CN1987391B - 负阶跃动态扭矩校准装置 - Google Patents

Abstract

一种负阶跃动态扭矩校准装置，主要解决产生良好讯号指标等技术问题，其采用技术方案是在扭矩发生器上设置有一气缸组件，气缸组件包括有活塞、缸体、储气罐和连接杆，其活塞连接有挠经扭矩墙的绳索，其连接杆二端分别连接有衔铁和活塞，气缸组件的缸体内腔和储气的内腔连通，适用于各式负阶跃动态扭矩校准。

Description

负阶跃动态扭矩校准装置

技术领域：

本发明涉及一种用于测量转矩仪表的校准，特别是一种用于测量转矩仪表的校准装置。

背景技术：

在一些动力系统中，尤其是在运载工具的动力系统中，需要频繁地进行倒顺车、紧急制动、快速启动、突然加速或减速等等非稳态工况，并随之产生很大的动态负荷，此时传动件上将承受极大的瞬时扭矩峰值，如设备的设计者或操作者对此数据大小心中无数，就可能造成设备的严重超载、损伤、甚至造成重大事故；现有的设备，在一些重要的场合都设置有测量扭矩的扭矩仪，但是这些扭矩仪的扭矩传感器只能测量常态下的扭矩值，而无法准确及时反映动态扭矩峰值的大小；为此，在需要求知动态扭矩峰值的动力系统中，其装备的扭矩传感器，必须先掌握扭矩传感器的动态特性，即获知其固有频率及阻尼比，以满足动力系统扭矩的频响；但是，至今国内外生产的扭矩传感器均无此正确的动态特性数据，而是通过数学建模计算，即使以软件仿真计算，所得数值置信度也不高，因为这些计算都受复杂环境条件影响，尤其是受扭矩传感器自身阻尼的影响，因此，业者提供了各种型式的负阶跃动态扭矩校准装置，如一种小量程负阶跃动态扭矩校准装置，装置的机架上设置有扭矩墩，扭矩墙和负阶跃发生器等组成，扭矩墩上传感器的输入端连接有细钢丝，细钢丝经扭矩墙的导滑轮和负阶跃发生器的砝码连接，校准操作时，用剪刀剪断直径毫米以下的细钢丝，悬挂砝码下落，校准的被测试件上施加负载突然释放，让其作衰减谐波振荡，并在自动控制系统中显示，采集、处理，验证传感器动态特性实现其校准功能，但是，这种装置波形图显示下降沿在剪断时刻不光滑，若砝码加重，必须增大钢丝直径，则剪断困难，无法保证毫秒级下降沿的时间，其应用受到限制，同样在小量程段，其技术方案是以锤击脆性材料(玻璃棒)，代替剪断，使悬挂砝码下落，其波形图显示下降的波形更差，且应用量程同样受限；另一技术方案是利用激波管组成的装置，一般在10毫秒左右平台压力才能稳定，其准确度差，为6％左右；美国BRL提供的快开阀装置的负阶跃压力发生器，其最大阶跃压力达1000MPa，但其上升时间仍较长(为毫秒量级)，此外，其压力值极高，装置必须具备有耐高压和耐高压密封的良好条件，因而使装置的制作和使用成本均很高，难以推广使用。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的负阶跃动态扭矩校准装置，它能产生良好的负阶跃讯号指标，且该讯号具有归一性，装置结构简单并能适应较大量程范围。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：负阶跃动态扭矩校准装置包括有机架、扭矩墩、三维工作台、扭矩发生器、扭矩墙等组件，各组成均设置在机架上，扭矩墩和三维工作台上设置有测试件，测试件的扭矩输入端连接有绳索，绳索绕经扭矩墙连接有负阶跃动态扭矩发生器，扭矩发生器包括有挂重，其特点是扭矩发生器上设置有一气缸组件，气缸组件包括有活塞、缸体、储气罐和连接杆，气缸组件的活塞连接有绕经扭矩墙的绳索，气缸组件的连接杆二端分别连接有衔铁和活塞，气缸组件的缸体内腔和储气罐的内腔连通。装置在挂重(和拉力器)作用下，以吸合的衔铁、连接杆、活塞、绕接于扭矩墙的绳索，以设定扭矩值作用在测试件，校准操作切断线圈电源，衔铁释放挂重及加载，活塞在压力气体作用下加速上升，绳索快速松驰，被测试件在无外界阻尼状态下作自由衰减振动，从而在控制系统中实现其校准功能。

