PL225645B1

PL225645B1 - Rotary hydraulic dynamometer

Info

Publication number: PL225645B1
Application number: PL404017A
Authority: PL
Inventors: Janusz Płotkowiak; Jarosław Adamiec; Marian Dudziak; Ireneusz Malujda; Krzysztof Talaśka
Original assignee: Politechnika Poznańska
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2017-05-31
Also published as: PL404017A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest hydrauliczny siłomierz obrotowy przeznaczony szczególnie do pomiaru siły osiowej na wałach maszyn technologicznych szczególnie aglomerujących. Siłomierz taki umożliwia bieżącą kontrolę zmian i pomiar wartości rzeczywistej siły osiowej w warunkach ciągłej pracy maszyny.The subject of the invention is a hydraulic rotary actuator, especially intended for measuring the axial force on shafts of technological machines, especially agglomerating ones. Such a force gauge enables the ongoing monitoring of changes and measurement of the actual value of the axial force in the conditions of continuous machine operation.

Większość dostępnych siłomierzy dokonuje pomiaru siły mierząc odkształcenia sprężyste elementu pomiarowego. Pomiar odbywa się w sposób pośredni wykorzystując tensom etry.Most of the available dynamometers measure the force by measuring the elastic deformation of the measuring element. The measurement is done indirectly using tensome ethers.

Znany z europejskiego patentu nr EP 0026682 B1 siłomierz hydrauliczny umożliwia pośredni pomiar siły poprzez określenie ciśnienia cieczy w szczelnie zamkniętej komorze z przesuwnymi ścianami, na które działa mierzona siła. Wszystkie znane rozwiązania konstrukcyjne dotyczące siłomierzy hydraulicznych wykorzystują zjawisko wzrostu ciśnienia w wyniku oddziaływania mierzonej siły na zamkniętą szczelnie ciecz w komorze. Zmiany ciśnienia cieczy są podstawą do określenia wartości siły.The hydraulic actuator known from the European patent No. EP 0026682 B1 enables indirect force measurement by determining the pressure of the liquid in a sealed chamber with sliding walls, on which the measured force is applied. All known design solutions for hydraulic force meters use the phenomenon of pressure increase as a result of the impact of the measured force on the tightly sealed liquid in the chamber. Fluid pressure changes are the basis for determining the force value.

Wymienione wyżej rozwiązania przystosowane są do pomiaru siły oddziaływującej na elementy wykonujące ruch liniowy.The above-mentioned solutions are adapted to measure the force acting on elements performing linear motion.

W celu pomiaru siły wzdłuż osi wału obciążonego jednocześnie momentem obrotowym konieczne jest stosowanie skomplikowanych konstrukcyjnie zespołów umożliwiających przeniesienie jednocześnie siły wzdłużnej i momentu obrotowego.In order to measure the force along the axis of a shaft simultaneously loaded with a torque, it is necessary to use structurally complex assemblies that enable the transmission of both longitudinal force and torque.

Istotą wynalazku jest siłomierz hydrauliczny obrotowy charakteryzujący się tym, że zespół A podparty jest z jednej strony na nakrętce regulacyjnej, z drugiej strony o zespół A poprzez łożysko wzdłużne oparty jest wał napędowy, przy czym zespół A stanowi kołnierzowa tuleja siłomierza oraz pierścień siłomierza, które wraz z tuleją tworzą zamkniętą pierścieniową komorę pomiarową, natomiast tuleja siłomierza na zewnętrznej powierzchni walcowej posiada rowek pod pierścień uszczelniający, oraz otwór przez który wprowadza się wał napędowy, z kolei pierścień siłomierza na powierzchni walcowej zewnętrznej ma rowek pod pierścień uszczelniający, a na powierzchni wewnętrznej rowek wewnętrzny pod pierścień uszczelniający, ponadto w tulei usytuowane jest gniazdo pod czujnik ciśnienia, a na czołowych powierzchniach tulei siłomierza i pierścienia siłomierza ma otwory pod kołek ustalający, natomiast całość osadzona jest w tulei poprzez łożyska kulkowe poprzeczne prawe i lewe.The essence of the invention is a rotary hydraulic force gauge, characterized in that the assembly A is supported on the one side on the adjusting nut, and on the other hand the drive shaft rests against the assembly A through the thrust bearing, the assembly A being a flanged force gauge sleeve and a force gauge ring, which, together with with the sleeve, they form a closed, annular measuring chamber, while the force gauge sleeve on the outer cylindrical surface has a groove for a sealing ring and a hole through which the drive shaft is inserted, while the force gauge ring on the outer cylindrical surface has a groove for a sealing ring, and on the inner surface for the sealing ring, moreover, there is a seat for the pressure sensor in the sleeve, and on the front surfaces of the dynamometer sleeve and the dynamometer ring it has holes for the locating pin, while the whole is mounted in the sleeve through right and left deep groove ball bearings.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:Thanks to the solution according to the invention, the following technical and operational effects were obtained:

