Măsurarea cuplului
Momentul M este cantitatea fizică exprimată de produsul forței F pe brațul L (momentul forțelor).
În cazul mașinilor de rotație sau al mașinilor de lucru pentru alte obiecte în care forța determină rotirea corpului în jurul unui anumit punct, se vorbește despre cuplu. Cuplul poate fi desemnat cu un indice, de exemplu Md. În acest caz, brațul este raza pe care acționează forța F:
Unitatea de moment de forță în sistemul SI este un metru newton (N · m), prin care se înțelege momentul de forță egal cu 1 N, față de punctul situat la 1 m de linia de forță.
Convertizoare (senzori) de cuplu. Convertizoarele de cuplu (senzori), după cum a arătat experiența, sunt adesea supuse încărcării distructive. Acest lucru este explicat prin următoarele.
În funcție de tipul de dispozitiv de generare a cuplului, valoarea medie a cuplului este formată dintr-o secvență de momente de impuls care pot depăși în mod semnificativ valoarea medie. În motoarele cu ardere internă, există, în general, un cuplu pulsatoriu. În același timp, este adesea eronat atunci când calibrarea și testarea senzorilor de cuplu utilizează motoare electrice care creează un cuplu constant. Adesea, ele nu iau în considerare faptul că instalația investigată este un sistem oscilator și că oscilațiile torsionale pot apărea în ea. La trecerea prin poziția de rezonanță, valorile instantanee pot depăși de multe ori valoarea medie a cuplului. Convertoarele (senzorii), calculate pentru valoarea medie a cuplului, nu pot suporta astfel de supraîncărcări și, prin urmare, ele trebuie calculate pentru momentul maxim.
La măsurarea caracteristicilor de vibrație dinamice ale echipamentelor de producție necesare pentru a verifica în ce măsură acționează traductor (senzor) de cuplu ca un arc de torsiune, schimbarea caracteristicilor de vibrație ale întregii instalații.
Transductoare de forță (senzori) de cuplu. Astfel de convertoare sunt utilizate pe scară largă pentru măsurarea cuplului. Domeniul de măsurare a convertizoarelor de torsiune disponibile în comerț este de la 0 la 0,1 N · m până la 0 până la 50 kN · m și, dacă este necesar, mai mult.
Design, tipuri de bază. Cea mai importantă parte a convertizorului de cuplu este, de regulă, un element cilindric sensibil, care, sub acțiunea cuplului aplicat, este răsucite. Tensiunile sau deformările rezultate la forfecare rezultate servesc drept măsură a cuplului. Aceste tensiuni sau deformări sunt detectate de tensiometrele care sunt lipite la elementul sensibil la un unghi de 45 ° față de axa longitudinală a acestuia și sunt încorporate în circuitul podului Wheatstone. Pentru a transfera tensiunea de alimentare și semnalul de măsurare, utilizați inele de contact sau transmisie de semnale fără utilizarea unor inele de contact. Figura 1 prezintă o formă tipică a unui convertor de cuplu (senzor) cu inele de contact. Pe secțiunea îngustată a arborelui, care este un element sensibil, se observă senzori de tensiune situați la un unghi de 45 °.
Relația
Convertoare (senzori) de cuplu cu transmisie a semnalului fără contact sunt cele mai eficiente pentru monitorizarea continuă, deoarece acestea funcționează cu puțină sau fără uzură și fără întreținere. Un exemplu de astfel de convertor este un convertor de cuplu, prezentat în figura 2. Acest convertor funcționează împreună cu un fotosenzor DF-1, care sunt plasate în discurile apertură 3 și 4, formând cu o creștere de timp crește fantă în lățime și, în consecință, formarea la rotația în deschiderea fotosensor staționar al unei secvențe de impulsuri în creștere în timp.
