CN112345137A - 基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法 - Google Patents

基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112345137A
CN112345137A CN201910725376.1A CN201910725376A CN112345137A CN 112345137 A CN112345137 A CN 112345137A CN 201910725376 A CN201910725376 A CN 201910725376A CN 112345137 A CN112345137 A CN 112345137A
Authority
CN
China
Prior art keywords
torsion bar
torque
strain gauge
stress
transmission system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910725376.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李贵文
陈融融
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jinyi Inspection Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Jinyi Inspection Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jinyi Inspection Technology Co ltd filed Critical Shanghai Jinyi Inspection Technology Co ltd
Priority to CN201910725376.1A priority Critical patent/CN112345137A/zh
Publication of CN112345137A publication Critical patent/CN112345137A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225—Measuring circuits therefor
    • G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法，本方法在柔性传动系统扭力杆设置应变计，其中应变片沿扭力杆轴线呈夹角粘贴于扭力杆表面用于检测扭力杆的应力变化；采集应变计检测信号并经信号调理模块或模数转换模块后传送至上位机；上位机根据采集的应变计检测信号分别分析计算扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩；设定柔性传动系统中扭力杆的安全应力阈值和安全扭矩阈值，将计算得到的扭力杆的应力值和扭矩与安全应力阈值和安全扭矩阈值比较，如大于安全应力阈值和安全扭矩阈值，则给出预警信号。本方法应用应力应变测试原理对扭力杆扭矩实现在线监测，对监测数据进行分析判断，进而对柔性传动系统给出预警，实现在线保护。

