一种具有扭矩测试功能的水泵皮带张紧机构

杨孟涛 徐子晟 金红伟

(1.重庆科技学院机械与动力工程学院，重庆 401331;2.农业部农业机械试验鉴定总站，北京 100122)

水泵是现代工农业生产中必备的关键设备之一，针对水泵进行的相关研究也是重要研究课题。水泵的性能试验是其中的一个关键性项目，它为水泵设计和制造提供了重要的技术、性能参数。

水泵的功率是其性能试验时的重要测试参数，其测量方法分为直接测量法和间接测量法。直接测量法，就是运用天平式测功法或扭矩传感器直接测量水泵的轴功率;间接测量法，即电测法，通过选用高精度电流、电压互感器及功率变送器，经测量后计算出水泵的轴功率。［1］

在水泵的运行和试验中，原动机常采用发动机或电动机，皮带传动是水泵常见的传动方式，如汽车发动机冷却水泵、喷雾器水泵等。常用的皮带张紧方法有:调节轴间距的定期张紧、自动张紧法，张紧轮法以及改变带长法［2］。

水泵性能试验台需要最大限度地满足多种水泵的试验要求，设计出方便、合理的皮带张紧机构和扭矩测试机构是非常重要的环节。当前各单位在对采用皮带传动的水泵进行性能试验时，普遍采用的是分别设计张紧和扭矩测试2套机构的方法，这样的试验台结构较复杂，且成本也相对较高。

为了解决上述问题，我们设计了一种具有扭矩测试功能的水泵皮带张紧机构。它主要采用了电动机浮动机构方式，将水泵皮带张紧和扭矩测试集成在一套机构上，通过S型拉压力传感器的应用，间接测试得到不同工况下电动机的驱动转矩，最终实现皮带张紧和扭矩的便捷测试。

1 机构组成和工作原理

根据该机构设计的水泵性能试验台主要由台架、水泵夹紧机构、皮带张紧机构和电动机浮动机构组成。图1所示为试验台机构三视图。图2所示为试验台机构效果图。

图1 试验台机构三视图

图2 试验台机构效果图

通过夹具将水泵固定在试验台架上，水泵皮带的张紧通过张紧气缸的往复运动来实现。张紧气缸一端铰接固定在台架上，另一端铰接固定在翻转机架底板上，因摆动轴承座、翻转机架底板、张紧支架呈刚性连接。当张紧气缸活塞向外伸，张紧支架通过张紧旋转轴承绕张紧摆动支轴摆动，带动电动机安装架和电动机的摆动，使皮带张紧;反之，气缸回退，皮带松开。

电动机固定在电动机安装架上，通过驱动皮带轮旋转，带动皮带向水泵传递动力;电动机安装架通过摆动轴承浮动在摆动轴承座上，摆动轴承座和翻转机架底板采用刚性连接;S型拉压力传感器两端分别铰接固定在电动机安装架和翻转机架底板上，电动机通过皮带驱动水泵运行时，电动机安装架就会相对摆动轴承座产生摆动，通过测试S型拉压力传感器上的实时拉压力(需减去皮带张紧后，电动机静止时，S型拉压力传感器上的初始拉压力)，再乘以拉压力相对于电动机轴心的力臂(如下式)，则可以间接测试得到不同工况下电动机的实时驱动转矩。计算公式为:

式中:T—电动机驱动扭矩，N·m;

F—拉压力，N;

R—拉压力相对于电动机轴心的力臂，m。

图3所示为采用此机构设计制造的发动机水泵性能试验台［4］。

图3 发动机水泵性能试验台

2 机构应用实践

该设计已成功应用于我们为某公司设计制造的汽车发动机水泵性能试验台上。该试验台已投入使用近8 a，使用情况稳定、良好，可以最大限度地满足各种型号发动机水泵的试验运行，在工厂的日常生产试验中发挥了重要的作用。

该技术现已获得国家发明专利授权，专利号:ZL200910250809.9。

3 结语

本机构相比当前常采用的水泵皮带张紧和扭矩测试机构，具有简单、紧凑、成本低(与采用扭矩传感器的方式相比，减少成本约80%)、自动化程度高、运行方便稳定、寿命长等特点，扭矩测试精度可达0.2%。该技术适用范围较宽，除用于水泵皮带张紧和扭矩测试外，同样适用于其他皮带传动的机械设备的运行和试验。

［1］JB/T 9782-1999.植保机械通用试验方法［S］.北京:国家机械工业局，1999.

［2］成大先.机械设计手册:第3卷［M］.第5版.北京:化学工业出版社，2008:30-41.

［3］杨孟涛，金红伟，王晓梅.基于PLC的发动机水泵性能试验台开发研究［J］.农业机械，2010(4):75-77.

［4］重庆科技学院，杨孟涛.具有扭矩检测功能的水泵皮带张紧机构:中国［P］.ZL200910250809.9.［2015-01-10］