WO2017035870A1 - 一种改进型电动头力矩校验设备 - Google Patents

Abstract

一种改进型电动头力矩校验设备，包括力矩校验台控制柜（1）以及与力矩校验台控制柜（1）相连接的、多个不同量程的力矩校验台本体（2），每一力矩校验台本体（2）包括与电动头相对接的叠加法兰组件（202）以及传动中心组件，传动中心组件包括与叠加法兰组件（202）相互叠加连接的叠加驱动联轴器组件（203）和由力矩校验台控制柜（1）控制的、用于制动的磁粉制动器（205），传动中心组件还包括设置在叠加驱动联轴器组件（203）与磁粉制动器（205）之间的行星变速器（204），且行星变速器（204）分别与叠加驱动联轴器组件（203）和磁粉制动器（205）联动连接，在行星变速器（204）的行星轮（212）的外齿圈（210）的外侧面安装有用于测定沿外齿圈（210）切线方向上的作用力的多个压力传感器（211）。改进后的电动头力矩校验设备测量精度高、操作方便、稳定可靠。

Description

一种改进型电动头力矩校验设备 技术领域

[0001] 本发明涉及工业自动化控制技术领域， 更具体地说， 涉及一种改进型电动头力 矩校验设备。

背景技术

[0002] 电动头 （电动执行机构） 产品属于一种工业自动化控制设备， 其功能是： 安装 在各类阀门上， 使得阀门能实现远程控制的一种自动化控制装置。 智能化的电 动头除了能实现远程控制阀门的幵与关以外， 还能比照设定的力矩值， 进行阀 门的幵关调整。 电动头输出力矩设定是为了保证阀门处于适当幵阀与关阀力矩 ， 也就是保证关阀的松紧程度， 既能关紧阀门又不至于关阀过度损坏阀门， 幵 阀亦是如此， 避免幵阀力过大而损坏阀门。 由于有检测力矩和实现"力矩幵"、 " 力矩关 "的功能， 所以必须定期标定电动头的力矩值， 以确保电动头的力矩检测 的准确性， 故力矩校验设备的作用就是用于标定电动头的力矩参数。

[0003] 传统的力矩校验设备的传动链的构成是： 电动执行机构-接口组件-扭力传感器- 十字滑块联轴器-减速箱 （变速器） -磁粉制动器， 其特点是选用扭力传感器， 并 将扭力传感器直接串联在整个传动链中， 直接检测力矩， 这种力矩校验设备的 精度、 稳定性、 重复性较差， 且受制于力矩传感器的精度和变速齿轮箱的稳定 性， 传递力的输进与输出存在不平衡的问题， 减速箱摩擦力大， 精度低、 工作 寿命短。

技术问题

[0004] 本发明的目的在于提供一种改进型电动头力矩校验设备， 是一种高精度、 高可 靠性的测量设备， 解决了现有技术中的力矩校验设备的精度、 稳定性、 重复性 较差的问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是： 一种改进型电动头力矩校验设备， 包括力矩校验台控制柜以及与所述力矩校验台控制柜相连接的、 用于满足不同 规格电动头的力矩校验的多个不同量程的力矩校验台本体， 每一所述力矩校验 台本体包括与所述电动头相对接的叠加法兰组件以及传动中心组件， 所述传动 中心组件包括与所述叠加法兰组件相互叠加连接的叠加驱动联轴器组件和由所 述力矩校验台控制柜控制的、 用于制动的磁粉制动器， 所述传动中心组件还包 括设置在所述叠加驱动联轴器组件与所述磁粉制动器之间的行星变速器， 且所 述行星变速器分别与所述叠加驱动联轴器组件和所述磁粉制动器联动连接， 在 所述行星变速器的行星轮的外齿圈的外侧面安装有用于测定沿所述外齿圈切线 方向上的作用力的多个压力传感器。

