CS265015B1

CS265015B1 - Torsional moment measuring device

Info

Publication number: CS265015B1
Application number: CS87941A
Authority: CS
Inventors: Josef Outly
Original assignee: Josef Outly
Priority date: 1987-02-12
Filing date: 1987-02-12
Publication date: 1989-09-12
Also published as: CS94187A1

Abstract

účelon řečení je umožnit alespoň informativní míření kroutícího momentu na točivých strojích pracujících v obtížných podmínkách, ve znečištěném prostředí, a to bez použití součástí komplikujících funkci a konstrukci výkonných prvků točivých strojů. Účelu sc dosahuje zařízení.·:., jehož podstata spočívá v tom, že k vnějšímu kroužku prvního valivého ložiska, rozepřenému stacionární trubkovou rozpěrkou o vnější kroužek druhého valivého ložiska, je zevně přiložen tlačný kroužek dosedající na snímací mezikružní desku, opatřenou deforI mačníňi snímači a upevněnou šrouby k loziskovému bloku, přitom vnitřní kroužek prvního valivého ložiska je zevně· za- * jištěn opěrným prstencem a zevnitř uná- , senou trubkovou rozpěrkou, opřenou o vnitřní kroužek druhého valivého ložiska.the purpose of speaking is to allow at least informative torque measurement on rotating machines working in difficult conditions, in polluted environments, without using complicating components function and construction of powerful of rotating machine elements. It achieves the purpose of sc a device whose nature rests in that the outer ring of the first roller bearing, stationary a tubular spacer to the outer ring the second roller bearing is externally attached push ring abutting the sensing an annulus plate provided with deforI mounting sensors and bolts attached to the bearing the inner ring the first rolling bearing is externally * secured with support ring and inside , with a tubular spacer, resting on inner ring of the second rolling bearing.

Description

Vynález se týká zařízení pro měření kroutícího momentu hnaného hřídele, spojeného ozubenými koly s hnacím hřídelem a uloženého ve valivých ložiskách. Účelem vynálezu je umožnit alespoň informativní měřeni kroutícího momentu na točivých strojích pracujících v obtížných podmínkách, ve znečištěném prostředí, a to bez použití součástí komplikujících funkci a konstrukci výkonných prvků točivých strojů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for measuring the torque of a driven shaft coupled by gears to a drive shaft and mounted in rolling bearings. The purpose of the invention is to enable at least an informative measurement of the torque on rotary machines operating in difficult conditions, in a polluted environment, without the use of components complicating the function and construction of the executive elements of the rotating machines.

Pro měření kroutícího momentu se převážně používá elektrických torzních dynamometrů, zvláště tenzometrických. Tenzometry jsou nalepeny na torzních členech nahrazujících část hnaného hřídele a připojeny ke kolektorovým kroužkům. Elektrické údaje se snímají z kolektorových kroužků sběrnými kartáčky nebo bezkontaktně miniaturními vysilači. Jako indikátory se přitom používají tenzometrické aparatury vyrovnávající odporový' můstek tenzometrů /Příručka měřicí techniky, SNTL, Praha, s. 536 an. /.Electric torque dynamometers, especially strain gauges, are predominantly used for torque measurement. The strain gauges are glued to the torsion elements replacing part of the driven shaft and connected to the collector rings. Electrical data is collected from the collector rings with collector brushes or contactless miniature transmitters. Strain gauge devices balancing the resistance bridge of strain gauges are used as indicators / Handbook of Measurement Technology, SNTL, Prague, p. /.