• pomiar wartości siły osiowej obciążającej wał napędowy przenoszący moment obrotowy, • zapewniono niewrażliwość układu na zakres prędkości obrotowych, • układ jest odporny na zakłócenia elektryczne i drgania, • pomiaru wartości siły osiowej można dokonywać w sposób ciągły podczas pracy maszyny, • zapewniono możliwość zabudowania elementów siłomierza na nominalnym wale napędowym, • zmniejszono wymaganą przestrzeń zabudowy, • uzyskano nieskomplikowaną i tanią budowę.• measurement of the value of the axial force loading the drive shaft transmitting the torque, • the system is insensitive to the rotational speed range, • the system is resistant to electrical disturbances and vibrations, • the measurement of the axial force value can be performed continuously while the machine is in operation, • the possibility of building in the elements the dynamometer on the nominal drive shaft, • the required installation space has been reduced, • an uncomplicated and cheap construction has been obtained.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został zilustrowany na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia uproszczony schemat maszyny aglomerującej z zabudowanym siłomierzem, fig. 2 przedstawia przekrój wzdłużny siłomierza.The invention in an exemplary embodiment is illustrated in the drawings, where Fig. 1 shows a simplified diagram of an agglomerating machine with a built-in dynamometer, Fig. 2 shows a longitudinal section of the dynamometer.

Siłomierz 2 (fig. 1.) pracuje w sposób ciągły zabudowany w układzie napędowym maszyny aglomerującej pomiędzy silnikiem 1, a ślimakowym wałem roboczym 3. Materiał aglomerowany dostarczany jest do przestrzeni roboczej wału ślimakowego 3 poprzez zasyp lejowy 5. Cała maszyna spoczywa na płycie fundamentowej 4.The force gauge 2 (Fig. 1) works continuously, built into the drive system of the agglomerating machine between the motor 1 and the worm working shaft 3. The agglomerated material is delivered to the working space of the worm shaft 3 through the hopper 5. The whole machine rests on the foundation plate 4 .

Głównym elementem siłomierza jest wał 7 (fig. 2.) przenoszący moment obrotowy z koła napędowego 12 oraz siłę działającą wzdłuż jego osi. Koło napędowe 12 jest zabezpieczone przez osiowym ruchem wzdłuż wału pierścieniem osadczym 14. Wał 7 osadzony jest w tulei 6 na dwóch łożyskach kulkowych poprzecznych 15 i 17. Przemieszczanie osiowe łożyska 15 jest ograniczone pierścieniem osadczym 13. Do pomiaru siły osiowej służy siłomierz specjalnej konstrukcji składający się z pierścienia 8, tulei 9 oraz nakrętki regulacyjnej 10. Pierścień siłomierza 8 posiada wykonane na powierzchni walcowej wewnętrznej i zewnętrznej rowki 26 i 25. W rowkach 26 i 25 zamontowane są pierścienie uszczelniające 18 i 19. Tuleja 9 posiada na powierzchni walcowej zewnętrznej rowek 24, w którym osadzono pierścień uszczelniający 19. Tuleja 9 posiada dodatkowo otwór 23 umożliwiający przełożenie przez niego wał 7. Nakrętka regulacyjna 10 przenosi reakcję podparcia siłomierza na tuleję 6 i dalej na korpus maszyny. Jest ona zabezpieczona przed ruchem obrotowym względem tulei 6 zaThe main element of the dynamometer is the shaft 7 (Fig. 2) transmitting the torque from the drive wheel 12 and the force acting along its axis. The drive wheel 12 is secured against axial movement along the shaft by a snap ring 14. The shaft 7 is mounted in the sleeve 6 on two deep groove ball bearings 15 and 17. The axial movement of the bearing 15 is limited by a snap ring 13. The axial force is measured by a special construction force gauge consisting of ring 8, sleeve 9 and adjusting nut 10. Force gauge ring 8 has grooves 26 and 25 on its internal and external cylindrical surface. Sealing rings 18 and 19 are mounted in grooves 26 and 25. Sleeve 9 has groove 24 on the cylindrical outer surface, in which the sealing ring 19 is seated. The bushing 9 additionally has a hole 23 that enables the shaft 7 to be passed through it. The adjusting nut 10 transmits the force meter support reaction to the bushing 6 and further to the machine body. It is secured against rotation with respect to the sleeve 6 behind

