CN108982086B - 一种电动工具静态堵转力矩测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动工具静态堵转力矩测试装置，包括测试工装、数据采集仪、工业计算机、显示器，测试工装包括支架一、支架二、升降平台、气缸，支架一的左右两侧分别同轴连接有扭矩传感器、卡盘一，支架二上同轴连接有卡盘二、角度传感器、卡盘三，卡盘一与卡盘二之间安装有金属棒连接杆，金属棒连接杆一端伸出卡盘三，被试电动工具固定在升降平台上，被试电动工具的钻夹头夹紧金属棒连接杆，气缸驱动杆连接在被试电动工具的电源开关上，气缸、被试电动工具连接工业计算机，工业计算机连接数据采集仪、显示器，数据采集仪连接扭矩传感器、角度传感器；本发明操作、调节灵活方便，整个测试过程完全自动化，测试准确度高，重复性好。

Description

一种电动工具静态堵转力矩测试装置

[技术领域]

本发明涉及电动工具测试技术领域，具体地说是一种电动工具静态堵转力矩测试装置。

[背景技术]

静态堵转力矩是电钻、电锤产品安全标准中特有的检测项目，目的是避免在使用过程中因钻头卡滞产生的大转矩反作用力传递给使用者，导致失控后进一步的人身危险。静态堵转力矩产生的大小与电动工具内置电机参数有关，电机功率越大、转速越低，其堵转力矩越大。静态堵转力矩值是一个随堵转时间变化而变化的参数，产生堵转时，力矩值会有瞬时的冲击上升，并在短时间内迅速回落，随着堵转时间增加，力矩值趋于稳定。

在国家标准GB/T 3883.6-2012(等同IEC 60745-2-1:2008)和GB/T 3883.7-2012(等同IEC 60745-2-6:2008)中规定了静态堵转力矩测试方法：冷态下，在锁定的工具输出轴上测量静态堵转力矩。将工具通以额定电压，机械齿轮变速档调至最低速，电子调速器调节到最高速度值，工具开关放置在完全“接通”位置。所测力矩的平均值应不大于相应最大值。目前电动工具检测实验室都具备专用的静态堵转力矩测试仪，一般由电动工具的夹持固定台架和力矩数值显示仪表组成，公开号为CN101487752A、CN105738808A两个发明专利申请中均有类似的测试方法描述。

由上可知，在原有国际标准和国家标准中，均未对静态堵转力矩的测量时间点予以准确规定，静态堵转力矩的测量值取决于力矩数值显示仪表的反应时间，该仪表记录了测量过程中的最大值。这就给测量结果带来了不确定性，不同实验室之间的数据也不具备可比性。

2017年6月，电钻国际安全标准IEC 62841-2-1:2017发布，该标准对静态堵转力矩的测量方法做了较大改进完善，总结起来包括如下几个方面：

1.明确了测量仪器精度要求

扭矩传感器精度±1％，量程要至少是被测扭矩的150％，角度精度为±2°。扭矩数据采集设备的采样频率最少为15kHz，并且有一个截止频率为(1±0.1)kHz的低通滤波器。

2.规定了静态堵转力矩测量角度

有一个连接装置，该装置能够让工具旋转到30°到60°之间停转，此时记录工具扭矩时间曲线以及角度值。

3.明确了静态堵转力矩测量时间点

(1)没有离合器的工具：1)传感器信号在初始峰值后稳定至少2ms以上的，输出扭矩值用稳定期开始到不超过100ms时的值，如果数据有波动，应采用平均值。2)如果传感器信号在初始峰值后不能稳定2ms以上的，输出扭矩值应为从旋转停止到峰值扭矩到达时的有效值。

(2)有离合器的工具：取开始测试后的第一个峰值。

在上述测量方法中，难点在于第2条，需要控制堵转过程中工具的旋转角度。目前，国内电动工具实验室的静态堵转力矩测量仪器均无法满足该要求。由于我国电动工具安全标准均等同采用国际标准，因此迫切需要研制出符合IEC62841-2-1:2017的静态堵转力矩测量装置。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种电动工具静态堵转力矩测试装置，能够适用于不同电动工具的静态堵转力矩测量，且操作、调节灵活方便，整个测试过程完全自动化，能够保障测试人员安全，测试准确度高，重复性好。

