CN114112187B - 离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置及方法，解决现有扭矩传感器校准过程存在校准过程复杂、准确度无法保证、校准状态和实际使用状态不一致的问题。装置包括加卸载机构和调平机构；加卸载机构包括支撑座、力臂、位移传感器和2个砝码加载单元；支撑座设有支架，支架上安装有上端面开设有V型凹槽的刀承座；力臂开设有安装槽，安装槽底面设有下端面具有V型刀口的刀具；通过V型刀口安装在V型凹槽上，实现力臂支撑于支撑座上；力臂上安装有轴心与力臂重心重合的输出主轴；2个砝码加载单元分别设在力臂两端，位移传感器位于力臂下方，测量力臂加卸载力时所产生的位移；调平机构根据位移传感器测得的数据调整力臂水平度。

Description

离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置及方法

技术领域

本发明涉及扭矩校准技术，具体涉及一种离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置及方法。

背景技术

小推力泵压式液体火箭发动机组件性能的微小偏离会对发动机性能带来显著的偏差，作为火箭发动机“心脏”的高速离心泵，为推力室提供高能量的燃料和氧化剂，从而产生动力。因此，高速离心泵的性能参数是发动机推力精度控制的关键因素。

目前，上述发动机用高速离心泵的水试效率偏差较大，导致发动机推力偏差较大，对飞行任务中的卫星入轨带来不利影响，也对后续发射任务扩展带来瓶颈。

鉴于现有高速离心泵水力试验系统的泵效率控制精度无法满足发动机总体研制需求，需要对水力试验台的泵效率精度进行控制，而泵效率的关键影响因素为扭矩，该扭矩是通过扭矩传感器测得，因此为了满足精度要求，需对扭矩传感器进行校准，但现有校准过程存在以下缺陷：

1)需要现场从水力试验台上拆下扭矩传感器，然后在实验室进行扭矩传感器校准，校准完成后重新在现场安装，存在拆装麻烦，使得校准过程较为复杂；

2)扭矩传感器一拆一装，影响泵水力试验系统轴系的同轴度；

3)校准完成后的扭矩传感器，安装过程会带来误差，导致安装后的校扭矩传感器存在安装误差，准确度无法保证；

4)扭矩传感器是在实验室进行校准，受轴系同轴度等因素，会对扭矩传感器安装状态一致性产生影响，实验室的校准结果往往不能真实反映扭矩传感器在轴系中的使用状态，进而影响校准结果。

发明内容

为了解决现有扭矩传感器校准过程，存在校准过程较为复杂、一拆一装影响测量轴系的同轴度、准确度无法保证、校准状态和实际使用状态不一致而影响校准结果的技术问题，本发明提供了一种离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特殊之处在于：包括分别位于泵水力试验系统两侧的加卸载机构和调平机构；

所述加卸载机构包括支撑座、力臂、位移传感器和2个砝码加载单元；

所述支撑座的一侧设有用于与泵水力试验系统泵架相连的法兰结构，另一侧设有用于支撑力臂的支架，支架上安装有刀承座，刀承座的上端面开设有V 型凹槽；

所述力臂的下端面中部开设有延伸至力臂中心的安装槽，安装槽底面设有刀具，刀具的下端面具有与V型凹槽相配合的V型刀口，且V型刀口的顶点与力臂的重心重合；通过刀具的V型刀口安装在刀承座的V型凹槽上，实现力臂支撑于支撑座上；

所述力臂靠近法兰结构的外侧面中部安装有用于与泵水力试验系统扭矩传感器同轴连接的输出主轴，输出主轴的轴心与力臂的重心重合；

2个砝码加载单元分别设置在力臂的两端，每个砝码加载单元包括设置在试验台上的砝码升降结构、设置在砝码升降结构上的工作板、设置在工作板上的砝码组件以及连接砝码组件和力臂的砝码悬挂结构；所述砝码组件包括自上而下依次设置的多块砝码以及连接相邻2个砝码的至少2个锥销导向定位件，所述至少2个锥销导向定位件沿砝码周向布置在砝码侧壁上，每个锥销导向定位件包括分别连接在相邻2个砝码侧壁的限位件和连接件，限位件上设有供连接件沿砝码轴向移动的限位孔；位于最上侧的砝码上端面设有连接板；

