一種實(shí)時(shí)在線式軸功率測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于功率測(cè)量領(lǐng)域，具體是一種實(shí)時(shí)在線式軸功率測(cè)量方法。該方法通過(guò)在機(jī)械軸上設(shè)置發(fā)光源或反射點(diǎn)，將機(jī)械軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的形變放大，能夠更準(zhǔn)確的計(jì)算出發(fā)生形變后兩發(fā)光源或兩反射點(diǎn)之間的角度，進(jìn)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(shí)的誤差，獲得精確數(shù)據(jù)。具有操作便捷、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，適用于軸功率長(zhǎng)時(shí)間在線測(cè)量應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種實(shí)時(shí)在線式軸功率測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功率測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)在線式軸功率測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械軸功率測(cè)量的應(yīng)用范圍很廣，其涉及到的領(lǐng)域包括工業(yè)、交通運(yùn)輸、航海、航空等。在軸功率的計(jì)算中，重要參數(shù)有扭矩和轉(zhuǎn)速，其中轉(zhuǎn)速較易測(cè)量，而扭矩測(cè)量較復(fù)雜。
[0003]從原理上可將扭矩測(cè)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(lái)平衡被測(cè)機(jī)械軸的扭矩，進(jìn)而求得被測(cè)機(jī)械軸扭矩，這種方法只適用于測(cè)量機(jī)械軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止的情況，不適用于機(jī)械軸實(shí)際工作時(shí)測(cè)量。傳遞法是指根據(jù)彈性元件在傳遞扭矩時(shí)所產(chǎn)生的物理參數(shù)的變化來(lái)測(cè)量扭矩，專利201120533280《一種船舶軸功率測(cè)試裝置》采用的電阻應(yīng)變片法就是典型的傳遞法。
[0004]目前國(guó)內(nèi)采用的測(cè)扭矩的方法主要有應(yīng)變式扭矩測(cè)試法和相位差式扭矩測(cè)試法。應(yīng)變式扭矩測(cè)試法一般分為應(yīng)變片法和磁彈性法。
[0005]應(yīng)變片法(以專利201120533280《一種船舶軸功率測(cè)試裝置》為例)是指在機(jī)械軸上安裝電阻應(yīng)變片，當(dāng)被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)械軸表面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)形變，貼于軸系表面的電阻應(yīng)變片亦產(chǎn)生形變，引起電阻應(yīng)變片阻值的變化。電阻的變化被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳輸至信號(hào)發(fā)射器，發(fā)射器再將信號(hào)傳輸給信號(hào)接收端。應(yīng)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(yīng)變片法，需要在應(yīng)變片上安裝一個(gè)發(fā)射器將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線信號(hào)。發(fā)射器由高能電池提供電能，能耗較大。此方法在機(jī)械軸上安裝的原件過(guò)多，不適合機(jī)械軸在線工作時(shí)進(jìn)行測(cè)量。磁彈性法是基于鐵磁材料的壓磁效應(yīng)檢驗(yàn)線圈中的磁通量的變化量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備加工工藝要求高。
[0006]相位差式扭矩測(cè)試法一般有鋼弦法和激光法。鋼弦法是通過(guò)鋼弦傳感器頻率變化檢測(cè)相位差，如專利200820154915《一種測(cè)量大直徑軸功率的裝置》，這種方法精度高，但是存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝不便、不易攜帶的缺點(diǎn)。激光法則是利用激光發(fā)射接收器等設(shè)備檢測(cè)傳感器信號(hào)相位差，如專利201110008400《光電非接觸式轉(zhuǎn)動(dòng)軸扭矩和功率測(cè)量裝置》。這種方法測(cè)量精度較高，操作簡(jiǎn)單。但是在機(jī)械軸上安裝較大的附件的測(cè)量方法，會(huì)造成機(jī)械軸偏心，產(chǎn)生震動(dòng)，影響機(jī)械軸的正常使用，不適合用于在線測(cè)量軸功率。
[0007]上述機(jī)械軸功率的測(cè)量方法普遍存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜的弊端。同時(shí),大部分的軸功率測(cè)量裝置需要將部分設(shè)備安裝在機(jī)械軸上面，如專利201120533280需要安裝應(yīng)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(guò)程中可能會(huì)涉及到機(jī)械軸的拆卸，給用戶帶來(lái)不便。不僅如此，在長(zhǎng)期的使用中，上述部件在機(jī)械軸上的位置可能會(huì)因?yàn)槿藶橐蛩鼗颦h(huán)境因素發(fā)生改變，與最初的位置不一致，最終導(dǎo)致測(cè)試的結(jié)果出現(xiàn)偏差。上述的軸功率測(cè)量法可以對(duì)機(jī)械軸進(jìn)行短期的測(cè)量，無(wú)法應(yīng)用于在線測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]由于現(xiàn)有的軸功率測(cè)試裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝要求高，附加在機(jī)械軸上的裝置體積較大的特點(diǎn)，大多只適用于測(cè)量機(jī)械軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止情況下的功率，將其應(yīng)用于機(jī)械軸實(shí)際工作中時(shí)，往往存在測(cè)量結(jié)果偏差大，測(cè)量精度不高的問(wèn)題。本發(fā)明提供一種操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高且適用于實(shí)時(shí)在線測(cè)試的軸功率測(cè)量方法。本發(fā)明的實(shí)時(shí)在線式軸功率測(cè)量方法包括以下步驟:
