CN109114129B - 一种智能安全联轴器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种智能安全联轴器及其工作方法，是用实时动态扭矩控制执行机构使联轴器的驱动侧和被驱动侧迅速分开的新型智能安全联轴器。联轴器上的控制系统会将扭矩传感器检测到的实时扭矩数据进行分析并与预先选取设定的扭矩值对比，如果实时扭矩超过预先设定的扭矩值，控制系统会发送指令给执行机构，执行机构立即动作，从而达到限定扭矩的目的。将扭矩动态数据的采集、分析和控制以及执行机构集成于联轴器里，形成一个独立智能装置。也可以利用实际动态扭矩值来修正联轴器的初步预设的松脱扭矩值，使传动系统得到更准确完全的保护。该智能限扭矩安全联轴器可以广泛应用于冶金、能源、矿山、航空、汽车、工程机械等各种工业领域。

Description

一种智能安全联轴器及其工作方法

技术领域

本发明涉及传动系统领域，尤其涉及一种智能限制扭矩的安全联轴器及其工作方法。

背景技术

传动系统是工业设备的重要组成部分，传动系统上的动态扭矩由于构成因素复杂很难获取，因此传动系统的设计和维护对于工程技术人员和现场设备人员来说一直都是难题。

另一方面安全联轴器的设定值一般都是凭经验取值设定，设计者和使用者很难获得传动系统上实际准确真实的动态扭矩数据做参考，因此就会造成安全联轴器选用时的设计设定值和传动系统上实际真实的动态扭矩值之间偏差很大，传动系统和设备很难得到真正的安全保护。

实践过程中，传统的机械式限扭矩联轴器和安全联轴器本身也存在着以下问题：

1、误差大，一些限扭矩联轴器的误差有时达到并超过设定值的+/-30％；

2、响应时间长，这就会对传动系统实际受到的冲击载荷无法有效限制，造成安全隐患；

3、无法及时使驱动侧和被驱动侧完全脱开；

4、很难实现联轴器的远程控制松脱和联接；

5、智能化程度不高。

在这个背景下传统的机械安全联轴器越来越不能满足市场的需求，这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本智能安全联轴器旨在解决现有传动系统技术中存在的技术问题，针对传统机械安全联轴器的不足，创新性地将动态扭矩检测、分析以及执行机构等单元集成于联轴器当中，利用检测到的实际动态扭矩值，使联轴器快速动态离合达到限制扭矩的目的。

本发明提供了一种智能安全联轴器，包括：内部设置扭矩传感器8，左半联轴器9和右半联轴器2，以及联轴器控制系统1，执行机构3；

联轴器控制系统1通过分析扭矩传感器8检测到的联轴器上的动态扭矩数据，当联轴器上的扭矩超过联轴器控制系统1预先设定值时，联轴器控制系统1发指令给执行机构3，执行机构动作使左半联轴器9和右半联轴器2快速脱开，实现限制扭矩的功能；执行机构3通过联轴器控制系统1控制开合操作，联轴器控制系统1能够无线连接远程智能终端传输工作数据。

上述技术方案的有益效果为：通过集成动态扭矩检测、电源、信号和数据分析处理、执行机构等单元于联轴器中，利用扭矩传感器检测联轴器上的实际动态扭矩，再通过自带的信号处理和智能控制系统进行分析，如果实际扭矩超过设定扭矩值，驱动执行机构就会使左右半联轴器迅速脱开。

优选的，所述左半联轴器9和右半联轴器2为钢性联轴器、摩擦片式联轴器、液压式联轴器、棘轮式联轴器或者磁性联轴器。

优选的，所述左半联轴器9和右半联轴器2沿同一轴线旋转，左半联轴器与驱动链的被驱动端相连，右半联轴器与驱动链的驱动端相连，左半联轴器9与右半联轴器2通过钢珠10相联接；左半联轴器9带有凹槽，钢珠10一侧卡在左半联轴器9的凹槽内，另一端与执行机构3的芯棒相连，执行机构3包含芯棒，弹簧和电磁线圈，电磁线圈通过磁力吸合芯棒克服弹簧的弹力带动钢珠10从左半联轴器9凹槽内脱出，左半联轴器9和右半联轴器2分离，在钢珠10和电磁线圈之间设置弹簧，执行机构3不动作时，弹簧的弹力推动芯棒将钢珠10压入左半联轴器9的凹槽内，使左半联轴器9和右半联轴器2联接。