所述砝码悬挂结构包括钢带、万向节和砝码挂钩，钢带的一端与力臂端部上表面连接，另一端通过万向节与砝码挂钩的上端连接，砝码挂钩的下端以间隙配合设置在连接板的中部；

所述砝码升降结构驱动工作板上下移动，使工作板上砝码组件的自上而下至少1个砝码悬挂于砝码挂钩上，以使砝码组件的砝码按所需数量加载，实现对力臂加载力；

所述位移传感器位于力臂下方，用于测量力臂加卸载力时所产生的位移；

所述调平机构用于与泵水力试验系统的联轴器法兰连接，用于根据位移传感器测得的数据，调整力臂的水平度。

进一步地，所述钢带为厚0.05mm宽30mm的不锈钢钢带；

所述力臂总长为600mm～2000mm，其材质为铝合金。

进一步地，所述砝码升降结构为2个，分别为内圈砝码升降结构和外圈砝码升降结构；

所述工作板为2个，分别为设置在内圈砝码升降结构上的内圈工作板和设置在外圈砝码升降结构上的外圈工作板，且内圈工作板位于外圈工作板的下方；

所述砝码组件为2个，分别为内圈砝码组件和同轴设置在内圈砝码组件外周的外圈砝码组件，且内圈砝码组件设置在内圈工作板上，外圈砝码组件设置在外圈工作板上；

所述内圈砝码组件包括自上而下依次设置的多块内圈砝码以及连接相邻2 个内圈砝码的至少2个所述锥销导向定位件，位于最上侧的内圈砝码设有内圈连接板

所述外圈砝码组件包括自上而下依次设置的多块外圈砝码以及连接相邻2 个外圈砝码的至少2个所述锥销导向定位件，位于最上侧的外圈砝码设有外圈连接板；

所述砝码挂钩的下端以间隙配合方式依次穿设在外圈连接板中部和内圈连接板中部，砝码挂钩上间隔设置有第一限位件和第二限位件，第一限位件设置在砝码挂钩下端部且位于内圈连接板下侧，第二限位件位于外圈连接板和内圈连接板之间，第一限位件和第二限位件之间的距离小于内圈连接板和外圈连接板之间的高度差。

进一步地，所述限位孔为沿砝码轴向设置的长条孔，连接件伸入长条孔；

所述至少2个锥销导向定位件沿砝码周向均布。

进一步地，所述输出主轴上设有用于与被校扭矩传感器同轴连接的挠性联轴器。

进一步地，所述力臂的上端面中部设置有配重组件，用于调整力臂姿态，使力臂的重心与输出主轴中心重合。

进一步地，所述调平机构包括驱动单元、连接法兰和同步带轮，驱动单元固定在试验台上，其输出通过同步带轮与连接法兰相连，连接法兰用于与泵水力试验系统的联轴器法兰同轴连接。

进一步地，定义力臂长度方向为X轴方向，力臂高度方向为Z轴方向；

所述配重组件包括设置在力臂上端面中部的支板以及设置在支板上的第一配重块、第二配重块和第三配重块，第一配重块和第二配重块沿X轴方向同轴设在支板的两侧，第三配重块设在支板的上侧，且第三配重块的轴线与Z轴平行；

所述位移传感器为1个，沿X轴方向设在力臂中部的一侧。

同时，本发明提供了一种离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)安装

1.1)将输出主轴安装在力臂上，通过配重组件调整力臂姿态，使力臂的重心与输出主轴中心重合；

1.2)通过刀承座和刀具配合安装将力臂支撑于支撑座上；

1.3)支撑座的法兰结构与泵水力试验系统一侧的泵架对接，砝码加载单元的砝码升降结构置于泵水力试验系统的试验台上，此时砝码悬挂结构下端未悬挂砝码组件；然后将输出主轴与泵水力试验系统的扭矩传感器同轴连接；

同时，调平机构的输出与泵水力试验系统另一侧的联轴器法兰同轴连接；

2)施加标准扭矩

根据被校扭矩传感器校准要求，砝码升降结构驱动工作板上下移动，使自上而下的至少1个砝码悬挂至砝码挂钩上，位移传感器检测出力臂的不水平状态并反馈至调平机构，调平机构反向施加力矩，将失去平衡的力臂恢复至水平位置；此时标准力矩值施加于被校扭矩传感器；

3)校准

二次仪表测得被校扭矩传感器的扭矩输出值，并与步骤2)施加的标准扭矩值进行比较，实现被校扭矩传感器的校准。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明校准装置将加卸载机构和调平机构直接安装于高速离心泵水力试验系统上，加卸载机构以砝码重力作为负荷，通过力臂杠杆的作用产生标准力矩，并通过调平机构将因加载砝码而失去平衡的力臂恢复至水平位置，确定实际有效的标准力矩值，将标准扭矩值传递到被校扭矩传感器上，二次仪表读出被校扭矩传感器的扭矩值，通过标准扭矩量值和二次仪表测得的扭矩值进行比较，实现被校扭矩传感器的校准。该校准装置可实现泵水力试验系统扭矩传感器的现场校准，不需要拆装扭矩传感器，校准过程简便、校准结果准确性高；以及通过钢带实现砝码的悬挂，并在砝码挂钩和钢带之间接入万向节，使砝码重心始终处于铅垂位置，保证小量程加载的精度。

