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 背景技术
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
地层情况复杂,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。这些情况的发生,都有可能造成钻头破坏或者
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^寸转盘扭矩工作参数进行动态管理,适时调控,{故到合理使用钻头,防止 事故,有效地提高钻采效率。
扭矩传感器是进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 成一个扭矩传感器,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,产生阻值变化,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,将该扭矩值乘上转盘的
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、成熟的测扭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
电子传感器,受环境
温度的影响较大, 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感器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,是通过领糧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
紧边上的滚轮2和于滚轮 径向施加作用力的
液压缸3,液压缸3连有
压力传感器。转盘扭矩的导出,是由
测得的压力传感器的压力值Q,算出链条mii的张力F—Qsinci (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的计算误差;2、应用范围窄,且只能测量一个方向的 扭矩。 发明内容
本发明之目的,是提供一种适用于各种石油、矿山钻采设备转盘扭矩在线 监测的直感式扭矩传感器,而且,能测试正、反向扭矩,测值真实准确,使用 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,油缸通向联 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7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。
附图说明:
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咅鹏图;
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
下面结合附图谈谈
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#^成一4本,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), 或者多边形轴孔滑配联接(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B,两端的平面轴承18和向心轴承13通过分别联接在机 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孔联接,二联 轴器的一端通过油封17分别联接在端盖12、端盖6的中心孔中,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
内圈,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;所述的端盖6,酉己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?L使平面轴承18嵌入,直接承受由该轴7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。