一种测量回转液压缸输出推拉力的装置 【技术领域】
本发明涉及一种力测量装置，具体地说是涉及一种测量回转液压缸输出推拉力的装置。
背景技术
回转液压缸是数控车床的功能部件，它通过拉管或拉杆驱动动力卡盘夹紧松开工件。高速回转液压缸内部集成了由两个液控单向阀组成的液压锁，当高速回转的液压缸突然遭遇供油管路爆裂时，液压锁工作，保持回转液压缸高压腔内的油液压力不变，保证回转液压缸仍然可靠地驱动动力卡盘夹紧工件，防止工件飞出发生安全事故。液压锁的保压能力直接关系到机床的安全性，高速回转液压缸的出厂试验中必须进行液压锁的保压试验。
常用的保压试验装置包括液压泵站、基架、过渡轴、拉压力变送器和二次仪表，回转液压缸安装在基架上，过渡轴的一端与回转液压缸的活塞杆连接，另一端与拉压力变送器连接，拉压力变送器安装在基架上，拉压力变送器的电信号端与二次仪表的电信号端电连接。当液压泵站给回转液压缸的一腔供高压油，拉压力变送器测量回转液压缸输出的推力或拉力，并传送给二次仪表显示，将液压泵站输出的油液压力突然降低至零，如果拉压力变送器测得的推力或拉力在五分钟内下降幅度小于10％，说明液压锁的保压性能合格。
机床的安全性要求回转液压缸的液压锁在高速回转的工况下能实现保压，但目前常用的保压试验装置，由于拉压力变送器需要通过电导线供电和传输信号，因此只能在不旋转时试验回转液压缸液压锁的保压性能，而无法试验在高速旋转的工况下液压锁的保压性能。
回转液压缸输出的推拉力也是动力卡盘的输入力，对动力卡盘的夹紧力进行控制时，回转液压缸输出的推拉力是一个重要的中间参数和检测参数，但至今尚没有装置可以在旋转时检测回转液压缸输出的推拉力。
回转液压缸的活塞杆在行程范围内运动，保压试验在活塞杆行程范围内的任意位置进行，与活塞杆相连的力传感器的位置在活塞杆行程范围内不确定，批量保压试验要求回转液压缸和推拉力测试装置的拆装方便，这两个因素在回转液压缸输出推拉力测试装置的设计中必须考虑。
【发明内容】
因此本发明的目的是提出一种测量回转液压缸输出推拉力的装置，不仅能测量回转液压缸在不旋转时输出的推拉力，而且能测量回转液压缸在旋转时输出的推拉力，实现带液压锁的回转液压缸在高速回转时的保压试验，同时该测量装置能适应活塞杆的位置变化，满足安装方便的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括由转子、定子、电源与信号预处理电路、两组旋转变压耦合器转子接线端和装有交直流转换及信号后处理电路的接线盒组成的旋转应变信号耦合器。在转子的两端分别装有滚动轴承，定子的两端分别装有方形端盖，滚动轴承的内圈与转子为过盈配合，滚动轴承的外圈分别与两个方形端盖的内孔为过渡配合，两个方形端盖的外圈与导轨套通孔中的方形导轨为间隙配合，装有交直流转换及信号后处理电路的接线盒安装在导轨套的外表面上；测力杆的两端分别开有螺距相同的螺纹，测力杆中部地外表面上贴有2个、4个或8个应变片，应变片连接成惠斯登应变电桥，惠斯登应变电桥的两个电源端子和两个信号端子经导线与旋转应变信号耦合器的转子接线端连接。
所述的测力杆的一端通过一个连接套与旋转应变信号耦合器的转子的一端连接。
所述的测力杆的一端经回转液压缸的活塞杆和另一个连接套与旋转应变信号耦合器的转子的一端连接。
所述的测力杆为测力实心拉压杆或测力空心拉压管。
本发明具有的有益效果是：
由于采用了旋转应变信号耦合器对应变片无线供电和无线信号传输，能在高速旋转时，测量回转液压缸输出的推拉力，进行回转液压缸的保压试验；由于供电和信号传输是非接触式，具有无摩擦磨损，干扰小的优点；旋转应变信号耦合器的转子与定子之间的间隙稳定可靠；能方便地在活塞杆行程的任意位置上测量，对回转液压缸进行批量保压试验时，装卸简单方便。
【附图说明】
图1是本发明第一个实施例的结构原理示意图。