2、本发明刀承座采用V型刀承结构，刀具和刀承座为线接触配合，保证装置较高的灵敏性和稳定性。

3、本发明通过砝码加载单元的砝码升降结构带动砝码组件升降，使自上而下的至少1个砝码悬挂于砝码悬挂结构的下端，以满足力臂所需加载力，实现自动化加载砝码力；以及通过配重组件调整力臂姿态，使力臂的重心与力臂上输出主轴中心相重合，保证标准扭矩量值加载的准确性，进而提高被校传感器校准结果的准确性。

4、本发明校准装置利用泵水力试验系统泵架进行准确定位，并采用挠性联轴器与泵水力试验系统的扭矩传感器，保证输出主轴轴心与校扭矩传感器轴心处于同一直线上，避免现有输出主轴和被校扭矩传感器连接不同轴影响扭矩测量结果的问题。

附图说明

图1是本发明离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置与泵水力试验系统的装配示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明实施例中加卸载机构的结构示意图(未砝码加载单元示出)；

图5是图4的左视图；

图6是图4的俯视图；

图7是本发明实施例中加卸载机构的原理示意图；

图8是本发明实施例中支撑座的结构示意图；

图9是本发明实施例中力臂的V型刀口处结构示意图一；

图10是图9的俯视图；

图11是本发明实施例中力臂的V型刀口处结构示意图二；

图12是本发明实施例中内圈砝码组件和外圈砝码组件的装配示意图；

图13是图12的剖视图；

其中，附图标记如下：

01-泵水力试验系统，011-泵架，012-试验台，013-扭矩传感器，014-联轴器法兰；

1-支撑座，11-支架，12-法兰结构，13-位移传感器被测体；

2-力臂，21-安装槽，22-后盖；

3-输出主轴；

41-刀承座，411-V型凹槽，42-刀具，421-V型刀口，43-压紧块；

5-配重组件，51-支板，52-第一配重块，53-第二配重块，54-第三配重块；

6-位移传感器；

71-外圈砝码升降结构，72-外圈工作板，73-外圈砝码组件，731-外圈砝码，74-内圈砝码升降结构，75-内圈工作板，76-内圈砝码组件，761-内圈砝码，771-砝码挂钩，772-钢带，773-万向节，774-第一限位件，775-第二限位件，776-砝码吊挂套筒，778-六角开槽螺母，779-钢带压紧块，7710-钢带转接头，78-锥销导向定位件，781-限位件，782-连接件，783-限位孔，79-外圈连接板，710-内圈连接板；

81-驱动单元，83-连接法兰，841-大同步带轮，842-小同步带轮，843-同步带，85-电机支架。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

如图1至图6所示，本发明一种离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，包括分别位于泵水力试验系统01两侧的加卸载机构和调平机构，加卸载机构是校准装置的主要部件，加卸载机构主要包括力臂2以及分别设置在力臂2两端的2个砝码加载单元，工作原理如图7所示，L₁、L₂为恒定臂长，L表示力臂2总长，L为L₁和L₂之和；F₁、F₂为正、反向加载力，采用杠杆力臂砝码式，即在恒定臂长的杠杆上通过砝码加载单元加载砝码力，产生标准扭矩量值M₊、M_-，M₊、M_-表示该装置工作时的正、反向扭矩值，则：

M₊＝F₁×L₁；

M_-＝F₂×L₂。

通过力臂2将标准扭矩值传递到被校扭矩传感器013上，由二次仪表读出被校扭矩传感器013的扭矩值，将标准扭矩量值和二次仪表测得的扭矩值进行比较，从而实现被校扭矩传感器013的校准。

加卸载机构还包括支撑座1、输出主轴3、配重组件5和位移传感器6。

如图1和图8所示，支撑座1的一侧具有法兰结构12，用于与泵水力试验系统01的泵架011相连，使支撑座1悬挂于泵水力试验系统01的一侧，支撑座1另一侧设有用于支撑力臂2的支架11，支架11上安装有刀承座41。