上述技术方案的有益效果为：

1.本智能安全联轴器是基于实时动态扭矩来控制左半联轴器和右半联轴器的脱开和联接，因此响应时间快，更精确，能够全面保护设备。

2.能直接获取传动系统上的动态扭矩数据，使工程技术人员能轻松解决传动系统技术难题。

3.过去在选取传动系统的安全系数时，一般是根据经验选定，这样很容易出现偏差。使用本智能安全联轴器会通过获取用户使用环境下的真实数据来修正根据经验选的安全系数，弥补了“经验值”的不足，满足了用户对设备的“个性化”和“定制化”的需求。

4.本智能安全联轴器是一个颠覆性的“智能”化产品。联轴器有了自己的大脑，使联轴器“自学习，自我管理”成为可能；它既是一个独立的装置，也能够实现与其他设备进行物联，适应了工业“智能”“物联”的趋势。

优选的，所述联轴器控制系统1包括：信号处理模块6扭矩信号采集端连接扭矩传感器数据发送端，信号处理模块数据发送端连接芯片模块5信号接收端，芯片模块5执行信号端连接执行机构工作信号端，控制执行机构3的电磁线圈断电和供电。

优选的，联轴器控制系统1还包括：第一供电装置4、第二供电装置7、调制电路、解调电路和传输装置；

芯片模块5、信号处理模块6的电源端连接第二供电装置7供电端，第二供电装置7另一供电端连接扭矩传感器8电源端，传输装置通过第二耦合线圈对第二供电装置电路供电；

执行机构3通过的电源端连接第一供电装置4供电端，传输装置通过第一耦合线圈对第一供电装置供电。

上述技术方案的有益效果为：通过相应的第一供电装置与第一耦合线圈配合使用，为执行机构进行供电操作，相应的第二供电装置与第二耦合线圈配合使用，为芯片模块、信号处理模块和扭矩传感器提供电力保障，使用耦合线圈也是减少有线供电时，线路的羁绊保证快速的进行无线充电操作。

优选的，联轴器控制系统1还包括：二号供电装置设置无线信号中继器，无线信号中继器将芯片模块的信号发送到解调电路，解调电路无线连接远程智能终端，远程智能终端工作信号端无线连接调制电路工作信号端，调制电路信号发送端无线连接无线信号中继器信号接收端。

上述技术方案的有益效果为：无线中继器设置在第二供电装置中进行无线信号的收发工作。

本发明还公开一种智能安全联轴器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，扭矩传感器采集联轴器的实时扭矩信号，信号处理模块将采集的扭矩信息转换后发送到芯片模块，当联轴器上的扭矩超过设定值时，芯片模块发指令给执行机构，执行机构中的电磁线圈吸合铁芯带动钢珠运动，使左半联轴器和右半联轴器脱开；当联轴器的扭矩未超过设定值时，芯片模块不会发指令给执行机构，执行机构不动作，左半联轴器和右半联轴器通过钢珠联接；

传输装置通过耦合线圈对一号供电装置和二号供电装置进行持续供电，分别向扭矩传感器、信号处理模块、芯片模块和执行机构进行供电；

S2：扭矩传感器采集的实时扭矩信号通过信号处理模块处理之后，通过芯片模块发送到无线信号中继器至解调电路，再传输到远程智能终端，远程智能终端能够同时获取智能安全联轴器的健康信息、执行机构的状态、脱开时的扭矩和脱开次数、联轴器上实时扭矩等数据；

S3：远程智能终端发送指令或信号给芯片模块：远程智能终端发送指令或信号给调制器，再通过耦合线圈最终传输到芯片模块；远程智能终端能够对芯片模块上的设定参数进行修改，也能够远程控制执行机构的动作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本智能限制扭矩安全联轴器解决了现有机械安全联轴器误差大、响应时间长、无法及时脱开、不能实现远程控制、智能程度不高等问题，是一种能满足工业智能化市场需要的创新性智能限制扭矩安全联轴器。智能化、可远程控制、瞬间动态在线完全脱开、不停机动态恢复，联轴器限制扭矩准确，联轴器设定的松脱扭矩与联轴器松脱时的实际松脱扭矩之间误差小，安全联轴器的扭矩设定值可调、且其调整范围大，满足了飞速发展的工业智能化市场需求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明电路示意图；

图3是本发明解调电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，联轴器上的扭矩传感器8检测到联轴器上的扭变形电信号，这些信号被传输到信号处理模块6，信号经过放大和转换，再传输到芯片模块5，芯片模块5通过自带的应用软件将其转换为实时扭矩数据并对其进行分析，如果实际扭矩超过预先设定值，芯片模块5就会发出指令给执行机构3，执行机构3接收到指令后，内部的铁芯就会带动钢珠10从左半联轴器的凹槽内脱出，使左半联轴器9和右半联轴器2动态瞬间脱开。