图2是图1的P-P剖视图。
图3是本发明使用的旋转应变信号耦合器的结构示意图。
图4是图3的左视图。
图5是本发明使用的旋转应变信号耦合器的电气原理图。
图6是本发明的三种应变安装和应变电桥接线示意图。
图7是本发明第二个实施例的结构原理示意图。
图8是本发明第三个实施例的结构原理示意图。
图9是本发明第四个实施例的结构原理示意图。
图中：1.回油罩，2.液压锁，3.空心活塞杆，4.中空回转液压缸，5.过渡法兰，6、6”.测力空心拉压管，6’.测力实心拉压杆，7.主轴，8.主轴轴承，9、9’.连接盘，10.应变片，11.惠斯登应变电桥，12.导线，13、13’.连接套，14.滚动轴承，15.能源输入旋转变压耦合器，15a.能源输入旋转变压耦合器的次级线圈，15b.能源输入旋转变压耦合器的初级线圈，16.信号输出旋转变压耦合器，16a.信号输出旋转变压耦合器的次级线圈，16b.信号输出旋转变压耦合器的初级线圈，17.转子，18.电源与信号处理电路，19、22.电导线，20.转子接线端，21.定子，23.装有交直流转换及信号后处理电路的接线盒，24、25.方形端盖，26、26’.导轨套，27、29.锁紧螺母，28.连接套，30.动力卡盘，31.工件，32、32’、33.锁紧螺母，3’.实心活塞杆，4’.实心回转液压缸，a.第一进出油口，b.第二进出油口，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8.应变片，R9、R10.标准电阻。
【具体实施方式】
通过通过附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明包括由转子17、定子21、电源与信号预处理电路18、两组旋转变压耦合器15和16、转子接线端20和装有交直流转换及信号后处理电路的接线盒23组成的旋转应变信号耦合器；旋转应变信号耦合器的转子17的两端分别装有滚动轴承14，定子21的两端分别装有方形端盖24和25，滚动轴承14的内圈与转子17为过盈配合，滚动轴承14的外圈分别与两个方形端盖24和25的内孔为过渡配合，两个方形端盖24和25的外圈与导轨套26的通孔上的方形为间隙导轨配合，方形端盖和旋转应变信号耦合器可以在方形导轨上滑动，装有交直流转换及信号后处理电路的接线盒23安装在导轨套26的外表面上。
旋转应变信号耦合器的外形结构和典型的电气原理图如图3～图5所示，旋转应变信号耦合器由定子21、能源输入旋转变压耦合器15、电源与信号预处理电路18、转子17、转子接线端20、信号输出旋转变压耦合器16和装有交直流转换及信号后处理电路的接线盒23组成。转子接线端20与惠斯登应变电桥11电连接；定子21上安装有能源输入旋转变压耦合器的初级线圈15b和信号输出旋转变压耦合器的次级线圈16b，转子22上安装有能源输入旋转变压耦合器的次级线圈15a、信号输出旋转变压耦合器的初级线圈16a、电源与信号预处理电路18和转子接线端20；旋转变压耦合器工作时要求初级线圈正对次级线圈，初级线圈与次级线圈之间有0.3mm～1mm的圆环间隙，该圆环间隙实现转子和定子之间的非接触。
旋转应变信号耦合器的典型工作原理是：直流电源经DC/AC电源模块转换为交流电源，供给能源输入旋转变压耦合器的初级线圈15b，能源输入旋转变压耦合器的次级线圈15a输出的交流电源经整流、滤波和稳压模块后给应变电桥和转子上的信号预处理电路18供电，应变电桥的输出信号经平衡补偿、放大器放大后经电压频率转换模块再转换为频率信号向信号输出旋转变压耦合器的初级线圈16a传输，信号输出旋转变压耦合器的次级线圈16b输出的频率信号经信号后处理电路放大、滤波、整形模块为方波频率信号，再经频率电压或频率电流模块转换为标准的电压信号或电流信号。旋转应变信号耦合器利用两个旋转变压耦合器进行非接触式供电和信号传输。
