CN2581974Y - 弹簧测试仪信号采集装置 - Google Patents

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袁兵
程鹏飞
侯继平
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Taiyuan Pengyue Electronic Technology Co., Ltd.
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一种弹簧测试仪信号采集装置，包括位移传感器、压力传感器和机械部分，位移传感器采用光栅计数器。测量时被测弹簧置于上、下砧板之间，由电机轴带动空心轴与丝杠螺母组成正(反)旋转主轴，滚珠丝杠与上砧板在旋转主轴的驱动下，做垂直上下运动，向弹簧施加压力或拉力。位于下砧板下方的压力传感器，将弹簧受到的压力或拉力传至控制板进行处理，得出被测弹簧轴向所受的压力；与步进电机同轴的光栅轮旋转时产生光脉冲信号，光敏三极管将光脉冲信号转换为电信号，经A/D转换后传输给计算机，实现弹簧轴向位移量的精确测量。该装置结构紧凑，外形美观，操作简单，智能化程度高，制作成本低，其中位移量采集部分的制作成本仅为同类装置的十分之一，市场前景广阔。

Description

弹簧测试仪信号采集装置
(一)技术领域
本实用新型属于弹簧检测装置，具体涉及一种弹簧测试仪信号采集装置。
(二)背景技术
铁路车辆用制动阀圆柱形弹簧是火车刹车系统中的重要部件，它的完好性是火车安全制动的重要保证，因此必须定期对每辆列车上的所有制动阀弹簧进行性能检测。
目前，铁路车辆制动阀用弹簧测试仪主要分为手动和自动两种。手动弹簧测试仪：用手压操作杆，用眼睛读数据，人工纪录、判别弹簧性能。由于人为因素多，测试精度低，人员劳动强度大，数据纪录、保存、查询都不方便，同时也不便于管理。自动弹簧测试仪：这类检测装置采用微机或单片机控制，各自的测试方式和实现手段不尽相同，这既体现在机械结构方面，也体现在电路结构方面，从实际使用情况看，弹簧的检测精确度和准确度还有待进一步提高。另外，控制部分的位移量采集子系统制作成本较高，使用不经济。
(三)发明内容
本实用新型主要解决的技术问题是提高弹簧检测的精确度和准确度，能够对铁路车辆制动阀弹簧自动检测判断，且结构紧凑，制作成本低。
弹簧测试仪信号采集装置包括位移传感器、压力传感器和机械部分，其中位移传感器采用光栅计数器，光栅计数器由光栅轮、发光二极管和光敏三极管组成，其光栅轮轴与可控步进电机轴同心连接，发光二极管和光敏三极管分别设置在光栅轮的上下方；机械部分由可控步进电机、空心传动轴、丝杠螺母、导套、支撑组件、上下砧板组成，空心传动轴通过上、下轴承装在导套内，导套上端与步进电机外壳座固定，侧面通过支撑组件与装置的立柱固定连接；空心传动轴上端通过联轴器与步进电机轴固定连接，下端固定有丝杠螺母，与丝杠螺母相匹配的滚珠丝杠垂直设置在空心传动轴中心，滚珠丝杠的下端固定有上砧板。
工作过程：将被测弹簧置于上、下砧板之间，启动步进电机，由电机轴带动空心轴与丝杠螺母组成正(反)旋转主轴，丝杠与上砧板在旋转主轴的驱动下，做垂直上下运动，向弹簧施加压力或拉力。
在施压过程中，位于下砧板下方的压力传感器，将弹簧受到的压力或拉力传至控制板进行处理，得出被测弹簧轴向所受的压力；与步进电机同轴的光栅轮旋转时，产生光脉冲信号，光敏三极管将光脉冲信号转换为电信号，经A/D转换后传输给计算机，在软件的支持下，光栅计数器实现了弹簧轴向位移量的精确测量。
本实用新型采用可控步进电机能够实现正反转微进给；采用光栅计数器光信号分辨率高，可以利用光电转换精确地记录被测弹簧拉伸与压缩的位移过程；采用滚珠丝杠垂直运动无间隙，将定轴旋转运动与直线往复运动巧妙地组合在一起，无回转角损失，显著提高了弹簧检测的精确度和准确度，为铁路车辆制动阀弹簧自动检测判断提供了可靠的信号采集装置。该装置结构紧凑，外形美观，操作简单，智能化程度高，制作成本低，其中位移量采集部分的制作成本仅为同类装置的十分之一，市场前景广阔。
