Измерительный преобразователь вращающего момента
Полезная модель повышает точность измерения и контроля вращающего момента и может быть использована в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.
Измерительный преобразователь вращающего момента, содержит механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего звена с фигурной головкой, в тангенциальных каналах которой размещены чувствительные элементы, и связанного с ним через упругие элементы ведомого звена с корпусом, в котором имеются упоры, взаимодействующие с чувствительными элементами, и измерительную систему.
Чувствительные элементы выполнены в виде однонаправленных сопл и образуют зазоры для прохода жидкости, сопла соединены по мостовой схеме с источником питания, регистрирующий элемент измерительной системы включен в диагональ моста, фигурная головка имеет крестообразную форму, а упругие элементы установлены по обеим сторонам выступов фигурной головки и могут регулироваться.
Между ведущим и ведомым звеньями образована герметичная сливная полость, которая через канал, выполненный в ведущем звене, и неподвижный коллектор сообщается с баком насосной станции, в коллекторе выполнен канал, в котором установлены постоянные дроссели мостовой схемы, а рабочая жидкость подается через коллектор на вход постоянных дросселей от насосной станции.
Тангенциальные каналы в фигурной головке ведущего звена выполнены глухими с перпендикулярными торцами, сопла выполнены подвижными, постоянно поджаты пружинами к упорам корпуса ведомого элемента и образуют с торцами тангенциальных каналов плоские зазоры для прохода жидкости, а полости между соплами и торцами глухих тангенциальных каналов соединены со сливной полостью.
Повышение точности измерения вращающего момента достигается за счет обеспечения плоских зазоров для прохода жидкости между подвижными соплами и торцами глухих тангенциальных каналов при любых величинах измеряемого вращающего момента.
Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и контроля вращающего момента в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.
Известен измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего звена с фигурной головкой, в тангенциальных каналах которой размещены чувствительные элементы, и связанного с ним через упругие элементы ведомого звена с корпусом, в котором имеются упоры, взаимодействующие с чувствительными элементами, и измерительную систему, чувствительные элементы выполнены в виде однонаправленных сопл и образуют с упорами корпуса зазоры для прохода жидкости, сопла соединены по мостовой схеме с источником питания, регистрирующий элемент измерительной системы включен в диагональ моста, фигурная головка имеет крестообразную форму, а упругие элементы установлены по обеим сторонам выступов фигурной головки и могут регулироваться [1].
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения вращающего момента, обусловленная рядом причин и в том числе тем, что при относительном повороте ведущего и ведомого звеньев зазоры для прохода жидкости, образованные торцами сопл и упорами корпуса не остаются плоскими, а принимают форму клина.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего звена с фигурной головкой, в тангенциальных каналах которой размещены чувствительные элементы, и связанного с ним через упругие элементы ведомого звена с корпусом, в котором имеются упоры, взаимодействующие с чувствительными элементами, и измерительную систему, чувствительные элементы выполнены в виде однонаправленных сопл и образуют с упорами корпуса зазоры для прохода жидкости, сопла соединены по мостовой схеме с источником питания, регистрирующий элемент измерительной системы включен в диагональ моста, фигурная головка имеет крестообразную форму, а упругие элементы установлены по обеим сторонам выступов фигурной головки и могут регулироваться, между ведущим и ведомым звеньями образована герметичная сливная полость, которая через канал, выполненный в ведущем звене, и неподвижный коллектор сообщается с баком насосной станции, в коллекторе выполнен канал, в котором установлены постоянные дроссели мостовой схемы, а рабочая жидкость подается через коллектор на вход постоянных дросселей от насосной станции.
Недостатком такого измерительного преобразователя является низкая точность измерения вращающего момента, обусловленная тем, что при относительном повороте ведущего и ведомого звеньев зазоры для прохода жидкости, образованные торцами сопл и упорами корпуса не остаются плоскими, а принимают форму клина, угол которого зависит от величины измеряемого вращающего момента. Нормальная работа чувствительных элементов типа «сопло-заслонка» нарушается, и сигнал измерительного преобразователя искажается.
Целью полезной модели является повышение точности измерения вращающего момента.
Указанная цель достигается тем, что тангенциальные каналы в фигурной головке ведущего звена выполнены глухими с перпендикулярными торцами, сопла выполнены подвижными, постоянно поджаты пружинами к упорам корпуса ведомого элемента и образуют с торцами тангенциальных каналов плоские зазоры для прохода жидкости, а полости между соплами и торцами глухих тангенциальных каналов соединены со сливной полостью.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых элементов и функциональных связей между ними.
Новые элементы: тангенциальные каналы в фигурной головке ведущего звена выполнены глухими с перпендикулярными торцами, сопла выполнены подвижными, постоянно поджаты пружинами к упорам корпуса ведомого элемента и образуют с торцами тангенциальных каналов плоские зазоры для прохода жидкости, а полости между соплами и торцами глухих тангенциальных каналов соединены со сливной полостью.
Новые функциональные связи: тангенциальные каналы в фигурной головке ведущего звена выполнены глухими с торцами, перпендикулярными осям и цилиндрическим поверхностям этих каналов.
Сопла выполнены подвижными, цилиндрические поверхности тангенциальных каналов являются направляющими при их перемещениях, а торцы каналов играют роль заслонок, образуя с соплами плоские зазоры для прохода жидкости, что обеспечивает нормальную работу чувствительных элементов типа «сопло-заслонка» без искажения выходного сигнала.
Сопла пружинами постоянно поджаты к упорам корпуса ведомого элемента, что позволяет непрерывно контролировать относительное положение ведущего и ведомого элементов преобразователя, а, следовательно, и величину вращающего момента.
При относительном повороте ведущего и ведомого звеньев измерительного преобразователя сопла под действием упоров корпуса ведомого элемента разнонаправлено перемещаются в тангенциальных каналах фигурной головки, плоские зазоры для прохода жидкости изменяют свою величину, что приводит к возникновению разности давлений под торцами регулирующего элемента измерительной системы, пропорциональной изменению вращающего момента.
Полости между соплами и торцами глухих тангенциальных каналов соединены со сливной полостью, что обеспечивает непрерывный расход жидкости через чувствительные элементы типа «сопло-заслонка», необходимый для их нормальной работы.
Наличие новых элементов и функциональных связей позволяет обеспечить плоские зазоры для прохода жидкости между соплами и торцами тангенциальных каналов при любых величинах измеряемого вращающего момента, что повышает точность измерения вращающего момента.
На фиг.1 показан измерительный преобразователь, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Измерительный преобразователь вращающего момента содержит механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего звена 1 с крестообразной фигурной головкой, в глухих тангенциальных каналах которой однонаправлено установлены подвижные сопла 2 и 3, образующие с перпендикулярными торцами тангенциальных каналов плоские зазоры для прохода рабочей жидкости.
Ведомое звено установлено на ведущем звене на опоре качения 5. Ведущее и ведомое звенья преобразователя связаны упругими элементами 6, установленными в цилиндрических тангенциальных расточках корпуса ведомого звена по обеим сторонам выступов фигурной головки ведущего звена. Предварительный натяг упругих элементов регулируется винтами 7.
Подвод рабочей жидкости от источника питания к соплам производится через штуцер 8 неподвижного коллектора 9 и постоянные дроссели 10 и 11, установленные в канале 12 коллектора.
Сопла образуют с постоянными дросселями мостовую схему, а регистрирующий элемент 13 измерительной системы включен в диагональ моста каналами А и Б через штуцеры 14 и 15. Между ведущим и ведомым звеньями преобразователя образована герметичная сливная полость 16, которая через канал 17, выполненный в ведущем звене, и штуцер 18 коллектора сообщается с баком насосной станции.
Сопла пружинами 19 и 20 постоянно поджаты к упорам корпуса 4 ведомого элемента.
Полости между соплами и торцами глухих тангенциальных каналов каналами 21 и 22 в фигурной головке соединены со сливной полостью 16.
Измерительный преобразователь работает следующим образом.
При постоянном давлении P0 рабочая жидкость подводится от источника питания (насосной станции) через штуцер 8 неподвижного коллектора 9, постоянные дроссели 10 и 11, установленные в канале 12, к соплам 2 и 3, проходит через плоские зазоры между торцами сопл и торцами глухих тангенциальных каналов и через каналы 21 и 22 истекает в герметичную сливную полость 16. Из сливной полости преобразователя жидкость проходит по каналу 17 в коллектор и через штуцер 18 по линии О возвращается в бак насосной станции. Установка одинаковых начальных зазоров между торцами сопл и глухих каналов, а также настройка номинального вращающего момента на валу осуществляется регулировочными винтами 7 за счет изменения предварительного натяга упругих элементов 6, при этом давления P1 и P2 под торцами регистрирующего элемента 13 должны быть равны.
При нагружении вала вращающим моментом, большим по величине, чем номинальный, происходит поворот ведущего звена относительно ведомого звена, что вызывает разнонаправленное перемещение сопл в глухих тангенциальных каналах. Зазоры между торцами сопл и глухих каналов изменяются (один зазор уменьшается, а другой увеличивается). Изменение зазоров приводит к изменению сопротивлений течению жидкости из сопл и к изменению давлений P1 и P2 под торцами элемента 13. Возникающий перепад давлений рабочей жидкости приводит в действие регистрирующий элемент 13, перемещение которого пропорционально изменению вращающего момента.
Сигнал в виде разности давлений на выходе измерительного преобразователя можно использовать для приведения в действие управляющего элемента системы автоматического регулирования, в качестве которого обычно используют золотниковый дросселирующий распределитель, регулирующий соответствующим образом расход жидкости на входе и выходе гидравлического двигателя машины, или зарегистрировать по показаниям контрольного прибора, например, дифференциального манометра.
Источники информации, принятые во внимание
1. Патент РФ на полезную модель 
99163, Кл. G01L 3/20, 15.06.2010.
2. Патент РФ на полезную модель 116636, Кл. G01L 3/20, 22.02.2012 (прототип).
Измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего звена с фигурной головкой, в тангенциальных каналах которой размещены чувствительные элементы, и связанного с ним через упругие элементы ведомого звена с корпусом, в котором имеются упоры, взаимодействующие с чувствительными элементами, и измерительную систему, чувствительные элементы выполнены в виде однонаправленных сопл и образуют зазоры для прохода жидкости, сопла соединены по мостовой схеме с источником питания, регистрирующий элемент измерительной системы включен в диагональ моста, фигурная головка имеет крестообразную форму, а упругие элементы установлены по обеим сторонам выступов фигурной головки и могут регулироваться, между ведущим и ведомым звеньями образована герметичная сливная полость, которая через канал, выполненный в ведущем звене, и неподвижный коллектор сообщается с баком насосной станции, в коллекторе выполнен канал, в котором установлены постоянные дроссели мостовой схемы, а рабочая жидкость подается через коллектор на вход постоянных дросселей от насосной станции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, тангенциальные каналы в фигурной головке ведущего звена выполнены глухими с перпендикулярными торцами, сопла выполнены подвижными, постоянно поджаты пружинами к упорам корпуса ведомого элемента и образуют с торцами тангенциальных каналов плоские зазоры для прохода жидкости, а полости между соплами и торцами глухих тангенциальных каналов соединены со сливной полостью.