H
iar schema desemnează: 1, 2 - jumătăți de legătură la stânga și la dreapta; 3, 4 discuri stânga și dreaptă cu proeminențe, 5 elemente elastice (arcuri). Acest convertor de cuplu 1 cuprinde o porțiune de cuplare 2 și este montată fix pe roțile de cuplare părțile 3 și 4 cu fante radiale, elemente elastice 5 (în acest exemplu - arcul de compresie) plasate între proeminențele came ale cuplajului. Discuri 3 și 4 se pot roti una față de alta, iar în poziția lor inițială, fantele radiale ale discului sunt acoperite protuberanțe celuilalt, adică, aceste discuri nu formează fante radiale. Semicuplele 1 și 2 sunt dispuse în imediata apropiere unul față de celălalt, astfel încât jumătățile de cuplare montate pe roți, cu fante radiale pot fi aranjate în deschiderea aceluiași fotosenzorul (Fig. 2).
Fig.2 - Proiectarea convertorului de cuplu sub formă de cuplaj elastic
Aici, arborele de torsiune este desființat și înlocuit cu elemente deformabile elastice care leagă jumătățile de cuplare în direcția circumferențială. În consecință, convertizorul luat în considerare este de fapt o cuplare elastică care permite, pe lângă funcția sa primară, măsurarea momentului transmis.
Convertizorul de cuplu funcționează după cum urmează. La rotirea arborelui, care se măsoară momentul roti roțile 3 și 4, dispuse într-un fotosenzor deschidere 8 sau 9. Dacă cuplul arborelui este absent, roțile 3 și 4 se suprapun fotodetector fasciculului luminos și semnalul de ieșire al fotosenzorul este absent. Odată cu apariția arcului de cuplu 5 sunt deformate, jumătățile de cuplare 1 și 2 sunt rotite cu un unghi oarecare în raport cu celălalt, primesc deplasarea unghiulară a roților 3 și 4, având ca rezultat formarea de fante radiale, iar atunci când se deplasează discul în urmă deschidere fotosenzor generează impulsuri a căror durată este proporțională cu lățimea distanțele radiale formate de discurile 3 și 4 și, prin urmare, amploarea momentului. Prin creșterea cuplul pe arborele lățimii fante radiale formate discuri 3 și 4 este crescută și, prin urmare, durata impulsurilor generate de fotosenzorul crescută.
Astfel, unghiurile de rotire relativă a jumătăților de cuplare 1 și 2, care sunt proporționale cu convertorul de cuplu sunt transformate în semnale electrice, care sunt înregistrate și valorile corespunzătoare ale punctelor măsurate sunt determinate de valorile lor.
Convertizoare inductive (senzori) de cuplu. Convertizoarele inductive de cuplu (senzori) pot fi aplicate, în principiu, în aceleași zone ca și convertizoarele cu tensometru. Cu toate acestea, ele se caracterizează prin sensibilitate crescută: intervalul de măsurare este cuprins în intervalul 0 - 0,1 N · cm până la 0 - 100 kN · m.
Design, tipuri de bază. Elementul principal al convertizoarelor inductive de cuplu (senzori) este o bară de torsiune, a cărei răsucire este percepută de convertorul inductiv. În acest caz, fie armătura retractabilă se deplasează în bobine, ceea ce determină dezechilibrul circuitului de legătură, fie bobinele din circuitul transformatorului se deplasează unul față de celălalt. În ambele cazuri, la ieșirea sistemului de înfășurare apare o tensiune proporțională cu răsucirea tijei și, în consecință, cu cuplul.
Deoarece convertizoarele inductive (senzorii) cuplului trebuie să funcționeze pe o frecvență purtătoare, în acest caz există și posibilitatea introducerii fără contact și înregistrarea tensiunii.
Traductoare de tracțiune (senzori) de cuplu. Metoda de măsurare, care este baza unui ecartament de tensiune șir, poate fi de asemenea utilizată pentru a măsura momentele de cuplu.
