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扭矩标准装置及其使用中砝码刮碰的分析

编辑:金沙官网        发布日期:2018-05-22        点击量:586

扭矩是动力机械的关键特征参数,也是一切旋转设备的主要性能指标,大到船舶、飞机、航天器、雷达、汽轮机、柴油机、发电机车,小到电器开关、汽车马达,甚至微陀螺、微机械,无不存在扭矩这个关键参数,也都离不开扭矩的计量,特别是科学技术发展到今天,扭矩的计量从实验室发展到了工业现场,成为流水线上的控制参数和数字化工具,大大拓宽了扭矩计量的应用领域。它已经成为世界各国国民经济的一个重要的力学参数,它的兴起和迅速发展已经证明了他的存在和作用,在专业上已形成自身的专业体系。

而作为扭矩参数量传和溯源的重要计量标准——扭矩标准装置是国家各级计量技术监督机构、计量测试研究中心、计量站以及科研院所、扭矩传感器生产家等用以复现扭矩量值参数的标准装置,它代表着我国扭矩参数的计量发展水平。其主要是用来校准或检测标准扭矩计、扭矩传感器或其它扭矩测试设备的标准装置,也可做材料或零部件的扭转试验。

 

扭矩标准装置及其使用中砝码刮碰的分析

扭矩标准装置的分类

扭矩计量标准装置是用来产生标准扭矩并施加于被校扭矩传感器或扭矩仪的装置。由这些实验室发布的校准证书应有包括测量不确定度和/或符合确定的计量规范声明的测量结果。按结构特点,常用的扭矩计量标准装置可分为:静重式、杠杆式、参考式、测力式、扭矩校准杠杆式(简易式)。

1)静重式扭矩计量标准装置是以砝码的重力作为标准负荷,通过力臂杠杆的作用产生标准扭矩,借助适当的机构按顺序自动、平稳、准确地把作用力矩和平衡力矩施加到被检定的扭矩仪上的扭矩标准机。

2)杠杆式扭矩计量标准装置是以砝码的重力作为标准负荷,经过一定得杠杆机构放大后再通过力臂杠杆的作用产生标准扭矩,借助适当的机构按顺序自动、平稳、准确地把作用力矩和平衡力矩施加到被检定的扭矩仪上的扭矩标准机。

3)参考式扭矩计量标准装置是用一个比被检定的扭矩仪准确度高的标准扭矩仪作为参考标准,与被检扭矩仪串联,以手动、或机械设备、或液压方式方法施加扭矩的扭矩标准机。

4)测力式扭矩计量标准装置是施加到被检定的扭矩仪的扭矩值由其力矩杠杆的力臂长度与测力传感器测出的力值等因素确定的扭矩标准机。

5)扭矩校准杠杆式扭矩计量标准装置是通过力矩杠杆和标准砝码复现扭矩量值的扭矩标准装置。

 

我国扭矩标准装置现状和发展趋势

我国扭矩计量测试技术的研究起步于八十年代初期,经过多年的努力,我国的扭矩计量测试技术得到了一定的发展,扭矩计量测试能力有一定拓展和提高,量传范围达到50kN·m,测试范围达到0.5mN·m~3500kN·m,虽然扭矩参数测量在船舶、飞机、航天器、汽车、雷达、汽轮机、柴油机、发电机机车、化工机械设备、微陀螺、微机械等领域得到一般应用,但由于近年来旋转和传动装置的性能日益提高和完善,新型扭矩测试方法的不断涌现,扭矩的测量已从实验室进入工业生产领域,并参与自数的计量测试的需求日益迫切。

我国扭矩标准装置的研究较世界上的几个先进国家起步晚。中船重工集团第704所国防大扭矩一级计量站自行研制的扭矩标准装置属国防最高扭矩标准。其他的很多工和研究所以及计量站,广泛分布于、上海、成都、重庆、西安、洛阳、哈尔滨、杭州、南京等地,都拥有青山试验机70年代生产的NE-100(10N·m~1kN·m,0.1级)和NE-500(50N·m~5kN·m,0.1级)型扭矩标准装置。可见,我国工业系统的扭矩标准装置的量程在1N·m~50N·M、10N·m~1kN·m和50N·m~5kN·m,测量不确定度(对被测量值的不能肯定的程度)为0.05%~0.1%(k=2)。

国防大扭矩一级计量站的扭矩标准装置已经向大量程扭矩范围和小量程扭矩范围发展。国家计量院在扭矩计量领域中的国家基准有50N·M、1kN·M、5kN·m扭矩标准装置,测量不确定度为0.01%(k=2),基本能满足这3个量程范围的扭矩参数的量传需求。2009年,中国计量科学研究院与中国船舶重工集团第704研究所国防大扭矩一级计量站联合研制100N·m扭矩基准机,与德国PTB进行国际比对,验证其测量不确定度为0.002%(k=2)。

建立扭矩计量专业体系和完善扭矩量传体系,顺应计量科学的发展并和国际接轨;建立超大、微小、动态扭矩计量标准装置,完善量值传递技术和现场量值传递技术,是我国扭矩计量的发展重点和趋势。

 

扭矩标准装置的测量原理

扭矩标准装置的基本原理是:扭矩值等于力臂L(m)与力F(N)的乘积,即T=LF,也就是在恒定臂长的杠杆上施加标准砝码(力值砝码),产生扭矩,并使该扭矩传递到被检扭矩仪上。

T+、T-为正向和反向扭矩值,N·m;L1、L2为杠杆的恒定臂长,m;F1、F2为多级专用砝码产生的力,N一般情况下,杠杆臂长L1、L2固定,通过改变力值的大小,即改变专用力值砝码来获得各种扭矩T值,使扭矩仪承受不同量值的扭矩。

 

在使用过程中砝码刮碰的原因分析及处理措施

1、原因分析

扭矩标准装置在使用过程中(或检定过程中),当发现数据有缓慢掉数字的情况时,一般判断是砝码有刮碰,原因会有以下几点:1)砝码的行程不够,下一块砝码的定位凸台和上一块砝码的定位槽在杠杆的调平过程中产生刮碰;2)吊杆和砝码的对中不好,当吊起砝码时,砝码相互错位引起刮碰;3)砝码托盘不水平,当吊起砝码时,上下砝码有刮碰;4)吊挂扭摆产生和动横梁之间的刮碰。

2、处理措施

针对上述几种情况分别阐述相应的处理措施:

1)加工3到5个等高的砝码行程调整垫块,利用其调整标准装置两侧的砝码行程间距;

2)调整吊杆和砝码的相对位置,使两者的对中良好;

3)调整砝码托盘的水平;

4)首先调整好吊挂和动横梁之间的相对位置,保证吊挂的侧面和动横梁不发生摩擦。之后将砝码全部加载并调平杠杆,然后再卸掉全部砝码并调平杠杆。此过程反复2~3次。关于扭矩标准装置砝码刮碰的分析和处理,同样适用于力标准机的情况.

 

结束语

相信随着新型材料的产生和新技术的涌现,新型扭矩标准装置亦将随之诞生,如气浮轴承在扭矩标准装置上的应用。比如压力校准标准。同时微小扭矩和动态扭矩目前还无法实现量值溯源,急需建立微小扭矩标准装置和动态扭矩标准装置以满足我国当前工业系统的需求难题。

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