CN112345134A - 一种基于轴传递的无线扭矩测量方法 - Google Patents

一种基于轴传递的无线扭矩测量方法 Download PDF

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秦小杰
颜佑萍
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Shanghai Fenyi Industrial Co ltd
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges

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Abstract

本发明涉及轴系扭矩测量技术领域，提供一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，具体操作步骤如下：将扭矩测量应变全桥贴附在待测量的轴上，并将应变信号转换成射频信号发送的无线模块靠近所述应变全桥固定；标定轴切应变与扭矩的对应关系；接收天线对所述射频信号进行信号接收；信号接收器和数据采集器将信号以一定的采样频率进行采样；将采样得到的电信号数据上传至PC端并结合扭力值计算模型算出轴传递的扭矩值；本发明旨在提供一种通过测量旋转轴在转动过程中产生的表面切应变来获取扭力值、且安装方便，测量灵活的无线扭矩测量系统。

Description

一种基于轴传递的无线扭矩测量方法
技术领域
本发明涉及轴系扭矩测量技术领域，具体涉及一种基于轴传递的无线扭矩测量方法。
背景技术
轴系传动是机械装置动力输出的主要形式，其通过动力轴提供扭矩输出并带动设备运行,通过扭矩可反映动力系统的整体工作特性和状态并评价机械装置的整体性能。在机械传动系统中，轴上扭矩输出既是测算动力系统功率的重要参数，也是监测动力系统工作状态和健康情况的技术指标，其直接关系到机械装置的动力性能和运行安全。因此，实时监测动力轴上的输出扭矩，对于保障机械装置整体安全稳定工作具有重要意义。
在进行转轴传递扭矩测量时，常用的方法是用转速转矩传感器来进行测量，将转速转矩传感器通过联轴器与转动轴进行机械串联，通过配套的扭矩仪或扭矩卡就能测出转动轴所传递的扭矩。但是转速转矩传感器无法对工业现场大型传动装置的扭矩进行在线监测，例如大型轧机、风机和卷取机等传动轴的扭矩在线监测，因为一般都不允许对传动轴进行改造或拆装，因此无法采用扭矩角相位差传感器。
长期以来工业现场大型传动装置的扭矩在线监测的问题，一直未得到较好的解决。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，旨在提供一种通过测量旋转轴在转动过程中产生的表面切应变来获取扭力值、且安装方便，测量灵活的无线扭矩测量系统。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，具体操作步骤如下：
将扭矩测量应变全桥贴附在待测量的轴上，并将应变信号转换成射频信号发送的无线模块靠近所述应变全桥固定；
标定轴切应变与扭矩的对应关系；
接收天线对所述射频信号进行信号接收；
信号接收器和数据采集器将信号以一定的采样频率进行采样；
将采样得到的电信号数据上传至PC端并结合扭力值计算模型算出轴传递的扭矩值。
更进一步地，所述电信号数据通过CAN总线上传至PC端，并采用小包分析进行信号消噪处理。
更进一步地，所述消噪处理步骤如下：
对一个信号进行小波分解；
选择一个阈值对小波分解每一层的高频系数进行量化处理；
采用量化后的高频系数和任意一层的低频系数进行一维信号的小波重构。
更进一步地，所述轴切应变与扭矩的对应关系的标定采用主轴负载端的发电机功率和转速对主轴的扭矩进行标定。
更进一步地，所述计算模型通过结合结合应变桥处的轴截面尺寸、轴材料的弹性模量和泊松比得出，具体为：
T＝τIp/r
其中，τ＝Gγ
式中，T为主轴扭矩值，τ为剪应力，Ip--轴极惯性矩，γ为剪应变，G为剪切模量。
更进一步地，所述应变全桥和无线模块由旋转稳压块供电，所述旋转稳压块的电能由感应电源经静、动线圈之间的耦合获得。
与现有技术相比，本发明实现的有益效果：
较现有技术的转速转矩传感器的扭矩测量方式；本发明形成的无线测量系统相对于转矩转速传感器存在安装方便，测试更为灵活的特点，特别适合于在生产现场进行扭矩测试，也更适合于进行一些大型轴的扭矩测量。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：