测力空心拉压管6的两端分别开有螺距相同的螺纹，测力空心拉压管6的中部的外表面上贴有2个、4个或8个应变片，应变片连接成惠斯登应变电桥11，如图6所示，惠斯登应变电桥的两个电源端子和两个信号端子经导线12与旋转应变信号耦合器的转子接线端20连接。测力空心拉压管6的一端通过连接套13与旋转应变信号耦合器的转子17的一端连接，两个锁紧螺母32和33防止螺纹连接松动。
8个应变片测力的应变片位置和惠斯登应变电桥如图6a和图6b所示，8个应变片分为R1和R2、R5和R6、R3和R4、R7和R8四组，四组应变片沿测力杆圆周方向隔90°均匀分布，应变片R1、R3、R5、R7沿轴向布置，应变片R2、R4、R6、R8垂直于轴向布置，惠斯登应变电桥为全桥，这种应变片布置方法和电桥接法可以补偿温度变化对应变片电阻的影响、消除偏心压缩力的影响，其测量灵敏度在三种方法中最高。
2个应变片测力的应变片位置和惠斯登应变电桥如图6c和图6d所示，2个应变片为R1和R2，应变片R1沿轴向布置，应变片R2垂直于轴向布置，与标准电阻R9和R10组成完整的惠斯登应变电桥，这种应变片布置方法和电桥接法可以补偿温度变化对应变片电阻的影响。
4个应变片测力的应变片位置和惠斯登应变电桥如图6e和图6f所示，4个应变片分为R1和R2、R3和R4两组，两组应变片沿测力杆圆周方向隔180°均匀分布，应变片R1、R3沿轴向布置，应变片R2、R4垂直于轴向布置，与标准电阻R9和R10组成完整的惠斯登应变电桥，这种应变片布置方法和电桥接法可以补偿温度变化对应变片电阻的影响、消除偏心压缩力的影响。
测力空心拉压管6在拉力或压力作用下的微小变形经应变片测量后输出，测力空心拉压管6进行拉压力标定后即可测量拉压力。
图1是本发明的第一个实施例，利用本发明测试中空回转液压缸4的液压锁2的保压性能。车床或液压动力卡盘试验台的主轴7经精密的主轴轴承8安装在床身或试验台基座上，中空回转液压缸4经过渡法兰5安装在主轴7的尾端，测力空心拉压管6穿过主轴7的通孔与中空回转液压缸4的空心活塞杆3的输出端连接，连接盘9安装在主轴7的前端，它的中心螺纹孔与测力空心拉压管6螺纹连接，导轨套26固定在与车床床身或液压动力卡盘试验台的座相连的基架上。
液压泵站经第二进出油口b向中空回转液压缸4的右腔供高压油，第一进出油口a与油箱相通，中空回转液压缸4输出的拉力传递给测力空心拉压管6测量后经旋转应变信号耦合器输出，主轴7旋转时，中空回转液压缸4、测力空心拉压管6和旋转应变信号耦合器的转子17同步旋转，当主轴7的转速升高至试验转速后，控制液压泵站使其供给第二进出油口b的油液压力突降为零，如果测力空心拉压管6测得的拉力的下降幅度在五分钟内小于10％，说明中空回转液压缸4的液压锁2的第一液控单向阀的保压性能合格。切换液压泵站的电磁换向阀，使液压泵站经第一进出油口a向中空回转液压缸4的左腔供高压油，第二进出油口b与油箱相通，中空回转液压缸4输出的推力传递给测力空心拉压管6测量后经旋转应变信号耦合器输出，在试验转速下，控制液压泵站使其供给第一进出油口a的油液压力突降为零，如果测力空心拉压管6测得的推力的下降幅度在五分钟内小于10％，说明中空回转液压缸4的液压锁2的第二液控单向阀的保压性能合格。试验完毕后，将主轴7的转速降为零。
拆卸中空回转液压缸4和测量装置时，由于测力空心拉压管6的两端螺纹的螺距相同，只需要旋转测力空心拉压管6，就可使其与中空回转液压缸4的空心活塞杆3的连接脱开，在此过程中，旋转应变信号耦合器沿导轨套26的方形导轨滑动，然后再拆卸中空回转液压缸4，并安装下一个待试验的中空回转液压缸4，旋转测力空心拉压管6，使其与中空回转液压缸4的空心活塞杆3连接。旋转应变信号耦合器的转子和定子之间由于采用了滚动轴承定位，旋转变压耦合器的初级线圈和次级线圈的相对位置固定不变，初级线圈与次级线圈之间具有稳定可靠的圆环间隙，在中空回转液压缸4拆装后，无需调节初级线圈和次级线圈的位置和圆环间隙。