传输装置向联轴器提供电源的同时也能够从联轴器接收芯片模块5的数据并向外传输。传输装置接收控制系统1的数据后，并将这些数据传输到其他电子设备上或者发送到云存储设备上。也能够接收外部智能终端的指令和数据。

如图1所示，本发明公开一种智能安全联轴器，包括：内部设置扭矩传感器8，左半联轴器9和右半联轴器2，以及联轴器控制系统1，执行机构3；

联轴器控制系统1通过分析扭矩传感器8检测到联轴器动态扭矩数据，指令给执行机构3使其动作，左半联轴器9和右半联轴器2脱开，实现限制扭矩，执行机构3通过联轴器控制系统1控制开合操作，联轴器控制系统1无线连接智能终端传输工作数据。

优选的，所述左半联轴器9和右半联轴器2能够为钢性联轴器、摩擦片式联轴器、液压式联轴器或者棘轮式联轴器等任意能够实现离合功能的联轴器或者离合器；由于半联轴器不同，其执行机构3的结构和左右半联轴器的联接脱开方式会相应不同。本发明的创新点在于通过联轴器中的执行机构、控制系统和电源模块直接对左半联轴器9和右半联轴器2进行控制，实现了响应时间快、工作延时短的技术效果，对于左半联轴器9和右半联轴器2的具体结构能够根据不同的工况进行改造设计。

所述左半联轴器9和右半联轴器2沿同一轴线旋转，左半联轴器与驱动链的被驱动端相连，右半联轴器与驱动链的驱动端相连，左半联轴器9与右半联轴器2通过钢珠10相联接；左半联轴器9带有凹槽，钢珠10一侧卡在左半联轴器9的凹槽内，另一端与执行机构3的芯棒相连，执行机构3包含芯棒，弹簧和电磁线圈，电磁线圈通过磁力吸合芯棒克服弹簧的弹力带动钢珠10从左半联轴器9凹槽内脱出，左半联轴器9和右半联轴器2分离，在钢珠10和电磁线圈之间设置碟簧，执行机构3不动作时，弹簧的弹力推动芯棒将钢珠10压入左半联轴器9的凹槽内，使左半联轴器9和右半联轴器2联接。

如图2所示，所述联轴器控制系统1包括：信号处理模块6扭矩信号采集端连接扭矩传感器数据发送端，信号处理模块数据发送端连接芯片模块5信号接收端，芯片模块5执行信号端连接执行机构工作信号端，控制执行机构3的电磁线圈断电和供电。

联轴器控制系统1还包括：第一供电装置4、第二供电装置7、调制电路、解调电路和传输装置；

芯片模块5、信号处理模块6的电源端连接第二供电装置7供电端，第二供电装置7另一供电端连接扭矩传感器8电源端，传输装置通过第二耦合线圈对第二供电装置电路供电；

执行机构3通过的电源端连接第一供电装置4供电端，传输装置通过第一耦合线圈对第一供电装置供电。

联轴器控制系统1还包括：二号供电装置设置无线信号中继器，无线信号中继器将芯片模块的信号发送到解调电路，解调电路无线连接智能终端，智能终端工作信号端无线连接调制电路工作信号端，调制电路信号发送端无线连接无线信号中继器信号接收端。

本发明的技术特点：

本发明创新性的集成动态扭矩检测、电源、信号和数据分析处理、执行机构等单元于联轴器中，利用扭矩传感器检测联轴器上的实际动态扭矩，再通过自带的信号处理和智能控制系统进行分析，如果实际扭矩超过设定扭矩值，驱动执行机构就会使左右半联轴器左右半联轴器也能够为任意带有离合功能的联轴器或者离合器迅速脱开。它是通过检测实际动态扭矩来控制左右半联轴器动使其态离合来实现限扭矩功能的联轴器。

本智能限扭矩安全联轴器是一个独立的自我控制管理系统，不受外界干扰，也能够与外部设备实现互联和数据交换。

智能安全联轴器的智能控制系统包括信号的处理，分析和控制等单元，是一个独立的智能装置，即能够通过传输设备将数据传输到其他电子设备上，也能够实现与外部物联和云端数据存储。

智能控制系统会根据历史数据和实时扭矩曲线预测扭矩的变化趋势，及时发指令给执行机构，减少了反应时间。由于本智能联轴器松脱时的扭矩是传感器检测到的实际扭矩，因此误差非常小。执行机构接收到智能控制系统的指令快速动作，响应时间短。