图1为本发明无线扭矩测量系统结构示意图；
图2为本发明的感应供电示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1-2。本实施例的一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，具体操作步骤如下：
将扭矩测量应变全桥贴附在待测量的轴上，并将应变信号转换成射频信号发送的无线模块靠近应变全桥固定；
标定轴切应变与扭矩的对应关系；
接收天线对射频信号进行信号接收；
信号接收器和数据采集器将信号以一定的采样频率进行采样；
将采样得到的电信号数据上传至PC端并结合扭力值计算模型算出轴传递的扭矩值。
电信号数据通过CAN总线上传至PC端，其中PC端采用PC104作为下位机，与CAN总线结合使用，可以直接将模拟信号转换为数字信号，并采用小包分析进行信号消噪处理。其中具体的消噪处理步骤如下：
对一个信号进行小波分解；
选择一个阈值对小波分解每一层的高频系数进行量化处理；
采用量化后的高频系数和任意一层的低频系数进行一维信号的小波重构。
轴切应变与扭矩的对应关系的标定采用主轴负载端的发电机功率和转速对主轴的扭矩进行标定；采用此方法可较好的满足扭矩测量精度的要求。其标定的计算公式为：
Figure BDA0002159656370000031
Figure BDA0002159656370000032
式中:T--为主轴扭矩值，N·m；
P--发电机并网功率，kW；
n--主轴转速，r/min；
ΔP--应变桥输出值，mv/v；
S--主轴扭矩校正值,N·m/mv/v。
计算模型通过结合结合应变桥处的轴截面尺寸、轴材料的弹性模量和泊松比得出，具体为：
T＝τIp/r (3)
其中，τ＝Gγ(4)
式中，T为主轴扭矩值，τ为剪应力，Ip--轴极惯性矩，γ为剪应变，G为剪切模量。
应变全桥和无线模块由旋转稳压块供电，旋转稳压块的电能由感应电源经静、动线圈之间的耦合获得；其主要原理为：通过利用电磁互感式变压器进行无接触的电力输入，使用时将互感式变压器动线圈固定在待检测的转轴上；采用此供电方式可以为应变桥的应变片和无线模块提供良好、稳定的电力输出，从而实现测量工作的持续进行。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
将扭矩测量应变全桥贴附在待测量的轴上，并将应变信号转换成射频信号发送的无线模块靠近所述应变全桥固定；
标定轴切应变与扭矩的对应关系；
接收天线对所述射频信号进行信号接收；
信号接收器和数据采集器将信号以一定的采样频率进行采样；
将采样得到的电信号数据上传至PC端并结合扭力值计算模型算出轴传递的扭矩值。
2.根据权利要求1所述的一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，其特征在于，所述电信号数据通过CAN总线上传至PC端，并采用小包分析进行信号消噪处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，其特征在于，消噪处理步骤如下：
对一个信号进行小波分解；
选择一个阈值对小波分解每一层的高频系数进行量化处理；
采用量化后的高频系数和任意一层的低频系数进行一维信号的小波重构。
4.根据权利要求1所述的一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，其特征在于，所述轴切应变与扭矩的对应关系的标定采用主轴负载端的发电机功率和转速对主轴的扭矩进行标定。
5.根据权利要求1所述的一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，其特征在于，所述计算模型通过结合结合应变桥处的轴截面尺寸、轴材料的弹性模量和泊松比得出，具体为：
T＝τIp/r
其中，τ＝Gγ
式中，T为主轴扭矩值，τ为剪应力，Ip--轴极惯性矩，γ为剪应变，G为剪切模量。
6.根据权利要求1所述的一种基于轴传递的无线扭矩测量方法，其特征在于，所述应变全桥和无线模块由旋转稳压块供电，所述旋转稳压块的电能由感应电源经静、动线圈之间的耦合获得。
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