一種扭矩轉速檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種扭矩轉速檢測裝置，包括與鉆桿同軸連接的轉盤，轉盤下方設有固定底座，底座上以轉盤中心為圓心的圓周上設有至少一個圓弧形滑槽，滑槽內活動安裝有至少一個制動器，制動器座和底座之間沿滑槽中心圓弧的切線方向連接有拉壓傳感器，制動器包括制動器座、摩擦片、杠桿和油缸，上、下摩擦片分別設在轉盤的上、下方，兩根杠桿的一端通過復位裝置連接摩擦片，兩根杠桿的另一端通過油缸連接，杠桿鉸接在制動器座上，油缸伸長使得杠桿頂壓上、下摩擦片將轉盤壓緊，拉壓傳感器與轉速傳感器采集的信號轉換成扭矩和轉速數據輸出到顯示終端，本發明應用于旋挖鉆機等鉆機，可以檢測鉆桿及動力頭的實時輸出扭矩與轉速，為動力系統匹配優化提供可靠依據。
【專利說明】一種扭矩轉速檢測裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種扭矩轉速檢測裝置。
【背景技術】
[0002]目前旋挖鉆機等鉆機動力頭扭矩檢測基本為靜態檢測。如圖7所示，鉆桿1，臂桿 10，銷軸11，拉力傳感器12。具體檢測方法為:在鉆桿I上垂直連接一根臂桿10，拉力傳感 器12通過銷軸11與臂桿10鉸接，并且垂直于鉆桿I與臂桿10組成的平面，拉力傳感器 12另一端固定。檢測時，從拉力傳感器11讀得傳感器所受拉力F1，再乘以臂桿長度L1，則 得到鉆桿I的輸出扭矩，也就是動力頭的輸出扭矩。但這種方法只能得到動力頭靜止(不旋 轉)時的扭矩，只能用于檢測動力頭的最大輸出扭矩，不能測得動力頭旋轉時對應轉速的輸 出扭矩，亦即不能測得動力頭的扭矩-轉速輸出曲線。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于針對現有技術的不足提供一種簡單易行，既可檢測動力頭等動 力輸出裝置的靜態輸出扭矩，又可檢測動力頭等動力輸出裝置的動態轉速與扭矩，還可以 通過數據處理從顯示終端輸出動力頭的扭矩-轉速輸出曲線的扭矩轉速檢測裝置。
[0004]本發明通過以下技術方案實現上述目的:
[0005]一種扭矩轉速檢測裝置，包括與鉆桿連接的轉盤，所述轉盤下方設有底座，所述轉 盤可隨鉆桿同軸旋轉，所述底座為固定連接不旋轉，所述底座上安裝有至少一個制動器，所 述制動器包括制動器座、摩擦片組件、杠桿和油缸，所述制動器座活動安裝在所述底座上， 所述制動器座與拉壓傳感器的一端連接，所述拉壓傳感器的另一端與所述底座連接，所述 摩擦片組件包括上摩擦片、下摩擦片和復位裝置，所述上摩擦片和下摩擦片分別設置在所 述轉盤的上方和下方，所述上摩擦片和下摩擦片通過復位裝置分別安裝在一根杠桿的一 端，所述兩根杠桿的另一端通過油缸連接，杠桿的中部通過支架安裝在所述制動器座上，所 述油缸伸長使得所述杠桿通過所述復位裝置頂壓上、下摩擦片將所述轉盤壓緊。
[0006]所述底座上安裝有檢測所述轉盤轉速的轉速傳感器。
[0007]所述底座上設有圓弧形滑槽，所述制動器座通過銷軸活動安裝在所述底座的所述 圓弧形滑槽內，所述拉壓傳感器沿所述底座圓弧形滑槽中心圓弧的切線方向安裝，所述圓 弧形滑槽開設在以所述轉盤旋轉軸心為中心的所述底座的圓周上，并且所述滑槽圓弧與所 述圓周同心，使得所述制動器活動安裝在以所述轉盤旋轉軸心為中心的圓周上。
[0008]所述拉壓傳感器一端與所述底座鉸接，另一端與所述制動器座通過所述制動器座 下方的銷軸鉸接，使得所述銷軸在所述拉壓傳感器的彈性變形范圍內在所述底座滑槽內滑 動。