Description

基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法。
背景技术
柔性传动系统具有比普通传动明显的优越性，其广泛应用于大型烧结机、破碎机、矿井提升机、水泥磨机、氧气转炉、回转窑、球磨机等机械设备。柔性传动系统是一种低速、传动扭矩大、噪音低、结构紧凑、成本低的新型传动机构。其中，扭力杆在弹性模量范围内承受切线方向的力偶矩与冲击力,使扭力杆成为一个受扭转应力的扭杆弹簧,反之扭力杆又产生反作用力,自动调整传动系统中小齿轮与大齿轮的啮合状态和负荷分配，改善啮合不良问题,提高传动性能。
目前柔性传动系统大多设置扭矩检测装置，用于柔性传动系统的实时保护，以确保可靠运行。柔性传动系统若无有效保护，可能会造成事故扩大、设备损坏严重的后果。传统的扭矩检测装置大多采用电流监测的方式，通过采集柔性传动系统的电机运行电流并换算成柔性传动系统的输入扭矩，对输入扭矩进行分析判断，从而对柔性传动系统给出预警。该方式属于间接性的数据判断，且电机扭矩输出的实际值经过传动系统之后，考虑速比和效率的损失及变化，电流值无法实际反映扭力杆的扭矩输出状态，因此无法完全实现对柔性传动系统的有效保护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法，本方法克服传统柔性传动系统保护的缺陷，应用应力应变测试原理对扭力杆扭矩实现在线监测，对监测数据进行分析判断，进而对柔性传动系统给出预警，实现在线保护。
为解决上述技术问题，本发明基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法包括如下步骤：
步骤一、在柔性传动系统扭力杆设置应变计，应变计的应变片沿扭力杆轴线呈夹角粘贴于扭力杆表面，应变片组成惠斯登电桥检测扭力杆的应力变化；
步骤二、采集应变计检测信号并且经信号调理模块或模数转换模块后传送至上位机；
步骤三、上位机根据采集的应变计检测信号分别分析计算扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩，
Figure BDA0002158735380000021
式(1)中，τ为测点的应力值，σ1为测点的正应力，E为扭力杆材料的弹性模量，E＝2.06×1011(Pa)，μ为扭力杆材料的泊淞比，μ＝0.30，ε1为测点的检测应变值；
Figure BDA0002158735380000022
式(2)中，T为扭力杆的扭矩，Wn为扭力杆的抗扭截面系数，
Figure BDA0002158735380000023
D为扭力杆的直径；
步骤四、设定柔性传动系统中扭力杆的安全应力阈值和安全扭矩阈值，将上位机计算得到的扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩与安全应力阈值和安全扭矩阈值比较，如大于安全应力阈值和安全扭矩阈值，则给出预警信号。
进一步，所述应变片沿扭力杆轴线呈±45°夹角粘贴于扭力杆表面，所述应变片表面涂覆硅胶防潮保护，之后应变片外部采用抱箍紧固。
进一步，所述应变计是带有温度自动补偿的电阻应变计，其应变片的阻值为120欧姆、栅长为6mm。
进一步，所述上位机计算得到的扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩显示于所述上位机的显示屏并储存。
进一步，所述信号调理模块将所述应变计检测信号调理成4～20mA的标准电流信号，所述上位机是PLC控制器，所述4～20mA的标准电流信号直接传输至所述PLC控制器。
由于本发明基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法采用了上述技术方案，即本方法在柔性传动系统扭力杆设置应变计，其中应变片沿扭力杆轴线呈夹角粘贴于扭力杆表面用于检测扭力杆的应力变化；采集应变计检测信号并经信号调理模块或模数转换模块后传送至上位机；上位机根据采集的应变计检测信号分别分析计算扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩；设定柔性传动系统中扭力杆的安全应力阈值和安全扭矩阈值，将计算得到的扭力杆的应力值和扭矩与安全应力阈值和安全扭矩阈值比较，如大于安全应力阈值和安全扭矩阈值，则给出预警信号。本方法克服传统柔性传动系统保护的缺陷，应用应力应变测试原理对扭力杆扭矩实现在线监测，对监测数据进行分析判断，进而对柔性传动系统给出预警，实现在线保护。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本方法中应变片设置示意图。
具体实施方式
实施例如图1所示，本发明基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法包括如下步骤：
步骤一、在柔性传动系统扭力杆1设置应变计，应变计的应变片2沿扭力杆1轴线呈夹角粘贴于扭力杆1表面，应变片2组成惠斯登电桥检测扭力杆1的应力变化；
步骤二、采集应变计检测信号并且经信号调理模块或模数转换模块后传送至上位机；
步骤三、上位机根据采集的应变计检测信号分别分析计算扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩，
Figure BDA0002158735380000031
式(1)中，τ为测点的应力值，σ1为测点的正应力，E为扭力杆材料的弹性模量，E＝2.06×1011(Pa)，μ为扭力杆材料的泊淞比，μ＝0.30，ε1为测点的检测应变值；
Figure BDA0002158735380000032
式(2)中，T为扭力杆的扭矩，Wn为扭力杆的抗扭截面系数，
Figure BDA0002158735380000033
D为扭力杆的直径；
步骤四、设定柔性传动系统中扭力杆的安全应力阈值和安全扭矩阈值，将上位机计算得到的扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩与安全应力阈值和安全扭矩阈值比较，如大于安全应力阈值和安全扭矩阈值，则给出预警信号。
优选的，所述应变片沿扭力杆轴线呈±45°夹角粘贴于扭力杆表面，所述应变片表面涂覆硅胶防潮保护，之后应变片外部采用抱箍紧固。
优选的，所述应变计是带有温度自动补偿的电阻应变计，其应变片的阻值为120欧姆、栅长为6mm。
优选的，所述上位机计算得到的扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩显示于所述上位机的显示屏并储存。
优选的，所述信号调理模块将所述应变计检测信号调理成4～20mA的标准电流信号，所述上位机是PLC控制器，所述4～20mA的标准电流信号直接传输至所述PLC控制器。
本方法利用应力应变测试原理，针对现场情况对柔性传动系统中的扭力杆采用特殊定制应力和扭矩监测，内置信号调理模块或模数转换模块，保证输出信号为现场柔性传动系统的PLC控制器所需的模拟量电流信号或上位机所需的数字信号，实现应力和扭矩在线监测及最大扭矩值的实时输出。本方法在扭力杆安装应变计，采集应力和扭矩信号经信号调理模块后输出4～20mA电流信号，该电流信号直接输入现场PLC控制器，经PLC控制器分析计算，从而实现应力和扭矩的实时监测与预警。
扭矩测定原理，针对钢厂大型烧结机，柔性传动系统的扭矩输出为±1846KN.m，对应的扭力杆输出为±202KN.m，即可计算得知速比为9.14，即扭力杆反映的扭矩经过传动机构9.14倍的速比传递，与电机电流反映的扭矩值有数值大小和方向上的一致性，通过应变检测的原理来实现扭矩的现场实时监测，扭力杆表面受扭力后，表面上属纯剪切状态，在轴线的±45°方向受拉压应力，且正应力σ45°和最大剪应力相同。本方法在轴线的±45°方向粘贴应变片组成惠斯登电桥，采用应变法进行扭矩检测，实现柔性传动系统扭矩检测并给出预警，为柔性传动系统提供有效的保护。