[0006] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 所述行星变速器外齿圈上方设有用 于限制所述行星变速器沿纵向移动的限位块和支撑在所述外齿圈下方的耐磨滚 珠钢球。

[0007] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 所述限位块的下表面与所述外齿圈 的上表面之间设有间隙。

[0008] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 所述压力传感器包括用于测定沿所 述外齿圈逆吋针的切线方向上的作用力的至少两个第一压力传感器和用于测定 沿所述外齿圈顺吋针的切线方向上的作用力的至少两个第二压力传感器。

[0009] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 所述第一压力传感器的数量为两个 且呈中心对称设置， 所述第二压力传感器的数量为两个且呈中心对称设置。

[0010] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 所述叠加法兰组件由多个用于不同 规格电动头的法兰构成， 所述叠加驱动联轴器组件包括多个驱动联轴器且多个 驱动联轴器与多个法兰相互依次叠加组合， 且靠近所述电动头的驱动联轴器的 一端与所述电动头连接， 靠近所述行星变速器的驱动联轴器的一端与所述行星 变速器连接。

[0011] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 在所述行星变速器的下方的输出轴 上设置有伞齿轮组件， 在所述伞齿轮组件的一侧相对应的位置设置有与所述伞 齿轮组件相啮合的编码器组件， 所述编码器组件通过测定所述传动中心组件的 转速实现测量电动头的输出转速， 且所述编码器组件与所述力矩校验台控制柜 电连接并通过电信号传输。

[0012] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 所述行星变速器下方的输出轴上的 伞齿轮组件远离所述编码器组件的一侧的相对应的位置设置有手动调整装置， 且手动调整装置与所述伞齿轮组件相啮合实现被测电动头输出轴与所述传动中 心组件的精确调整对接。

[0013] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 所述手动调整装置配置有朝向所述 伞齿轮组件伸缩移动并相啮合的调整手轮， 所述调整手轮配置有使所述调整手 轮实现伸缩移动和复位的弹簧。

[0014] 在本发明的改进型电动头力矩校验设备中， 在所述力矩校验台本体外侧设置有 水平仪， 在所述力矩校验台本体的底部设置有水平校准装置， 通过调整所述水 平校准装置观察水平仪直至所述力矩校验台本体处于水平的工作状态以保证电 动头力矩校验的精度； 力矩校验台本体的壳体优选为圆柱形， 在壳体顶部的平 面的圆周方向水平向外延伸设置有两个弧形护把， 弧形护把对力矩校验台本体 起到防撞击的保护作用， 同吋便于力矩校验台本体移动吋起到把手的作用， 弧 形护把与壳体为一体成型结构， 使得壳体顶部作业面积增大， 形成一个完整大 平面， 平面结构方便电动头拆装吋使用工具不受到妨碍。

发明的有益效果

有益效果

[0015] 实施本发明的改进型电动头力矩校验设备， 具有以下有益效果： 本发明的改进 型电动头力矩校验设备的传动链构成是： 电动头一驱动联轴器组件 （法兰组件 ) 一行星变速器一磁粉制动器， 因此在结构上将原有的减速箱 （变速器） 改变 为行星变速器， 去掉了扭力传感器与减速箱之间的十字滑块联轴器； 由原来的 扭力传感器改变为压力传感器； 由原来将检测点串联于传动链中， 改变为在传 动链外侧。 通过上述变换使得改进后的电动头力矩校验设备测量精度高、 操作 方便、 稳定可靠， 克服了现有技术中只能直接使用扭力传感器并串联于传动链 中才能校验力矩的技术偏见。 本发明采用行星变速器不仅具有变速的功能， 同 吋利用行星变速器外齿圈的压力传感器检测的压力传递所要检测的力矩参数， 极大地提高了精度和稳定性， 具有相对结构紧凑、 运转平稳、 速度 （或扭力） 传递精度高、 传动效率高、 传动速比大、 承载能力高、 噪音低等优点。

