CN201621202U

CN201621202U - 扭矩滑差装置

Info

Publication number: CN201621202U
Application number: CN2009202865551U
Authority: CN
Inventors: 王剑平; 王付双; 余天玲; 李芳芳; 周江春; 黎菁; 周特威
Original assignee: 711th Research Institute of CSIC
Current assignee: 711th Research Institute of CSIC
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2019-12-29

Abstract

本实用新型涉及一种扭矩滑差装置，用于离合器的扭角和/或滑差监控以实现过载保护。为此，该装置包括磁电传感器、扭角滑差监测电子箱和扭角表或滑差表。磁电传感器可非接触地测量离合器并产生有关离合器转速的一组脉冲信号。扭角滑差监测电子箱可采集前述一组脉冲信号，据此计算离合器的扭角值和/或滑差值，并与额定扭角值和/或额定滑差值比较，当采集的扭角值大于额定扭角值或采集的滑差值大于额定滑差值时，令继电器动作，关闭离合器气源的电磁阀而使离合器脱开。扭角滑差监测电子箱还将来自微处理器的扭角值和/或滑差值放大后输出，显示在扭角表或滑差表上。

Description

扭矩滑差装置

技术领域

本实用新型涉及一种船舶用监控电路板，尤其是涉及用于离合器的负荷监视及过载保护的扭矩滑差装置。

背景技术

传统的变矩器包括装有工作流体的密封腔室。该密封腔室包括被发动机驱动的泵(或叶轮)、与输出轴连接的涡轮以及放大转矩的定轮。当叶轮旋转时，离心力向外推动压缩流体，使涡轮旋转。从涡轮中射出的流体冲击定轮。当流体重入叶轮腔时，定轮的叶片使流体的径向运动换向从而使流体的运动方向和叶轮相同。这样的方向反向很大地增加了叶轮的效率。冲击定轮叶片的液力也施加转矩在涡轮的输出轴上，通过增加相同的额外转矩来达到更高数值的传动比。

当叶轮的速度和涡轮的速度不相等时，变矩器被认为是“滑差”。高滑差率会降低变矩器地效率并且可能产生过多的热量。许多变矩器与例如机械离合器的锁止机构配合使用，在巡航速度时使叶轮和涡轮物理连接而接合机械离合器。物理连接使叶轮和涡轮以相同或接近相同的速度旋转，从而减少或消除滑差。通过在旋转离合器装置的中心轴上的中空轴提供的流体，离合器被接合或释放。

近几年，随着造船业的发展，高弹性摩擦离合器的使用越来越广泛。当负荷过大时，发动机将超载，使高弹性摩擦离合器的扭角和/或滑差过分增大而损坏。因此需要通过监控离合器的扭角和/或滑差来达到过载保护的目的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于离合器的扭角和/或滑差监控的扭矩滑差装置。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种扭矩滑差装置，包括磁电传感器、扭角滑差监测电子箱和扭角表或滑差表。磁电传感器可非接触地测量离合器并产生有关离合器转速的一组脉冲信号。扭角滑差监测电子箱，包括脉冲量采集模块、微处理器、继电器输出模块和模拟量输出调整模块。脉冲量采集模块连接所述磁电传感器，用于采集前述一组脉冲信号，经过放大和整形后输出。微处理器连接所述脉冲量采集模块，根据采集的一组脉冲信号计算离合器的扭角值和/或滑差值，并与额定扭角值和/或额定滑差值比较，当采集的扭角值大于额定扭角值或采集的滑差值大于额定滑差值时，输出报警信号。继电器输出模块，包括用于控制离合器气源的电磁阀的继电器，继电器输出模块连接微处理器并响应报警信号令继电器动作，关闭离合器气源的电磁阀而使离合器脱开。模拟量输出调整模块连接微处理器，用于将来自微处理器的扭角值和/或滑差值放大后输出。扭角表或滑差表连接模拟量输出调整模块，显示该扭角值或该滑差值。

在上述的扭矩滑差装置中，磁电传感器可为三个，用以采集离合器的主动、从动两侧和联轴节主动、从动两侧的三个脉冲信号。

在上述的扭矩滑差装置中，磁电传感器可进一步包括磁钉和磁电发讯器。磁钉，固定在离合器的主动、从动侧圆周和联轴节主动、从动侧圆角上。磁电发讯器，安装在面对离合器的支架上，并根据磁钉的靠近和离开产生电脉冲信号。