Claims (5)

1.一种基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、在柔性传动系统扭力杆设置应变计，应变计的应变片沿扭力杆轴线呈夹角粘贴于扭力杆表面，应变片组成惠斯登电桥检测扭力杆的应力变化；
步骤二、采集应变计检测信号并且经信号调理模块或模数转换模块后传送至上位机；
步骤三、上位机根据采集的应变计检测信号分别分析计算扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩，
Figure FDA0002158735370000011
式(1)中，τ为测点的应力值，σ1为测点的正应力，E为扭力杆材料的弹性模量，E＝2.06×1011(Pa)，μ为扭力杆材料的泊淞比，μ＝0.30，ε1为测点的检测应变值；
Figure FDA0002158735370000012
式(2)中，T为扭力杆的扭矩，Wn为扭力杆的抗扭截面系数，
Figure FDA0002158735370000013
D为扭力杆的直径；
步骤四、设定柔性传动系统中扭力杆的安全应力阈值和安全扭矩阈值，将上位机计算得到的扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩与安全应力阈值和安全扭矩阈值比较，如大于安全应力阈值和安全扭矩阈值，则给出预警信号。
2.根据权利要求1所述的基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法，其特征在于:所述应变片沿扭力杆轴线呈±45°夹角粘贴于扭力杆表面，所述应变片表面涂覆硅胶防潮保护，之后应变片外部采用抱箍紧固。
3.根据权利要求1或2所述的基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法，其特征在于:所述应变计是带有温度自动补偿的电阻应变计，其应变片的阻值为120欧姆、栅长为6mm。
4.根据权利要求3所述的基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法，其特征在于:所述上位机计算得到的扭力杆在应变片测点对应的应力值和扭矩显示于所述上位机的显示屏并储存。
5.根据权利要求4所述的基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法，其特征在于:所述信号调理模块将所述应变计检测信号调理成4～20mA的标准电流信号，所述上位机是PLC控制器，所述4～20mA的标准电流信号直接传输至所述PLC控制器。
CN201910725376.1A 2019-08-07 2019-08-07 基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法 Pending CN112345137A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910725376.1A CN112345137A (zh) 2019-08-07 2019-08-07 基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910725376.1A CN112345137A (zh) 2019-08-07 2019-08-07 基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112345137A true CN112345137A (zh) 2021-02-09

Family

ID=74366681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910725376.1A Pending CN112345137A (zh) 2019-08-07 2019-08-07 基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112345137A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114952693A (zh) * 2021-02-26 2022-08-30 硕丰工业股份有限公司 离合型动力传输装置及其扭力检测模块

