Способ определения механического момента, передаваемого вращающимся валом

 

Изобретение относится к бесконтактному измерению величины механического момента, передаваемого вращающимся валом, и может быть использовано для оценки эффективности работы двигателей силовых приводов. Способ заключается в закреплении на валу на базовом расстоянии друг от друга двух дисков с метками, преобразовании скорости вращения дисков в синусоидальные сигналы с помощью двух электромагнитных датчиков, измерении разности фаз сигналов датчиков, пропорциональной величине механического момента. Способ включает компенсацию погрешности, связанной с влиянием значения скорости вращения вала на полезный сигнал. Технический результат: повышение точности измерения момента, передаваемого вращающимся валом.

Способ относится к области бесконтактного определения величины механического момента, передаваемого вращающимся валом. Может быть использован для повышения точности оценки эффективности работы двигателей силовых приводов (газовые турбины, мощные электродвигатели, дизели и т.д.).

Известен способ измерения момента, передаваемого вращающимся валом (см., например, Фролов Л. Б. Измерение крутящего момента. - М., Энергия, 1967. - 120 с.), состоящий в установке на базовое (фиксированное) расстояние вращающегося вала двух зубчатых колес, жестко связанных с соответствующим сечением вала, в независимом преобразовании скорости вращения каждого зубчатого колеса в синусоидальный сигнал (электромагнитный датчик), в получении алгебраической разницы двух синусоидальных сигналов датчиков, при этом конечный дифференциальный сигнал ставится в соответствие с передаваемым валом моментом.

Недостатком данного способа измерения момента на валу является зависимость выходного дифференциального сигнала не только от величины приложенного момента (зубчатые колеса фиксируют смещение соответствующих сечений вала под действием нагрузки, что приводит к временному сдвигу двух синусоидальных сигналов относительно друг друга - смещению фазы).

Разностный сигнал датчиков зависит: - от скорости вращения вала (каждый электромагнитный датчик имеет собственную отличную от другого амплитудно-частотную характеристику, в результате чего изменение скорости вращения при неизменном моменте приводит к неодинаковому уходу амплитуды двух синусоидальных, а следовательно, и дифференциального сигналов электромагнитных датчиков); - от консольной изгибающей нагрузки, очень часто имеющей место и приводящей к появлению нерегламентированных радиальных биений зубчатых колес относительно электромагнитных датчиков (цилиндрическое изменение с частотой вращения вала величины воздушного зазора между датчиком и зубчатым колесом), что в конечном итоге приводит к уходу разностного выходного сигнала.

Известен способ измерения момента, передаваемого вращающимся валом (см. а. с. СССР 1509640, Устройство для измерения крутящего момента, опубл. 23.09.89, бюл. 35), являющийся нaибoлее близким техническим решением, который заключается в установке на каждую сторону вращающегося вала измерительных дисков с метками (например, зубчатые колеса), преобразовании скорости вращения каждого диска в синусоидальный сигнал и регистрации разности фаз этих сигналов, принимаемой за величину полезной информации о действующем моменте.

К недостатком подобного способа измерения момента следует отнести наличие погрешности, определяемой неидентичностью фазочастотных характеристик двух независимых каналов регистрации синусоидальных сигналов. Изменение скорости вращения при неизменной величине передаваемого валом момента в каждом частном случае будет вносить искажения в разностно-фазовый сигнал.

Задача, решаемая изобретением, заключаетcя в повышении точности измерения момента, передаваемого вращающимся валом, реализуемая за счет введения поправки в итоговый результат в виде учета функции влияния скорости вращения вала на величину разностно-фазового сигнала, фиксируемого на выходе устройства измерения момента.

Поставленная задача достигается тем, что на вал устанавливаются два идентичных диска с метками (зубчатые венцы), разнесенные на базовое расстояние и жестко связанные с валом, скорость вращения каждого диска (венца) преобразуется с помощью двух независимых электромагнитных датчиков в два синусоидальных сигнала, регистрируется разность фаз этих сигналов, по изменению которой судят о величине передаваемого валом механического момента, и в отличие от прототипа предварительно устанавливают датчики, используемые в системе измерения момента у одного из дисков, приводят вал во вращение, регистрируют разность фаз синусоидальных сигналов датчиков в зависимости от скорости вращения вала при неизменной нагрузке на валу, полученную разность фаз учитывают при последующем определении разности фаз сигналов от двух датчиков, величина которой пропорциональна передаваемому валом механическому моменту.

Заявляемый способ реализуется следующим образом. В лабораторных условиях один из дисков с метками устанавливают на вал двигателя постоянного тока. Датчики, используемые в системе измерения момента для преобразования скорости вращения дисков в синусоидальный сигнал, крепятся у данного диска и разнесены по его периметру относительно друг друга (например, на 180^o). Фиксируя частоту вращения (вала двигателя тока) в диапазоне oт нуля до значения, равного максимальной частоте вращения вала в системе измерения момента, регистрируют соответствующую разность фаз двух синусоидальных сигналов датчиков от одного диска, тем самым имитируя неизменность положения дисков относительно друг друга (неизменность нагрузки на вал). По полученным данным для конкретной пары датчиков определяется частотная составляющая Ud(n) в виде регрессионной модели, которая в дальнейшем используется для расчета и введения поправки в конечный результат для конкретного значения частоты вращения вала.

Формула изобретения

Способ определения механического момента, передаваемого вращающимся валом, заключающийся в установке на вал двух идентичных разнесенных на базовое расстояние и жестко связанных с валом дисков с метками, преобразовании скорости вращения каждого диска в синусоидальный сигнал, регистрации разности фаз сигналов от двух дисков, величина которой пропорциональна передаваемому валом механического момента, отличающийся тем, что предварительно устанавливают датчики, используемые в системе измерения момента у одного из дисков, приводят вал во вращение, регистрируют разность фаз синусоидальных сигналов датчиков в зависимости от скорости вращения вала при неизменной нагрузке на валу, полученную разность фаз учитывают при последующем определении разности фаз сигналов от двух датчиков, величина которой пропорциональна передаваемому валом механическому моменту.