CN108801520A - 一种角行程气动头输出扭矩的测试台及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角行程气动头输出扭矩的测试台及其测试方法，具有：台架；加载部件，设置在台架内；被测气动头，被测气动头的被测气动头输出轴与加载部件的加载部件输出轴连接；扭矩传感器，安装在台架上，扭矩传感器套装在被测气动头输出轴上；电控柜；控制线，连接被测气动头和电控柜；脉冲编码器，设置在加载部件输出轴上，脉冲编码器能够测量加载部件输出轴的转角；脉冲编码器接线；扭矩传感器接线；气压传感器，设置在被测气动头的气源内、并能测量被测气动头气源的气压；气压传感器接线，能够测试气动头在各种气压条件下，各种启闭速度时，在启闭过程中各转动角度时的最大输出扭矩。

Description

一种角行程气动头输出扭矩的测试台及其测试方法

技术领域

本发明属于阀门技术领域，尤其涉及一种角行程气动头输出扭矩的测试台及其测试方法。

背景技术

角行程气动头(又称“气动装置”)用于驱动工业用部份回转阀门，其输出扭矩是体现该装置的一项重要技术指标。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：根据国内行业调查和科技查新表明，对于该输出扭矩值的大小，稳定性等的试验和测试，国内尚属空白领域，既没有检测气动头输出扭矩值的手段和设备。更不能反映输扭矩值与转角(开度)位置的对应关系，因此，给气动头的设计、制造工艺，使用带来了盲目性，并且因缺乏输出扭矩实际数据，所以在气动头与阀门的选型配套方面也经常出现问题，往往不是选择过剩造成浪费，就是扭矩选择不足，严重制约了该领域的技术进步和质量提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够测试气动头在各种气压条件下，各种启闭速度时，在启闭过程中各转动角度时的最大输出扭矩的角行程气动头输出扭矩的测试台及其测试方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种角行程气动头输出扭矩的测试台，具有：

台架；

加载部件，设置在所述台架内；

被测气动头，所述被测气动头的被测气动头输出轴与所述加载部件的加载部件输出轴连接；

扭矩传感器，安装在所述台架上，所述扭矩传感器套装在所述被测气动头输出轴上；

电控柜；

控制线，连接所述被测气动头和电控柜；

脉冲编码器，设置在所述加载部件输出轴上，所述脉冲编码器能够测量所述加载部件输出轴的转角；

脉冲编码器接线，连接所述脉冲编码器和电控柜；

扭矩传感器接线，连接所述扭矩传感器和电控柜；

气压传感器，设置在所述被测气动头的气源内、并能测量被测气动头气源的气压；

气压传感器接线，连接所述气压传感器和电控柜。

所述被测气动头输出轴端部与所述加载部件输出轴端部通过连接轴连接。

所述电控柜上设有打印机和显示屏。

所述加载部件为活塞式液压阻尼系统，并设有液压站与所述活塞式液压阻尼系统连接。

一种上述的角行程气动头输出扭矩的测试台的测试方法，包括如下步骤：

1)行程整定，阻尼系统不工作，接通压缩空气，气动头关向运行至关到位状态，停机，采集的最小开度值保留；反向，运行至开到位状态，停机，采集的最大开度值保留；

2)行程扭矩测试，阻尼系统工作，气动头关向运行至关到位状态，计算机实时采集气动头输出端的开度值和转矩值，停机，采集的开度值和转矩值在显示器上实时显示并存储；反向，运行至开到位状态，停机，采集的开度值和转矩值在显示器上实时显示并存储，此过程绘制的曲线横坐标为输出端转角位置，纵坐标为输出端扭矩值；如果测试过程中采集到过扭矩信号，自动停止并报警显示。

采用计算机的I/O接口控制继电器，控制被测气动头的换向阀，使压缩空气进入气缸，被测气动头运行；采用计算机的I/O接口控制继电器，控制阻尼系统的电磁换向阀，使液压油进入液动执行器油缸，其动作方向与被测气动头的动作方向相反，对被测气动头输出端施加反作用力；脉冲编码器反映的是被测气动头输出端的位移信号，该脉冲信号送计算机储存处理；被测气动头输出扭矩传感器的电压信号经高速A/D转换器将模拟信号转换成数字信号送计算机储存处理；被测气动头气压传感器的电压信号经高速A/D转换器将模拟信号转换成数字信号送计算机储存处理。

测试气动头输出端扭矩时，须施加运行中的输出端以不同的阻尼，扭矩传感器才能产生扭矩信号，选用活塞式液压阻尼系统作为加载部件；活塞式液压阻尼系统结构与被测气动头一致，如被测产品为拨叉结构则液压加载装置就选用相同的拨叉结构，如被测产品为齿轮齿条结构则液压加载装置也选用齿轮齿条结构。