扭矩墙采用一组相互平行的绳索与导滑轮组合，从而对测试件施加纯扭矩负阶跃信号；采用挂重组件和减速拉力器，扩大量程。

本发明采用电磁吸合断开和气缸快速卸载结构相结合的技术方案，大大提高负阶跃扭矩徒峭强度，从而负载特性曲线的下降延时间小于5毫秒，实际应用操作简单，产生讯号归一、重复性好，其纯扭矩加载方式，减小弯曲影响，本发明能为动力系统动态性能设计或操作提供必须的实测数据，改善设备的可靠性和可操作性，整个过程不损坏零部件可反复使用，不采用高压元件，设备成本不高，且使用成本较低，从而使装置具有良好经济性。

附图说明：

图1是负阶跃动态扭矩校准装置示意图。

图2是图1中扭矩发生器纵剖视示意图。

图3是图1中A-A剖视示意图。

图4是图2中气缸组件部分放大示意图。

图5是图1中扭矩墙上绳索和导滑轮布设示意图。

具体实施方式：

参照图1，负阶跃动态扭矩校准装置包括有机架1、扭矩墩2、三维工作台3、测试件4、负阶跃动工态扭矩发生器5和扭矩墙6，各组成部分均设置在机架1上。

机架1，为金属构件，设置有对应各组成的支承构架，在上部安装扭矩墙6的板面上敷设有可供扭矩墙6移动的导轨；在下部安装扭矩发生器5处敷设有可供扭矩发生器6移动的导轨和相应起升设置。

扭矩墩2，是安装被测试件的构件，其结构在四个面均设置有法兰盘，以适应不同被测试件测试其动态特性，使校准装置具有良好通用性。

三维工作台3，由一可调蜗轮箱31的轴伸32顶持一托盘33，托盘33上设置有支承件34顶持测试件4(如图3所示)，可对测试件4进行浮托，即对其壳体重量进行浮托，减小壳体重量对测试值的影响。

负阶跃动态扭矩发生器(扭矩发生器5)，包括有输出端50、小电磁铁51、气缸组件52、限位板53、衔铁54、挂重组件55、拉力器56，支架57；

输出端50，如图5所示，输出端50包括有穿接头500、壳体501、旋塞502、传力杆503、穿接头500固设于壳体501顶部，其中设有通孔用以穿接来自扭矩墙6的绳索61，壳体501内旋设有一旋塞502，可用以调节输出端50至气缸组件52的活塞521之间的距离，旋塞502固接于传力杆503的一端，传力杆503的另一端穿过小电磁铁51可旋固在活塞521底部螺孔5210(如图4)；

小电磁铁51，该组件包括铜板511、磁铁512、缓冲垫513，磁铁512一直处于工作状态，当释放衔铁54，活塞521冲向磁铁512，其电磁场吸力有助活塞521上行，二者相吸后，绳索61不再受气压波动影响，有利校准检测，铜板511具屏蔽功能，缓冲垫513可减小活塞521对磁铁512的冲击，三组件均呈环形固设在支架顶部；

气缸组件52，如图1、2、3、4，包括有活塞521、缸体522、储气罐523、连接杆524，其中：

活塞521、呈杯状，顶部法兰边设通孔滑动套合在连接杆524，活塞521容置在缸体522内呈滑动配合，底部上方突伸一凸块，凸块内设螺孔5210用以和输出端50的传力杆503旋接；

缸体522，为一带法兰的筒体，其内腔和活塞521和底部共同形成冲顶活塞521作加速度运动的工作腔，其底法兰和储气罐523固定；

储气罐523，为一两端带法兰的筒体，上端固接缸体52，下端固接于支架57，罐内腔和缸体522内腔连通，罐侧连设有管接头，压力空气自供气处经接头进入密封的罐内腔，缸体522内腔和储气罐523内腔的容量比为1∶8至1∶12，罐内腔穿设连接杆524处设有密封衬管5230，并保持该杆能在衬管5230内移动；

连接杆524，杆上端部呈球形，和活塞521顶部法兰的通孔共同形成一球铰链连接结构525，连接杆524穿伸于缸体522、密封衬管5230、限位板53和衔铁54旋接固定，连接杆524可带动衔铁作往复运动；

限位板53，是一板状体，固定在支架57上，用以限定衔铁54的上行距离；

衔铁54，呈板状，当电磁线圈551(如图3)通电时，衔铁54向下吸合，并经连接杆524拉动活塞521下移，断电时，衔铁54释放，活塞521在压力空气作用下加速上移，并经连接杆524带动衔铁54上移；

挂重组件55，包括有电磁线圈551、挂重(552、553)，缓冲板554、挡板555和缓冲弹簧556，其中电磁线圈置设在挂重552上，挂重552、553图2、3所示是由两块组成，为适应测试件不同规格的需求设置成组合式，也可由多块组成，用螺栓固连成一体，每块挂重的底部均设有可连接拉力器56的连接螺孔550；缓冲板554由橡胶或类似材质板材制成，用以减小挂重552、553对挡板555的冲击；挡板555为金属板，用以支承挂重下落的重载，挡板555滑套在支架57的导杆上，其下方设置有缓冲弹簧556；

