所述的一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，其特征在于：所述传感器为双剪切应变片，每个所述传感器设有两个应变片；
设同一所述通孔内的两个所述传统器的共四个所述应变片分别为R1、R2、R3和R4，设另一个通孔内的两个所述传统器的共四个所述应变片分别为R5、R6、R7和R8；
所述R1、R2、R3和R4，以及所述R5、R6、R7和R8分别组成惠通斯桥连接；两个所述惠通斯桥连接相互独立连接、并联或者串联。
5.根据权利要求4所述的一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，其特征在于：所述应变片的安装方向与所述传感器弹性体的中心轴呈四十五度角。
6.根据权利要求1所述的一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，其特征在于：所述传感器弹性体两端的端面平齐于所述连接件的侧面，所述传感器弹性体通过卡盘固定于连接件，所述卡盘设于所述传感器弹性体两侧的端面；所述传感器弹性体的轴向设置有布线槽，所述布线槽连通所述传感器弹性体的端面，所述传感器弹性体的端面安装设有接线端子；导线一端连接所述传感器，并通过所述布线槽，另一端连接所述接线端子。
7.根据权利要求1所述的一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，其特征在于：所述测量装置设于所述齿条的端部；所述齿条的一端或者两端设有所述测量装置。
8.根据权利要求7所述的一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，其特征在于：所述连接件通过螺纹安装于活塞杆，所述活塞杆位于与所述齿条相对的另一侧；所述活塞杆的另一端安装于液压缸。
9.根据权利要求1所述的一种基于径向通孔的高灵敏度齿条载荷测量装置，其特征在于：所述连接件设有U形结构，所述齿条安装于所述U形结构内；或者所述齿条设有U形结构，所述连接件安装于所述U形结构内。
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