在上述的扭矩滑差装置中，扭角滑差监测电子箱还可包括开关量输入模块，连接微处理器，用于采集开关量信号的输入。

在上述的扭矩滑差装置中，扭角滑差监测电子箱还可包括译码电路模块，连接在微处理器和继电器输出模块之间，用于产生对继电器输出模块中的继电器的选择信号。

在上述的扭矩滑差装置中，译码电路模块可为可编程逻辑控制器。

在上述的扭矩滑差装置中，所述扭角滑差监测电子箱还可包括总线驱动模块，连接在微处理器和译码电路模块之间，对地址总线进行锁存和驱动。

在上述的扭矩滑差装置中，扭角滑差监测电子箱还包括程序下载模块，连接微处理器，以下载程序到微处理器。

在上述的扭矩滑差装置中，微处理器可包括ADuC832芯片。

本实用新型由于采用以上技术方案，能在高弹性摩擦离合器因超载而引起扭角或滑差超过设定值时发出报警和保护信号，保护信号能直接作用于高弹性摩擦离合器气源的电磁阀上，使离合器放气而脱开，从而达到过载保护的目的。

附图说明

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本实用新型一实施例的扭矩滑差装置测量原理图。

图2示出本实用新型一实施例的扭矩滑差装置结构框图。

图3-12示出本实用新型一实施例的扭矩滑差装置各部件电路图。

具体实施方式

本实用新型实施例的扭矩滑差装置采用非接触脉冲技术来监测高弹性摩擦离合器的传递扭矩和滑差。扭角或滑差在判断过载上有相同的效果，一般只需计算和显示其中一个值。在本实用新型的实施例中可一并计算和显示这两个值。

图1示出本实用新型一实施例的扭矩滑差装置测量原理图。图2示出本实用新型一实施例的扭矩滑差装置结构框图。先参照图1，高弹性摩擦离合器10包括外锥体11、橡胶组件外轮12和连轴节从动侧13，联接在输入轴和输出轴之间。

参照图2所示，扭矩滑差装置100由多个磁电传感器(图中示出3个)110、一台扭角滑差监测电子箱120、以及扭角表140组成。多个磁电传感器用于非接触式地测量来自离合器外锥体110、橡胶组件外轮120和连轴节从动侧130的三相信号并输入给扭角滑差监测电子箱120，扭角信号可显示在扭角表140上。如果使用滑差信号的话，滑差信号可显示在滑差表上。

承上述，每一磁电传感器110进一步包括安装在旋转轴上的磁钉112和安装在固定支架上的磁电发讯器114。磁钉螺栓部分固定在高弹性摩擦离合器的离合器主动、从动侧圆周和联轴节主动、从动侧圆角上，离合器从动侧的磁钉即为联轴节主动、从动侧圆周上的磁钉相互错开45°角，为防止磁钉松开，磁钉安装后应锁紧。

磁电发讯器114一般由软铁芯和套在软铁芯上的线圈组成。三个发讯器分别安装在固定支架上，并加避震措施，安装发讯器时应使磁钉的顶端通过发讯器的中心线。

当装有磁钉112的旋转轴旋转使磁钉靠近和离开发讯器114时，发讯器114的铁芯线圈中磁通发生变化，根据电磁感应原理，线圈中的磁通变化将在线圈中产生感应电势。因此当磁钉每经过发讯器一次，就在线圈中产生一个电脉冲信号，从而完成了机械量(转速)到电量(电脉冲)的转换。

继续参照图2所示，扭角滑差监测电子箱120作为监控的主体，在板上包含微处理器121、程序下载模块122、脉冲量采集模块123、模拟量输出调整模块124、继电器输出模块125、译码电路模块126、开关量输入模块127、复位电路模块128、总线驱动模块130、以及电源过滤模块131、电源隔离模块132。

总体而言，从高弹性摩擦离合器主动、从动两侧的传感器信号A、B和联轴节主动、从动两侧的传感器信号B、C输出的一组三个脉冲信号在扭角滑差监测电子箱120中经放大、整形后，分别进行测量、计算、比较，当扭角或滑差超过设定值时，分别使报警式保护继电器动作。

具体地说，微处理器121可由ADuC832作为核心。ADuC832是一个非常灵活的前端传感器，片内集成了高性能的12位自校准ADC，双12位DAC(数模转换)，以及8位可编程微控制单元。片内提供62k字节非易失片内闪速/电擦除程序存储器，4kB非易失片内闪速/电擦除数据存储器，256字节RAM，和2K字节的扩展RAM。ADuC832还提供其他额外的模拟功能，如2个12位DAC以提供额外的模拟功能。片内数字外围设备包括2个16位∑-ΔDAC。

