旋转轴状态参数在线监测技术研究.pdf

现代な
chinery
旋转轴状态参数在线监測技术研究
杨晋溥,江鹏程,陈剑龙
(装甲兵工程学院机械工程系,北京100072)
摘要:旋转轴是装甲装备传动系统的重要部件,而扭矩和转速是旋转轴工作中重要的状态参数,对扭矩与转速的
测量对衡量发动机输出功率和评估传动系统工作状况具有重要意义。旋转轴运动状态特殊、工作环境复杂,实现对
旋转轴的在线监测具有一定困难。在文献调研分析的基础上,针对以上问题,综述了几种旋转轴状态参数的监测技
术,分析对比了各种技术的优缺点,对实现装甲装备传动轴在线监测具有较强的指导意义。
关键词;传动系统旋转轴状态参数在线监测
中图分类号:TP216+
文献标识码:A
文章编号:1002-686(2015)05-0070-05
Research on the technologies for online monitoring of the state parameter of rotating shaft
YANG Jinpu, IANG Pengcheng, CHEN Jianlong
Abstract: Rotating shaft is an important part of armored vehicle drive system, the revolving speed and torque are the most
important state parameters when the shaft is working. The monitoring of the speed and torque is of great significance for the
measurement of the engine output and evaluating the working state of the drive system. Because of the special state of motion
and complex working environment, it is difficult to achieve online monitoring of the rotating shaft. On the basis of literature
investigation and analysis, this paper introduces several online monitoring technologies for shaft, analyzes and compares the
advantages and disadvantages of different technologies, which has certain guiding significance for achieving online monito-
ring of armored vehicle 's shaft
Keywords: drive system; rotating shaft; state parameter; online monitoring
0引言
够获取车辆传动系统旋转轴类部件扭矩与转速等参
数的全寿命工作数据,来指导车辆的设计、制造以及
现代战争节奏快、纵深大、强度高,对作战车辆材料特性研究工作;另一方面车辆使用单位也希望
的机动性提出了更高的要求。作为装甲车辆动力传通过对传动系统旋转轴类部件扭矩与转速等参数的
动系统的关键组成部分一旋转轴类部件,在动力在线监测,实现对装甲车辆运行状况的实时在线评
传输过程中起着重要的作用,其性能好坏、自动化程估。但是,装甲车辆传动系统结构紧凑,旋转轴
度的高低,直接影响着车辆的操纵性和可靠性。因上难以安装测试部件,同时旋转轴类部件一般处于
此,实现对装甲车辆传动系统旋转轴类部件运行状高速旋转的特殊运动状态,工作环境复杂多变,使得
态精确、动态、长期地监测,对掌握车辆传动系统技测试设备的安装及信号传输具有一定的困难。本文
术状态,降低事故发生率与维修费用,减少维修时针对以上问题,介绍了几种旋转轴状态参数监测技
间,提高车辆无故障运行时间,具有重要意义。
术,并分析与比较各个方法的优缺点,对后续实现装
目前,旋转轴类部件的监测主要集中于扭矩与甲装备传动轴在线监测具有较强的指导意义。
转速等重要状态参数,实现对其在线监测对衡量发
动机输出功率、传动系统工作状况和载荷谱等关總1监测技术研究
信息有重大意义,一方面车辆研制单位迫切希望能
旋转轴监测主要分为静态和动态两种,静态测
专题、论坛及综述1205年革5趣
试是指在实验室环境中利用测功机或者其他的实验盘形光栅所在轴截面会产生扭转变形,明暗条纹部
设备对被测试轴进行加载进行的扭矩测试。动态监分重合,光线穿过光栅照到光电元件上,使其输出信
测则是指将监测设备安装到实际运行的设备(比如号3-“1。输出信号大小随着扭转变形的增大而增
车辆的传动轴、水轮机主轴等等)中去,对设备运行大,配合测试电路便可以完成扭矩的测量。2005年
过程中的状态参数进行实时在线监测。对于静态测重庆大学的喻洪麟教授带领团队开发了一种新型光
试,现在国内外的测试技术已经非常成熟。而对于栅扭矩传感器,并研制了一套水轮机主轴扭矩在线
动态监测,由于旋转轴特殊的运动状态和复杂的工监测系统。光栅扭矩传感器结构如图2所示。
作环境,传统的扭矩监测手段并不能满足要求,因此
光源目目?光电元件ー
圆盘光栅1目
许多新型的监测手段应运而生。
1.1集流环法
集流环法是将导电滑环装配在轴上一起转动,
圆盘光栅2
在导电滑环上接上敏感元件(例如应变片),并利用
图2光栅扭矩传感器结构示意图
圆形电极和炭刷的接触将被测信号引出,从而完成
光电式扭矩测量法的优点是响应速度快,测量
旋转轴工作过程中扭矩和其他状态参数的测量和输精度高。但是其结构复杂、安装困难和抗干扰性差
出。集流环原理简单,可以完成多种状态参数的测的缺点使其并不能满足复杂环境下车辆内部传动轴
量。但是由于滑环与电刷的互相摩擦,会带来很多的监测要求。
缺点。主要表现为:
1.3基于电磁法的扭矩监测系统
1)集流环的触头长时间与导电滑环摩擦非常
利用电磁原理完成扭矩的监测是现在工业上采
容易产生磨损,并且会造成接触电阻阻值的变化,从用较多的一种方法。电磁法根据被测量的不同可分
而影响测试精度。
为基于扭矩和扭转角关系的扭矩监测方法和利用压
2)集流环体积较大,安装困难、负载效应较大。磁效应原理的扭矩监测方法。前者通常利用磁鼓原
3)运动过程中会产生较大噪声,在影响测试系理完成旋转轴扭转角的测量,跟光电法类似,通过测
统本身的同时会对被测轴和其他部件产生较大影量角位移完成扭矩的测量。早在1990年,日本日立
研究室的研究人员就研制了利用磁鼓原理制作的扭
集流环结构示意图如图1所示。
矩测试系统。测量精度可以达到士0.7%。在传
弹簧
动轴上相距一定距离上安装两个码盘,在码盘周围
电刷
导电滑环
旋转轴
覆盖着磁墨或者其他的磁性材料,并利用相同的磁
头将这些磁性材料磁化,形成许多等间隔的磁极,共
同组成磁鼓编码器。利用具有磁致伸缩效应的材料
制成磁传感器采集两个码盘之间的相对扭转角,完
成扭矩的测量6-?。磁鼓扭矩传感器结构如图3所
图1集流环结构示意图
1.2基于光栅扭