时间：2022-09-16 04:21:15
摘要：介绍一种能够对大扭矩（100000N.m以上）部分回转电动装置进行力矩检测的试验装置。该装置可以实现对阀门电动装置的最大转矩、控制转矩、以及转矩的重复精度检测，并能实现全行程（0～90度）力矩加载。该装置可以辅助完成部分回转阀门电动装置的寿命试验。
关键词：大扭矩测试，全行程加载试验台
Development of torque tester with large torque full stroke part-turn actuators
Gao Hongqing，Su Chunfu，Gao Liangliang
（Tianjin ACT Measurement &Control Technology Co.，Ltd.，Tianjin，300384）
Abstract：Introduce a torque test device of large torque （100000N.m） part of the rotary valve electric actuator。The torque test device can test the max torque，tripping torque and repeatability precision of valve electric actuator，and can load torque in the full stroke（0～90 degree）。The device can help complete the life test of the part rotary valve electric actuator。
KEY：large torque test，loading in full stroke
1、引言：
大扭矩（100000N.m以上）部分回转电动装置试验测试一直是电动装置行业的短板，各厂家在测试大扭矩产品时一般采用只测定一级电动装置的扭矩，通过计算减速装置的速比和效率来估算最终的输出转矩值。但是由于各个厂家加工的减速装置的优劣不同，在一级电动装置选配上很难做到统一和准确。而阀门厂生产的大口径阀门选择电动装置也是出于理论计算，电装选配后，只是能够完成打开和关闭动作，至于电动装置选的合不合理，很难进行考究。智能型电装可以实现扭矩的显示，但由于只是一级电装的扭矩，很难真正反映阀门的制造优劣。对于电动装置选型过大实际上是资源的浪费。
对于大扭矩部分回转电动装置除转矩试验很难去做，整机的寿命试验更是无法完成。大扭矩全行程试验台的研制不仅要解决力矩测试范围的问题，还在中间加入了50%的动态扭矩的加载测试，既能模拟阀门的启闭动作，又能完成寿命试验的要求。
2、装置组成及原理：
对于大扭矩的部分回转电动装置在均采用一级多回转电动装置作为控制的主体，通过一套蜗轮或曲柄丝杠部分回转手动装置减速输出。当手动装置需要一个大的的力矩时，在电动装置之后还会增加一级多回转手动装置进行减速增扭矩。
图1 整体结构
本试验装置（见图1）主要是通过被测的部分回转电动装置的输出轴驱动轮毂旋转，轮毂的驱动力矩通过刹车装置传递给一组摆臂，通过测试摆臂上面的作用力来计算整个电动装置的输出转矩。力矩输出装置具有局部力矩加载和极限位置最大力矩输出的功能。在加载时可以根据实际需要的扭矩进行局部加载，在终端开关极限位置时检测电动装置的实际设定力矩输出值。
本装置有三个部分组成，1、底座部分；2、输出装置；3、测力系统组成。
2.1底座
底座为弯板结构，其作用为安装被测电动装置，其安装法兰面可以满足F35～F48国际连接尺寸的需要。
图2 结构图
2.2输出加载装置
图3 加载片
图4 制动盘
该装置有驱动轴、输出臂、制动轮、加载片、制动盘组成，用于力矩的输出和连续加载，以及动作力矩的输出。输出轴与制动轮连接选用方孔形式，便于拆卸和调整位置。输出臂上安装六组加载片装置，形成对制动轮的包裹，加载片由输出臂上的螺纹杆进行加载，抱紧制动轮。加载片（见图3）上装有四组提升螺钉，并配上弹簧，在平时无加载时，加载片与制动轮脱开；中间为3组加压顶杆，用于抱紧加载片。加载片内部附有高强度的带有钢丝和尼龙纤维的橡胶，用于和制动轮产生大的摩擦力。制动盘（见图4）被紧固在输出臂上，其上面有两个限位及缓冲装置（见图5），用于在极限位置把制动轮上的力矩传递给输出臂。
2.3测力系统
本系统主要由称重传感器和显示仪表组成。根据结构和测力范围，检测精度的需要配置传感器和仪表。超大扭矩产品额定转矩达到30万N.m，检测力矩达到50万N.m，输出力臂为0.5m，故选用100T的压力传感器，精度等级达到0.5‰即可。
3力矩检测方法
3.1最大转矩（堵转转矩）的检测：
图5 缓冲装置
将所需测试的电动装置安装在底座上，装入输出轴。电装启动，进入电装力矩测试状态，运转至测力装置极限位置，电装将通过输出轴―制动轮―制动盘―输出臂对外输出力矩值，运转至电机堵转即可读得最大转矩（堵转转矩）。
3.2控制转矩（额定转矩）的检测：
根据测试程序，调整力矩开关（智能型电装为内部力矩参数）至额定转矩值，设定该值，并记录参数。运转电动装置至测力装置的极限位置，直至电装力矩动作，验证设定值的正确性。反复运转，测试力矩的重复精度。
3.3中间位置连续加载
在测试中可通过对加载片加压，使安装在输出臂上的多组加载片摩擦制动轮，产生一个连续阻力，并通过输出臂作用在压力传感器上。
3.4寿命试验
根据《JB/T8862-2000 阀门电动装置寿命试验规程》中试验规程，在整机寿命试验室需要加载1/3的额定转矩。寿命试验过程中，本装置的连续加载功能得以体现，根据所测电动装置的转矩值，加压加载片，六个加载片均匀加压至所需转矩（转矩值可以在仪表上读出），使制动轮能平稳旋转。按照寿命试验要求完成相应次数的运转，至试验结束。在试验过程中，加载片会有相应的磨损，在显示的力矩值减小到调整范围，再对加载片进行适当的调整。
4、数据分析及功能扩展
本装置显示为数字化仪表，可根据需要，随时记录上面反映的数值，并有峰值保持功能，便于极限数值的记录。
仪表中配备RS485接口，可以实时将力矩数值传输给计算机。通过计算机程序，可以读取电动装置的位置信息和力矩信息，再利用数据分析软件把所试验的电动装置全行程的力矩输出值和实际测量值进行比较。该数据可以作为检验产品制造精度的数据源，也可以作为所驱动阀门运行力矩的数据源，已达到用电动装置检测阀门力矩的目的。
在实际应用中阀门厂可以根据智能型电动装置在驱动阀门过程中的力矩与开度之间的对应曲线，检验阀门整个行程所需的力矩值，再来选择相应转矩值的电动装置。这样满足了阀门驱动的需要也能从电动装置驱动过程中验证阀门的加工精度，便于数据分析，提高阀门的质量。
参考文献：
【1】 杨源泉，杜兆年等。 阀门设计手册【M】。北京：机械工业出版社，1992
【2】 曹式录等。大扭矩阀门扭矩检测系统【P】。中国：ZL201010589531.0，2011年12月15日
【3】 GB//T 28270-2012 智能型阀门电动装置【S】。
【4】 JB/T 8862-2000阀门电动装置寿命试验规程【S】。
【5】 GB/T 24923-2010 普通型阀门电动装置技术条件【S】。