專利名稱：直感式扭矩傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及扭矩傳感器，用于石油、礦山領域鉆采類設備的轉(zhuǎn)盤扭矩在線 監(jiān)測。
技術背景在石油鉆采、礦山采掘領域，有許多大、中型鉆采設備常常是須連續(xù)運轉(zhuǎn) 的關鍵設備。由于地層情況錢，在開采過程中，設備負荷扭矩大，受沖擊力 強，正反轉(zhuǎn)頻繁。隨著開采的深度不斷增加，鉆頭卡住及扭矩過大的情況也相 應增加。這些瞎況的發(fā)生，都有可倉隨成鉆頭破壞或者鉆桿斷裂，事故相應增 多。因而，對連續(xù)運轉(zhuǎn)的關鍵設備的轉(zhuǎn)盤扭矩進行在線監(jiān)測極其重要。這樣， 就會樹轉(zhuǎn)盤扭矩工作參數(shù)進行動態(tài)管理，適時調(diào)控，做到合理i頓鉆頭，防止 事故，有效地提高鉆采效率。扭矩傳感器皿行扭矩在線監(jiān)測中的重要部件。目前國內(nèi)在石油鉆采、礦 山采掘領域用于扭矩在線監(jiān)測的扭矩傳感器，包括萬向軸傳感器，液壓張力傳感器。萬向軸傳感器，是將聯(lián)接在減速箱與轉(zhuǎn)盤齒輪副之間的萬向傳動軸，特制 成一個扭矩傳,，使它既能傳遞動力，又能傳感扭矩值。其構造是，在萬向 傳動軸的一端面上設置應變片電橋，該電橋的輸入端接通電源電路，輸出端接 通放大、處理電路，輸入端和輸出端各通過一組無接觸環(huán)形變壓器與所述電路 相聯(lián)。當萬向傳動軸在負荷下發(fā)生扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生微小變形時，粘貼在其上的應變片 電橋隨之發(fā)生形變，產(chǎn)生阻{ 化，電橋的平衡被打破，輸出一個與扭矩成正 比的電信號，經(jīng)后續(xù)的處理電路把該軸的扭矩值測試出來，將該扭矩,上轉(zhuǎn)
盤的傳動比，就可得到轉(zhuǎn)盤的輸出扭矩(忽略機格效率)。這種傳感器的優(yōu)點是 1、測試直接，結(jié)果真實；2、成熟的領啦應變片技術可以把非扭轉(zhuǎn)應力基本排 除，測量精度高；3、采用電橋，可測量正、反兩個方向的扭矩。其缺點是1、 制造過程繁瑣，每次需將萬向傳動軸拆下送到專業(yè)傳感器廠家進行加工，周期 長，價格高；2、由于是采用應變片電橋的電子傳繊，受環(huán)境驢的影響較大， 一般需定期進行標定，而用戶不具有這個條件，得送到專門機構或生產(chǎn)廠家， 十分的麻煩，而萬向傳動軸特殊的工況使得萬向軸傳麟的工作壽命卻并不長； 3、在需防爆場合下，很難滿足要求。液壓張力傳感器，適用于鏈傳動的鉆機，是通過測量傳動鏈條的張力來導 出轉(zhuǎn)盤扭矩。該傳感器(見圖1)，包括設置于鏈條1緊iih的滾輪2和于滾輪 徑向施加作用力的液壓缸3， ffi缸3連有壓力傳感器。轉(zhuǎn)盤扭矩的導出，是由觀幌的壓力傳感器的壓力值Q，算出鏈條緊邊的張力F4Qsinci (見圖2)，將該力乘上轉(zhuǎn)盤輸入軸上鏈輪的節(jié)圓半徑，得出轉(zhuǎn)盤齒輪副的輸入扭矩，用該扭 矩乘以轉(zhuǎn)盤齒輪副的傳動比，而得到轉(zhuǎn)盤的輸出扭矩(忽略機械效率)。這種傳 感器的優(yōu)點是雖然精度不高但基本能滿足現(xiàn)場工況，維護簡單，工作壽命長。 其缺點是1、張緊力測量輪(滾輪)的安裝位置不易準確，使張力角a會發(fā)生 一定的偏差，造成張力F的計算體；2、應用范圍窄，且只能領糧一個方向的 扭矩。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明之目的，是^f共一種適用于各種石油、礦山鉆采設備轉(zhuǎn)盤扭矩在線 監(jiān)領啲直感式扭矩傳感器，而且，能測試正、反向扭矩，測值真實準確，^頓 和維護簡單，工作壽命長。實現(xiàn)上述目的技術方案是設置一對相嚙合的端齒盤，二個端齒盤各通過
軸聯(lián)接一聯(lián)軸器，其中一端齒盤通過平面軸承推壓于油缸的活塞，油feril向聯(lián) 接壓力傳感元件的接口。具有上述構造的本發(fā)明，以其兩端的聯(lián)軸器串接在轉(zhuǎn)盤的動力輸入軸上， 工作時，動力經(jīng)聯(lián)軸器、軸和相嚙合的端齒盤傳遞，同時負荷扭矩在端齒盤齒 面產(chǎn)生軸向分力，通過平面軸承推壓油缸的活塞，與油缸接通的壓力傳感元件 通過其顯示單元按一定線性關系顯示轉(zhuǎn)盤的工作扭矩值。本發(fā)明的有益效果是1、 傳遞動力和傳感扭矩同時進行，而且安裝的方向不限；2、 以齒嚙合與油缸及壓力傳感元件相組合，扭矩測試和表達直接，不需再 行計算，不拘正向、反向，而且測得的扭矩值真實、準確，顯示直觀；3、 適用于各種石油、礦山鉆采設備；4、 不用電能，適合各種工況；5、 結(jié)構合理、緊湊，運行穩(wěn)定，工作可靠，維修簡便，使用壽命長。


圖1為液壓張力傳感器的檢測原理示意圖； 圖2為圖1中滾輪的受力示意圖； 圖3為本發(fā)明一種結(jié)構形式的軸向剖視圖； 圖4為本發(fā)明另一種結(jié)構形式的軸向局部剖視圖； 圖5和圖6皆為圖3中A-A、 B-B處可采用的形式。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖i炎談實施例參見圖3，相嚙合的一對斜面齒端齒盤8、 10，各通過軸與兩端的聯(lián)軸器4 聯(lián)接，其中端齒盤10與軸19固定聯(lián)接，本例直接將二,成一體，成為端齒
軸，另一端齒盤8與另一軸5活套聯(lián)接，以傳遞軸向分力，可采取將軸5滑配 于端齒盤8的中心孔中，也可在端齒盤8的中心設置凸臺，在軸5的一端制出 孔，將凸臺滑配于軸端的孔中(見圖4)，為能傳遞扭矩，活套聯(lián)接應為咬合式 的，較好的是采用花鍵滑配聯(lián)接，如本例，也可采用對鍵滑配聯(lián)接(見圖5)， 或者多邊形軸 L滑配聯(lián)接(見圖6)， 二端齒盤的背面聯(lián)接平面軸承18， 二軸的 外圓上聯(lián)接向心軸承13， M分別聯(lián)接在機座11兩端的端蓋12和端蓋6固定， 兩端的聯(lián)軸器4與軸5、軸19的聯(lián)接，亦為咬合式活套聯(lián)接，本例采用花鍵聯(lián) 接，顯然也可采用多邊形軸孑L聯(lián)接，二聯(lián)軸器的一端通過油封17分別聯(lián)接在端 蓋12、端蓋6的中心 L中，另一端通過壓板9和聯(lián)接于軸的螺栓15將聯(lián)軸器壓 緊在向心軸承13的內(nèi)亂至此，兩端的聯(lián)軸器4、由軸19與端齒盤10構成的 