专利名称：直感式扭矩传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及扭矩传感器，用于石油、矿山领域钻采类设备的转盘扭矩在线 监测。
技术背景在石油钻采、矿山采掘领域，有许多大、中型钻采设备常常是须连续运转 的关键设备。由于地层情况錢，在开采过程中，设备负荷扭矩大，受冲击力 强，正反转频繁。随着开采的深度不断增加，钻头卡住及扭矩过大的情况也相 应增加。这些瞎况的发生，都有可倉隨成钻头破坏或者钻杆断裂，事故相应增 多。因而，对连续运转的关键设备的转盘扭矩进行在线监测极其重要。这样， 就會树转盘扭矩工作参数进行动态管理，适时调控，做到合理i顿钻头，防止 事故，有效地提高钻采效率。扭矩传感器皿行扭矩在线监测中的重要部件。目前国内在石油钻采、矿 山采掘领域用于扭矩在线监测的扭矩传感器，包括万向轴传感器，液压张力传感器。万向轴传感器，是将联接在减速箱与转盘齿轮副之间的万向传动轴，特制 成一个扭矩传,，使它既能传递动力，又能传感扭矩值。其构造是，在万向 传动轴的一端面上设置应变片电桥，该电桥的输入端接通电源电路，输出端接 通放大、处理电路，输入端和输出端各通过一组无接触环形变压器与所述电路 相联。当万向传动轴在负荷下发生扭转产生微小变形时，粘贴在其上的应变片 电桥随之发生形变，产生阻{ 化，电桥的平衡被打破，输出一个与扭矩成正 比的电信号，经后续的处理电路把该轴的扭矩值测试出来，将该扭矩,上转
盘的传动比，就可得到转盘的输出扭矩(忽略机格效率)。这种传感器的优点是 1、测试直接，结果真实；2、成熟的领啦应变片技术可以把非扭转应力基本排 除，测量精度高；3、采用电桥，可测量正、反两个方向的扭矩。其缺点是1、 制造过程繁琐，每次需将万向传动轴拆下送到专业传感器厂家进行加工，周期 长，价格高；2、由于是采用应变片电桥的电子传繊，受环境驢的影响较大， 一般需定期进行标定，而用户不具有这个条件，得送到专门机构或生产厂家， 十分的麻烦，而万向传动轴特殊的工况使得万向轴传麟的工作寿命却并不长； 3、在需防爆场合下，很难满足要求。液压张力传感器，适用于链传动的钻机，是通过测量传动链条的张力来导 出转盘扭矩。该传感器(见图1)，包括设置于链条1紧iih的滚轮2和于滚轮 径向施加作用力的液压缸3， ffi缸3连有压力传感器。转盘扭矩的导出，是由观幌的压力传感器的压力值Q，算出链条紧边的张力F4Qsinci (见图2)，将该力乘上转盘输入轴上链轮的节圆半径，得出转盘齿轮副的输入扭矩，用该扭 矩乘以转盘齿轮副的传动比，而得到转盘的输出扭矩(忽略机械效率)。这种传 感器的优点是虽然精度不高但基本能满足现场工况，维护简单，工作寿命长。 其缺点是1、张紧力测量轮(滚轮)的安装位置不易准确，使张力角a会发生 一定的偏差，造成张力F的计算體；2、应用范围窄，且只能领糧一个方向的 扭矩。 发明内容本发明之目的，是^f共一种适用于各种石油、矿山钻采设备转盘扭矩在线 监领啲直感式扭矩传感器，而且，能测试正、反向扭矩，测值真实准确，^顿 和维护简单，工作寿命长。实现上述目的技术方案是设置一对相啮合的端齿盘，二个端齿盘各通过
轴联接一联轴器，其中一端齿盘通过平面轴承推压于油缸的活塞，油feril向联 接压力传感元件的接口。具有上述构造的本发明，以其两端的联轴器串接在转盘的动力输入轴上， 工作时，动力经联轴器、轴和相啮合的端齿盘传递，同时负荷扭矩在端齿盘齿 面产生轴向分力，通过平面轴承推压油缸的活塞，与油缸接通的压力传感元件 通过其显示单元按一定线性关系显示转盘的工作扭矩值。本发明的有益效果是1、 传递动力和传感扭矩同时进行，而且安装的方向不限；2、 以齿啮合与油缸及压力传感元件相组合，扭矩测试和表达直接，不需再 行计算，不拘正向、反向，而且测得的扭矩值真实、准确，显示直观；3、 适用于各种石油、矿山钻采设备；4、 不用电能，适合各种工况；5、 结构合理、紧凑，运行稳定，工作可靠，维修简便，使用寿命长。
图1为液压张力传感器的检测原理示意图； 图2为图1中滚轮的受力示意图； 图3为本发明一种结构形式的轴向剖视图； 图4为本发明另一种结构形式的轴向局部剖视图； 图5和图6皆为图3中A-A、 B-B处可采用的形式。
具体实施方式
下面结合附图i炎谈实施例参见图3，相啮合的一对斜面齿端齿盘8、 10，各通过轴与两端的联轴器4 联接，其中端齿盘10与轴19固定联接，本例直接将二,成一体，成为端齿
轴，另一端齿盘8与另一轴5活套联接，以传递轴向分力，可采取将轴5滑配 于端齿盘8的中心孔中，也可在端齿盘8的中心设置凸台，在轴5的一端制出 孔，将凸台滑配于轴端的孔中(见图4)，为能传递扭矩，活套联接应为咬合式 的，较好的是采用花键滑配联接，如本例，也可采用对键滑配联接(见图5)， 或者多边形轴 L滑配联接(见图6)， 二端齿盘的背面联接平面轴承18， 二轴的 外圆上联接向心轴承13， M分别联接在机座11两端的端盖12和端盖6固定， 两端的联轴器4与轴5、轴19的联接，亦为咬合式活套联接，本例采用花键联 接，显然也可采用多边形轴孑L联接，二联轴器的一端通过油封17分别联接在端 盖12、端盖6的中心 L中，另一端通过压板9和联接于轴的螺栓15将联轴器压 紧在向心轴承13的内亂至此，两端的联轴器4、由轴19与端齿盘10构成的 端齿轴、活套相联的端齿盘8及轴5，构成一传动链，并被固定在机座；戶欣的 端盖6，配置在活套联接的端齿盘8与轴5所在的一端，端盖6上，制出环形油 缸14，其中配置环形活塞7，活塞7上开出沉孔使平面轴承18嵌入，直接承受 由该轴承传递的转盘扭矩的轴向分力，同时也解决该轴承的径向定位，在端盖6 的外圆面于径向，制出通向环形油缸14的通道，通道口制作联接压力传感元件 的螺纹接口 16，使活塞所受的压力直接由压力传感元件采集并通过其显示单元 以扭矩值表达。
权利要求
1、直感式扭矩传感器，其特征在于，具有一对相啮合的端齿盘，二个端齿盘各通过轴联接一联轴器，其中一端齿盘通过平面轴承推压于油缸的活塞，油缸通向联接压力传感元件的接口。
2、 根据权利要求1所述的直感式扭矩传感器，其特征在于，所述端齿盘的 齿为斜面齿。
3、 根据权利要求1所述的直感式扭矩传感器，其特征在于，所述的二端齿 盘及所联的轴，于端齿盘背面联接平面轴承，于轴的外圆联接向心轴承，通过 联接于机座两端的端盖固定，其中一端齿盘与轴固定联接，另一端齿盘与另一 轴咬合式活套联接；所述的油缸为环形，设置在活套联接的端齿盘与轴所在一 端的端盖上，该端的平面轴承嵌于油缸活塞的端面，与油缸相通的压力传感元 件的接口，设置在该端盖上；所述的二联轴器，与轴的联接为咬合式活套联接， 并被压紧于向心轴承的内圈。
4、 根据权利要求3所述的直感式扭矩传感器，其特征在于，所述固定联接 的端齿盘与轴，二者连成一体，成为端齿轴。
5、 根据权利要求3所述的直感式扭矩传感器，其特征在于，所述活套联接 的端齿盘与轴，轴滑配于端齿盘的中心孔中，或者，端齿盘的中心具有凸台， 凸台滑配于轴端的孔中。
6、 根据权利要求3所述的直感式扭矩传感器，其特征在于，所述的咬合式 活套联接，包括花键滑配联接、对键滑配联接、多边形轴孑L滑配联接。
全文摘要
本发明公开了一种用于石油、矿山类设备运行中对转盘扭矩进行在线监测的直感式扭矩传感器，它具有一对相啮合的端齿盘，二端齿盘各通过轴联接联轴器，其中一端齿盘通过平面轴承推压于油缸的活塞，油缸通向联接压力传感元件的接口。本扭矩传感器以其两端的联轴器串接在转盘的动力输入轴上，工作时，动力经联轴器、轴和相啮合的端齿盘传递，同时负荷扭矩在端齿盘齿面产生轴向分力，通过平面轴承推压油缸的活塞，与油缸接通的压力传感元件通过其显示单元按一定线性关系显示转盘的工作扭矩值。
文档编号G01L3/10GK101118193SQ20071005279
公开日2008年2月6日 申请日期2007年7月18日 优先权日2007年7月18日
发明者李南春, 雄 王, 袁伯利, 齐文东 申请人:荆州市明德科技有限公司