活塞式液压阻尼系统通过三相电机带动油泵，向电磁换向阀供油，旁路有溢流阀，以调定液压系统总压力，起着定压下的溢流作用和安全保护作用；连接在液压主回路上的调节器，其由节流阀与单向阀串联组成双向调节回路，两只节流阀关闭时，系统压力恒定，液动执行器在系统压力下运行，当节流阀开启，液压油将顶开单向阀从节流阀回油，系统压力则下降，如果两只节流阀开启最大，液压油进油与回油互通，油缸呈浮动状态，液动执行器不动作；电磁换向阀左边电磁铁得电，P-B通、A-O通，油缸A、B右腔进油、左腔回油，右边电磁铁得电，P-A通、B-O通，油缸A、B左腔进油、右腔回油；电磁换向阀的滑阀机能为H型，电磁换向阀不得电时，PABO互通，液压油进油与回油互通，油泵即使运转也属卸荷，油缸A、B呈浮动状态。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，能够测试气动头在各种气压条件下，各种启闭速度时，在启闭过程中各转动角度时的最大输出扭矩。应用工控电脑控制试验台的操作过程，并能对输出扭矩、空气压力、运行时间等参数自动进行连续采样，存储采样信息，用曲线方式在屏幕上显示或进行打印。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的角行程气动头输出扭矩的测试台的结构示意图；

图2为图1的角行程气动头输出扭矩的测试台的结构示意图；

图3为系统的控制原理图；

图4为加载部件的结构示意图；

上述图中的标记均为：1、加载部件，2、脉冲编码器，3、扭矩传感器，4、被测气动头，5、气压传感器，6、气压传感器接线，7、控制线，8、扭矩传感器接线，9、脉冲编码器接线，10、电控柜，11、连接轴，12、台架，13、液压站。

具体实施方式

实施例一

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-4，一种角行程气动头输出扭矩的测试台，具有：

台架；加载部件，设置在台架内；被测气动头，被测气动头的被测气动头输出轴与加载部件的加载部件输出轴连接；扭矩传感器，安装在台架上，扭矩传感器套装在被测气动头输出轴上；电控柜；控制线，连接被测气动头和电控柜；脉冲编码器，设置在加载部件输出轴上，脉冲编码器能够测量加载部件输出轴的转角；脉冲编码器接线，连接脉冲编码器和电控柜；扭矩传感器接线，连接扭矩传感器和电控柜；气压传感器，设置在被测气动头的气源内、并能测量被测气动头气源的气压；气压传感器接线，连接气压传感器和电控柜。

被测气动头输出轴端部与加载部件输出轴端部通过连接轴连接。

电控柜上设有打印机和显示屏。

加载部件为活塞式液压阻尼系统，并设有液压站与活塞式液压阻尼系统连接。

1、功能：

气动头测试台的功能是对气动头的输出扭矩、转动角度、空气压力、运行时间等参数自动进行测试和连续测试

工作程序：主令装置(电脑)发出指令→被测气动头运行/阻尼系统加载→扭矩传感器/脉冲编码器→计算机。扭矩传感器的毫伏信号和脉冲编码器脉冲信号分别传输给电控柜内的行程扭矩测试仪，并传输给工业控制器进行后续处理，数据处理采用VC++高级语言开发，SQL Server实时数据库，CANBUS总线型数据链路，通讯速率达10M/s，数字信号通过串行方式进行通讯和数据传输，经计算机运算处理后将测试结果：测试数据、扭矩值、开度值(输出轴位移量)、空气压力、运行时间等实时显示在液晶显示器上，并能打印、储存、导出，以上状态在计算机的液晶显示屏上显示。见图3。

2、控制系统：

①、采用计算机的I/O接口控制继电器，控制被测气动头的换向阀，使压缩空气进入气缸，被测气动头运行。

②、采用计算机的I/O接口控制继电器，控制阻尼系统的电磁换向阀，使液压油进入液动执行器油缸，其动作方向与被测气动头的动作方向相反，对被测气动头输出端施加反作用力，力的大小，可通过调节器选择。

3、测量系统：

①、测试台内置脉冲编码器，用于测量气动头的转角，其与被测气动头用连接轴连接，当编码器旋转时可输出两路相位差90度的脉冲信号，编码器每旋转一圈，每一路输出1000个脉冲。反映的是被测气动头输出端的位移信号，该脉冲信号送计算机储存处理。