Traductoarele de senzori de cuplu sunt eliberate serial pentru instalarea pe arbori cu un diametru de 50 până la 750 mm. În funcție de condițiile de funcționare, aceasta corespunde în mod aproximativ domeniului de măsurare a cuplului de la 0 la 100 N · m până la 0 până la 5 MN · m. Viteza maximă este de 1500 rpm pentru arborii cu diametru mic și este redusă la maximum 150 rpm pentru arborii cu diametru mare.
Clasa de precizie a dispozitivului de măsurare este de 0,5-1%. Dacă nu este posibilă ajustarea statică, abaterile de la datele calculate pot duce la erori suplimentare.
Construcții. Convertizoarele de cuplu sunt compuse din două inele, fixate pe arbore la o anumită distanță unul de celălalt, și două sârme feromagnetice tensionate - șiruri. Atunci când arborele inelului este încărcat, deși relativ nesemnificativ, dar proporțional cu cuplul aplicat, o relație a celuilalt este răsucite. Ca rezultat, stresul mecanic și, prin urmare, frecvența unuia dintre corzile crește, iar cealaltă - scade. Schimbarea frecvenței oscilației șirului, cauzată de încărcarea arborelui, servește ca măsură a cuplului aplicat acestuia.
Traductoare piezoelectrice (senzori) de cuplu. Efectul piezoelectric este utilizat pentru măsurarea cuplului numai în raport cu platforma de măsurare. Plăcile cu cuarț care reacționează la tăiere, aranjate de-a lungul inelului și axele lor, sunt orientate de-a lungul tangentelor. Plăcile individuale de cuarț sunt conectate electric și mecanic în paralel; sarcina totală corespunde cuplului care acționează asupra acestora. Aplicarea sa este în principiu aceeași ca și în dinamometrele piezoelectrice.
Standuri de testare. Bancuri de testare, denumit în mod obișnuit ca mașinile de echilibrare sunt utilizate pentru a determina caracteristicile de capacitate și putere de mașini electrice de toate tipurile și utilizate în proiectarea și dezvoltarea experimentală, precum și în producție. Acestea includ nu numai dispozitive pentru măsurarea cuplului, ci și dispozitive pentru determinarea vitezei și a altor parametri. În funcție de proiectare și echipament, ele sunt echipate cu dispozitive de reglare și control, care permit obținerea caracteristicilor în funcție de diferite criterii. Astfel, este posibil să se judece rapid comportamentul și procesul de lucru al mașinilor electrice testate la aceste standuri.
Design, tipuri de bază. Pentru măsurarea cuplului la mașini sunt necesare două funcții:
1) absorbția (transformarea, stingerea) energiei produse de mașina testată;
2) măsurarea cuplului rezultat.
Convertirea energiei poate fi efectuată:
a) frânele hidraulice vortex, în care lucrarea petrecută pe mișcarea hidraulică a vortexului se transformă în căldură;
b) frânele care utilizează curenți turbionari (frâne vortex), în care energia electrică este transformată în căldură;
c) frâne electromagnetice în care forțele magnetice dintr-un amestec de ulei cu pulbere feromagnetică creează rezistență la rotație a rotorului și transformă în căldură;
d) generatoare electrice, în care energia mecanică a mașinii electrice este transformată în energie electrică.
Pentru măsurarea cuplului, carcasa frânei este, de obicei, suspendată liber. Prin pârghia de o anumită lungime se sprijină pe dinamometru. Cuplul măsurat și contra-cuplul sunt egale unul cu celălalt. Pentru o anumită lungime a pârghiei poate, prin măsurarea forței F. dinamometru conform formuleMd = determina Fr cuplul de unități pe scară studiilor de licență Dinamometru de cuplu.
Cuplul poate fi măsurat prin metode mecanice, de exemplu prin cântărirea pendulului sau prin metode electrice, de exemplu, utilizând testele de tensiune. Măsurarea cuplului dezvoltat de frână electromagnetică pulbere, este realizată cu ajutorul comparatorului cu cadran, din care una corespunde unei anumite puncte valorice divizare obținute în timpul calibrării.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: