Измерение крутящего момента

Задача измерения крутящего момента широко распространена в инженерном деле. В зависимости от типа испытуемого оборудования можно определить три основных типа конструкции испытательных стендов.

torque2

В случае если необходимо испытывать двигатель или привод — конструкция стенда включает в себя основание, на которое устанавливается испытуемое изделие, тормозное устройство — создающее тормозной момент и измерительную систему, обычно включающую в себя датчики крутящего момента и частоты вращения и измерительный модуль или контроллер — преобразующий сигнал с датчиков и передающий их на компьютер оператора, либо, к примеру, выводящий параметры на дисплей или записывающий их в файл. Второй задачей контроллера обычно является передача управляющего сигнала на тормозное устройство в соответствии с программой испытаний, заданной оператором.

При этом в зависимости от мощности испытуемого привода/двигателя, от частоты его вращения и от режимов испытания подбирается тормозное устройство. Для двигателей небольшой мощности с частотами вращения до 3000 об/мин. в качестве тормозного устройства часто используется электромагнитный порошковый тормоз, что обусловлено его относительно невысокой стоимостью и возможностью достаточно точного регулирования тормозного момента. При испытании двигателей с большим крутящим моментом могут использоваться электромагнитные тормоза с воздушным либо с водяным охлаждением. При испытании двигателей большой мощности 500 — 600 кВт и более можно использовать системы с рекуперацией энергии в электрическую сеть предприятия, т.к. рассеивание энергии в виде тепла для таких мощностей нежелательно. В случае, если необходимо создать тормозной момент для бстровращающихся приводов могут использоваться гистерезисные динамометры, либо другие решения.

torgue1

Выбор датчика для измерения крутящего момента в первую очередь определяется требуемыми параметрами точности и стоимости стенда. В зависимости от задачи может быть оправдано использование бесконтактных датчиков крутящего момента европейских производителей, более дешевые контактные датчики производства Кореи или Китая, либо вообще косвенное измерение момента за счет установленного на опоре испытуемого двигателя датчика силы, работающего на заданном плече. При испытаниях электродвигателей иногда используется измерение момента по электрическим параметрам.

В случае необходимости испытывать тормозное устройство приходится решать обратную задачу, здесь уже важен выбор привода, обладающего динамическими и моментными характеристиками, обеспечивающими необходимые параметры нагружения тормозного устройства.

Соответственно, при испытаниях редукторов необходимо и приводить редуктор во вращение и задавать тормозной момент. Наиболее простым и очевидным вариантом решения этой задачи является установка приводного электродвигателя со стороны входа и тормозного устройства с датчиком момента со стороны выхода редуктора.

Недостатком такого решения является то, что необходимо постоянно расходовать энергию как на вращение системы, так и на создание тормозного момента, что при длительных ресурсных испытаниях с большими значениями моментов может быть очень энергозатратно. Решением могут быть схемы с замкнутым кинематическим контуром, либо системы с рекуперацией энергии.

Следует учитывать, что при кажущейся простоте выбор схемы стенда, используемых методов измерения параметров и методов нагружения испытуемого изделия является сложной многофакторной задачей.

Успешность решения этой задачи на многие годы вперед определит удобство работы на стенде, результаты испытаний и экономичность решения.