Nevýhodou známých torzních tenzometrických dynamometrů je nespolehlivá funkce sběrných kartáčků, které .nezajištují korektní přenos elektrických signálů z rotujících kroužků do tenzometrické aparatury. Již nepatrná změna jakosti povrchu styčných ploch, jejich oxidace, koroze a mechanické narušeni nebo změna přítlačné sily a otáček způsobuje změnu, přechodových odporů mezi sběrnými kartáčky a kolektorem, jejíž následkem jsou nekontrolovatelné chyby měření. Funkce bezkontaktních snímačů je narušována elektrickými výboji např. spa lovaci cg· hnací ch motorů. Tato zařízení pro měření kroutícího momentu nejsou proto spcle.h,.Livě použitelná u točivých strojů pracujících v těžkých podmiň-, kách, např. u vrtných souprav pro hloubeni zemních vrtů.A disadvantage of the known torsion strain gauge dynamometers is the unreliable operation of the collecting brushes, which do not ensure the correct transmission of electrical signals from the rotating rings to the strain gauge apparatus. Already a slight change in the surface quality of the contact surfaces, their oxidation, corrosion and mechanical disturbance, or a change in the contact force and speed causes a change in the transient resistance between the collector brushes and the collector, resulting in uncontrolled measurement errors. The function of non-contact sensors is impaired by electric discharges such as SPA engines driving motors. These torque measuring devices are therefore not suitable for use in heavy-duty rotary machines, such as drilling rigs for ground drilling.

Je známé záři zení pro snímáni směru a velikos-ti točivého momentu, které nevýhody přenosu elektrických signálů odstraňuje a jehož podstatou je snímání axiální síty vznikající na závite , a šikmém ozubeni převodových kol hřídelů při přenášení kroutí- 2 - . 265 Οχ5 čího momentu /CS AO 234 988/. Snímač tohoto zařízení sestává ze snímací trubky s tenzometry, která je jednou stranou spojena ložiskem výstupního ozubeného kola a druhou stranou s rámem převodové skříně.There is known a device for sensing direction and magnitude of torque, which eliminates the disadvantages of the transmission of electric signals, which is based on the sensing of the axial mesh formed on the thread, and the helical toothing of the shafts of the shafts during transmission of the torsion. 265 Οχ5 torque (CS AO 234 988). The sensor of this device consists of a sensing tube with strain gauges which is connected by one side of the output gear bearing and the other side to the gearbox frame.

Nevýhodou známého zařízení pro měření kroutícího momentu je nutnost použití netypického ozubeného kola s trubkovým čelním nákružkem a přídavného ložiska, které zvyšuje třecí ztráty započítávané do měřeného kroutícího momentu a způsobuje statickou neurčitost uložení výstupního hřídele, působící další nepostižitelné zkreslení měřených veličin. Další nevýhodou tohoto zařízení je nízká deformační schopnost snímací trubky vzhledem k požadavku na její zatěžování a obtížná, pracná vyměnite Inost/ např. při poruše tenzometrů.A disadvantage of the known torque measuring device is the necessity of using atypical tubular spur gear and an additional bearing, which increases the frictional losses included in the measured torque and causes static uncertainty of the output shaft bearing, causing further undetectable distortion of the measured quantities. Another disadvantage of this device is the low deformation ability of the sensor tube due to the requirement for its loading and difficult, laborious replacement of the Inost / eg in case of strain gauge failure.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro měření kroutícího momen.tu výstupního hřídele uloženého ve valivých ložiskách a spojeného ozubenými koly s hnacím hřídelem, zařízeni podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k vnějšímu kroužku prvního valivého ložiska, rozepřenému stacionární trubkovou rozpěrkou o vnější kroužek druhého valivého ložiska, je zevně přiložen tlačný kroužek dosedající na snímací mezikružni desku opatřenou deformačními snímači a upevněnou šrouby k ložiskovému bloku, přitom vnitřní kroužek prvního valivého ložiska je zevně zajištěn opěrným prstencem a zevnitř unášenou trubkovou rozpěrkou, opřenou o vnitřní kroužek druhého va livého ložiska.The device according to the invention is characterized by the fact that to the outer ring of the first roller bearing, which is expanded by a stationary tube spreader against the outer ring of the second ring, the device according to the invention eliminates these disadvantages. The bearing ring is externally supported by a thrust ring abutting the sensor ring provided with deformation sensors and fastened by screws to the bearing block, wherein the inner ring of the first rolling bearing is externally secured by a support ring and supported internally by a tubular spacer supported on the inner ring of the second roller bearing.

Z hlediska provozní spolehlivosti zařízeni podle vynálezu je výhodné, když snímací mezikružni deska je opatřena těsnicím víkem, upevněným šrouby k ložiskovému bloku.From the standpoint of operational reliability of the device according to the invention, it is advantageous if the sensing annular plate is provided with a sealing lid fastened by screws to the bearing block.