电源过滤模块131用于把数字电源与模拟电源分开，为DAC提供稳定的电源，并且为电路板工作电源提供指示灯。在图3所示的示例性电路图中，电源过滤模块131是由一个电感、两个电阻、一个LED灯、一个电容和一个2针跨接器组成。

电源隔离模块132通常是将不同种类的电源隔离以避免相互干扰。在图4所示的示例性电路图中，电源隔离模块132中的QD1是一个桥堆，具有防反接功能，防止外部电源反接而对内部工作电源造成毁坏，从而形成对电路板的保护。A1用于隔离24V电源电压作为电路板中需要24V的芯片提供工作电源，它由型号为ZUW152412的电源模块和四个电容组成。A2是用于将24V电压转成5V电压，为ADμC832单片微机和其它芯片提供工作电源。A2由型号为ZUS32405的电源模块和两个电容组成。

微处理器121用于采集开关量信号、脉冲信号、模拟量信号ADC，根据总线数据进行数据处理和运算，并输出开关量信号和模拟量信号DAC，输出相应数据供总线传输用。例如微处理器121可接收采集的一组三个脉冲信号并据此计算扭角值和/或滑差值，并分别与预设的额定扭角值和/或额定滑差值比较，当采集的扭角值大于额定扭角值或采集的滑差值大于额定滑差值时，输出报警信号。微处理器121包含监测ADμC832芯片工作是否正常的运行指示灯。在图5所示的示例性电路图中，微处理器121由一片型号为ADμC832的单片微处理器，一只晶体振荡器，一只电阻，7只电容和一个LED灯组成。微处理器121与上述的电源过滤模块1和电源隔离模块2相连。

程序下载模块122用于ADμC832微处理器的下载程序。在图6所示的示例性电路图中，程序下载模块122由一个电阻、一个4针跨接器、一个2针跨接器组成。程序下载模块122与上述的微处理器121相连。

脉冲量采集模块123用于采集来自磁电传感器的一相脉冲量信号，该模块将采集的脉冲量信号进行调整、整形，使得输入的波形符合要求。在图8所示的示例性电路图中，脉冲量采集模块123是由12片开关管2AK3、一片LM339、一片型号为TLP521-4的光隔，一片74HC14、20个电阻和5个电容组成。脉冲量采集模块123与微处理器121相连。

DAC模拟量输出调整模块124用于模拟量信号的输出变换，其将微处理器的ADμC832芯片输出的0-2，5V电压信号倍压后变成0-5V电压信号输出。在图9所示的示例性电路图中，DAC模拟量输出调整模块124由一片型号为LM124的放大器、10个电阻和一个电容组成。DAC模拟量输出调整模块124的输入与微处理器121相连，DAC模拟量输出调整模块124的输出与扭角表(或滑差表)相连。因此，来自微处理器121的采集的扭角值或滑差值等经放大后可输出到扭角表或滑差表显示。

继电器输出模块125通过可编程逻辑控制器产生片选信号，再经过驱动器，使得K1、K2继电器工作，从而在扭角或滑差超过额定值时起到保护作用。例如，继电器输出模块125的继电器可用于控制离合器气源的电磁阀，当出现扭角或滑差超过额定值时使气源电磁阀关闭，而使离合器放气脱开。在图10所示的示例性电路图中，继电器输出模块125由型号为MC1413的驱动器、型号为JZC-1M-24V的继电器、一个电容和2个二极管IN4004组成。继电器输出模块125与译码电路模块126相连。

译码电路模块126改变了以往用不可编程的芯片进行译码的方式，采用的是型号为GAL16V8D的可编程逻辑控制器，可节约成本简化电路。译码电路模块126用于产生片选信号，从而控制继电器和数码管。译码电路模块126的具体电路参见图10所示，它与总线驱动模块130和继电器输出模块125相连。

开关量输入模块127用于8个开关量信号的输入。并且在设计中加入3个电容为预防关键性开关量信号的抖动，其中5个开关量信号为5个按钮，设置参数时用，同时也加入了一个在设置时显示用的设置灯。在图11所示的示例性电路图中，开关量输入模块127由5个按键、9个电阻、一个发光二极管、3个电容、一个排阻和一个2针的跨接器组成。开关量输入模块127与微处理器121相连。