(四)附图说明
图1为弹簧测试仪信号采集装置结构示意图；
图2为光栅计数器安装示意图。
(五)实施方式
如图1所示，弹簧测试仪信号采集装置的立柱7设置在底板2上，立柱底部装有丝圈5，通过连接螺栓3紧固丝圈2，将立柱3与底板2固定。在底板2上面装有底罩4，下面设置绝缘胶板1。
空心传动轴19通过联轴器与步进电机轴连接。联轴器是由联轴节17和联轴节箍18组成，开口的联轴节套装在步进电机轴上，其下端面与空心传动轴固定连接；联轴节箍套装在开口的联轴节上，通过螺栓将联轴节和步进电机轴紧固在一起。
空心传动轴19通过上、下轴承25装在导套23内，位于上部的轴承上端设有轴向调整螺母20，位于下部的轴承下端装有紧固螺母26，两轴承之间装有轴承隔套24。
滚珠丝杠28设置在空心传动轴19中心，丝杠螺母27与空心传动轴19下端固定连接；滚珠丝杠28的下端固定有上砧板32、过渡法兰31和饰套29，饰套29套装在导套23上，饰套29下端与过渡法兰31固定连接，过渡法兰31与上砧板32固定连接。当丝杠螺母27随空心传动轴19正反旋转时，带动滚珠丝杠、上砧板及饰套29同步垂直上下位移。由于饰套29与导套23之间为滑键配合，工作过程中，所有零部件不外露，外观整洁、漂亮、安全。
下砧板6位于底座2上，压力传感器设置在下砧板下方，当弹簧受到压力或拉力时，通过压力传感器将信号传至控制板进行处理，得出被测弹簧轴向所受的压力。
导套23上端与步进电机外壳座固定，侧面通过支撑组件与装置的立柱7固定连接。所述的支撑组件包括外套筒11、连接管9与紧固件，外套筒11上部装有支座22、卡环21，底部固定有导向支座30，导套23的法兰圈与支座22固定；在外套筒11的侧面固定有上、下两个连接管，通过螺栓12、螺母8与立柱7固定连接，连接处装有半圆弧垫10，外套筒与立柱之间的连接管上装有饰套13。在立柱7和外套筒11的上端均装有上罩14。
本实用新型位移传感器1 5采用光栅计数器，光栅计数器安装在步进电机16的上方，如图2所示，光栅轮35通过螺母34和垫圈33与芯轴39固定，芯轴39与步进电机轴40固定连接，发光二极管38和光敏三极管37固定在计数器的支架36上。当步进电机顺(逆)时针方向转动时，带动光栅轮旋转的同时也带动滚珠丝杠与上砧板作垂直上下运动。上砧板运动的行程与光栅轮旋转所走的光栅数成固定的对应关系，从而可以精确地定位被测弹簧在拉伸与压缩的过程中，各个位置的高度与其在该点所受到的负荷，最后根据采集到的多组数据计算出弹簧的自由高h和倔强系数k。
本实用新型所采用的光栅计数器位移测试范围：0—100mm最小量度0.1mm；所采用的压力传感器压力测试范围：0一300N最小量度0.01N。

Claims (2)

1、一种弹簧测试仪信号采集装置，包括位移传感器、压力传感器和机械部分，其特征在于位移传感器采用光栅计数器，光栅计数器由光栅轮、发光二极管和光敏三极管组成，其光栅轮轴与可控步进电机轴同心连接，发光二极管和光敏三极管分别设置在光栅轮的上下方；机械部分由可控步进电机、空心传动轴、丝杠螺母、导套、支撑组件、上下砧板组成，空心传动轴通过上、下轴承装在导套内，导套上端与步进电机外壳座固定，侧面通过支撑组件与装置的立柱固定连接；空心传动轴上端通过联轴器与步进电机轴固定连接，下端固定有丝杠螺母，与丝杠螺母相匹配的滚珠丝杠垂直设置在空心传动轴中心，滚珠丝杠的下端固定有上砧板。
2、根据权利要求1所述的弹簧测试仪信号采集装置，其特征在于上述联轴器是由联轴节和联轴节箍组成，开口的联轴节套装在步进电机轴上，其下端面与空心传动轴固定连接；联轴节箍套装在开口的联轴节上，通过螺栓将联轴节和步进电机轴紧固在一起。
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