CN115979488A - 一种执行器输出力矩的检测装置、系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种执行器输出力矩的检测装置、系统及其方法,包括电机和中心轴,中心轴一侧设有执行器,并且中心轴通过联轴器与电机连接,执行器与中心轴之间通过传动机构连接;传动机构为传动蜗杆和执行器涡轮,传动蜗杆设置在中心轴上,执行器涡轮设置在执行器上;传动机构通过传动齿连接第一齿轮,第一齿轮两端为扇齿,第一齿轮通过下方第一扇齿与传动齿啮合,第一齿轮通过上方第二扇齿与第二齿轮啮合;第一扇齿的半径小于第二扇齿的半径,第二齿轮的半径小于第二扇齿的半径,第一扇齿将传动齿中较小的直线运动通过第二扇齿传递到第二齿轮上形成较大的转动;传动齿一侧设置有弹性组件,弹性组件受力产生形变。
Description
技术领域
本发明涉及力矩检测领域,具体涉及一种执行器输出力矩的检测装置、系统及其方法。
背景技术
执行器是自动控制系统中必不可少的一个重要组成部分。它的作用是接受控制器送来的控制信号,改变被控介质的大小,从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内,其特点是结构简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆,而且价格较低,因此广泛地应用于化工、造纸、炼油等。
目前测量执行器输出力矩的方法主要有两种,一种是通过采集电机的工作电压和工作电流,经过计算后得出电机输出功率,以电机输出功率值乘以一个系数来作为执行器的输出力矩,此方法只适用中功率三相Y形绕法的异步电机,在测量小功率电机和大的三角形绕法的异步电动机时并不适用。
还有一种是在执行器的传动轴上设置一个压力变送器,通过测量执行器在转动过程中轴和支架间的压力变化得出一个微小的电信号,放大此信号并采集得到一个值,此值乘以一个系数来作为执行器的输出力矩;此方法因安装传感器需要使用橡胶垫片,执行器内部有大量油脂,橡胶遇到油脂,时间长了会老化,力矩检测值的偏差会越来越大,不可靠。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种执行器输出力矩的检测装置,包括电机和中心轴,所述中心轴一侧设有执行器,并且所述中心轴通过联轴器与所述电机连接,所述执行器与所述中心轴之间通过传动机构连接;所述传动机构为传动蜗杆和执行器涡轮,所述传动蜗杆设置在所述中心轴上,所述执行器涡轮设置在所述执行器上;所述传动机构通过传动齿连接第一齿轮,所述第一齿轮两端为扇齿,所述第一齿轮通过下方第一扇齿与所述传动齿啮合,所述第一齿轮通过上方第二扇齿与第二齿轮啮合;所述第一扇齿的半径小于所述第二扇齿的半径,所述第二齿轮的半径小于所述第二扇齿的半径,所述第一扇齿将所述传动齿中较小的直线运动通过所述第二扇齿传递到所述第二齿轮上形成较大的转动;所述传动齿一侧设置有弹性组件,所述弹性组件受力产生形变。
优选的:所述第二齿轮与力矩位置检测传感器同轴。
优选的:所述传动齿为条形齿,沿所述中心轴水平移动。
优选的:所述弹性组件两侧设置有第一限位装置和第二限位装置,在所述传动蜗杆在正转和反转时受力,在所述中心轴上产生位移。
还包括:一种执行器输出力矩的检测系统,所述系统适用于上述技术方案中检测装置,包括微控制单元,作为系统的主控;电源单元,将市电电源转换为可供系统运行的电源类型,并给系统供电;位移检测单元,检测执行器工作过程中力矩轴的转动角度,并将测量的信息传输给所述微控制单元;显示及操作单元,用于接收用户操作并反馈至所述微控制单元,以及显示信息;位置检测单元,实时监测执行器的位置,并将位置信息传输至所述微控制单元;电机驱动单元,接收所述微控制单元的指令信息,给电机发送正转或反转的动作信号。