力臂2的结构设计，需要考虑强度与刚度之外，还需其考虑灵敏度。力臂 2的灵敏度是指力臂2对荷重感受的灵敏程度。如果将某一微小的重量加在已经平衡的力臂2一端，则力臂2将失去平衡，并向受到这一微小重量作用的方向倾斜一个角度，后在新的位置上达到平衡。在这一微小重量的作用下，力臂 2倾斜的角度愈大，则表示力臂2愈敏感，这两者之比，即可表示出力臂2敏感程度的大小，称为力臂2的灵敏度。加长力臂2长度有利于提高力臂2的灵敏度，但加长力臂2后会引起力臂2质量的增加，却又会降低灵敏度，互相抵消后其实际在通常情况下是使力臂2灵敏度下降。而如果选择力臂2的总长太短，会使灵敏度下降，更为重要的是，过短的力臂2长度使砝码加载单元的设计难度大大增加。因此，本发明中力臂2总长设计为600mm～2000mm，本实施例力臂2采用铝合金材质加工，力臂2长度设计为1000mm，并采用等刚度设计原则，留有一定的设计裕量。

如图9至图11所示，力臂2的下端面中部开设有延伸至力臂2中部的安装槽21，安装槽21底面设有刀具42，刀具42通过压紧块43固定在安装槽21 底面，如图8所示，刀承座41的上端面开设有V型凹槽411,刀具42的下端面具有与V型凹槽411相配合的V型刀口421，且V型刀口421的顶点与力臂2 的重心重合；刀具42的V型刀口421安装在刀承座41的V型凹槽411上，通过刀口的刀刃与刀承座41凹槽槽壁间的线接触，实现力臂2支撑于支撑座1 上，并绕其中心的支点(V型刀口421顶点)小范围摆动。本实施例V型凹槽 411为90°V型凹槽411，增加整个校准装置的稳定性，且防止在现场运输过程中出现刀承座41和刀具42相对位置变动，增加调试的难度。力臂2靠近法兰结构12的外侧面中部安装有用于与泵水力试验系统01扭矩传感器013同轴连接的输出主轴3，输出主轴3通过法兰固定在力臂2上，实现刀具42与力臂 2及输出主轴3固定为一体，力臂2另一侧安装有后盖22。

现有实验室扭矩校准装置的刀口支撑结构通常采用平面刀座为刀承支撑，主要因为实验室的校准装置不需要拆装，安装完毕之后装置的状态不变。然而对于小量程高精度扭矩现场校准，在每次现场校准工作前均需要重新安装、调平等，若采用现有平面刀座为刀承支撑，则会增加安装调试难度，且不能保证校准装置的复现性。因此本实施例刀承座41采用V型刀承结构(刀承座41的上端面开设有V型凹槽411)，来降低多次拆装对复现性的影响，保证装置较高的灵敏性，并采用耐磨性和尺寸稳定性良好的模具钢，保证校准装置的长期稳定性。

力臂2的上端面中部设置有配重组件5，用于调整力臂2姿态，使力臂2 的重心与输出主轴3中心重合。如图2所示，配重组件5设置在力臂2上端面中部，定义力臂2长度方向为X轴方向，力臂2高度方向为Z轴方向；配重组件5包括设置在力臂2上端面中部的支板51以及设置在支板51上的第一配重块52、第二配重块53和第三配重块54，第一配重块52和第二配重块53沿X 轴方向同轴设在支板51的两侧，且第一配重块52的轴线和第二配重块53的轴线与X轴平行，第三配重块54设在支板51的上侧，且第三配重块54的轴线与Z轴平行。通过对第一配重块52、第二配重块53和第三配重块54结构的不断调整，调整力臂2姿态，使力臂2的重心与力臂2上输出主轴3轴心相重合。

本实施例对力臂2进行减重设计，即力臂2上开设有减重孔，使得力臂2 总重量在17.2kg左右，在加载砝码后刀口(刀承座41的V型凹槽411)承重 21.2kg左右，按照3倍的安全系数对刀口进行力学分析，分析结果显示在3 倍力的作用下，刀口所受应力在安全范围之内。

2个砝码加载单元分别设置在力臂2两端，每个砝码加载单元包括设置在试验台012上的砝码升降结构、设置在砝码升降结构上的工作板、设置在工作板上的砝码组件以及连接砝码组件和力臂2的砝码悬挂结构；砝码组件包括自上而下依次设置的多块砝码以及连接相邻2个砝码的多个锥销导向定位件78，该多个锥销导向定位件78沿砝码周向布置在砝码侧壁上；每个锥销导向定位件78包括分别连接在相邻2个砝码侧壁的限位件781和连接件782，每个锥销导向定位件78的限位件781上端固连在上侧的砝码侧壁上，下端开设有限位孔783，本实施例限位孔783为沿砝码轴向设置的长条孔，连接件782固连在下侧的砝码侧壁上，且伸入长条孔内，并可在长条孔内沿砝码轴向移动；位于最上侧的砝码上端面设有连接板。砝码升降结构驱动工作板上下移动，砝码在锥销导向定位件78的作用下，使自上而下的至少1个砝码悬挂于砝码悬挂结构下端，以使砝码组件的砝码按所需数量悬挂，实现对力臂2施加加载力。

