一種實時在線式軸功率測量方法
2023-09-13 06:49:35
一種實時在線式軸功率測量方法
【專利摘要】本發明屬於功率測量領域，具體是一種實時在線式軸功率測量方法。該方法通過在機械軸上設置發光源或反射點，將機械軸發生扭轉所產生的形變放大，能夠更準確的計算出發生形變後兩發光源或兩反射點之間的角度，進而獲得更精確的抗扭剛度值，以最大限度的減小在求解軸功率時的誤差，獲得精確數據。具有操作便捷、穩定性高的特點，適用於軸功率長時間在線測量應用。
【專利說明】一種實時在線式軸功率測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於功率測量領域，具體涉及一種實時在線式軸功率測量方法。
【背景技術】
[0002]機械軸功率測量的應用範圍很廣，其涉及到的領域包括工業、交通運輸、航海、航空等。在軸功率的計算中，重要參數有扭矩和轉速，其中轉速較易測量，而扭矩測量較複雜。
[0003]從原理上可將扭矩測量法分為平衡力法和傳遞法。平衡力法是指利用平衡扭矩來平衡被測機械軸的扭矩，進而求得被測機械軸扭矩，這種方法只適用於測量機械軸勻速轉動或靜止的情況，不適用於機械軸實際工作時測量。傳遞法是指根據彈性元件在傳遞扭矩時所產生的物理參數的變化來測量扭矩，專利201120533280《一種船舶軸功率測試裝置》採用的電阻應變片法就是典型的傳遞法。
[0004]目前國內採用的測扭矩的方法主要有應變式扭矩測試法和相位差式扭矩測試法。應變式扭矩測試法一般分為應變片法和磁彈性法。
[0005]應變片法(以專利201120533280《一種船舶軸功率測試裝置》為例)是指在機械軸上安裝電阻應變片，當被測軸轉動時機械軸表面產生扭轉形變，貼於軸系表面的電阻應變片亦產生形變，引起電阻應變片阻值的變化。電阻的變化被轉化為電信號，傳輸至信號發射器，發射器再將信號傳輸給信號接收端。應變片法的安裝要求較高，人為因素影響大，難以保證精度，使用周期和壽命短。此外，使用電阻應變片法，需要在應變片上安裝一個發射器將電信號轉變為無線信號。發射器由高能電池提供電能，能耗較大。此方法在機械軸上安裝的原件過多，不適合機械軸在線工作時進行測量。磁彈性法是基於鐵磁材料的壓磁效應檢驗線圈中的磁通量的變化量，結構複雜，設備加工工藝要求高。
[0006]相位差式扭矩測試法一般有鋼弦法和雷射法。鋼弦法是通過鋼弦傳感器頻率變化檢測相位差，如專利200820154915《一種測量大直徑軸功率的裝置》，這種方法精度高，但是存在著結構複雜、安裝不便、不易攜帶的缺點。雷射法則是利用雷射發射接收器等設備檢測傳感器信號相位差，如專利201110008400《光電非接觸式轉動軸扭矩和功率測量裝置》。這種方法測量精度較高，操作簡單。但是在機械軸上安裝較大的附件的測量方法，會造成機械軸偏心，產生震動，影響機械軸的正常使用，不適合用於在線測量軸功率。
[0007]上述機械軸功率的測量方法普遍存在著結構複雜的弊端。同時,大部分的軸功率測量裝置需要將部分設備安裝在機械軸上面，如專利201120533280需要安裝應變片、專利201110008400需要安裝光電碼盤、專利200820154915則需要安裝大型的線圈。安裝的過程中可能會涉及到機械軸的拆卸，給用戶帶來不便。不僅如此，在長期的使用中，上述部件在機械軸上的位置可能會因為人為因素或環境因素發生改變，與最初的位置不一致，最終導致測試的結果出現偏差。上述的軸功率測量法可以對機械軸進行短期的測量，無法應用於在線測量。
【發明內容】
[0008]由於現有的軸功率測試裝置存在結構複雜，安裝要求高，附加在機械軸上的裝置體積較大的特點，大多只適用於測量機械軸勻速轉動或靜止情況下的功率，將其應用於機械軸實際工作中時，往往存在測量結果偏差大，測量精度不高的問題。本發明提供一種操作簡單，測量精度高且適用於實時在線測試的軸功率測量方法。本發明的實時在線式軸功率測量方法包括以下步驟:
