一种科里奥利秤中抵消摩擦力的方法及结构与流程

1.本发明涉及粉状物料流量计量装置领域，具体是一种科里奥利秤中抵消摩擦力的方法及结构。


背景技术：

2.科里奥利秤(也叫科氏力秤)是对所通过粉状物料进行自动称量和瞬时流量自动控制的粉体定量给料秤。科里奥利秤广泛应用于建材、水泥、电力、化工和粮食等行业，用于生产过程中对各种粉状物料进行动态称量和定量给料，其工作原理如下：科里奥利秤的核心部分是一个测量盘，被测物料落到测量盘上，从旋转着的测量盘甩出，物料便对测量盘的叶片产生一个力，这个力就是科氏力，该力对测量盘产生一个反向扭矩，反向扭矩与物料的质量成正比，测出该力的大小就可得出物料的流量。在科里奥利秤中，被测的是测量盘的驱动轴的扭矩，由于测量盘的半径是固定的，测出扭矩便得到了科氏力，进而间接得到物料的瞬时流量。
3.根据驱动电机的安装位置，科里奥利秤通常有两种形式，一种是驱动电机设置在秤体上方，驱动电机直接驱动测量盘的主轴旋转；另一种是旁置式，即驱动电机设置在秤体侧面，驱动电机通过传动机构带动测量盘的主轴旋转。由于旁置式科里奥利秤的物料可直接落到测量盘中部，避免了测量盘出现偏载造成测量精度低的问题，并且方便散热和检修，因此目前科里奥利秤普遍采用旁置式。
4.例如，中国专利cn205228547u公开了一种采用柔性传力机构的旁置式科里奥利秤，该科里奥利秤包括具有进料口和出料口的计量仓、穿装在计量仓中的主轴以及用于驱动主轴旋转的驱动装置，主轴上连接有测量盘，进料口位于测量盘的正上方，所述驱动装置位于计量仓的外侧，驱动装置与主轴通过同步带传动连接。驱动装置采用电机，计量仓的外侧设有电机固定架，电机固定架上设有电机安装座，电机安装座包括与电机固定架固连的安装座固定部分以及与安装座固定部分转动配合的安装座转动部分，安装座转动部分和安装座固定部分均设有供电机的输出轴穿入的轴孔，电机底座与安装座转动部分固连，电机固定架固连有传感器检测装置，传感器检测装置的测量触头与电机底座相抵以对电机底座进行锁定并能够检测出电机的输出轴所受扭矩。
5.上述专利的科里奥利秤工作原理为：启动电机，由于电机底座受到传感器检测装置的锁止作用，电机底座静止，输出轴带动主轴旋转并驱动测量盘转动，物料从进料口落入测量盘中部，在离心力的作用下，物料打到测量盘的叶片上，测量盘受到物料的作用力，设主轴和输出轴的旋转方向为正向，此时，主轴会受到反向的扭矩，当主轴受到扭矩作用时，通过同步带的连接作用，输出轴也会受到反向的扭矩，这样，电机底座就会产生正向旋转的运动趋势，传感器检测装置的测量触头受到电机底座的作用力，检测出物料打在叶片上时，主轴所受到的阻力扭矩，进而检测出物料的流量。
6.但是上述专利的科里奥利秤中，电机的输出轴和测量盘的主轴都是通过轴承直接支撑在机座上的。当科里奥利秤运转时，轴承中会产生摩擦力，轴承的摩擦力会被传感器检
测装置检测到并被当做科氏力，这个摩擦力是影响科里奥利秤计量精度的一个变量，导致科里奥利秤的零点稳定性降低，影响运转稳定性，在使用时需要多次调整标定系数。