本实施例根据现场被校扭矩传感器013的校准要求，砝码校准装置采用砝码顺序加载方式，从而可以简化砝码加载单元，提高装置的可靠性,且制造成本也相对容易控制。以现场扭矩四个量程段(1≤T≤3.5)N·m、(3.5＜T≤6.5) N·m、(6.5＜T≤9.5)N·m、(9.5＜T≤20)N·m的加载要求，设计标准装置的恒定臂长为500mm，

本实施例砝码升降结构为2个，分别为内圈砝码升降结构74和外圈砝码升降结构71；工作板为2个，分别为设置在内圈砝码升降结构74上的内圈工作板75和设置在外圈砝码升降结构71上的外圈工作板72，且内圈工作板75 位于外圈工作板72的下方，外圈工作板72上设有供内圈砝码761穿过的通孔；砝码组件为2个，分别为内圈砝码组件76和同轴设置在内圈砝码组件76外周的外圈砝码组件73，且内圈砝码组件76设置在内圈工作板75上，外圈砝码组件73设置在外圈工作板72上；内圈砝码组件76包括自上而下依次设置的7 块内圈砝码761，内圈砝码761自上而下配置为：2N(砝码规格)×1(砝码个数)，1N×6，共7块砝码；外圈砝码组件73包括自上而下依次设置的8个外圈砝码731，外圈砝码731自上而下配置为：5N×1，6N×1，1N×1，4N×5，共8块砝码。通过15块砝码的内外顺序组合可实现要求的四个量程段的检定。

内圈砝码761和外圈砝码731均采用采用优质无磁不锈钢材料，相邻内圈砝码761以及相邻外圈砝码731之间依靠锥销导向定位件78实现连接，通过高精度加工限位件781和连接件782保证砝码间的位置精度，相邻2个内圈砝码761以及相邻2个外圈砝码731均通过圆周均布的3个锥销导向定位件78 实现连接，保证内圈砝码761串接起来后以及外圈砝码731串接起来后的垂直度要求。同时设计要求内圈砝码761的质心与圆心重合，以及外圈砝码731的质心与圆心重合，具有良好的对称性，从而最大限度确保内圈砝码761、外圈砝码731吊起后的晃动不超过设计指标要求。本实施例连接件782采用圆柱销定位结构，保证砝码每次加、卸载后，互相位置不发生变化。砝码悬挂加载后，相邻2个内圈砝码761之间、相邻2个外圈砝码731之间的正常工作间隙为 (6～8)mm。位于最上侧的内圈砝码761上端面设有内圈连接板710；位于最上侧的外圈砝码731上端面设有外圈连接板79。

由于扭矩现场校准装置的现场安装空间受限，本实施例砝码升降结构(内圈砝码升降结构74和外圈砝码升降结构71)均采用直线滚珠导轨型滑台，实现工作板的自动升降，进而带动砝码组件的升降，使自上而下的至少1个砝码悬挂于砝码悬挂结构上，以满足力臂2所需的加载力，进一步地，砝码升降结构选用的米思米公司ZCVLC675，该型号特点是高刚度、结构紧凑，可通过原点传感器实现原点复位功能，可确保上下位置调整的重复精度；行程75mm，最大负载68.6N，可满足内圈砝码761和外圈砝码731的升降需求。

如图5、图12和图13所示，砝码悬挂结构包括砝码挂钩771和钢带772，钢带772的一端通过钢带压紧块779固定在力臂2端部上表面连，另一端通过钢带压紧块779固定在钢带转接头7710上，钢带转接头7710固定在精密万向节773的上端，精密万向节773的下端与砝码挂钩771的上端连接，钢带压紧块779通过内六角圆柱头螺钉实现固定；砝码挂钩771的下端以间隙配合方式依次穿设在外圈连接板79中部和内圈连接板710中部，砝码挂钩771上间隔设置有第一限位件774和第二限位件775，第一限位件774和第二限位件775 之间的距离小于内圈连接板710和外圈连接板79之间的高度差，第一限位件 774和第二限位件775之间设有砝码吊挂套筒776，在砝码挂钩771下端开设环形缺口，第二限位件775、砝码吊挂套筒776和第一限位件774自上而下依次套设在环形缺口上，且第二限位件775抵靠在环形缺口侧壁上，第一限位件774位于砝码挂钩771下端伸出内圈连接板710的端部，第二限位件775位于外圈连接板79和内圈连接板710之间，砝码挂钩771下端端部安装有六角开槽螺母778，实现第二限位件775、砝码吊挂套筒776和第一限位件774轴向的定位安装。