优选的:所述系统还包括控制信号检测单元,检测外部控制信号,并经过光电隔离后将外部信号传输给所述微控制单元;反馈单元,接收所述微控制单元的指令信号,输出对应的模拟量和开关量反馈信号。
优选的:所述显示及操作单元,包括显示屏,显示设备信息和工作状态;操作扭及操作感应模块,检测用户的操作,将操作信号传输给所述微控制单元。
还包括:一种执行器输出力矩的检测方法,所述方法适用于上述技术方案所述的任意检测装置和系统,方法为:
S1、电源开启,系统启动,进行开力矩和关力矩标定;
S2、位移检测单元检测执行器的力矩转动角度,并将角度信息传输至微控制单元;
S3、位置检测单元检测执行器当前位置,并将位置信息传输至所述微控制单元;
S4、所述微控制单元接收所述角度信息和所述位置信息,进行计算得出执行器的力矩值。
优选的:所述开力矩标定分为开向空载标定和开向100%负载标定。
优选的:所述关力矩标定分为关向空载标定和关向100%负载标定。
本发明的技术效果和优点:
直接测量法测量执行器的输出力矩,没有老化风险,不受电机温度影响,可靠性高;电源单元可以将市电电源转换为可供系统运行的电源类型,不受到电源电压影响;标定开力矩和关力矩,微控制单元实时计算出的力矩值,从而起到对执行器输出力矩大小的判断,保护执行器和负载。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种执行器输出力矩的检测装置的结构示意图;
图2是本申请实施例提供的一种执行器输出力矩的检测系统的结构示意图;
图3是本申请实施例提供的一种执行器输出力矩的检测方法流程图;
图4是本申请实施例提供的一种执行器输出力矩的检测方法中开力矩标定流程图;
图5是本申请实施例提供的一种执行器输出力矩的检测方法中关力矩标定流程图。
图中:
1、电机;2、中心轴;3、传动蜗杆;4、涡轮;5、第一齿轮;6、第二齿轮;7、弹性组件;701、第一限位装置;702、第二限位装置;8、传动齿;9、执行器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
请参阅图1,在本实施例中提供一种执行器输出力矩的检测装置的实施例,包括电机1和中心轴2,中心轴2通过轴承连接固定在执行器9的箱体上,通过联轴器与电机1连接;中心轴2上设置有传动蜗杆3,传动蜗杆3与执行器涡轮4连接组成蜗轮蜗杆传动机构,执行器涡轮4输出的力为执行器9输出的力;传动蜗杆3通过摆臂机构将传动蜗杆3的直线轴向位移转换成转动角度的位移并放大,摆臂机构包括传动齿8、第一齿轮5和第二齿轮6,第一齿轮5两端为扇齿,第一齿轮5通过下方第一扇齿与传动齿8啮合,第一齿轮5通过上方第二扇齿与第二齿轮6啮合;在本实施例中,第一扇齿的半径小于第二扇齿的半径,第二齿轮6的半径小于第二扇齿的半径,第一扇齿将传动齿8中较小的直线运动通过第二扇齿传递到第二齿轮6上形成较大的转动,第二齿轮6与力矩位置传感器同轴,力矩位置传感器对第二齿轮6转动的角度感应测量;传动蜗杆3的末端设置有弹性组件7,弹性组件7的两侧设置有第一限位装置701和第二限位装置702,在传动蜗杆3正转的情况下,第一限位装置701受力,且在中心轴2上产生位移,在传动蜗杆3反转的情况下,第二限位装置702受力,且在中心轴2上产生位移。
请参阅图2,一种执行器输出力矩的检测系统的实施例,包括微控制单元、电源单元、位移检测单元、控制信号检测单元和位置检测单元。
微控制单元作为系统的主控,接收其他单元传输的信息,进行分析处理后再发送指令信号或存储信息至相应的单元。
电源单元,将市电电源转换为可供系统运行的电源类型,给系统供电。
位移检测单元,包括力矩位置传感器,用于检测执行器9工作过程中力矩轴的转动角度,并将测量的角度信息传输给微控制单元,为计算执行器9输出力矩值提供依据。
控制信号检测单元,检测外部控制系统发送给执行器9的信号,并经过光电隔离后将外部信号传输给微控制单元。