为实现上述目的设计一种电动工具静态堵转力矩测试装置，包括测试工装16、数据采集仪17、工业计算机18、显示器19及电气控制系统20，所述测试工装16包括扭矩传感器1、支架一2、卡盘一3、金属棒连接杆4、卡盘二5、角度传感器6、支架二7、卡盘三8、夹具9、被试电动工具10、升降平台11、气缸12、升降手柄13，所述支架一2、支架二7、升降平台11均直立安装在工装台14上，所述支架一2、升降平台11分别位于支架二7左右两侧，所述支架一2的左右两侧分别同轴连接有扭矩传感器1、卡盘一3，所述支架二7的左右两侧分别同轴连接有卡盘二5、卡盘三8，所述卡盘二5与支架二7之间装设有角度传感器6，所述扭矩传感器1、卡盘一3、卡盘二5、角度传感器6、卡盘三8均同轴布置，所述卡盘一3与卡盘二5之间安装有金属棒连接杆4，所述金属棒连接杆4一端向外延伸并伸出卡盘三8，所述被试电动工具10通过夹具9固定在升降平台11上，所述升降平台11上设有用于调节升降平台11高度的升降手柄13，所述被试电动工具10的钻夹头中心与卡盘三8中心一致，所述被试电动工具10的钻夹头夹紧金属棒连接杆4的伸出端，所述被试电动工具10另一侧设置有气缸12，所述气缸12安装在升降平台11上，所述气缸12驱动杆连接在被试电动工具10的电源开关上，所述气缸12、被试电动工具10通过电气控制系统20连接工业计算机18，所述工业计算机18的输入端连接数据采集仪17，所述数据采集仪17的输入端分别连接扭矩传感器1、角度传感器6，所述工业计算机18的输出端连接显示器19。

进一步地，所述支架一2、支架二7均安装在直线导轨15上，所述直线导轨15沿与卡盘一3、卡盘二5同轴向延伸，所述直线导轨15固定在工装台14上。

进一步地，所述支架一2、支架二7上分别安装有轴一、轴二，所述轴一与轴二同心设置，所述扭矩传感器1、卡盘一3分别安装在轴一两端，所述卡盘二5、角度传感器6、卡盘三8均安装在轴二上。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

(1)该测试装置操作、调节灵活方便，可适用于不同电动工具的静态堵转力矩测量，且整个测试过程完全自动化，不需要人为干预，保障测试人员安全，测试准确度高，重复性好；

(2)测试人员可以直接在测试软件中读取测量结果，人机界面友好，提升了测试效率；

(3)本发明填补了目前我国没有符合IEC 62841-2-1:2017的静态堵转力矩测量装置的空白，及时跟进国际标准，测试系统完全符合最新国际标准要求，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明测试工装的结构示意图；

图3是本发明实施例实测力矩-时间曲线、角度-时间曲线示意图；

图中：1、扭矩传感器 2、支架一 3、卡盘一 4、金属棒连接杆 5、卡盘二 6、角度传感器 7、支架二 8、卡盘三 9、夹具 10、被试电动工具 11、升降平台 12、气缸 13、升降手柄14、工装台 15、直线导轨 16、测试工装 17、数据采集仪 18、工业计算机 19、显示器 20、电气控制系统。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图所示，本发明包括：测试工装16、数据采集仪17、工业计算机18、显示器19及电气控制系统20，测试工装16包括扭矩传感器1、支架一2、卡盘一3、金属棒连接杆4、卡盘二5、角度传感器6、支架二7、卡盘三8、夹具9、被试电动工具10、升降平台11、气缸12、升降手柄13，支架一2、支架二7、升降平台11均直立安装在工装台14上，支架一2、升降平台11分别位于支架二7左右两侧，支架一2的左右两侧分别同轴连接有扭矩传感器1、卡盘一3，支架二7的左右两侧分别同轴连接有卡盘二5、卡盘三8，卡盘二5与支架二7之间装设有角度传感器6，扭矩传感器1、卡盘一3、卡盘二5、角度传感器6、卡盘三8均同轴布置，卡盘一3与卡盘二5之间安装有金属棒连接杆4，金属棒连接杆4一端向外延伸并伸出卡盘三8，被试电动工具10通过夹具9固定在升降平台11上，升降平台11上设有用于调节升降平台11高度的升降手柄13，被试电动工具10的钻夹头中心与卡盘三8中心一致，被试电动工具10的钻夹头夹紧金属棒连接杆4的伸出端，被试电动工具10另一侧设置有气缸12，气缸12安装在升降平台11上，气缸12驱动杆连接在被试电动工具10的电源开关上，气缸12、被试电动工具10通过电气控制系统20连接工业计算机18，工业计算机18的输入端连接数据采集仪17，数据采集仪17的输入端分别连接扭矩传感器1、角度传感器6，工业计算机18的输出端连接显示器19。其中，支架一2、支架二7均安装在直线导轨15上，直线导轨15固定在工装台14上，该直线导轨15的设置极大地方便了测试前工装位置的调节；还可在支架一2、支架二7上分别安装有轴一、轴二，轴一与轴二同心设置，扭矩传感器1、卡盘一3分别安装在轴一两端，卡盘二5、角度传感器6、卡盘三8均安装在轴二上，从而使得安装更加快捷、便利。

本发明为符合IEC 62841-2-1:2017的静态堵转力矩测量装置，其采用的技术方案如附图1所示：设计测试工装，利用其固定被试电动工具，安装扭矩传感器、角度传感器、金属棒连接杆；扭矩传感器、角度传感器读取的测量值通过数据采集仪同步到工业计算机；开发测试软件，通过显示器可视化的力矩-时间曲线、角度-时间曲线，读取规定角度下的静态堵转力矩值；计算机可电气控制被试工具的电源。