本实施例钢带772采用厚0.05mm宽30mm的不锈钢钢带；并在砝码挂钩771 和钢带772之间接入精密万向节773，使砝码重心始终处于铅垂位置，保证加载的精度。

移传感器位于力臂2下方，用于测量力臂2加卸载力时所产生的位移；本实施例位移传感器6非接触电涡流位移传感器，非接触电涡流位移传感器沿X 轴方向分别设在力臂2中部的一侧。力臂2上与非接触电涡流位移传感器配合的位置设有位移传感器被测体13。

本实施例校准装置在校准时，力臂2的不水平度应控制在0.1mm/m内，其中力臂2在加载力过程中产生的位移通过位移传感器6进行测量，调平机构与泵水力试验系统01的联轴器法兰014连接，并根据位移传感器6测得的位移信号，调整力臂2的水平度。

由于现场安装调平机构空间限制，本实施例调平机构由驱动单元81、同步带轮和连接法兰83组成，驱动单元81包括电机和减速器，同步带轮包括大同步带轮841、小同步带轮842以及连接大同步带轮841和小同步带轮842的同步带843，大同步带轮841、小同步带轮842的减速比为2；电机通过电机支架 85固定在试验台012上，电机的输出与减速器的输入相连，减速器的输出轴与小同步带轮842同轴相连，大同步带轮841与连接法兰83同轴相连，连接法兰83与泵水力试验系统01的联轴器法兰014同轴连接。本实施例减速器选用德马克公司的PLF080型精密行星减速机，该减速机的输入轴和输出轴垂直，减速比可达100，额定输出扭矩120Nm。电机选用中国台湾台达电子工业股份有限公司型号ASD-B2-1521-B的伺服电机，该型号电机功率1.5kW，额定转速 1000r/min，输出扭矩1.5Nm，通过控制器可实现每周10万脉冲的分度，通过上述伺服电机和减速机的搭配，可实现力臂2的水平度要求。

调平机构利用位移传感器6准确测量力臂2的水平度，若衡量未达到要求的状态，则通过电机及减速机自动调整力臂2的状态，直到达到要求的水平度。

扭矩测量方法基本都是将敏感元件串接入轴系中来测量扭矩，现有为了保证连接的牢固可靠和装卸方便，一般多采用轴-键连接或螺纹副连接等刚性连接方式，但由于加工的偏差和配合间隙的存在，使得在连接过程中测量轴系的同轴度发生变化，连接的不同轴严重影响了扭矩的测量结果。同时，即使在空载情况下通过激光对中等手段尽量减小了同轴度误差，但在扭矩加载过程中由于连接间隙的存在，在受载荷后，测量轴系的同轴度还是会发生变化，从而影响最终的扭矩测量结果。因此，本实施例在输出主轴3上设有用于与泵水力试验系统01扭矩传感器013同轴连接的挠性联轴器，进一步地可采用金属膜片挠性联轴器。

本实施例校准装置可实现小量程段扭矩现场校准，解决小量程扭矩现场校准的难题，从而提高高速离心泵水力试验系统的泵效率。

本实施例校准装置对高速离心泵水力试验系统的扭矩传感器013进行现场校准，具体过程如下：

1)安装

1.1)通过对第一配重块52、第二配重块53和第三配重块54结构的调整，改变力臂2的姿态，使力臂2的重心与力臂2上输出主轴3中心相重合；

1.2)安装有输出主轴3的力臂2通过刀承座41和刀具42配合安装，实现支撑于支撑座1上；

1.3)支撑座1一侧的法兰结构12与泵水力试验系统01的一侧泵架011 进行对接，并确定校准装置的输出主轴3与泵水力试验系统01的被校扭矩传感器013位置相对；以及2个砝码加载单元的内圈砝码升降结构74和外圈砝码升降结构71均设置在试验台012上，内圈砝码组件76置于内圈工作板75 上，外圈砝码组件73置于外圈工作板72上，此时所有砝码均支撑于工作板上，砝码挂钩771下端并未悬挂砝码，即力臂2并未加载力；在确定位置后将输出主轴3通过挠性联轴器与被校扭矩传感器013进行串接；