②、被测气动头与扭矩传感器连接，扭矩传感器用于测量气动头的输出扭矩，采用应变电测技术。在圆筒壁上粘贴应变片组成测量电桥，当输出轴转动使固定连接的扭矩传感器圆筒壁受扭矩而产生微小变形后，引起电桥电阻值变化，而转变为电信号的变化从而实现被测气动头输出端的扭矩值测量。被测气动头输出扭矩传感器的电压信号经高速A/D转换器将模拟信号转换成数字信号送计算机储存处理。

③、气压传感器用于测量气动头的气源压力。被测气动头气压传感器的电压信号经高速A/D转换器将模拟信号转换成数字信号送计算机储存处理。

④、数据处理和输出：将测量系统各传感器输出信号高速采样，所采集数据在显示屏上显示，经计算机进行数据处理后得到我们所需的结果，采用打印机或USB接口输出我们所需要的数据及结果。

4、阻尼系统：

测试气动头输出端扭矩时，须施加运行中的输出端以不同的阻尼(反作用力)即加载，扭矩传感器才能产生扭矩信号。

①本设计采用活塞式液压阻尼系统作为加载部件，见图4。

②、选用活塞式液压阻尼系统作为加载部件有以下优点：

a、其结构可以与被测气动头一致，如被测产品为拨叉结构则液压加载装置就选用相同的拨叉结构，如被测产品为齿轮齿条结构则液压加载装置也可选用齿轮齿条结构，两者的运动轫迹相似，所以，扭矩值曲线也相似。

b、由于运行时速度与被测产品速度均为慢速运行，惯性力小，无冲击，可以保证测量精度。

③、液压系统的工作原理：不同规格的被测气动头，输出扭矩也不同，而且，测试气动头输出端扭矩时，须给予输出端以不同的阻尼(反作用力)，反作用力略低于被测气动头的输出力矩，所以，液动执行器的力矩应是可调的，也就是说推动活塞的液压力应是可调的，测试过程对液动执行器的工作有以下要求：

a、液动执行器在油泵和电磁阀不工作时，能被运转中的气动头驱动，除了机械原本的摩擦力外，应无其他阻力，即使油缸有余油，也可从电磁换向阀的H 型油道回油箱；

b、液动执行器能在整定后的溢流阀系统压力下运行；

c、液动执行器能在整定后的溢流阀系统压力不改变的情况下，经调整节流阀，可减小系统压力直至合适。

为了满足以上要求，液压系统特作如是设计：三相电机带动油泵，向电磁换向阀供油，旁路有溢流阀，以调定液压系统总压力，起着定压下的溢流作用和安全保护作用。连接在液压主回路上的调节器，其由节流阀与单向阀串联组成双向调节回路，两只节流阀关闭时，系统压力恒定，液动执行器在系统压力下运行，当节流阀开启，液压油将顶开单向阀从节流阀回油，系统压力则下降，如果两只节流阀开启最大，液压油进油与回油互通，油缸呈浮动状态，液动执行器不动作。

电磁换向阀左边电磁铁得电，P-B通、A-O通，油缸A、B右腔进油，左腔回油，右边电磁铁得电，P-A通、B-O通，油缸A、B左腔进油，右腔回油。电磁换向阀的滑阀机能H型，电磁换向阀不得电时,PABO互通，液压油进油与回油互通，油泵即使运转也属卸荷，油缸A、B呈浮动状态，如果短时间不工作，无需关停油泵电机。

5、特性：

a、扭矩测量范围：100～63000N.m。

b、扭矩传感器精度：0.5％，

c、扭矩测试系统的测量精度≤1％。

d、角行程(开度值)：0～900。

e、能显示被测气动头在扭矩测试过程中任一开度位置和扭矩值的对应，并能存储、导出、打印《开度位置与扭矩值对应曲线图》和测试结果。

实施例二

一种上述的角行程气动头输出扭矩的测试台的测试方法，安装被测气动头，其输出端与扭矩传感器、传动轴稳妥连接并紧固。通过电脑键盘或控制箱上的按钮进行操作。

包括如下步骤：

1)行程整定，阻尼系统不工作，接通压缩空气，气动头关向运行至关到位状态，停机，采集的最小开度值保留；反向，运行至开到位状态，停机，采集的最大开度值保留；

2)行程扭矩测试，阻尼系统工作，气动头关向运行至关到位状态，计算机实时采集气动头输出端的开度值和转矩值，停机，采集的开度值和转矩值在显示器上实时显示并存储；反向，运行至开到位状态，停机，采集的开度值和转矩值在显示器上实时显示并存储，此过程绘制的曲线横坐标为输出端转角位置，纵坐标为输出端扭矩值；如果测试过程中采集到过扭矩信号，自动停止并报警显示。