Výhodou zařízení pro měřeni kroutícího momentu podle vynálezu je odolnost vůči ztíženému provoznímu prostředí a vzhledem ; k těmtopodmínkám i dobrá citlivost. Odolnost a citlivost tohoto zařízeni umožňující jeho využití u takových strojů, kde měření kroutícího momentu je z provozního a technologického hlediska potřebné, avšak-pro znečištěné a hrubé prostředí dosavadními mě*, řičí neuskutečnitelné. Tak např. u zeměvrtných souprav je třeba·¹s poj i tě' měř i t kroutící moment na· výstupním h ří de l i spojeném s vrtnou kolonou, aby bylo možné sledovat zatěžování.vrtné kolony. í a zabránit překročeni jejích pevnostní ch;.parame trú> aby bylo : možné sledovat řezný odpor horniny a navozovat optimální provozní i. energetické podmínky pro práci vrtného nástroje na četběThe advantage of the torque measuring device according to the invention is its resistance to a harsh operating environment and appearance; good sensitivity to these conditions. The durability and sensitivity of this device, making it possible to use it in machines where torque measurement is necessary from an operational and technological point of view but for the polluted and harsh environment of the prior art, makes it impossible. For example. At zeměvrtných kits should be · ¹ poj and you 'it measuring torque on output · h of manufacture de if coupled with the drill string, in order to follow zatěžování.vrtné column. and to prevent its strenght from being exceeded, so that it is possible to observe the cutting resistance of the rock and induce optimum operational i.

265 Οχ5 vrtu. Vzhledem k prašnosti, vibracím, otřesům, povětrnostním vlivům neni možné používat známých měřičů kroutícího momentu, takže většina vrtných souprav je řízena empiricky bez soustavného sledováni kroutícího momentu. Zařízení podle vynálezu je funkční i v těchto těžkých podmínkách a vzhledem k citlivosti je více než informativním · měři čem výkonu točivých strojů.265 Οχ5 borehole. Due to dust, vibration, shock, weather, it is not possible to use known torque meters, so most drilling rigs are controlled empirically without continuous torque monitoring. The device according to the invention is functional even in these difficult conditions and due to its sensitivity it is more than an informative measure of the power of rotating machines.

Příklad zařízení podle vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je zařízení v podélném řezu a na obr. 2 totéž zařízení v příčném řezu rovinou A - A z obr. 1.An example of a device according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which in FIG.

Zařízení pro měřeni kroutícího momentu podle vynálezu je uspořádáno na výstupním hřídeli J, spojeném ozubenými koly 1 2 s hnacím hřídelem 14. Výstupní hřídel Jí je uložen v prvém valivém ložisku 3 a v druhém valivém ložisku 13. Vnější kroužek 15 «η» «setr· prvního valivého ložiska J a vnější kroužek 16 druhého valivého ložiska 13 jsou zevnitř rozepřeny stacionární trubkovou rozpěrkou 19. Vnitřní kroužek 17 prvního valivého ložiska 3 a vnitřní i*mhb jeee*» _r *sar kroužek 18 druhého valivého ložiska 13 jsou zevnitř rozepřeny «ftUUOS ·«»» unášenou trubkovou rozpěrkou J?. Zevně přiléhá čelně na vnější kroužek 15 prvního valivého ložiska J5 tlačný kroužek J* dosedají cí rovněž čelně na snímací mezikružní desku 6 opatřenou deformačními snímači J a těsnicím víkem J5. Snímací mezikružní deska i těsnicí víko .5, navlečené na opěrném prstenci J3 dosedajícím čelně na vnitřní kroužek 17 prvního valivého ložiska J, jsou upevněny šrouby 11 k ložiskovému blokuj. Opěrný prstenec 8 je na výstupním hřídeli 2 zajištěn klínovou objímkou JO. Deformační snímače J jsou elektricky spojeny s vyhodnocovací aparaturouThe torque measuring device according to the invention is arranged on an output shaft 11 connected by gears 12 to a drive shaft 14. The output shaft 11 is mounted in a first roller bearing 3 and a second roller bearing 13. Outer ring 15 «η» «setter · J first rolling bearing and the outer ring 16 of the second rolling bearing 13 are braced inside the stationary tubular spacer 19. the inner ring 17 of a rolling bearing 3 and the inner and MHB jeee * _»r * SAR ring 18 of the second rolling bearing 13 are internally braced« · ftUUOS «» »Drifted by the pipe spreader J ?. On the outside, the pressure ring J * abuts against the outer ring 15 of the first roller bearing J5, which also bears on the sensing annular plate 6 provided with deformation sensors J and a sealing cover J5. The annular plate and the sealing cover 5, which are threaded on the support ring 13 abutting the inner ring 17 of the first roller bearing J, are fixed by screws 11 to the bearing block. The support ring 8 is secured to the output shaft 2 by a wedge sleeve 10. The deformation sensors J are electrically connected to the evaluation apparatus