位置检测单元,实时监测执行器9的位置,并将位置信息传输至微控制单元,指示执行器9当前状态。
显示及操作单元,用于接收用户操作并反馈至所述微控制单元,以及显示信息;包括显示屏,微控制单元传输信息至显示及操作单元,显示屏将信息,在本实施例中,显示屏可以为LCD显示屏,显示内容可以是设备信息和工作状态;还包括操作扭及操作感应模块,检测用户的操作,将操作信号传输给所述微控制单元,在本实施例中,操作扭可以是旋钮或按钮。
微控制单元接收角度信息、位置信息、操作信号和外部信号,在内部进行计算和处理后,向显示及操作单元输出包含显示内容的信息,向电机驱动单元发送开关指令信号,向反馈电路发送输出指令信号;显示及操作单元接收信息并将包含显示内容的信息显示在显示屏,电机驱动单元接受指令,并向电机发送正转或反转的动作信号,电机接受信号后执行正转或反转,反馈电路接受输出指令信号,并输出对应的模拟量和开关量和反馈信号。
请参阅图3,一种执行器输出力矩的检测方法的实施例,方法为:
S1、电源开启,系统启动,进行开力矩和关力矩标定;
S2、位移检测单元检测执行器9的力矩转动角度,并将角度信息传输至微控制单元;
S3、位置检测单元检测执行器9当前位置,并将位置信息传输至所述微控制单元;
S4、所述微控制单元接收所述角度信息和所述位置信息,进行计算得出执行器9的力矩值。
其中,S1步骤中的开力矩和关力矩标定后,微控制单元实时计算出的力矩值,从而起到对执行器9输出力矩大小的判断,保护执行器和负载,分为开向空载标定、开向100%负载标定、关向空载标定和关向100%负载标定。
请参阅图4,标定开向空载:执行器9不加载,通过操作扭及操作感应模块给执行器9发出打开指令;微控制单元接受指令并下发指令信号给电机驱动单元;电机驱动单元接受指令信号并向电机1发送开向动作信号,电机1接收动作信号并开始开向转动,带动传动蜗杆3转动,传动蜗杆3带动执行器涡轮4输出力矩;传动蜗杆3向第一限位装置移动,产生压力,带动第一齿轮5顺时针转过一个角度,第二齿轮6逆时针转过一个角度,记录此时力矩位置传感器的值,并存储至微控制单元,标记为开力矩0%;
标定开向100%负载:执行器9不加载,通过操作扭及操作感应模块给执行器9发出打开指令;微控制单元接受指令并下发指令信号给电机1驱动单元;电机驱动单元接受指令信号并向电机发送开向动作信号,电机1接收动作信号并开始开向转动;通过加载装置,给执行器9的输出轴上加载额定力矩,电机1带动传动蜗杆3转动,传动蜗杆3带动执行器涡轮4输出力矩;传动蜗杆3向第一限位装置移动,产生压力,带动第一齿轮5顺时针转过一个角度,第二齿轮6逆时针转过一个角度,记录此时力矩位置传感器的值,并存储至微控制单元,标记为开力矩100%。
请参阅图5,标定关向空载:执行器9不加载,通过操作扭及操作感应模块给执行器9发出打开指令;微控制单元接受指令并下发指令信号给电机驱动单元;电机驱动单元接受指令信号并向电机1发送开向动作信号,电机1接收动作信号并开始关向转动,带动传动蜗杆3转动,传动蜗杆3带动执行器涡轮4输出力矩;传动蜗杆3向第二限位装置移动,产生压力,带动第一齿轮5逆时针转过一个角度,第二齿轮6顺时针转过一个角度,记录此时力矩位置传感器的值,并存储至微控制单元,标记为关力矩0%;
标定关向100%负载:执行器9不加载,通过操作扭及操作感应模块给执行器9发出打开指令;微控制单元接受指令并下发指令信号给电机驱动单元;电机驱动单元接受指令信号并向电机1发送开向动作信号,电机1接收动作信号并开始关向转动;通过加载装置,给执行器9的输出轴上加载额定力矩,带动传动蜗杆3转动,传动蜗杆3带动执行器涡轮4输出力矩;传动蜗杆3向第二限位装置移动,产生压力,带动第一齿轮5逆时针转过一个角度,第二齿轮6顺时针转过一个角度,记录此时力矩位置传感器的值,并存储至微控制单元,标记为关力矩100%。