同时，调平机构与泵水力试验系统01另一侧的联轴器法兰014连接；

本实施例在安装校准装置时，利用试验系统泵架011进行准确定位，并采用挠性联轴器对不同轴度进行调整，从而使输出主轴3轴心与校扭矩传感器 013轴心在同一直线上。

2)施加标准扭矩

扭矩标准装置在被校扭矩传感器013现场安装完毕后，装置即可以开始校准检定工作，根据被校扭矩传感器013要求检定的量程段控制砝码升降结构，使砝码逐个悬挂至砝码悬挂结构上，当砝码按要求完成悬挂动作后，力臂2的端部由于悬挂砝码会产生偏转，而失去平衡位置，位移传感器6检测出力臂2 的不水平状态后，反馈至调平机构，调平机构反向施加力矩，将失去平衡的力臂2恢复至水平位置。

此时砝码力才是真正的完全有效的与力臂2形成指定的标准力矩值，从而施加于被校扭矩传感器013之上，与调平机构施加的反向力矩形成一对合力偶；

3)校准

二次仪表测得被校扭矩传感器013的扭矩输出值，并与步骤2)施加的标准扭矩值进行比较，根据比较结果，从而实现被校扭矩传感器013的校准。

本实施例扭矩现场校准装置可按要求进行四个量程段的顺序加载，通过砝码升降组件进行自动加载，加载后由位移传感器6将检测的力臂2不水平状态信息反馈至调平机构，调平机构对力臂2进行调整，可实现标准扭矩的输出，进而实现被校传感器的全自动校准。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (9)

1.一种离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特征在于：包括加卸载机构和调平机构；

所述加卸载机构包括支撑座（1）、力臂（2）、位移传感器（6）和2个砝码加载单元；

所述支撑座（1）的一侧设有用于与泵水力试验系统（01）泵架（011）相连的法兰结构（12），另一侧设有用于支撑力臂（2）的支架（11），支架（11）上安装有刀承座（41），刀承座（41）的上端面开设有V型凹槽（411）；

所述力臂（2）的下端面中部开设有延伸至力臂（2）中心的安装槽（21），安装槽（21）底面设有刀具（42），刀具（42）的下端面具有与V型凹槽（411）相配合的V型刀口（421），且V型刀口（421）的顶点与力臂（2）的重心重合；通过刀具（42）的V型刀口（421）安装在刀承座（41）的V型凹槽（411）上，实现力臂（2）支撑于支撑座（1）上；

所述力臂（2）靠近法兰结构（12）的外侧面中部安装有用于与泵水力试验系统（01）扭矩传感器（013）同轴连接的输出主轴（3），输出主轴（3）的轴心与力臂（2）的重心重合；

2个砝码加载单元分别设置在力臂（2）的两端，每个砝码加载单元包括设置在试验台（012）上的砝码升降结构、设置在砝码升降结构上的工作板、设置在工作板上的砝码组件以及连接砝码组件和力臂（2）的砝码悬挂结构；所述砝码组件包括自上而下依次设置的多块砝码以及连接相邻2个砝码的至少2个锥销导向定位件（78），所述至少2个锥销导向定位件（78）沿砝码周向布置在砝码侧壁上，每个锥销导向定位件（78）包括分别连接在相邻2个砝码侧壁的限位件（781）和连接件（782），限位件（781）上设有供连接件（782）沿砝码轴向移动的限位孔（783）；位于最上侧的砝码上端面设有连接板；

所述砝码悬挂结构包括钢带（772）、万向节（773）和砝码挂钩（771），钢带（772）的一端与力臂（2）端部上表面连接，另一端通过万向节（773）与砝码挂钩（771）的上端连接，砝码挂钩（771）的下端以间隙配合设置在连接板的中部；所述砝码升降结构驱动工作板上下移动，使工作板上自上而下至少1个砝码悬挂于砝码挂钩（771）上，实现对力臂（2）加载力；

所述位移传感器（6）位于力臂（2）下方，用于测量力臂（2）加卸载力时所产生的位移；

所述调平机构用于与泵水力试验系统（01）的联轴器法兰（014）连接，用于根据位移传感器（6）测得的数据，调整力臂（2）的水平度。

2.根据权利要求1所述离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特征在于：所述钢带（772）为厚0.05mm宽30mm的不锈钢钢带；

所述力臂总长为600mm~2000mm，其材质为铝合金。

3.根据权利要求2所述离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特征在于：所述砝码升降结构为2个，分别为内圈砝码升降结构（74）和外圈砝码升降结构（71）；