对附图的简要说明

附图说明

[0016] 图 1为本发明的改进型电动头力矩校验设备的组成结构示意图；

[0017] 图 2为本发明的改进型电动头力矩校验设备中的力矩校验台本体的剖视示意图

[0018] 图 3为本发明的改进型电动头力矩校验设备中的行星变速器的结构示意图。

本发明的实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例， 对本发明的改进型电动头力矩校验设备的结构和作用 原理作进一步说明：

[0020] 在本发明的描述中， 需要理解的是， 术语"中心"、 "纵向"、 "横向"、 "上"、 "下 "、 "前"、 "后"、 "左"、 "右"、 "竖直"、 "水平"、 "顶"、 "底"、 "内"、 "外"、 "顺吋 针"、 "逆吋针"等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是 为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具 有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。

[0021] 如图 1所示， 一种改进型电动头力矩校验设备， 包括力矩校验台控制柜 1以及与 力矩校验台控制柜 1相连接的、 用于满足不同规格电动头的力矩校验的多个不同 量程的力矩校验台本体 2， 在本实施例中包括四台力矩校验台本体 2， 具体数量 可以根据实际测量力矩范围需要而定。 力矩校验台控制柜 1还电连接有电缆航空 插座 502。

[0022] 如图 2所示， 每一个力矩校验台本体 2包括壳体 201， 在壳体 201的顶部平台上设 有用于与不同规格的电动头 （未有图标示） 相对接的叠加法兰组件 202以及传动 中心组件， 传动中心组件包括与叠加法兰组件 202相互叠加连接的叠加驱动联轴 器组件 203和由力矩校验台控制柜 1的计算机控制的、 用于制动的磁粉制动器 205 。 叠加法兰组件 202包括多个用于不同规格电动头的法兰， 叠加驱动联轴器组件 203包括多个驱动联轴器， 且多个驱动联轴器与多个法兰相互依次叠加组合以适 应不同规格的电动头的安装。 在使用吋， 可以根据电动头的规格灵活选取一组 或叠加的多组法兰和驱动联轴器， 将电动头安装到力矩校验台本体 1顶端的对接 法兰部位。 在叠加法兰组件 202的顶部设置有用于非工作状态下防尘的保护盖， 在非工作状态下， 能够有效防止灰尘落入叠加驱动联轴器组件 203内， 避免影响 到电动头的安装。

[0023] 传动中心组件还包括设置在叠加驱动联轴器组件 203与磁粉制动器 205之间的行 星变速器 204， 其中靠近电动头的驱动联轴器的一端与电动头连接， 靠近行星变 速器 204的驱动联轴器的一端与行星变速器 204连接。 且行星变速器 204分别与叠 加驱动联轴器组件 203和磁粉制动器 205联动连接， 行星变速器 204与磁粉制动器 205之间还连接有输出轴 208。 其中电动头、 叠加驱动联轴器组件 203、 行星变速 器 204、 输出轴 208、 磁粉制动顺 205同轴线设置， 形成了整个传动链， 电动头为 整个传动链的动力， 磁粉制动器 205对整个传动链起制动作用， 磁粉制动器 205 的设置可以通过力矩校验台控制柜 1对其进行智能控制， 从而满足不同规格电动 头的力矩校验。

[0024] 如图 3所示， 行星变速器 204包括太阳轮 209、 与太阳轮 209相啮接的多个行星轮 212以及与每一行星轮 212相啮接的外齿圈 210， 其中外齿圈 210是悬浮安装的， 其承受行星轮 212运动吋的切线方向的作用力。 在行星变速器 204的外齿圈 210的 外侧面安装有用于测定沿外齿圈 210切线方向上的作用力的多个压力传感器 211 ， 其中压力传感器 211包括用于测定沿外齿圈 210逆吋针的切线方向上的作用力 的至少两个第一压力传感器 211a和用于测定沿外齿圈 210顺吋针的切线方向上的 作用力的至少两个第二压力传感器 211b。 压力传感器 211优选选用高精度的压力 传感器， 在本实施例中， 压力传感器 211的数量为四个， 其中第一压力传感器 21 la包括两个且呈中心对称设置， 第二压力传感器 211b包括两个且同样呈中心对称 设置， 这样可以达到检测均匀、 准确的目的， 当然在其它实施例中压力传感器 2 11也可以包括两个或六个等。

[0025] 基于行星变速器 204的变速比大， 相对结构紧凑， 运转平稳， 速度、 扭力的传 递精度高等特点， 使得校验的力矩精度高且稳定可靠。 另外， 在本实施例中， 相对于现有技术， 由原来的扭力传感器改变为压力传感器 211 ; 由原来将检测点 串联于整个传动链中， 改变为在传动链的外侧， 通过上述变换使得改进后的电 动头力矩校验设备测量精度高、 操作方便、 稳定可靠， 克服了现有技术中只能 直接使用扭力传感器并串联于传动链中才能校验力矩的技术偏见。

[0026] 如图 2所示， 行星变速器 204的外齿圈 210上方设有用于限制行星变速器 204沿纵 向移动的限位块 206和支撑在外齿圈 210下方的耐磨滚珠钢球 207。 在外齿圈 210 的下方的安装板上设有用于安装耐磨滚珠钢球 207的第一沟槽， 第一沟槽的深度 小于耐磨滚珠钢球 207的半径， 外齿圈 210下表面幵设有用于安装耐磨滚珠钢球 2 07的第二沟槽， 同样第二沟槽的深度也小于耐磨滚珠钢球 207的半径， 耐磨滚珠 钢球 207装配于两个沟槽之间， 外齿圈 210与下侧安装板之间， 留有一定的间隙 ， 通过耐磨滚珠钢球 207实现滚动摩擦， 进而可以避免行星变速器 204上形成有 多余的摩擦力， 其中耐磨滚珠钢球 207的数量优选为四个， 当然在其它实施例中 也可以为六个、 八个等。 另外， 限位块 206的下表面与外齿圈 210的上表面之间 形成有间隙， 也是为了避免产生多余的摩擦力， 该间隙距离优选为 0.2mm-0.5mm 。 通过上述设计， 可以减少行星变速器 204产生多余的摩擦力， 避免产生的该多 余作用力影响压力传感器测量的准确性， 进而可以提高校验电动头力矩的准确 性。

[0027] 如图 2所示， 在行星变速器 204的下方的输出轴 208上设置有伞齿轮组件， 在伞 齿轮组件的一侧相对应的位置设置有与伞齿轮组件相啮合的编码器组件 400， 编 码器组件 400通过测定传动中心组件的转速实现测量电动头的输出转速， 且所编 码器组件 400与力矩校验台控制柜 1电连接并通过电信号传输。

[0028] 行星变速器 204下方的输出轴 208上的伞齿轮组件远离编码器组件 400的一侧的 相对应的位置设置有手动调整装置 300， 且手动调整装置 300与伞齿轮组件相啮 合实现被测电动头输出轴与传动中心组件的精确调整对接。 其中手动调整装置 3 00配置有朝向伞齿轮组件伸缩移动并相啮合的调整手轮 301， 调整手轮 301配置 有使调整手轮 301实现伸缩移动和复位的弹簧 302。 调整手轮 301包括伸出于壳体 201外的用于方便操作的手柄和与手柄相连接的用于与行星变速器 204下方的输 出轴 208相啮合的啮合轴， 弹簧 302套设在啮合轴外周。 手动调整吋向内推进， 使之与行星变速器 204下方的输出轴 208上安置的伞齿轮组件啮合， 以实现调整 ； 调整完毕松幵手的推力， 手动调整装置 300的可伸缩移动的弹簧 302即复位， 手动调整装置 300的啮合轴脱离啮合。 其中调整手轮 301的手柄和啮合轴之间可 拆卸连接， 以方便在装运过程中可以将手柄拆卸下来， 减少占用空间。