[0009]還包括顯示終端，所述拉壓傳感器與所述轉速傳感器采集的信號經過處理和換算 轉換成扭矩和轉速數據輸出到顯示終端。
[0010]所述復位裝置包括連接軸和復位彈簧，所述連接軸與所述復位彈簧同軸安裝并且設置在所述摩擦片和所述杠桿之間。
[0011 ] 所述油缸通過液壓泵站控制。
[0012]由于采用上述結構，本發明具有如下優點:
[0013]1、本裝置通過改變制動器對轉盤的正壓力來調節制動器對轉盤的摩擦制動力，而 在底座上以轉盤軸線為中心的圓周上開設的圓弧形滑槽內安裝制動器，來保證制動器對轉 盤的摩擦制動力臂恒定，并且設置連接底座與制動器的拉壓傳感器沿圓弧形滑槽中心圓弧 的切線方向布置來測量制動摩擦力，從而可以測得與轉盤同軸連接的動力頭的實時扭矩。
[0014]2、本裝置在底座上安裝有轉速傳感器，可以檢測轉盤的實時轉速，也就是動力頭 的實時轉速，結合測得的實時扭矩經過數據處理輸出到顯示終端得到動力頭的扭矩-轉速 輸出曲線。
[0015]3、本裝置通過液壓泵站調節制動器油缸行程，通過杠杠、復位裝置等傳動裝置來 壓緊或松開轉盤，操作方便可靠。
[0016]4、本裝置通過液壓泵站無極調節制動器油缸的壓力，來模擬不同鉆進阻力的工 況，既包括動力頭完全制動(卡死)的工況，也包括在不同鉆進阻力下鉆進的工況，可以測量 出動力頭全工況工作過程的實時扭矩-轉速數據。
[0017]5、本裝置采集拉壓傳感器與轉速傳感器的數據，經過數據處理，最終輸出到顯示 終端上，從而方便直觀檢測和分析數據。
[0018]綜上所述，本發明通過控制制動正壓力來改變制動摩擦力從而模擬鉆機鉆進的實 際工況，通過測量恒定力臂的摩擦制動力來測得鉆機鉆進的實時輸出扭矩，同時測量鉆機 鉆進的轉速，既可檢測鉆機動力頭最大輸出扭矩，也可檢測任意轉速下鉆機動力頭的輸出 扭矩與轉速，應用于旋挖鉆機等鉆機的檢測中，為鉆機檢測與動力系統匹配優化提供可靠 依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的整體結構的剖面圖；
[0020]圖2是本發明的俯視圖；
[0021]圖3是圖2A-A處的剖視圖；
[0022]圖4是圖2的局部放大圖
[0023]圖5是圖1的局部放大圖
[0024]圖6為圖5的局部放大圖
[0025]圖7 Ca)是現有檢測裝置的結構示意圖。
[0026]圖7 (b)是圖7 Ca)的俯視圖。
[0027]附圖1-6中，1、鉆桿，2、顯示終端，3、轉盤，4、制動器，5、底座，6、轉速傳感器，7、拉 壓傳感器，8、第一銷軸，9、第二銷軸，40、滑槽，41、摩擦片組件，42、第三銷軸，43、制動器座， 44、杠桿，45、第四銷軸，46、油缸，47、復位裝置，48、第五銷軸。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖，進一步詳細說明本專利的【具體實施方式】。
[0029]如圖1至6所示，本裝置設有與鉆桿I剛接的轉盤3，所述轉盤3下方同軸安裝有固定底座5，所述底座5上活動安裝有至少一個制動器4，如圖1中所述，本例中制動器4為 八個，所述制動器4由制動器座43、復位裝置47、摩擦片組件41、杠桿44和油缸46構成，所 述制動器座43通過第二銷軸9和第五銷軸48活動安裝在所述底座5的圓弧形滑槽40內， 所述圓弧形滑槽40開設在以所述轉盤3旋轉軸心為中心的底座5上的某個半徑的圓周上 (這里的半徑選擇視制動器座43的大小而定)，并且所述滑槽圓弧40與所述圓周同心，使得 所述制動器4活動安裝于以所述轉盤3旋轉軸心為中心的某個半徑不變的圓周上，從而制 