所述工作板为2个，分别为设置在内圈砝码升降结构（74）上的内圈工作板（75）和设置在外圈砝码升降结构（71）上的外圈工作板（72），且内圈工作板（75）位于外圈工作板（72）的下方；

所述砝码组件为2个，分别为内圈砝码组件（76）和同轴设置在内圈砝码组件（76）外周的外圈砝码组件（73），且内圈砝码组件（76）设置在内圈工作板（75）上，外圈砝码组件（73）设置在外圈工作板（72）上；

所述内圈砝码组件（76）包括自上而下依次设置的多块内圈砝码（761）以及连接相邻2个内圈砝码（761）的至少2个所述锥销导向定位件（78），位于最上侧的内圈砝码（761）设有内圈连接板（710）

所述外圈砝码组件（73）包括自上而下依次设置的多块外圈砝码（731）以及连接相邻2个外圈砝码（731）的至少2个所述锥销导向定位件（78），位于最上侧的外圈砝码（731）设有外圈连接板（79）；

所述砝码挂钩（771）的下端以间隙配合方式依次穿设在外圈连接板（79）中部和内圈连接板（710）中部，砝码挂钩（771）上间隔设置有第一限位件（774）和第二限位件（775），第一限位件（774）设置在砝码挂钩（771）下端部，第二限位件（775）位于外圈连接板（79）和内圈连接板（710）之间，第一限位件（774）和第二限位件（775）之间的距离小于内圈连接板（710）和外圈连接板（79）之间的高度差。

4.根据权利要求3所述离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特征在于：所述限位孔（783）为沿砝码轴向设置的长条孔，连接件（782）伸入长条孔；

所述至少2个锥销导向定位件（78）沿砝码周向均布。

5.根据权利要求1至4任一所述离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特征在于：所述输出主轴（3）上设有用于与被校扭矩传感器（013）同轴连接的挠性联轴器。

6.根据权利要求5所述离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特征在于：所述力臂（2）的上端面中部设置有配重组件（5），用于调整力臂（2）姿态，使力臂（2）的重心与输出主轴（3）中心重合。

7.根据权利要求6所述离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特征在于：所述调平机构包括驱动单元（81）、连接法兰（83）和同步带轮，驱动单元（81）固定在试验台（012）上，其输出通过同步带轮与连接法兰（83）相连，连接法兰（83）用于与泵水力试验系统（01）的联轴器法兰（014）同轴连接。

8.根据权利要求7所述离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置，其特征在于：定义力臂（2）长度方向为X轴方向，力臂（2）高度方向为Z轴方向；

所述配重组件（5）包括设置在力臂（2）上端面中部的支板（51）以及设置在支板（51）上的第一配重块（52）、第二配重块（53）和第三配重块（54），第一配重块（52）和第二配重块（53）沿X轴方向同轴设在支板（51）的两侧，第三配重块（54）设在支板（51）的上侧，且第三配重块（54）的轴线与Z轴平行；

所述位移传感器（6）为1个，沿X轴方向设在力臂（2）中部的一侧。

9.一种基于权利要求1所述的离心泵水力试验用高精度小量程扭矩在线校准装置的在线校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）安装

1.1）将通过配重组件（5）调整力臂（2）姿态，使力臂（2）的重心与输出主轴（3）中心重合；

1.2）通过刀承座（41）和刀具（42）配合安装将力臂（2）支撑于支撑座（1）上；

1.3）支撑座（1）的法兰结构（12）与泵水力试验系统（01）一侧的泵架（011）对接，砝码加载单元的砝码升降结构置于泵水力试验系统（01）的试验台（012）上，此时砝码悬挂结构下端未悬挂砝码组件；然后将输出主轴（3）与泵水力试验系统（01）的扭矩传感器（013）同轴连接；

同时，调平机构的输出与泵水力试验系统（01）另一侧的联轴器法兰（014）同轴连接；

2）施加标准扭矩

根据被校扭矩传感器（013）校准要求，砝码升降结构驱动工作板上下移动，使自上而下的至少1个砝码悬挂至砝码挂钩（771）上，位移传感器（6）检测出力臂（2）的不水平状态并反馈至调平机构，调平机构反向施加力矩，将失去平衡的力臂（2）恢复至水平位置；此时标准力矩值施加于被校扭矩传感器（013）；

3）校准

二次仪表测得被校扭矩传感器（013）的扭矩输出值，并与步骤2）施加的标准扭矩值进行比较，实现被校扭矩传感器（013）的校准。

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