如图3所示，所述解调电路包括：调制信号连接第1电阻一端，第1电阻另一端分别连接第2电阻一端和第3电阻一端，第2电阻另一端连接Vss电源端，第3电阻另一端连接第2电感一端，第2电感另一端连接第3电容一端，第3电容另一端分别连接第4电容一端和第2二极管负极，第2二极管正极分别连接第1二极管负极和第1电感一端，第1电感一端还分别连接第1电容一端和第2电容一端，第1电容另一端分别连接第2电容另一端和第1电感另一端，第1二极管正极分别连接第2二极管负极和第1电感另一端，第4电容另一端连接解调芯片信号解调端，5V电源端连接第4电阻一端，第4电阻另一端分别连接第9电容一端和第5电阻一端，第9电容另一端连接Vss电源端，第5电阻并联第1晶振后连接解调芯片频率信号端，解调芯片信号扫描端连接控制芯片信号接收端，5V电源还分别连接第5电容一端和第6电容一端，第5电容另一端连接解调芯片第2双耦合信号端，第6电容另一端连接解调芯片第1双耦合信号端，解调芯片过滤信号输出端连接第7电阻一端，第7电阻另一端5V电源端，解调芯片恢复信号端连接第6电阻一端，第6电阻另一端连接第7电容一端，第7电容另一端连接Vss电源端。

其中控制芯片为解调信号所使用的单片机，该单片机用于将信号发送到远程智能终端。

所述智能终端为智能手机或者电脑等服务器系统。

该电路的有益效果为：R4和R5为限流电阻，通过晶振T1进行时间频率振荡，信号经过R1、R2和R3之后，通过L2及C3和C4后，由解调芯片第1脚输入，构成MC3361解调的本振级，FSK网络标号为光纤接收接口输入的矩形波信号，信号经过R1、R2分压，将信号高电平转换为500mV，再经过L2、C3进行滤波，及C1和C2、L1、D1、D2二次限压滤波后，消除干扰频率。从而将调制信号稳定传输到解调芯片MC3361中，通过解调芯片处理之后，将信号传输到智能终端进行数据接收。实现了快速分析信号的功能，保证数据传输稳定可靠。

本发明还公开一种智能安全联轴器的工作方法，包括如下步骤：

S1，智能终端发送联轴器工作信号，工作信号通过调制器传输到解调电路进行传输工作，使用第二耦合线圈对二号供电装置进行供电操作，二号供电装置分别向扭矩传感器、信号处理模块和芯片模块供电，扭矩传感器实时采集联轴器的扭矩值，扭矩传感器通过信号处理模块将采集的扭矩值发送到芯片模块，当联轴器上的扭矩值超过设定值时，芯片模块发指令给执行机构，执行机构中的电磁线圈吸合铁芯带动钢珠运动，使左半联轴器和右半联轴器脱开；当联轴器的扭矩值未超过设定值时，芯片模块不会发指令给执行机构，执行机构不动作，左半联轴器和右半联轴器一直通过钢珠联接；传输装置通过耦合线圈对一号供电装置和二号供电装置进行持续供电，分别向扭矩传感器、信号处理模块、芯片模块和执行机构进行供电；其中芯片模块将扭矩值信号通过二号供电装置传输到解调电路，解调电路将信号传输到智能终端，使用第一耦合线圈对一号供电装置进行供电操作，一号供电装置向执行机构进行供电；

S2：扭矩传感器采集的实时扭矩信号通过信号处理模块处理之后，通过芯片模块发送到二号供电装置，通过二号供电装置中的无线信号中继器发送到解调电路，解调电路无线传输到智能终端，智能终端实时获取扭矩传感器的扭矩值，通过执行机构控制右半联轴器动作的过程，芯片模块将执行工作信号发送到二号供电装置，通过二号供电装置中的无线信号中继器发送到解调电路，解调电路无线传输到智能终端，智能终端展示执行机构的工作状态，远程智能终端能够同时获取智能安全联轴器的健康信息包括各元件的运行情况，电源情况等、执行机构的状态、脱开时的扭矩和次数、联轴器上实时扭矩等数据；

S3：智能终端发送工作指令或信号给调制器，当芯片模块获取工作指令或信号时，执行左半联轴器9和右半联轴器2的工作指令，相应再通过耦合线圈最终传输到芯片模块；远程智能终端对芯片模块上的设定参数进行修改，也能够远程控制执行机构的动作；远程智能终端通过无线网络连接云端服务器，将S2实时采集的扭矩值数据以及执行机构动作数据发送到云端服务器，通过云端服务器对数据进行储存，实时对传动系统监控，进行后台操作，提高联轴器工作安全性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员能够理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下能够对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由本申请及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种智能安全联轴器，其特征在于，包括：内部设置扭矩传感器(8)，左半联轴器(9)和右半联轴器(2)，以及联轴器控制系统(1)，执行机构(3)；