拉力器56，可采用蜗轮减速方式，其螺杆出端设置有输出端563(如图2)，输出端563连接有一拉索562，拉索562上固设有一接头561，接头561可旋设于挂重552或553的连接螺孔550，拉力器56可根据校准操作的需求，调整其拉力值。

扭矩墙6，包括有墙架60、绳索61、导滑轮62、63、64、65，如图5；

墙架60呈角铁状，其底部设置有导轮组可沿机架1的导轨作相对测试件4的方向移动；

绳索61，可为软钢丝、柔软尼龙丝绳、似蜘蛛丝的丙胺酸织物绳或其他类似绳，绳索61一端连接测试件4的接点41，其另一端连接于测试件4的另一接点42，并分别绕经各导滑轮62、63、65、64，其中绕经导滑轮63、65之间是穿接于扭矩发生器5输出端50的穿接头500的通孔；

导滑轮62、63、64、65，由滑轮和轮轴组成，滑轮和轮轴呈滚动接触式滑动接触，轮轴是固设在墙架60上，其布设位置的特点是：接点41和导滑轮62之间的绳索61走向，和接点42与导滑轮64之间的绳索61走向相互平行，形成施加于测试件的纯扭矩负阶跃信号；穿接头500通孔至导滑轮63、65的绳索61呈等长对称，形成均匀施力于测试件。

负阶跃信号产生过程是：储气罐523内连续充入压力气体，电磁线圈551通电，吸合衔铁54，经连接杆524、活塞521、传力杆503、输出端50、绳索61施力于测试件4，相应力值是挂重组件55的重量，再起动拉力器56，并经拉索562、挂重组件55继续向测试件4施力，实现其施力的纯扭矩值可调，以适应各种测试对象所需，当达到设定扭矩值后，切断电磁线圈551电源，衔铁54被释放，在压力气体作用下，活塞521可以达26g(g＝9.8米/秒2)的加速度上升，即以现有设备无法达到的加速度使绳索61松驰，测试件在无外界阻尼状态下作自由衰减振动，实现负阶跃信号的产生。

本发明能为动力系统动态性能设计提供必须的实测数据，能为自动控制系统提供准确的动态性能数据，可提高动力系统的动态性能指标，能提高自动化控制系统的参数设计和对系统的实时控制，从而明显改善动力设备的可靠性和可操作性。

Claims (7)

1.一种负阶跃动态扭矩校准装置，该装置包括有机架、扭矩墩、三维工作台、扭矩发生器、扭矩墙，各组成部分均设置在机架上，扭矩墩和三维工作台上设置有测试件，测试件的扭矩输入端连接有绳索，绳索绕经扭矩墙连接有负阶跃动态扭矩发生器，扭矩发生器包括有挂重，其特征在于：

a.扭矩发生器(5)上设置有一气缸组件(52)，气缸组件(52)包括有活塞(521)、缸体(522)、储气罐(523)和连接杆(524)；

b.气缸组件(52)的活塞(521)上连接有绕经扭矩墙(6)的绳索(61)；

c.气缸组件(52)的连接杆(524)二端分别连接有衔铁(54)和活塞(521)；

d.气缸组件(52)的缸体(522)内腔和储气罐(523)的内腔连通。

2.根据权利要求1所述的负阶跃动态扭矩校准装置，其特征是气缸组件(52)的缸体(522)内腔和储气罐(523)内腔的容量比为1∶8至1∶12。

3.根据权利要求1所述的负阶跃动态扭矩校准装置，其特征是在气缸组件(52)的活塞(521)顶端设置有一小电磁铁(51)。

4.根据权利要求1所述的负阶跃动态扭矩校准装置，其特征是气缸组件(52)的连接杆(524)和活塞(521)的连接为球铰链连接结构(525)。

5.根据权利要求1所述的负阶跃动态扭矩校准装置，其特征是挂重组件(55)由至少两块挂重(552、553)组成，挂重组件(55)底部设置有一挡板(555)。

6.根据权利要求1所述的负阶跃动态扭矩校准装置，其特征是挂重组件连接有拉力器(56)。

7.根据权利要求1所述的负阶跃动态扭矩校准装置，其特征是扭矩墙(6)上设置有一组导滑轮(62、63、64、65)，绳索(61)一端连接有测试件(4)的接点(41)，绳索(61)绕经各导滑轮(62、63、50、65、64)的另一端连接有测试件(4)的另一接点(42)，绕接于接点(41)和导滑轮(62)的绳索(61)和绕接于另一接点(42)及另一导滑轮(64)的绳索(61)相互平行。

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