Стенд для измерения величины крутящего момента

Стенд для измерения величины крутящего момента относится к области машиностроения, в частности, к оборудованию для испытаний электрических машин, и может быть использован для испытания двигателей, а также для диагностики неисправностей непосредственно на борту технологического оборудования. Схема стенда содержит последовательно соединенные два асинхронных электродвигателя, один из которых выступает в качестве источника крутящего момента, другой в качестве нагрузки, и тензометрический датчик момента, закрепленный между двумя двигателями. В стенде имеется два частотных преобразователя для управления двигателями и измерительный блок, который служит для подачи питающих напряжений на датчик, а также усиления аналогового сигнала, который пропорционален приложенному моменту, приходящему с датчика момента и преобразования его в цифровой вид для передачи в программируемый контроллер. Основой стенда является программируемый контроллер, выполненный в виде стандартного свободнопрограммируемого контроллера, который связан с панелью оператора, причем и контроллер и панель оператора реализованы программно, также контроллер связан с частотными преобразователями и измерительным блоком. Цифровой сигнал, приходящий из измерительного блока анализируется контроллером и выдается на панель оператора в виде стрелочного динамометра с фиксацией максимальных и минимальных значений. На основании показаний динамометра строится график изменения момента. Дополнительно в контроллере формируются задания для частотных преобразователей в соответствии с заданными значениями с панели оператора и программой обработки измеряемого значения. Для контроллера и панели оператора разработаны специальные технологические программы.

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к оборудованию для испытаний электрических машин, и может быть использована для испытания двигателей, а также для диагностики неисправностей непосредственно на борту технологического оборудования.

Известны стенды для задания и определения величины крутящего момента, включающие в себя торсионный вал и основанные на измерении угла закручивания торсиона при приложении крутящего момента к одному концу вала и нагружении второго конца.

Ближайшим техническим решением, принятым за прототип предлагаемой полезной модели, является схема стенда для определения величины крутящего момента (патент 31853 RU, публ. 27.08.2003 г., G01L 3/04).

Недостатком указанной схемы является то, что определение величины крутящего момента основано на устаревшем методе измерения углов деформации торсиона. Данный метод измерения содержит ряд существенных недостатков: механические характеристики торсионного вала сильно зависят от температуры вала; для определения угла деформации вала необходимо использовать механические редукторы, которые, в свою очередь, вносят дополнительную погрешность. Также у прототипа отсутствует возможность управления как источником крутящего момента, так и нагружателем. Еще одним существенным недостатком прототипа является отсутствие визуализации процесса измерения.

Технической задачей полезной модели является автоматизация процесса испытания двигателей и диагностики неисправностей технологического оборудования.

Техническим результатом использования полезной модели является обеспечение возможности быстрого определения неисправности механики двигателя непосредственно на борту станка, значительно сократить время ремонта оборудования, проводить испытания двигателя под нагрузкой.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в схеме стенда для измерения величины крутящего момента включающей в себя устройство приложения крутящего момента, устройство для нагрузки и датчик угла, причем схема содержит последовательно соединенные два асинхронных электродвигателя, один из которых выступает в качестве источника крутящего момента, другой в качестве нагрузки, и тензометрический датчик момента, закрепленный между двумя двигателями. В стенде имеется два частотных преобразователя для управления двигателями и измерительный блок, который служит для подачи питающих напряжений на датчик, а также усиления аналогового сигнала, который пропорционален приложенному моменту, приходящему с датчика момента и преобразования его в цифровой вид для передачи в программируемый контроллер. Основой стенда является программируемый контроллер, выполненный в виде стандартного свободнопрограммируемого контроллера, который связан с панелью оператора, причем и контроллер и панель оператора реализованы программно, также контроллер связан с частотными преобразователями и измерительным блоком. Цифровой сигнал, приходящий из измерительного блока анализируется контроллером и выдается на панель оператора в виде стрелочного динамометра с фиксацией максимальных и минимальных значений. На основании показаний динамометра строится график изменения момента. Дополнительно в контроллере формируются задания для частотных преобразователей в соответствии с заданными значениями с панели оператора и программой обработки измеряемого значения. Для контроллера и панели оператора разработаны специальные технологические программы.

На фиг.1 показана блок-схема стенда для измерения величины крутящего момента. Стенд состоит из ведущего 1 и ведомого 2 двигателей, соединенных

валом, на котором установлен датчик момента 3. Ведущий 1 и ведомый 2 двигатели через частотные преобразователи 4 и 5 связаны с программируемым контроллером 6, который, в свою очередь, связан с панелью оператора 7 и с измерительным блоком 8, соединенным с датчиком момента 3.

Работа стенда происходит следующим образом.

Управление работой стенда производится с помощью панели оператора 7. На панели оператора 7 можно задавать количество оборотов ведущего двигателя 1, можно управлять нагрузкой ведомого двигателя 2. Так как в качестве нагрузки выступает асинхронный электродвигатель, управляемый частотным преобразователем 5 по моменту (току), то имеется возможность с помощью контроллера 6 задавать любую величину крутящего момента в пределах характеристик нагружающего двигателя. Таким образом, стенд может имитировать различные виды нагрузок, от простого статического момента до сложного динамического момента описанного математическим выражением с учетом всех возможных факторов реальной механической нагрузки (сила трения, момент инерции, ускорение и т.д.) На стенде в программе контроллера 6 математически описаны следующие виды нагрузок:

- привод через шарико-винтовую пару

- привод через колесо, шестерню

- крановая нагрузка

- нагрузка, изменяющаяся по синусоидальному закону

После включения стенда и выбора режима работы начинается непосредственно процесс измерения. На панели оператора 7 отображается мгновенное значение измеряемого крутящего момента, а также строится график изменения момента в реальном времени. График можно сохранить в электронном виде с дискретностью до 10 раз в секунду на протяжении до 200 часов. Непосредственно во время работы стенда можно менять любые параметры как ведущего 1, так и ведомого 2 двигателя.

Таким образом, при испытании, например, асинхронного электродвигателя можно определить его номинальный крутящий момент и его соответствие потребляемому при этом току.

Стенд для измерения величины крутящего момента, включающий в себя устройство приложения крутящего момента, устройство для нагрузки и датчик угла, отличающийся тем, что стенд включает последовательно соединенные два асинхронных электродвигателя, один из которых выступает в качестве источника крутящего момента, другой в качестве нагрузки, и датчик момента, закрепленный на валу между двумя двигателями, причем каждый двигатель соединен с соответствующим частотным преобразователем для управления двигателем, а датчик момента соединен с измерительным блоком, связанным с программируемым контроллером, выполненным в виде стандартного свободнопрограммируемого контроллера, который, в свою очередь, связан с панелью оператора, причем и контроллер и панель оператора реализованы программно, а также контроллер связан с частотными преобразователями.