联轴器控制系统(1)通过分析扭矩传感器(8)检测到的联轴器上的动态扭矩数据，当联轴器上的扭矩超过联轴器控制系统(1)预先设定值时，联轴器控制系统(1)发指令给执行机构(3)，执行机构动作使左半联轴器(9)和右半联轴器(2)快速脱开，实现限制扭矩的功能；执行机构(3)通过联轴器控制系统(1)控制开合操作，联轴器控制系统(1)能够无线连接远程智能终端传输工作数据。

2.根据权利要求1所述的智能安全联轴器，其特征在于，所述左半联轴器(9)和右半联轴器(2)为钢性联轴器、摩擦片式联轴器、液压式联轴器、棘轮式联轴器或者磁性联轴器。

3.根据权利要求1所述的智能安全联轴器，其特征在于，所述左半联轴器(9)和右半联轴器(2)沿同一轴线旋转，左半联轴器与驱动链的被驱动端相连，右半联轴器与驱动链的驱动端相连，左半联轴器(9)与右半联轴器(2)通过钢珠(10)相联接；左半联轴器(9)带有凹槽，钢珠(10)一侧卡在左半联轴器(9)的凹槽内，另一端与执行机构(3)的芯棒相连，执行机构(3)包含芯棒，弹簧和电磁线圈，电磁线圈通过磁力吸合芯棒克服弹簧的弹力带动钢珠(10)从左半联轴器(9)凹槽内脱出，左半联轴器(9)和右半联轴器(2)分离，在钢珠(10)和电磁线圈之间设置弹簧，执行机构(3)不动作时，弹簧的弹力推动芯棒将钢珠(10)压入左半联轴器(9)的凹槽内，使左半联轴器(9)和右半联轴器(2)联接。

4.根据权利要求1所述的智能安全联轴器，其特征在于，所述联轴器控制系统(1)包括：信号处理模块(6)扭矩信号采集端连接扭矩传感器数据发送端，信号处理模块数据发送端连接芯片模块(5)信号接收端，芯片模块(5)执行信号端连接执行机构工作信号端，控制执行机构(3)的电磁线圈断电和供电。

5.根据权利要求1-4任一所述智能安全联轴器，其特征在于，联轴器控制系统(1)还包括：第一供电装置(4)、第二供电装置(7)、调制电路、解调电路和传输装置；

芯片模块(5)、信号处理模块(6)的电源端连接第二供电装置(7)供电端，第二供电装置(7)另一供电端连接扭矩传感器(8)电源端，传输装置通过第二耦合线圈对第二供电装置电路供电；

执行机构(3)通过的电源端连接第一供电装置(4)供电端，传输装置通过第一耦合线圈对第一供电装置供电。

6.根据权利要求4所述智能安全联轴器，其特征在于，联轴器控制系统(1)还包括：二号供电装置设置无线信号中继器，无线信号中继器将芯片模块的信号发送到解调电路，解调电路无线连接远程智能终端，远程智能终端工作信号端无线连接调制电路工作信号端，调制电路信号发送端无线连接无线信号中继器信号接收端。

7.一种基于权利要求1所述的智能安全联轴器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，扭矩传感器采集联轴器的实时扭矩信号，信号处理模块将采集的扭矩信息转换后发送到芯片模块，当联轴器上的扭矩超过设定值时，芯片模块发指令给执行机构，执行机构中的电磁线圈吸合铁芯带动钢珠运动，使左半联轴器和右半联轴器脱开；当联轴器的扭矩未超过设定值时，芯片模块不会发指令给执行机构，执行机构不动作，左半联轴器和右半联轴器通过钢珠联接；

传输装置通过耦合线圈对一号供电装置和二号供电装置进行持续供电，分别向扭矩传感器、信号处理模块、芯片模块和执行机构进行供电；

S2：扭矩传感器采集的实时扭矩信号通过信号处理模块处理之后，通过芯片模块发送到无线信号中继器至解调电路，再传输到远程智能终端，远程智能终端能够同时获取智能安全联轴器的健康信息、执行机构的状态、脱开时的扭矩和脱开次数、联轴器上实时扭矩数据；

S3：远程智能终端发送指令或信号给芯片模块：远程智能终端发送指令或信号给调制器，再通过耦合线圈最终传输到芯片模块；远程智能终端能够对芯片模块上的设定参数进行修改，也能够远程控制执行机构的动作。