[0009]在機械軸同一母線上安裝兩個發光源，測取機械軸的半徑和兩個發光源之間的間距；
[0010]對機械軸施加一切應力，計算所述機械軸受力扭轉後兩發光源之間的角度，推算得到該機械軸的抗扭剛度值；
[0011 ] 在所述機械軸的同一母線上標記兩個反射點，測取兩個反射點之間的間距；
[0012]開啟控制開關使機械軸正常工作，採用雷射探測器測得該機械軸的實時工作轉速，計算機械軸扭轉後兩個反射點之間的角度，代入所述抗扭剛度值即可求得該機械軸的功率。
[0013]上述步驟的具體操作過程如下:
[0014]S1:在機械軸的正下方設置一臺面與機械軸平行的工作檯，機械軸同一母線上安裝兩個發光源，旋轉機械軸，使兩個發光源處於機械軸外圓最低點，將所述兩個發光源投射於工作檯臺面的投影點記作首次投影點，測出機械軸的半徑R、所述兩個發光源之間的間距L0以及機械軸外圓底部到工作檯臺面的垂直距離H ；
[0015]S2:使用機械夾臂對機械軸施加一切應力Ftl，機械軸發生扭轉，兩發光源在機械軸上的位置隨機械軸扭轉發生偏移，相應的，所述兩個發光源投射在工作檯檯面上的投影點偏離首次投影點，測出偏移距離Xl，X2 ;則機械軸在切應力Ftl的作用力下發生扭轉，使兩個發光源之間產生一角度Qtl (rad)，其表達式如下:
[0016]
【權利要求】
1.一種實時在線式軸功率測量方法，其特徵在於，包括以下步驟: 在機械軸同一母線上安裝兩個發光源，測取機械軸的半徑和兩個發光源之間的間距； 對機械軸施加一切應力，計算所述機械軸受力扭轉後兩發光源之間的角度，推算得到該機械軸的抗扭剛度值； 在所述機械軸的同一母線上標記兩個反射點，測取兩個反射點之間的間距； 開啟控制開關使機械軸正常工作，採用雷射探測器測得該機械軸的實時工作轉速，計算機械軸扭轉後兩個反射點之間的角度，代入所述抗扭剛度值即可求得該機械軸的功率。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，本方法具體過程如下: 51:在機械軸的正下方設置一臺面與機械軸平行的工作檯，機械軸同一母線上安裝兩個發光源，旋轉機械軸，使兩個發光源處於機械軸外圓最低點，將所述兩個發光源投射於工作檯臺面的投影點記作首次投影點，測出機械軸的半徑R、所述兩個發光源之間的間距L0以及機械軸外圓底部到 作臺臺面的垂直距離H ； 52:使用機械夾臂對機械軸施加一切應力Ftl，機械軸發生扭轉，兩發光源在機械軸上的位置隨機械軸扭轉發生偏移，相應的，所述兩個發光源投射在工作檯檯面上的投影點偏離首次投影點，測出偏移距離Xl，X2 ;則機械軸在切應力Ftl的作用力下發生扭轉，使兩個發光源之間產生一角度，其表達式如下:
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:所述反射點為粘接在機械軸表面的反射片，或塗刷在機械軸表面的反射塗層。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於:所述反射片的質量不超過50g。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:所述雷射探測器設置在不影響機械軸工作的任意位置，且雷射探測器的雷射探頭與反射點相對應。
6.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:所述發光源為雷射光源，並通過粘接方式固定在機械 軸上。
【文檔編號】G01L3/24GK103983388SQ201410171713
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】張俊峰, 李長武, 成偉, 蔣建林, 任瑞琪, 趙銘雨 申請人:蘇州市計量測試研究所