[0029] 在力矩校验台本体 2外侧设置有水平仪 501， 在力矩校验台本体 2的底部设置有 水平校准装置 503， 通过调整水平校准装置 503观察水平仪 501直至力矩校验台本 体 2处于水平的工作状态以保证电动头力矩校验的精度。 通过这样的设计， 可以 保证行星变速器 204水平平稳， 进而通过压力传感器 211准确测定出外齿圈 210上 沿切线的作用力， 才能准确校验电动头的力矩。

[0030] 壳体 201优选为圆柱形， 在壳体 201顶部的平面的圆周方向水平向外延伸设置有 两个弧形护把 504。 弧形护把对本体起到防撞击的保护作用， 同吋便于本体移动 吋起到把手的作用。 弧形护把 504与壳体 201为一体成型结构， 使得壳体 201顶部 作业面积增大， 形成一个完整大平面， 可以临吋放置工具和测试仪表， 平面结 构方便电动头拆装吋使用工具不受到妨碍。

[0031] 在壳体 201的底部环形对称设置有方便力矩校验台本体 2移动的第一万向轮 505

[0032] 力矩校验台控制柜 1包括柜体和设置于柜体顶部与垂直方向有一定倾角用于控 制力矩校验台本体 2进行电动头力矩校验的控制面板， 控制面板分别通过控制电 路与设置在柜体内的数据采集装置、 计算机等相连接。 其中柜体的底部设置有 方便力矩校验台控制柜移动的第二万向轮。

[0033] 本发明的改进型电动头力矩校验设备的传动链构成是： 电动头 _驱动联轴器组 件 （法兰组件） 一行星变速器一磁粉制动器， 因此在结构上将原有的减速箱 （ 变速器） 改变为行星变速器， 去掉了扭力传感器与减速箱之间的十字滑块联轴 器； 由原来的扭力传感器改变为压力传感器； 由原来将检测点串联于传动链中 ， 改变为在传动链外侧， 通过上述变换使得改进后的电动头力矩校验设备测量 精度高、 操作方便、 稳定可靠， 克服了现有技术中只能直接使用扭力传感器并 串联于传动链中才能校验力矩的技术偏见。 本发明采用行星变速器不仅具有变 速的功能， 同吋利用行星变速器外齿圈的压力传感器检测的压力传递所要检测 的力矩参数， 极大地提高了精度和稳定性， 具有相对结构紧凑、 运转平稳、 速 度 （或扭力） 传递精度高、 传动效率高、 传动速比大、 承载能力高、 噪音低等 优点。

应当理解的是， 对本领域普通技术人员来说， 可以根据上述说明加以改进或变 换， 所有这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims

权利要求书

[权利要求 1] 一种改进型电动头力矩校验设备， 包括力矩校验台控制柜 （1) 以及 与所述力矩校验台控制柜相连接的、 用于满足不同规格电动头的力矩 校验的多个不同量程的力矩校验台本体 （2) ， 每一所述力矩校验台 本体 （2) 包括与所述电动头相对接的叠加法兰组件 （202) 以及传动 中心组件， 所述传动中心组件包括与所述叠加法兰组件 （202) 相互 叠加连接的叠加驱动联轴器组件 （203) 和由所述力矩校验台控制柜

( 1) 控制的、 用于制动的磁粉制动器 （205) ， 其特征在于， 所述传 动中心组件还包括设置在所述叠加驱动联轴器组件 （203) 与所述磁 粉制动器 （205) 之间的行星变速器 （204) ， 且所述行星变速器 （20 4) 分别与所述叠加驱动联轴器组件 （203) 和所述磁粉制动器 （205 ) 联动连接， 在所述行星变速器 （204) 的行星轮 （212) 的外齿圈 （ 210) 的外侧面安装有用于测定沿所述外齿圈 （210) 切线方向上的作 用力的多个压力传感器 （211) 。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的改进型电动头力矩校验设备， 其特征在于， 所 述行星变速器 （204) 外齿圈 （210) 上方设有用于限制所述行星变速 器 204) 沿纵向移动的限位块 （206) 和支撑在所述外齿圈 （210) 下方的耐磨滚珠钢球 （207) 。