[0009]在機(jī)械軸同一母線上安裝兩個(gè)發(fā)光源，測(cè)取機(jī)械軸的半徑和兩個(gè)發(fā)光源之間的間距；
[0010]對(duì)機(jī)械軸施加一切應(yīng)力，計(jì)算所述機(jī)械軸受力扭轉(zhuǎn)后兩發(fā)光源之間的角度，推算得到該機(jī)械軸的抗扭剛度值；
[0011 ] 在所述機(jī)械軸的同一母線上標(biāo)記兩個(gè)反射點(diǎn)，測(cè)取兩個(gè)反射點(diǎn)之間的間距；
[0012]開(kāi)啟控制開(kāi)關(guān)使機(jī)械軸正常工作，采用激光探測(cè)器測(cè)得該機(jī)械軸的實(shí)時(shí)工作轉(zhuǎn)速，計(jì)算機(jī)械軸扭轉(zhuǎn)后兩個(gè)反射點(diǎn)之間的角度，代入所述抗扭剛度值即可求得該機(jī)械軸的功率。
[0013]上述步驟的具體操作過(guò)程如下:
[0014]S1:在機(jī)械軸的正下方設(shè)置一臺(tái)面與機(jī)械軸平行的工作臺(tái)，機(jī)械軸同一母線上安裝兩個(gè)發(fā)光源，旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸，使兩個(gè)發(fā)光源處于機(jī)械軸外圓最低點(diǎn)，將所述兩個(gè)發(fā)光源投射于工作臺(tái)臺(tái)面的投影點(diǎn)記作首次投影點(diǎn)，測(cè)出機(jī)械軸的半徑R、所述兩個(gè)發(fā)光源之間的間距L0以及機(jī)械軸外圓底部到工作臺(tái)臺(tái)面的垂直距離H ；
[0015]S2:使用機(jī)械夾臂對(duì)機(jī)械軸施加一切應(yīng)力Ftl，機(jī)械軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)，兩發(fā)光源在機(jī)械軸上的位置隨機(jī)械軸扭轉(zhuǎn)發(fā)生偏移，相應(yīng)的，所述兩個(gè)發(fā)光源投射在工作臺(tái)臺(tái)面上的投影點(diǎn)偏離首次投影點(diǎn)，測(cè)出偏移距離Xl，X2 ;則機(jī)械軸在切應(yīng)力Ftl的作用力下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，使兩個(gè)發(fā)光源之間產(chǎn)生一角度Qtl (rad)，其表達(dá)式如下:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)時(shí)在線式軸功率測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 在機(jī)械軸同一母線上安裝兩個(gè)發(fā)光源，測(cè)取機(jī)械軸的半徑和兩個(gè)發(fā)光源之間的間距； 對(duì)機(jī)械軸施加一切應(yīng)力，計(jì)算所述機(jī)械軸受力扭轉(zhuǎn)后兩發(fā)光源之間的角度，推算得到該機(jī)械軸的抗扭剛度值； 在所述機(jī)械軸的同一母線上標(biāo)記兩個(gè)反射點(diǎn)，測(cè)取兩個(gè)反射點(diǎn)之間的間距； 開(kāi)啟控制開(kāi)關(guān)使機(jī)械軸正常工作，采用激光探測(cè)器測(cè)得該機(jī)械軸的實(shí)時(shí)工作轉(zhuǎn)速，計(jì)算機(jī)械軸扭轉(zhuǎn)后兩個(gè)反射點(diǎn)之間的角度，代入所述抗扭剛度值即可求得該機(jī)械軸的功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，本方法具體過(guò)程如下: 51:在機(jī)械軸的正下方設(shè)置一臺(tái)面與機(jī)械軸平行的工作臺(tái)，機(jī)械軸同一母線上安裝兩個(gè)發(fā)光源，旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸，使兩個(gè)發(fā)光源處于機(jī)械軸外圓最低點(diǎn)，將所述兩個(gè)發(fā)光源投射于工作臺(tái)臺(tái)面的投影點(diǎn)記作首次投影點(diǎn)，測(cè)出機(jī)械軸的半徑R、所述兩個(gè)發(fā)光源之間的間距L0以及機(jī)械軸外圓底部到 作臺(tái)臺(tái)面的垂直距離H ； 52:使用機(jī)械夾臂對(duì)機(jī)械軸施加一切應(yīng)力Ftl，機(jī)械軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)，兩發(fā)光源在機(jī)械軸上的位置隨機(jī)械軸扭轉(zhuǎn)發(fā)生偏移，相應(yīng)的，所述兩個(gè)發(fā)光源投射在工作臺(tái)臺(tái)面上的投影點(diǎn)偏離首次投影點(diǎn)，測(cè)出偏移距離Xl，X2 ;則機(jī)械軸在切應(yīng)力Ftl的作用力下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，使兩個(gè)發(fā)光源之間產(chǎn)生一角度，其表達(dá)式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述反射點(diǎn)為粘接在機(jī)械軸表面的反射片，或涂刷在機(jī)械軸表面的反射涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述反射片的質(zhì)量不超過(guò)50g。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述激光探測(cè)器設(shè)置在不影響機(jī)械軸工作的任意位置，且激光探測(cè)器的激光探頭與反射點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述發(fā)光源為激光光源，并通過(guò)粘接方式固定在機(jī)械 軸上。
【文檔編號(hào)】G01L3/24GK103983388SQ201410171713
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】張俊峰, 李長(zhǎng)武, 成偉, 蔣建林, 任瑞琪, 趙銘雨 申請(qǐng)人:蘇州市計(jì)量測(cè)試研究所