端齒軸、活套相聯(lián)的端齒盤8及軸5，構成一傳動鏈，并被固定在機座；戶欣的 端蓋6，配置在活套聯(lián)接的端齒盤8與軸5所在的一端，端蓋6上，制出環(huán)形油 缸14，其中配置環(huán)形活塞7，活塞7上開出沉孔使平面軸承18嵌入，直接承受 由該軸承傳遞的轉(zhuǎn)盤扭矩的軸向分力，同時也解決該軸承的徑向定位，在端蓋6 的外圓面于徑向，制出通向環(huán)形油缸14的通道，通道口制作聯(lián)接壓力傳感元件 的螺紋接口 16，使活塞所受的壓力直接由壓力傳感元件采集并通過其顯示單元 以扭矩值表達。
權利要求
1、直感式扭矩傳感器，其特征在于，具有一對相嚙合的端齒盤，二個端齒盤各通過軸聯(lián)接一聯(lián)軸器，其中一端齒盤通過平面軸承推壓于油缸的活塞，油缸通向聯(lián)接壓力傳感元件的接口。
2、 根據(jù)權利要求1所述的直感式扭矩傳感器，其特征在于，所述端齒盤的 齒為斜面齒。
3、 根據(jù)權利要求1所述的直感式扭矩傳感器，其特征在于，所述的二端齒 盤及所聯(lián)的軸，于端齒盤背面聯(lián)接平面軸承，于軸的外圓聯(lián)接向心軸承，通過 聯(lián)接于機座兩端的端蓋固定，其中一端齒盤與軸固定聯(lián)接，另一端齒盤與另一 軸咬合式活套聯(lián)接；所述的油缸為環(huán)形，設置在活套聯(lián)接的端齒盤與軸所在一 端的端蓋上，該端的平面軸承嵌于油缸活塞的端面，與油缸相通的壓力傳感元 件的接口，設置在該端蓋上；所述的二聯(lián)軸器，與軸的聯(lián)接為咬合式活套聯(lián)接， 并被壓緊于向心軸承的內(nèi)圈。
4、 根據(jù)權利要求3所述的直感式扭矩傳感器，其特征在于，所述固定聯(lián)接 的端齒盤與軸，二者連成一體，成為端齒軸。
5、 根據(jù)權利要求3所述的直感式扭矩傳感器，其特征在于，所述活套聯(lián)接 的端齒盤與軸，軸滑配于端齒盤的中心孔中，或者，端齒盤的中心具有凸臺， 凸臺滑配于軸端的孔中。
6、 根據(jù)權利要求3所述的直感式扭矩傳感器，其特征在于，所述的咬合式 活套聯(lián)接，包括花鍵滑配聯(lián)接、對鍵滑配聯(lián)接、多邊形軸孑L滑配聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于石油、礦山類設備運行中對轉(zhuǎn)盤扭矩進行在線監(jiān)測的直感式扭矩傳感器，它具有一對相嚙合的端齒盤，二端齒盤各通過軸聯(lián)接聯(lián)軸器，其中一端齒盤通過平面軸承推壓于油缸的活塞，油缸通向聯(lián)接壓力傳感元件的接口。本扭矩傳感器以其兩端的聯(lián)軸器串接在轉(zhuǎn)盤的動力輸入軸上，工作時，動力經(jīng)聯(lián)軸器、軸和相嚙合的端齒盤傳遞，同時負荷扭矩在端齒盤齒面產(chǎn)生軸向分力，通過平面軸承推壓油缸的活塞，與油缸接通的壓力傳感元件通過其顯示單元按一定線性關系顯示轉(zhuǎn)盤的工作扭矩值。
文檔編號G01L3/10GK101118193SQ20071005279
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權日2007年7月18日
發(fā)明者李南春, 雄 王, 袁伯利, 齊文東 申請人:荊州市明德科技有限公司