显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法,如无特别说明和限定,均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (10)
1.一种执行器输出力矩的检测装置,包括电机(1)和中心轴(2),其特征在于,所述中心轴(2)一侧设有执行器(9),并且所述中心轴(2)通过联轴器与所述电机(1)连接,所述执行器(9)与所述中心轴(2)之间通过传动机构连接;
所述传动机构为传动蜗杆(3)和执行器涡轮(4),所述传动蜗杆(3)设置在所述中心轴(2)上,所述执行器涡轮(4)设置在所述执行器(9)上;
所述传动机构通过传动齿(8)连接第一齿轮(5),所述第一齿轮(5)两端为扇齿,所述第一齿轮(5)通过下方第一扇齿与所述传动齿(8)啮合,所述第一齿轮(5)通过上方第二扇齿与第二齿轮(6)啮合;
所述第一扇齿的半径小于所述第二扇齿的半径,所述第二齿轮(6)的半径小于所述第二扇齿的半径,所述第一扇齿将所述传动齿(8)中较小的直线运动通过所述第二扇齿传递到所述第二齿轮(6)上形成较大的转动;
所述传动齿(8)一侧设置有弹性组件(7),所述弹性组件(7)受力产生形变。
2.根据权利要求1所述的一种执行器输出力矩的检测装置,其特征在于,所述第二齿轮(6)与力矩位置检测传感器同轴。
3.根据权利要求1所述的一种执行器输出力矩的检测装置,其特征在于,所述传动齿(8)为条形齿,沿所述中心轴(2)水平移动。
4.根据权利要求1所述的一种执行器输出力矩的检测装置,其特征在于,所述弹性组件(7)两侧设置有第一限位装置(701)和第二限位装置(702),在所述传动蜗杆(3)在正转和反转时受力,在所述中心轴(2)上产生位移。
5.一种执行器输出力矩的检测系统,其特征在于,所述系统适用于上述权利要求1-4中任一所述的检测装置,包括微控制单元,作为系统的主控;
电源单元,将市电电源转换为可供系统运行的电源类型,并给系统供电;
位移检测单元,检测执行器(9)工作过程中力矩轴的转动角度,并将测量的角度信息传输给所述微控制单元;
显示及操作单元,用于接收用户操作并反馈至所述微控制单元,以及显示信息;
位置检测单元,实时监测执行器(9)的位置,并将位置信息传输至所述微控制单元;
电机驱动单元,接收所述微控制单元的指令信息,给电机发送正转或反转的动作信号。
6.根据权利要求5所述的一种执行器输出力矩的检测系统,其特征在于,所述系统还包括控制信号检测单元,检测外部控制信号,并经过光电隔离后将外部信号传输给所述微控制单元;
反馈单元,接收所述微控制单元的指令信号,输出对应的模拟量和开关量反馈信号。
7.根据权利要求5所述的一种执行器输出力矩的检测系统,其特征在于,所述显示及操作单元,包括显示屏,显示设备信息和工作状态;
操作扭及操作感应模块,检测用户的操作,将操作信号传输给所述微控制单元。
8.一种执行器输出力矩的检测方法,其特征在于,所述方法适用于上述权利要求1-4任一所述的检测装置或权利要求5-7任一所述的系统,方法为:
S1、电源开启,系统启动,进行开力矩和关力矩标定;
S2、位移检测单元检测执行器(9)的力矩转动角度,并将角度信息传输至微控制单元;
S3、位置检测单元检测执行器(9)当前位置,并将位置信息传输至所述微控制单元;
S4、所述微控制单元接收所述角度信息和所述位置信息,进行计算得出执行器的力矩值。
9.根据权利要求8所述的一种执行器输出力矩的检测方法,其特征在于,所述开力矩标定分为开向空载标定和开向100%负载标定。
10.根据权利要求9所述的一种执行器输出力矩的检测方法,其特征在于,所述关力矩标定分为关向空载标定和关向100%负载标定。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230418 |
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