動器4可以通過第二銷軸9和第五銷軸48在底座5的圓弧形滑槽40內繞轉盤3旋轉軸心 移動一定的距離(這個距離被拉壓傳感器7限制)，所述制動器座43和所述底座5之間連接 有拉壓傳感器7，所述拉壓傳感器一端與所述底座5通過第一銷軸8鉸接，另一端與所述制 動器座43通過第二銷軸9鉸接，第二銷軸9在所述拉壓傳感器的彈性變形范圍內在所述底 座滑槽內滑動，而所述拉壓傳感器7沿所述圓弧形滑槽40中心圓弧切線布置，所述拉壓傳 感器7的彈性拉伸量相對于圓弧形滑槽40中心圓弧的半徑微小可忽略，從而使得所述拉壓 傳感器7測得的制動器座43與底座5之間的拉力始終為滑槽40中心圓弧的切向拉力，所 述制動器4對所述轉盤3的切向摩擦力由所述拉壓傳感器7感應出信號傳遞給液壓泵站， 液壓泵站再控制所述油缸46壓力大小，從而改變上、下摩擦片對所述轉盤正壓力，制動器4 對轉盤3的切向摩擦力也相應改變，從而使得所述拉壓傳感器7與所述轉速傳感器6測得 相應數據，本裝置上還設有顯示終端2，所述拉壓傳感器7與轉速傳感器6采集的信號經過 處理和換算轉換成扭矩和轉速數據輸出到顯示終端2上。
[0030]所述摩擦片組件41固定在復位裝置的連接軸471上，所述連接軸471與所述復位 彈簧472同軸安裝，帶動所述摩擦片組件41上下移動，以保證所述摩擦片組件41在非夾 緊狀態時與所述轉盤3脫開，所述油缸46由液壓泵站供油控制其伸縮，帶動與所述油缸46 鉸接的所述杠桿44移動，推動或松開所述連接軸471，使所述復位彈簧472受壓或松開，從 而帶動上、下方的所述摩擦片組件41夾緊或松開所述轉盤3，所述摩擦片組件41夾緊所述 轉盤3時，若所述液壓泵站供給所述油缸46的油壓力足以完全克服所述鉆桿I一轉盤3的 驅動力矩時，鉆桿1-轉盤靜止，此時所述摩擦片完全制動所述轉盤3，從而測得靜態最大扭 矩，否則，所述鉆桿I一轉盤3克服阻力旋轉，從而測得動態扭矩。所述兩根杠桿44之間可 設有拉簧，在所述油缸泄油縮回時帶動所述杠桿44回位；或者，所述兩根杠桿44之間不設 拉簧，由所述液壓泵站供油控制所述油缸47縮回帶動所述杠桿44回位。
[0031]本示例中，制動器4數量為8個，制動器4回位由液壓泵站控制油缸46縮回實現 而取消拉簧。實際應用時，根據需要，制動器4數量可以為一個或多個，可設有帶動制動器 4回位的拉簧45。底座5上設有滑槽40，制動器座43通過第二銷軸9和第五銷軸48活動 安裝在底座5的滑槽40內。杠桿44通過第三銷軸42鉸接于制動器座43上，油缸46通過 第四銷軸45與杠桿44鉸接，摩擦片組件41可沿制動器座43的圓柱導向孔上下滑動。
[0032]工作原理:
[0033]動力頭通過鉆桿I帶動轉盤3旋轉。制動器4的油缸46伸長，當油缸46的壓緊力 矩大于復位彈簧472的松開力矩時，杠桿44壓緊摩擦片組件41，摩擦片組件41夾緊轉盤3 產生摩擦力，制動器座43通過第二銷軸9和第五銷軸48在底座5的滑槽40內有隨轉盤3 旋轉的趨勢，但一端固定在底座5上的拉壓傳感器7沿滑槽40中心圓切線方向產生拉力阻 止制動器3的旋轉運動，因而沿滑槽40中心圓的摩擦力大小F由拉壓傳感器7測出。根據能量守恒原理，摩擦力F乘以力臂(等于滑槽40中心圓半徑L)與動力頭提供的扭力大小相 等，方向相反。因此，動力頭實時輸出扭矩即為力F乘以力臂L。通過液壓泵站調節油缸46 壓力，相當于調節轉盤3與摩擦片組件41這對摩擦副的正壓力，改變摩擦力F的大小，從而 模擬不同鉆進阻力的工況，并測得不同的動力頭輸出扭矩。若摩擦力F足以完全克服所述 動力頭的驅動力矩時，制動器4完全制動，拉壓傳感器7測出所述動力頭的最大輸出扭矩; 否則，所述動力頭-轉盤克服阻力矩旋轉，拉壓傳感器7測出動力頭的動態輸出扭矩。在底 座5上安裝有轉速傳感器6，可以檢測轉盤3的實時轉速，也就是動力頭的實時轉速。采集 拉壓傳感器7與轉速傳感器6的數據，經過數據處理，最終輸出到顯示終端上，得到動力頭 的實時輸出轉速與扭矩，并可得到動力頭的扭矩-轉速輸出曲線。