如附图2所示，本发明所述的电动工具静态堵转力矩测试装置主要包括传感器(扭矩传感器)、支架一、卡盘一、金属棒连接杆、卡盘二、编码器(角度传感器)、支架二、卡盘三、夹具、被试电动工具、升降平台、气缸、升降手柄。其工作原理为：根据电动工具理论上堵转力矩的范围，从材料表中选择不同长度、不同直径的金属棒连接杆，其扭转率(扭转角度与比长度之比)为定值，确保静态堵转力矩测量时的旋转角度符合标准要求。

将金属棒连接杆4安装在测试工装的卡盘一3和卡盘二5中间，并伸出卡盘三8一定长度；将被试电动工具10安装在升降平台11上，被试电动工具10的钻夹头初步地夹紧金属棒连接杆4；通过升降手柄13调节升降平台11，使得被试电动工具10的钻夹头中心与卡盘三8中心保持一致，利用夹具9将被试电动工具10固定，锁紧卡盘三8和被试电动工具10的钻夹头，夹紧金属棒连接杆4，避免在测试过程中出现打滑现象；将气缸12驱动杆连接在被试电动工具10的电源开关上，接通电源和气缸12气源；打开计算机测试软件，系统默认静态堵转力矩测试时间为1秒，也可以根据实际情况设置测试时间；点击软件界面上“Start”键开始测试，计算机发送测试指令接通被试电动工具10电源和气缸12气源，被试电动工具10通电运行，即刻发生堵转；数据采集仪以15kHz采样频率开始采集扭矩传感器1的扭矩信号，同时采集编码器(角度传感器6)的角度信号，1秒后测试系统自动将气缸12释放，从而关闭被试电动工具10电源开关，信号采集结束。计算机软件将测试数据保存，并以力矩-时间曲线、角度-时间曲线显示，测试人员根据标准规定时间范围选择所要读取的数据，软件自动计算静态堵转力矩平均值。

目前，具有电钻产品安全标准测试能力的实验室近200家，因此，本发明所述的电动工具静态堵转力矩测试装置具有广阔的应用前景，附图3为计算机软件显示的实测力矩-时间曲线、角度-时间曲线图，可见能够直接读取测量结果，人机界面友好，测试效率高。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电动工具静态堵转力矩测试装置，其特征在于：包括测试工装(16)、数据采集仪(17)、工业计算机(18)、显示器(19)及电气控制系统(20)，所述测试工装(16)包括扭矩传感器(1)、支架一(2)、卡盘一(3)、金属棒连接杆(4)、卡盘二(5)、角度传感器(6)、支架二(7)、卡盘三(8)、夹具(9)、被试电动工具(10)、升降平台(11)、气缸(12)、升降手柄(13)，所述支架一(2)、支架二(7)、升降平台(11)均直立安装在工装台(14)上，所述支架一(2)、升降平台(11)分别位于支架二(7)左右两侧，所述支架一(2)的左右两侧分别同轴连接有扭矩传感器(1)、卡盘一(3)，所述支架二(7)的左右两侧分别同轴连接有卡盘二(5)、卡盘三(8)，所述卡盘二(5)与支架二(7)之间装设有角度传感器(6)，所述扭矩传感器(1)、卡盘一(3)、卡盘二(5)、角度传感器(6)、卡盘三(8)均同轴布置，所述卡盘一(3)与卡盘二(5)之间安装有金属棒连接杆(4)，所述金属棒连接杆(4)一端向外延伸并伸出卡盘三(8)，所述被试电动工具(10)通过夹具(9)固定在升降平台(11)上，所述升降平台(11)上设有用于调节升降平台(11)高度的升降手柄(13)，所述被试电动工具(10)的钻夹头中心与卡盘三(8)中心一致，所述被试电动工具(10)的钻夹头夹紧金属棒连接杆(4)的伸出端，所述被试电动工具(10)另一侧设置有气缸(12)，所述气缸(12)安装在升降平台(11)上，所述气缸(12)驱动杆连接在被试电动工具(10)的电源开关上，所述气缸(12)、被试电动工具(10)通过电气控制系统(20)连接工业计算机(18)，所述工业计算机(18)的输入端连接数据采集仪(17)，所述数据采集仪(17)的输入端分别连接扭矩传感器(1)、角度传感器(6)，所述工业计算机(18)的输出端连接显示器(19)。

2.如权利要求1所述的电动工具静态堵转力矩测试装置，其特征在于：所述支架一(2)、支架二(7)均安装在直线导轨(15)上，所述直线导轨(15)固定在工装台(14)上。

3.如权利要求1或2所述的电动工具静态堵转力矩测试装置，其特征在于：所述支架一(2)、支架二(7)上分别安装有轴一、轴二，所述轴一与轴二同心设置，所述扭矩传感器(1)、卡盘一(3)分别安装在轴一两端，所述卡盘二(5)、角度传感器(6)、卡盘三(8)均安装在轴二上。

Images