复位电路模块128用于产生一个由高变低和一个由低变高的电平信号，对上述的微处理器121上的ADμC832单片微处理器初始上电复位。在图7所示的示例性电路图中，复位电路模块128由一片型号为74HC14的六路施密特触发反相器中的其中一路、一个电阻、一个电容和一个2针的跨接器组成。复位电路模块128与微处理器128和脉冲量采集模块123相连。

总线驱动模块130对地址总线进行锁存和驱动。在图5所示的示例性电路图中，总线驱动模块130由一个型号为74HC244的芯片和一个电容组成。它与微处理器121相连。

在实际实施时，由于线路繁多，电路板上还可包括如图12所示的连接器模块129，它与电源过滤模块131、电源隔离模块132、脉冲量采集模块123、DAC模拟量输出调整模块124、继电器输出模块125、译码电路模块126、开关量输入模块127、复位电路模块128以及总线驱动模块130相连，以实现这些模块之间的电气相连。

另外，为了避免在离合器接合前装置的误动作，设置了压力闭锁电路。当离合器操纵装置中的压力开关触点闭合前滑差监测电路不工作，只有当离合器气缸内达到规定的压力，离合器接合后滑差监测电路才投入工作。

扭角表140(或滑差表)可根据需要安装在操纵台上，电子箱130至表头用屏蔽线连接，屏蔽线长度应小于20米。

本实用新型实施例的扭矩滑差装置采用贴片元件，采用快速连接器，具有安装尺寸小、功耗低、抗干扰能力强、温度范围宽(-40℃到70℃，适于船用)、功能齐全、可靠性高、数据传输速度快、维修更换方便等特点。

本实用新型基于ADμC832芯片为核心的智能化测量、监视装置，用于各种动力装置中的高弹性摩擦离合器的负荷监视及过载保护，也可用于采用高弹性摩擦离合器的多机并车装置中监测负荷及过载保护。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种扭矩滑差装置，用于监控离合器的扭角和/或滑差以进行过载保护，所述扭矩滑差装置包括：

磁电传感器，非接触地测量所述离合器并输出一组有关所述离合器转速的脉冲信号；

扭角滑差监测电子箱，包括：

脉冲量采集模块，连接所述磁电传感器，用于采集一组脉冲信号，经过放大和整形后输出；

微处理器，连接所述脉冲量采集模块，根据采集的一组脉冲信号计算离合器的扭角值和/或滑差值，并与额定扭角值和/或额定滑差值比较，当采集的扭角值大于额定扭角值或采集的滑差值大于额定滑差值时，输出报警信号；

继电器输出模块，包括用于控制离合器气源的电磁阀的继电器，所述继电器输出模块连接所述微处理器并响应报警信号令继电器动作，关闭离合器气源的电磁阀而使离合器脱开；以及

模拟量输出调整模块，连接所述微处理器，用于将来自所述微处理器的扭角值和/或滑差值放大后输出；

扭角表或滑差表，连接所述模拟量输出调整模块，显示该扭角值或该滑差值。

2.如权利要求1所述的扭矩滑差装置，其特征在于，所述磁电传感器为三个，用以采集离合器的主动、从动两侧和联轴节主动、从动两侧的三个脉冲信号。

3.如权利要求1所述的扭矩滑差装置，其特征在于，所述磁电传感器包括：

磁钉，固定在所述离合器的主动、从动侧圆周和联轴节主动、从动侧圆角上；

磁电发讯器，安装在面对所述离合器的支架上，并根据所述磁钉的靠近和离开产生电脉冲信号。

4.如权利要求1所述的扭矩滑差装置，其特征在于，所述扭角滑差监测电子箱还包括：

开关量输入模块，连接所述微处理器，用于采集开关量信号的输入。

5.如权利要求1所述的扭矩滑差装置，其特征在于，所述扭角滑差监测电子箱还包括：

译码电路模块，连接在所述微处理器和所述继电器输出模块之间，用于产生对继电器输出模块中的继电器的选择信号。

6.如权利要求5所述的扭矩滑差装置，其特征在于，所述译码电路模块为可编程逻辑控制器。

7.如权利要求5所述的扭矩滑差装置，其特征在于，所述扭角滑差监测电子箱还包括：

总线驱动信号，连接在所述微处理器和所述译码电路模块之间，对地址总线进行锁存和驱动。

8.如权利要求1所述的扭矩滑差装置，其特征在于，所述扭角滑差监测电子箱还包括：

程序下载模块，连接所述微处理器，以下载程序到微处理器。

9.如权利要求1所述的扭矩滑差装置，其特征在于，所述微处理器包括ADuC832芯片。