[0034]操作步驟如下:
[0035]1.按圖1、圖2安裝該檢測裝置。通過操控液壓泵站使油缸46縮回，在復位彈簧 49的作用下，摩擦片組件41與轉盤3處于脫開狀態，轉盤3可自由旋轉。
[0036]2.啟動動力頭，帶動鉆桿I與轉盤3旋轉。
[0037]3.操控液壓泵站向油缸46通入液壓油使油缸46伸長，油缸46作用力通過杠桿 44作用于摩擦片組件41上。調節液壓油壓力，可以改變摩擦片組件41對轉盤3的正壓力， 從而改變摩擦阻力。摩擦阻力通過拉壓傳感器7測出。
[0038]4.轉速傳感器6安裝于底座5上，可以檢測轉盤3的轉速，也就是動力頭的轉速。
[0039]5.顯示終端處理拉壓傳感器7及轉速傳感器6采集的信號，輸出所測動力頭的實 時輸出轉速與扭矩，并得到動力頭的扭矩-轉速輸出曲線。
【權利要求】
1.一種扭矩轉速檢測裝置，其特征在于:包括與鉆桿連接的轉盤，所述轉盤下方設有 底座，所述轉盤可隨鉆桿同軸旋轉，所述底座為固定連接不旋轉，所述底座上安裝有至少一 個制動器，所述制動器包括制動器座、摩擦片組件、杠桿和油缸，所述制動器座活動安裝在 所述底座上，所述制動器座與拉壓傳感器的一端連接，所述拉壓傳感器的另一端與所述底 座連接，所述摩擦片組件包括上摩擦片、下摩擦片和復位裝置，所述上摩擦片和下摩擦片分 別設置在所述轉盤的上方和下方，所述上摩擦片和下摩擦片通過復位裝置分別安裝在一根 杠桿的一端，所述兩根杠桿的另一端通過油缸連接，杠桿的中部通過支架安裝在所述制動 器座上，所述油缸伸長使得所述杠桿通過所述復位裝置頂壓上、下摩擦片將所述轉盤壓緊。
2.根據權利要求1所述的扭矩轉速檢測裝置，其特征在于:所述底座上安裝有檢測所 述轉盤轉速的轉速傳感器。
3.根據權利要求1或2所述的扭矩轉速檢測裝置，其特征在于:所述底座上設有圓弧 形滑槽，所述制動器座通過銷軸活動安裝在所述底座的所述圓弧形滑槽內，所述拉壓傳感 器沿所述底座圓弧形滑槽中心圓弧的切線方向安裝，所述圓弧形滑槽開設在以所述轉盤旋 轉軸心為中心的所述底座的圓周上，并且所述滑槽圓弧與所述圓周同心，使得所述制動器 活動安裝在以所述轉盤旋轉軸心為中心的圓周上。
4.根據權利要求1或2所述的扭矩轉速檢測裝置，其特征在于:所述拉壓傳感器一端 與所述底座鉸接，另一端與所述制動器座通過所述制動器座下方的銷軸鉸接，使得所述銷 軸在所述拉壓傳感器的彈性變形范圍內在所述底座滑槽內滑動。
5.根據權利要求2所述的扭矩轉速檢測裝置，其特征在于:還包括顯示終端，所述拉壓 傳感器與所述轉速傳感器采集的信號經過處理和換算轉換成扭矩和轉速數據輸出到顯示 終端。
6.根據權利要求1所述的扭矩轉速檢測裝置，其特征在于:所述復位裝置包括連接軸 和復位彈簧，所述連接軸與所述復位彈簧同軸安裝并且設置在所述摩擦片和所述杠桿之 間。
7.根據權利要求1所述的扭矩轉速檢測裝置，其特征在于:所述油缸通過液壓泵站控制。
【文檔編號】G01P3/00GK103499407SQ201310457027
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】朱建新, 吳新榮, 凡知秀, 單葆巖, 張偉 申請人:山河智能裝備股份有限公司