3)打印(也可导出)“测试界面”的《开度值与转矩值对应曲线图》和测试结果。

采用上述的方案后，能够测试气动头在各种气压条件下，各种启闭速度时，在启闭过程中各转动角度时的最大输出扭矩。应用工控电脑控制试验台的操作过程，并能对输出扭矩、空气压力、运行时间等参数自动进行连续采样，存储采样信息，用曲线方式在屏幕上显示或进行打印。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种角行程气动头输出扭矩的测试台，其特征在于，具有：

台架；

加载部件，设置在所述台架内；

被测气动头，所述被测气动头的被测气动头输出轴与所述加载部件的加载部件输出轴连接；

扭矩传感器，安装在所述台架上，所述扭矩传感器套装在所述被测气动头输出轴上；

电控柜；

控制线，连接所述被测气动头和电控柜；

脉冲编码器，设置在所述加载部件输出轴上，所述脉冲编码器能够测量所述加载部件输出轴的转角；

脉冲编码器接线，连接所述脉冲编码器和电控柜；

扭矩传感器接线，连接所述扭矩传感器和电控柜；

气压传感器，设置在所述被测气动头的气源内、并能测量被测气动头气源的气压；

气压传感器接线，连接所述气压传感器和电控柜。

2.如权利要求1所述的角行程气动头输出扭矩的测试台，其特征在于，所述被测气动头输出轴端部与所述加载部件输出轴端部通过连接轴连接。

3.如权利要求2所述的角行程气动头输出扭矩的测试台，其特征在于，所述电控柜上设有打印机和显示屏。

4.如权利要求3所述的角行程气动头输出扭矩的测试台，其特征在于，所述加载部件为活塞式液压阻尼系统，并设有液压站与所述活塞式液压阻尼系统连接。

5.一种如权利要求4所述的角行程气动头输出扭矩的测试台的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)行程整定，阻尼系统不工作，接通压缩空气，气动头关向运行至关到位状态，停机，采集的最小开度值保留；反向，运行至开到位状态，停机，采集的最大开度值保留；

2)行程扭矩测试，阻尼系统工作，气动头关向运行至关到位状态，计算机实时采集气动头输出端的开度值和转矩值，停机，采集的开度值和转矩值在显示器上实时显示并存储；反向，运行至开到位状态，停机，采集的开度值和转矩值在显示器上实时显示并存储，此过程绘制的曲线横坐标为输出端转角位置，纵坐标为输出端扭矩值；如果测试过程中采集到过扭矩信号，自动停止并报警显示。

6.如权利要求5所述的角行程气动头输出扭矩的测试台的测试方法，其特征在于，采用计算机的I/O接口控制继电器，控制被测气动头的换向阀，使压缩空气进入气缸，被测气动头运行；采用计算机的I/O接口控制继电器，控制阻尼系统的电磁换向阀，使液压油进入液动执行器油缸，其动作方向与被测气动头的动作方向相反，对被测气动头输出端施加反作用力；脉冲编码器反映的是被测气动头输出端的位移信号，该脉冲信号送计算机储存处理；被测气动头输出扭矩传感器的电压信号经高速A/D转换器将模拟信号转换成数字信号送计算机储存处理；被测气动头气压传感器的电压信号经高速A/D转换器将模拟信号转换成数字信号送计算机储存处理。

7.如权利要求5所述的角行程气动头输出扭矩的测试台的测试方法，其特征在于，测试气动头输出端扭矩时，须施加运行中的输出端以不同的阻尼，扭矩传感器才能产生扭矩信号，选用活塞式液压阻尼系统作为加载部件；活塞式液压阻尼系统结构与被测气动头一致，如被测产品为拨叉结构则液压加载装置就选用相同的拨叉结构，如被测产品为齿轮齿条结构则液压加载装置也选用齿轮齿条结构。

8.如权利要求6所述的角行程气动头输出扭矩的测试台的测试方法，其特征在于，活塞式液压阻尼系统通过三相电机带动油泵，向电磁换向阀供油，旁路有溢流阀，以调定液压系统总压力，起着定压下的溢流作用和安全保护作用；连接在液压主回路上的调节器，其由节流阀与单向阀串联组成双向调节回路，两只节流阀关闭时，系统压力恒定，液动执行器在系统压力下运行，当节流阀开启，液压油将顶开单向阀从节流阀回油，系统压力则下降，如果两只节流阀开启最大，液压油进油与回油互通，油缸呈浮动状态，液动执行器不动作；电磁换向阀左边电磁铁得电，P-B通、A-O通，油缸A、B右腔进油、左腔回油，右边电磁铁得电，P-A通、B-O通，油缸A、B左腔进油、右腔回油；电磁换向阀的滑阀机能为H型，电磁换向阀不得电时，PABO互通，液压油进油与回油互通，油泵即使运转也属卸荷，油缸A、B呈浮动状态。