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001083025A (ja) * 1999-09-16 2001-03-30 Toyota Central Res & Dev Lab Inc トルク検出装置
JP2006162304A (ja) * 2004-12-03 2006-06-22 Hitachi Ltd トルク検出装置
CN101852663A (zh) * 2010-05-13 2010-10-06 中国农业大学 扭矩测量装置
CN104176047A (zh) * 2013-05-27 2014-12-03 上海汽车集团股份有限公司 混合动力汽车的扭矩监控方法及装置
CN204954705U (zh) * 2015-08-31 2016-01-13 徐挺 一种折叠式高强螺栓数显扭矩扳手
CN105865689A (zh) * 2016-05-16 2016-08-17 北京首钢自动化信息技术有限公司 一种轧机主传动系统万向接轴扭矩检测系统及其方法
KR20170058160A (ko) * 2015-11-18 2017-05-26 대우조선해양 주식회사 토션미터 교정장치 및 교정방법
CN207487862U (zh) * 2017-12-13 2018-06-12 淮海工学院 一种工程机械结构零件应力与扭矩的在线连续检测装置
WO2018200668A1 (en) * 2017-04-25 2018-11-01 Ati Industrial Automation, Inc. Force/torque sensor temperature compensation
CN109470389A (zh) * 2018-11-27 2019-03-15 上海应用技术大学 应变式扭矩测量系统及方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001083025A (ja) * 1999-09-16 2001-03-30 Toyota Central Res & Dev Lab Inc トルク検出装置
JP2006162304A (ja) * 2004-12-03 2006-06-22 Hitachi Ltd トルク検出装置
CN101852663A (zh) * 2010-05-13 2010-10-06 中国农业大学 扭矩测量装置
CN104176047A (zh) * 2013-05-27 2014-12-03 上海汽车集团股份有限公司 混合动力汽车的扭矩监控方法及装置
CN204954705U (zh) * 2015-08-31 2016-01-13 徐挺 一种折叠式高强螺栓数显扭矩扳手
KR20170058160A (ko) * 2015-11-18 2017-05-26 대우조선해양 주식회사 토션미터 교정장치 및 교정방법
CN105865689A (zh) * 2016-05-16 2016-08-17 北京首钢自动化信息技术有限公司 一种轧机主传动系统万向接轴扭矩检测系统及其方法
WO2018200668A1 (en) * 2017-04-25 2018-11-01 Ati Industrial Automation, Inc. Force/torque sensor temperature compensation
CN207487862U (zh) * 2017-12-13 2018-06-12 淮海工学院 一种工程机械结构零件应力与扭矩的在线连续检测装置
CN109470389A (zh) * 2018-11-27 2019-03-15 上海应用技术大学 应变式扭矩测量系统及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114952693A (zh) * 2021-02-26 2022-08-30 硕丰工业股份有限公司 离合型动力传输装置及其扭力检测模块

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106523008B (zh) 锚杆受力测读预警装置及使用方法
CN103383246A (zh) 一种高灵敏度光纤光栅应变传感器
CN109632006A (zh) 一种无线智能螺栓及在线监测系统
CN203130381U (zh) 一种可在线检测螺栓轴力的塔架
CN202511764U (zh) 一种高灵敏度光纤光栅应变传感器
CN109738106A (zh) 一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓
CN204405236U (zh) 螺纹连接牢度检测装置
CN204831668U (zh) 一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台
CN105021336A (zh) 一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台
CN112345137A (zh) 基于应力测试技术的柔性传动系统扭矩监测方法
CN101650282B (zh) 一种单丝纤维压缩性能的测量方法及其装置
CN1888383B (zh) 油井深度及绳缆拉力绞车计量装置
CN103569871B (zh) 进行起重设备力矩限制的方法、装置和起重设备
CN201587819U (zh) 使用光纤光栅测试应力变化的大型门座起重机
CN203287140U (zh) 预紧力测量机构
CN101793572B (zh) 一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法及装置
CN109374160A (zh) 一种用于铁道车辆超偏载检测的钢轨应力传感器
CN111075819B (zh) 一种变色螺栓
CN202255707U (zh) 一种带过载保护功能且过载能力可调整的测力传感器
CN105865689A (zh) 一种轧机主传动系统万向接轴扭矩检测系统及其方法
Ovenden et al. Real-time monitoring of wind turbine blade alignment using laser displacement and strain measurement
CN206037977U (zh) 基于应变感应的裂缝宽度变化动态监测装置
CN104455641B (zh) 检测级执行机构
CN200979665Y (zh) 一种力矩保护控制器
CN215003726U (zh) 起重机主梁的裂纹监测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination