CN110672266A - 一种船舶轴功率测试设备的校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其包括试验台，试验台包括驱动组件、制动组件以及扭矩传感器，扭矩传感器的一端与所述制动组件连接，扭矩传感器的另一端与驱动组件之间用于固定被测轴，驱动组件能够驱动所述被测轴转动，制动组件能够在驱动组件驱动所述被测轴转动的同时给被测轴施加扭矩；测控机构，测控机构与所述扭矩传感器、所述驱动组件以及制动组件相连接，所述测控机构能够根据所述扭矩传感器的信号控制所述驱动组件和所述制动组件。本发明对被测轴进行动态的功率测试，测试出被测轴在不同扭矩与转速的条件下，被测轴的应变力和功率特性，根据测试出的参数校准船舶轴功率测试设备。

Description

一种船舶轴功率测试设备的校准装置

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶轴功率测试设备的校准装置。

背景技术

目前对于船舶轴功率测试设备的校准暂无专用校准装置。一般使用电子标定器进行电信号校准和使用静态扭矩台进行静态扭矩校准两种方式。使用电信号校准，通过给轴功率测试设备提供模拟量，计算电信号模拟值和设备显示值校准设备的准确度；通过静态扭矩台校准则通过在扭矩台扭矩输出轴贴应变片连接轴功率测试设备进行校准。

由于船舶轴系是持续旋转的动力设备，其轴功率输出具有动态特性，船舶轴功率测试设备的准确度和动态特性都对轴功率测量结果准确度有较大影响。应用电子标定器校准轴功率测试设备仅能校准测试设备的采集部分准确度和动态响应度，传感器部分的影响因素未能考虑。应用静态扭矩台进行校准则仅能校准轴功率测试设备的静态扭矩准确度，对设备动态响应度无法校准，且转速信号需单独校准，与扭矩信号不同步。

因此，亟需一种船舶轴功率测试设备的校准装置来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶轴功率测试设备的校准装置，能够对转轴进行动态的功率测试，测试出转轴在不同扭矩与转速的条件下，转轴的应变力和功率特性，根据测试出的参数校准船舶轴功率测试设备。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种船舶轴功率测试设备的校准装置，包括：

试验台，所述试验台包括驱动组件、制动组件以及扭矩传感器，所述扭矩传感器的一端与所述制动组件连接，所述扭矩传感器的另一端与所述驱动组件之间用于固定被测轴，所述驱动组件能够驱动所述被测轴转动，所述制动组件能够在所述驱动组件驱动所述被测轴转动的同时给所述被测轴施加扭矩；

测控机构，所述测控机构与所述扭矩传感器、所述驱动组件以及所述制动组件相连接，所述测控机构能够根据所述扭矩传感器的信号控制所述驱动组件和所述制动组件。

可选地，所述驱动组件包括驱动电机和第一变速箱，所述第一变速箱与所述驱动电机的输出轴连接，所述第一变速箱的输出轴与所述被测轴连接。

可选地，所述第一变速箱的输出轴与所述被测轴通过法兰连接。

可选地，所述制动组件包括制动器和第二变速箱，所述第二变速箱与所述制动器连接，所述第二变速箱的输出轴与所述扭矩传感器连接。

可选地，所述扭矩传感器远离所述第二变速箱的一端与所述被测轴通过联轴器连接。

可选地，还包括支撑座，所述被测轴穿设在所述支撑座上。

可选地，所述支撑座包括支撑座本体和轴承，所述支撑座本体上设置有安装孔，所述轴承设置在所述安装孔中，所述被测轴穿设在所述轴承的内圈上。

可选地，所述支撑座还包括轴承端盖，所述轴承端盖设置在所述安装孔的一端，用于防止所述轴承从所述安装孔中脱落。

可选地，还包括底板支撑组件，所述底板支撑组件包括平板、槽钢和减震垫铁，所述驱动组件、所述制动组件以及所述支撑座均设置在所述平板的一侧，所述槽钢和所述减震垫铁均设置在所述平板的另一侧。

可选地，所述测控机构包括工控机以及电机变频器，所述工控机与所述电机变频器、所述扭矩传感器以及所述制动器连接，所述电机变频器与所述驱动电机连接。

本发明的有益效果：

本发明所提供的船舶轴功率测试设备的校准装置，通过设置试验台和测控机构，其中试验台用于测试被测轴，通过驱动组件和制动组件对被测轴同时施加驱动力和扭矩，扭矩传感器将信号传递给测控机构，测控机构根据扭矩传感器的信号实时控制驱动组件和所述制动组件，对被测轴进行动态的功率测试，测试出被测轴在不同扭矩与转速的条件下，被测轴的应变力和功率特性，根据测试出的参数校准船舶轴功率测试设备。

附图说明

图1是本发明一种船舶轴功率测试设备的校准装置的示意图。

图中：

1-驱动组件；11-驱动电机；12-第一变速箱；2-制动组件；21-制动器；22-第二变速箱；3-被测轴；4-联轴器；5-法兰；6-支撑座；61-支撑座本体；7-底板支撑组件；71-平板；72-槽钢；8-扭矩传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了能够对转轴进行动态的功率测试，测试出转轴在不同扭矩与转速的条件下，转轴的应变力和功率特性，根据测试出的参数校准船舶轴功率测试设备，如图1所示，本发明提供一种船舶轴功率测试设备的校准装置，包括：试验台和测控机构，其中，试验台包括驱动组件1、制动组件2以及扭矩传感器8，扭矩传感器8的一端与制动组件2连接，扭矩传感器8的另一端与驱动组件1之间用于固定被测轴3，驱动组件1能够驱动被测轴3转动，制动组件2能够在驱动组件1驱动被测轴3转动的同时给被测轴3施加扭矩；测控机构与扭矩传感器8、驱动组件1以及制动组件2相连接，测控机构能够根据扭矩传感器8的信号控制驱动组件1和制动组件2。

其中，扭矩传感器8是通过磁电变换原理输出频率和方波信号的传感器，频率信号换算出扭矩大小，方波信号计数换算出转速大小，得到实时的扭矩和转速值。扭矩传感器8决定了本装置的测试精度，直接影响转速精度以及加载精度。扭矩传感器8是用来采集被测轴3上的扭矩、转速的变化信号，通过一定的信号处理电路，从而计算出被测轴3的实际扭矩和转速。具体地，该项目选用了ZJ-1000A型的扭矩转速传感器，可测量1000Nm以内的扭矩和3000r/min以内的转速。

通过驱动组件1和制动组件2对被测轴3同时施加驱动力和扭矩，扭矩传感器8将信号传递给测控机构，测控机构根据扭矩传感器8的信号实时控制驱动组件1和制动组件2，对转轴进行动态的功率测试，测试出转轴在不同扭矩与转速的条件下，转轴的应变力和功率特性，根据测试出的参数校准船舶轴功率测试设备，可以有效提高测量参数的准确度。

进一步地，驱动组件1包括驱动电机11和第一变速箱12，第一变速箱12与驱动电机11的输出轴连接，第一变速箱12的输出轴与被测轴3连接。具体地，第一变速箱12采用硬齿面变速箱，型号为GBYS200，可实现三档变速，即1:1、2:1、5:1，可实现被测轴3的30rpm～1500rpm的转动，许用输入功率为37KW，通过拨叉换档。通过变速箱换挡，实现减速增大扭矩的功能，驱动电机11为三相异步电机。

进一步地，第一变速箱12的输出轴与被测轴3通过法兰5连接。具体地，第一变速箱12的输出轴为键槽轴，通过法兰5直接与被测轴3联接，驱动被测轴3进行转动。

进一步地，制动组件2包括制动器21和第二变速箱22，第二变速箱22与制动器21连接，第二变速箱22的输出轴与扭矩传感器8连接。具体地，制动器21为磁粉制动器，磁粉制动器就是靠磁粉与磁粉、磁粉与工作面之间的摩擦力和磁粉链之间的抗剪力来产生转矩，切断电流时，磁通随激磁电流的消失而消失，磁粉在重力作用下重新处于松散状态，并在离心力作用下，被甩在转子的内壁上，磁粉制动器处于空载的状态。从而磁粉制动器可以通过程控实时调节负载扭矩的大小；同样，第二变速箱22可实现三档变速，即1:1、2:1、5:1，当被测件的转速高于300转/分钟时要使用变速箱(5:1)来进行减速，保证磁粉制动器的转速低于300转/分钟，避免损坏磁粉制动器。

进一步地，扭矩传感器8远离第二变速箱22的一端与被测轴3通过联轴器4连接。在本实施例中，联轴器4为弹性膜片联轴器4，由几组膜片(不锈钢薄板)用螺栓交错与两半联轴器4联接，每组膜片由数片叠集而成，靠膜片的弹性变形来补偿所联两轴的相对位移，是一种高性能的金属弹性元件挠性联轴器。它在使用时不用润滑，结构紧凑，重量轻，强度高，使用寿命长，无需维护，无旋转间隙，允许较大的偏心，不受温度和油污影响，装卸简单，具有耐酸、防腐蚀的特点。

进一步地，还包括支撑座6，被测轴3穿设在支撑座6上。具体地，支撑座6包括支撑座本体61和轴承，支撑座本体61上设置有安装孔，轴承设置在安装孔中，被测轴3穿设在轴承的内圈上。支撑座6还包括轴承端盖，轴承端盖设置在安装孔的一端，用于防止轴承从安装孔中脱落。支撑座6的下端设有垫块，在安装时可以修磨垫块的高度，保证支撑座6的回转轴线与扭矩传感器8的回转轴线的同轴度误差小于0.05mm。