[权利要求 3] 根据权利要求 2所述的改进型电动头力矩校验设备， 其特征在于， 所 述限位块 （206) 的下表面与所述外齿圈 （210) 的上表面之间设有间

[权利要求 4] ， 其特征在于， 所

（210) 逆吋针的切 方向上的作用力的至少两个第一压力传感器 （211a) 和用于测定沿 所述外齿圈 （210) 顺吋针的切线方向上的作用力的至少两个第二压 力传感器 (211b) 。

[权利要求 5] 根据权利要求 4所述的改进型电动头力矩校验设备， 其特征在于， 所 述：第一压力传感器 （211a) 的数量为两个且呈中心对称设置， 所述第 根据权利要求 1所述的改进型电动头力矩校验设备， 其特征在于， 所 述叠加法兰组件 （202) 由多个用于不同规格电动头的法兰构成， 所 述叠加驱动联轴器组件 （203) 包括多个驱动联轴器且多个驱动联轴 器与多个法兰相互依次叠加组合， 且靠近所述电动头的驱动联轴器的 一端与所述电动头连接， 靠近所述行星变速器 （204) 的驱动联轴器 的一端与所述行星变速器 （204) 连接。

根据权利要求 1所述的改进型电动头力矩校验设备， 其特征在于， 在 所述行星变速器 （204) 的下方的输出轴 （208) 上设置有伞齿轮组件 ， 在所述伞齿轮组件的一侧相对应的位置设置有与所述伞齿轮组件相 啮合的编码器组件 （400) ， 所述编码器组件 （400) 通过测定所述传 动中心组件的转速实现测量电动头的输出转速， 且所述编码器组件 （ 400) 与所述力矩校验台控制柜 （1) 电连接并通过电信号传输。

根据权利要求 7所述的改进型电动头力矩校验设备， 其特征在于， 所 述行星变速器 （204) 下方的输出轴 （208) 上的伞齿轮组件远离所述 编码器组件 （400) 的一侧的相对应的位置设置有手动调整装置 （300 ) ， 且手动调整装置 （300) 与所述伞齿轮组件相啮合实现被测电动 头输出轴与所述传动中心组件的精确调整对接。

根据权利要求 8所述的改进型电动头力矩校验设备， 其特征在于， 所 述手动调整装置 （300) 配置有朝向所述伞齿轮组件伸缩移动并相啮 合的调整手轮 （301) ， 所述调整手轮 （301) 配置有使所述调整手轮

(301) 实现伸缩移动和复位的弹簧 （302) 。

根据权利要求 1所述的改进型电动头力矩校验设备， 其特征在于， 在 所述力矩校验台本体 （2) 外侧设置有水平仪 （501) ， 在所述力矩校 验台本体 （2) 的底部设置有水平校准装置 （503) ， 通过调整所述水 平校准装置 （503) 观察水平仪 （501) 直至所述力矩校验台本体 (2 ) 处于水平的工作状态以保证电动头力矩校验的精度； 力矩校验台本 体 （2) 的壳体 （201) 优选为圆柱形， 在壳体 （201) 顶部的平面的 圆周方向水平向外延伸设置有两个弧形护把 （504) ， 弧形护把 （504 ) 对力矩校验台本体 （2) 起到防撞击的保护作用， 同吋便于力矩校 验台本体 （2) 移动吋起到把手的作用， 弧形护把 （504) 与壳体 （20 1) 为一体成型结构， 使得壳体 （201) 顶部作业面积增大， 形成一个 完整大平面， 平面结构方便电动头拆装吋使用工具不受到妨碍。