PL 225 645 B1 pomocą wkrętu zabezpieczającego 20. Aby wyeliminować względny ruch obrotowy tulei siłomierza 9 względem pierścienia siłomierza 8 zastosowano kołki ustalające 11. Siła osiowa przenoszona jest przez łożysko wzdłużne 16 i dalej przez tuleję siłomierza 9, która poddając się działającemu obciążeniu przemieszcza się. Zmieniająca się objętość szczelnie zamkniętego oleju 22 między tuleją 9 i pie rścieniem 8 powoduje wzrost jego ciśnienia. Zmianę ciśnienia mierzy czujnik zabudowany w gnieździe 21. Rejestrację pomiaru i przeliczanie wartości ciśnienia na wartości siły wykonuje niewidoc zny na rysunku elektroniczny układ pomiarowy. Sporządzona charakterystyka siły w funkcji ciśnienia oleju dla konkretnego układu siłomierza umożliwia pośrednie wyznaczenie siły ze znanej wartości ciśnienia oleju.Setting pins 11 are used to eliminate the relative rotational movement of the dynamometer sleeve 9 with respect to the dynamometer ring 8. The axial force is transmitted through the thrust bearing 16 and then through the dynamometer sleeve 9, which moves when subjected to the applied load. The changing volume of sealed oil 22 between the sleeve 9 and the ring 8 causes its pressure to increase. The pressure change is measured by a sensor built into socket 21. The measurement is recorded and the pressure value is converted into force values by the electronic measuring system, which is invisible in the drawing. The force characteristic as a function of oil pressure for a specific dynamometer system enables the indirect determination of the force from the known value of the oil pressure.

Pomiar wartości siły przy użyciu wynalazku odbywa się w sposób pośredni wykorzystując zmianę ciśnienia cieczy zamkniętej szczelnie w komorze, na którą działa mierzona siła. Konstrukcja siłomierza umożliwia pomiar siły działającej wzdłuż osi wału jednocześnie obciążonego momentem obrotowym. Taka budowa umożliwia zastosowanie przedmiotu wynalazku we wszystkich maszynach technologicznych, w których wały napędowe są obciążone siłą wzdłużną oraz konieczna jest kontrola tego parametru podczas trwania procesu technologicznego. Przykładem może być ślimakowa maszyna brykietująca (Fig. 1.), która do zwiększenia sprawności procesu aglomeracji, poprzez sterowanie określonymi parametrami, wymaga ciągłego pomiaru siły wzdłuż osi wału.The measurement of the force value with the use of the invention takes place indirectly by using the pressure change of the sealed liquid in the chamber on which the measured force acts. The design of the dynamometer enables measurement of the force acting along the shaft axis simultaneously loaded with a torque. Such a structure allows the subject of the invention to be used in all technological machines in which the drive shafts are loaded with longitudinal force, and it is necessary to control this parameter during the technological process. An example is the screw briquetting machine (Fig. 1), which, in order to increase the efficiency of the agglomeration process, by controlling specific parameters, requires continuous force measurement along the shaft axis.

Claims

A rotary hydraulic force gauge, characterized in that the assembly A is supported on the one hand on the adjusting nut (10), on the other hand the drive shaft (7) rests against the assembly A through the thrust bearing (16), the assembly A being a flanged bushing of the force gauge (9) and the dynamometer ring (8), which together with the sleeve (6) form a closed, annular measuring chamber (22), while the force gauge sleeve (9) has a groove (24) for the sealing ring (19) on the outer cylindrical surface, and the opening (23) through which the drive shaft (7) is inserted, while the force gauge ring (8) has a groove (25) for the sealing ring (19) on the external cylindrical surface, and the internal groove (26) for the sealing ring on the internal surface (18), moreover, in the sleeve (6) there is a seat for the pressure sensor (21), and on the front surfaces of the dynamometer sleeve (9) and the dynamometer ring (8) it has holes for the locating pin (11), while the whole is mounted in the sleeve (6) after right (15) and left (17) deep groove ball bearings.