20.20 May

ΓΙΕ®,- i·'ΓΙΕ®, - i · '

Kroutící moment hnací hřídele se přenáší ozubenými koly na výstupní hřídel J. Poněvadž ozubená kola JJ nejsou samosvorná, působí na výstupní hřídel 2 a druhé valivé ložisko J3 jako složka kroutícího momentu axiální sila, která se přenáší přes trubkové rozpěrky 9, 19 a opěrný prstenec na první valivé ložisko 3. Z vnějšího kroužku 15 prvního valivého ložiska 3 se dále přenáší axiální sila prostřednictvím tlačného kroužku 4 na snímací mezikružní desku 6, která sě deformuje, nebot je «Η» *** po obvodě upevněna š rouby· > 11 k·, l ož i s kovému bloku. Zvětšuje-li se axi'á tni síla,' zvyšuje se - předpětí snímací mezikružní desky 6 a zvětšuje se i její deformace. V opačném případě nastává odlehčováni snímací mezikružní desky 2 a zmenšováni její deformace. Na změny deformaci reagují deformační snímače ,7 změnamiThe drive shaft torque is transmitted by the gears to the output shaft J. Since the gears 11 are not self-locking, the output shaft 2 and the second roller bearing 3 act as a torque component of the axial force which is transmitted through the pipe spacers 9, 19 and the support ring. From the outer ring 15 of the first roller bearing 3, the axial force is further transmitted via the thrust ring 4 to the sensing annular plate 6, which deforms it because the screws are " , even with the block. As the axial force increases, the preload of the pickup plate 6 increases and its deformation also increases. Otherwise, the sensor plate 2 is unloaded and its deformation is reduced. Deformation sensors respond to deformation changes, 7 changes

265 Οχ5 odporových hodnot, které jsou úměrné změnám zjištovaného kroutícího momentu. Elektrické údaje o změnách odporových hodnot se přenášejí bez jakýchkoliv problémů stacionárními prostředky do vyhodnocovací aparatury 20, na níž lze sledovat měrné hodnoty přenášeného kroutícího momentu.265 Οχ5 of resistance values that are proportional to the variation of the detected torque. Electrical data on changes in resistance values are transmitted without any problems by stationary means to the evaluation apparatus 20, on which the specific values of the transmitted torque can be monitored.

Vynález je využitelný v převodovkách s ozubenými koly u zeměvrtných souprav, stavebních strojů, dobývacich strojů apod., u nichž je vhodné regulovat velikost kroutícího momentu, a které pracují v obtížných podmínkách.The invention is applicable in gearboxes of drill rigs, construction machines, mining machines and the like, in which it is desirable to control the amount of torque and which operate under difficult conditions.

Claims

An apparatus for measuring the output shaft torque connected by gears to a drive shaft and mounted in rolling bearings, characterized in that to an outer ring (15) of the first roller bearing (3), expanded by a stationary tubular spacer (19) by an outer ring (1). 16) of the second roller bearing (13), the pressure ring (4) abutting on the sensing annular plate (6) provided with deformation sensors (7) and fastened by screws (11) to the bearing block (1) is externally applied, the inner ring (17) The first roller bearing (3) is externally secured by a support ring (8) and an internally carried tubular spacer 191 supported on the inner ring (18) of the second roller bearing (13).

Device according to claim 1, characterized in that the sensor plate (6) is provided with a sealing cover (5), fastened by screws (11) to the bearing block (1).