进一步地，本装置还包括底板支撑组件7，底板支撑组件7包括平板71、槽钢72和减震垫铁，驱动组件1、制动组件2以及支撑座6均设置在平板71的一侧，槽钢72和减震垫铁均设置在平板71的另一侧。本实施例中，平板71上设有多个槽钢72，多个槽钢72等间距焊接钢材质的平板71上，既减轻了本装置的整体重量，也不影响***的刚度和稳定性。选用8块减震垫铁，等间距分布，减震垫铁上的减震橡胶可有效衰减***自身的振动，减少振动力传导，且不需安装地脚螺栓与地面固定，节约了安装费用，缩短安装周期，实现可调平功能。

进一步地，测控机构包括工控机以及电机变频器，工控机与电机变频器、扭矩传感器8以及制动器21连接，电机变频器与驱动电机11连接。其中，工控机的测控电路实时获取扭矩传感器8的转速值，通过控制算法控制变频器，实现驱动电机11的闭环控制；实时获取扭矩传感器8的扭矩值，通过DA信号控制功率放大器，实现制动器21的闭环控制。

为了便于进行操控，测控电路与控制面板通过串口通信，控制面板上的计算机软件发送控制指令。计算机软件提供人性化操作界面，主要用于扭矩测试台的操作与控制，实现功率、转速、转矩的设定，功率、转速、转矩的实时显示，以及测试数据的保存、输出等。

本装置是以三相变频调速电机作为动力源，带动被测轴3转动，以磁粉制动器作为负载，以扭矩转速传感器作为测试数据输出，通过测控电路进行动态调节扭矩转速，可对转轴进行动态的功率测试，以方便测试出转轴在不同扭矩与转速的条件下，转轴的应变力，功率特性等。一方面装置实现模拟有减振器、高弹联轴器、齿轮箱、PTO轴系等较复杂动力装置***轴功率输出环境，另一方面在实验室可提供更准确的温湿度环境、轴系材料、应变片等测量环节的各个影响参数，可有效提高复现的测量参数准确度，从而有效校准船舶轴功率测试设备。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，包括：

试验台，所述试验台包括驱动组件(1)、制动组件(2)以及扭矩传感器(8)，所述扭矩传感器(8)的一端与所述制动组件(2)连接，所述扭矩传感器(8)的另一端与所述驱动组件(1)之间用于固定被测轴(3)，所述驱动组件(1)能够驱动所述被测轴(3)转动，所述制动组件(2)能够在所述驱动组件(1)驱动所述被测轴(3)转动的同时给所述被测轴(3)施加扭矩；

测控机构，所述测控机构与所述扭矩传感器(8)、所述驱动组件(1)以及所述制动组件(2)相连接，所述测控机构能够根据所述扭矩传感器(8)的信号控制所述驱动组件(1)和所述制动组件(2)。

2.根据权利要求1所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，所述驱动组件(1)包括驱动电机(11)和第一变速箱(12)，所述第一变速箱(12)与所述驱动电机(11)的输出轴连接，所述第一变速箱(12)的输出轴与所述被测轴(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，所述第一变速箱(12)的输出轴与所述被测轴(3)通过法兰(5)连接。

4.根据权利要求2所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，所述制动组件(2)包括制动器(21)和第二变速箱(22)，所述第二变速箱(22)与所述制动器(21)连接，所述第二变速箱(22)的输出轴与所述扭矩传感器(8)连接。

5.根据权利要求4所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，所述扭矩传感器(8)远离所述第二变速箱(22)的一端与所述被测轴(3)通过联轴器(4)连接。

6.根据权利要求1所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，还包括支撑座(6)，所述被测轴(3)穿设在所述支撑座(6)上。

7.根据权利要求6所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，所述支撑座(6)包括支撑座本体(61)和轴承，所述支撑座本体(61)上设置有安装孔，所述轴承设置在所述安装孔中，所述被测轴(3)穿设在所述轴承的内圈上。

8.根据权利要求7所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，所述支撑座(6)还包括轴承端盖，所述轴承端盖设置在所述安装孔的一端，用于防止所述轴承从所述安装孔中脱落。

9.根据权利要求6所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，还包括底板支撑组件(7)，所述底板支撑组件(7)包括平板(71)、槽钢(72)和减震垫铁，所述驱动组件(1)、所述制动组件(2)以及所述支撑座(6)均设置在所述平板(71)的一侧，所述槽钢(72)和所述减震垫铁均设置在所述平板(71)的另一侧。

10.根据权利要求4所述的一种船舶轴功率测试设备的校准装置，其特征在于，所述测控机构包括工控机以及电机变频器，所述工控机与所述电机变频器、所述扭矩传感器(8)以及所述制动器(21)连接，所述电机变频器与所述驱动电机(11)连接。