图7是本发明的第二个实施例，利用本发明测试实心回转液压缸4’的液压锁2的保压性能，采用测力实心拉压杆6’检测实心回转液压缸4’输出的推拉力，测力实心拉压杆6’的两端分别开有螺距相同的螺纹，测力实心拉压杆6’的中部的外表面上贴有2个、4个或8个应变片，应变片连接成惠斯登应变电桥11，惠斯登应变电桥11的两个电源端子和两个信号端子经导线12与旋转应变信号耦合器的转子接线端20连接。测力实心拉压杆6’的一端通过连接套13’与旋转应变信号耦合器的转子17的一端连接，两个锁紧螺母32’和33防止螺纹连接松动。
应变片的布置和应变电桥的接法如图6所示，测力实心拉压杆6’在拉力或压力作用下的微小变形经应变片测量后输出，测力实心拉压杆6’进行拉压力标定后即可测量拉压力。对实心回转液压缸4’进行保压试验时，实心回转液压缸4’经过渡法兰5安装在主轴7的尾端，测力实心拉压杆6’穿过主轴7的通孔与实心回转液压缸4’的实心活塞杆3’的输出端连接，连接盘9’安装在主轴7的前端，它中心的螺纹孔与测力实心拉压杆6’螺纹连接，导轨套26固定在与车床床身或液压动力卡盘卡盘试验台基座相连的基架上。具体的保压试验步骤和拆装步骤与第一个实施例相同。
图8是本发明的第三个实施例，中空回转液压缸4经过渡法兰5安装在主轴7的尾端，在中空回转液压缸4的尾端，空心活塞杆3上供安装行程开关的外螺纹，可用于安装旋转应变信号耦合器的转子17，旋转应变信号耦合器的转子17经连接套28与空心活塞杆3的外螺纹连接，锁紧螺母27和29防止螺纹连接松动。中空回转液压缸4的尾端，回油罩1上供安装冷却水回收罩的螺纹孔，可用于安装导轨套26’。
采用测力空心拉压管6检测中空回转液压缸4输出的推拉力，测力空心拉压管6的两端分别开有螺距相同的螺纹，力空心拉压管6穿过主轴7的通孔与中空回转液压缸4的空心活塞杆3的输出端连接，连接盘9安装在主轴7的前端，它中心的螺纹孔与测力空心拉压管6螺纹连接。在该实施例中，测力空心拉压管6经中空回转液压缸的空心活塞杆3和连接套28与旋转应变信号耦合器的转子17连接。
第三个实施例将旋转应变信号耦合器布置在主轴7和中空回转液压缸4的尾端，弥补了在一些特殊场合旋转应变信号耦合器不方便布置在主轴7的前端的不足。
图9是本发明的第四个实施例，利用本发明实时测量中空回转液压缸驱动动力卡盘的推拉力。中空回转液压缸4经过渡法兰5安装在主轴7的尾端，动力卡盘30安装在主轴7的前端，测力空心拉压管6穿过主轴7的通孔，它的一端与中空回转液压缸4的空心活塞杆3的输出端连接，它的另一端动力卡盘的楔心套连接，旋转应变信号耦合器的转子17以及导轨套26’的安装方法和第三个实施例将相同。
液压泵站经第二进出油口b给中空回转液压缸4的右腔供高压油，第一进出油口a与油箱相通，空心活塞杆3向左运动，并输出拉力经测力空心拉压管6驱动动力30夹紧工件31，空心活塞杆3向左运动时，旋转应变信号耦合器在导轨套26’的方形导轨上向左同步滑动，主轴7旋转时，测力空心拉压管6将测量的拉力信号经旋转应变信号耦合器传出。工件切削完毕后，主轴7停止旋转，液压泵站经第一进出油口a给中空回转液压缸4的左腔供高压油，第二进出油口b与油箱相通，空心活塞杆3向右运动，并输出推力经测力空心拉压管6驱动动力30松开工件31，空心活塞杆3向右运动时，旋转应变信号耦合器在导轨套26’的方形导轨上向右同步滑动。
无论工件直径多大，空心活塞杆3处于行程范围的哪个位置，在中空回转液压缸4驱动动力卡盘30夹持工件31的过程中，本发明中的旋转应变信号耦合器的转子和定子无需调节，都具有可靠的相对位置。