技术实现要素：

7.本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种科里奥利秤中抵消摩擦力的方法及结构，该方法和结构应能消除科里奥利秤主动轴系和被动轴系中的轴承摩擦力，提高科里奥利秤的计量精度和运转稳定性。
8.本发明提供的技术方案是：
9.一种科里奥利秤中抵消摩擦力的方法，应用于旁置式科里奥利秤，其特征在于：该方法包括：
10.将连接主动轴的主动轴支承轴承设置成电机的内部轴承，并将连接测力传感器的电机支座与机座通过轴承设置成可相对转动的浮动结构，使主动轴支承轴承的摩擦力变为内力，即可消除主动轴支承轴承摩擦力对测力传感器的干扰；
11.将连接被动轴的被动轴支承轴承的外圈与机座通过轴承设置成可相对转动的浮动结构，并在电机支座与被动轴支承轴承的外圈之间设置摩擦力抵消机构，使被动轴支承轴承的摩擦力通过摩擦力抵消机构转化为施加在电机支座上的拉力，即可消除被动轴支承轴承摩擦力对测力传感器的干扰。
12.所述电机支座与被动支承轴承外圈之间通过所述摩擦力抵消机构柔性连接，使得电机支座和被动支承轴承的外圈能够分别绕自身轴线产生微动。
13.一种科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，包括机座、主动轴、驱动主动轴旋转的电机、与电机定子固定连接的电机支座、与主动轴平行且间隔距离设置的被动轴、内圈与被动轴固定连接的被动轴支承轴承、固定连接被动轴的测量盘、连接在主动轴和被动轴之间的传动机构；其特征在于：
14.所述电机支座上安装有测力传感器；所述主动轴与电机支座之间设置有主动轴支承轴承；所述主动轴支承轴承的内圈与主动轴固定连接，主动轴支承轴承的外圈与电机支座固定连接；所述电机支座与机座之间通过轴承设置成可相对转动的浮动结构；所述被动轴支承轴承的外圈与机座之间通过轴承设置成可相对转动的浮动结构；所述电机支座与被动轴支承轴承的外圈之间设置有摩擦力抵消机构。
15.所述电机支座与机座之间设置有支座支承轴承；所述支座支承轴承的内圈与电机支座固定连接，支座支承轴承的外圈与机座固定连接。
16.所述被动轴支承轴承的外圈固定套设有护套轴；所述护套轴与机座之间设置有护套轴支承轴承；所述护套轴支承轴承的内圈与护套轴固定连接，护套轴支承轴承的外圈与机座固定连接。
17.所述电机支座与护套轴之间通过钢丝绳柔性连接；所述钢丝绳与所述护套轴组成所述摩擦力抵消机构。
18.所述传动机构采用带传动或齿轮传动。
19.所述主动轴支承轴承、支座支承轴承、被动轴支承轴承、护套轴支承轴承均采用滚珠轴承。
20.所述主动轴支承轴承、支座支承轴承、被动轴支承轴承、护套轴支承轴承分别上下
设置有两组，以提高科里奥利秤的工作平稳性。
21.所述电机支座底部固定有套设在主动轴外周的支座下端盖；所述护套轴下端固定有套设在被动轴外周的护套轴下端盖；所述钢丝绳的两端分别固定连接支座下端盖和护套轴下端盖。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本发明的主动轴系中，主动轴与电机支座之间设置有主动轴支承轴承，电机支座与机座之间设置有支座支承轴承，从而使主动轴支承轴承成为电机的内部轴承，主动轴支承轴承的摩擦力变为内力，不会传递到测力传感器上，消除了主动轴支承轴承的摩擦力对测力传感器的干扰。
24.(2)本发明的被动轴系中，被动轴与护套轴之间设置有被动轴支承轴承，护套轴与机座之间设置有护套轴支承轴承，并且电机支座与护套轴之间设置有摩擦力抵消机构。对主动轴系整体分析时，由于钢丝绳的拉力作用，测力传感器最终检测到的电机支座作用力会减少，减少的电机支座作用力即为被动轴支承轴承的摩擦力，这相当于被动轴支承轴承的摩擦力在摩擦力抵消机构的作用下，不会传递到测力传感器上，消除了被动轴支承轴承的摩擦力对测力传感器的干扰。
25.(3)本发明的电机支座与护套轴通过钢丝绳柔性连接，使得护套轴在被动轴支承轴承的摩擦力作用下，由于惯性会产生绕自身轴线的微小角度转动，以便与钢丝绳拉力相抵消，保证结构的合理性。
26.(4)本发明大大提高了科里奥利秤的计量精度和运转稳定性，解决了科里奥利秤计量精度不准和需要多次调整标定系数的行业难题，适合推广应用。
附图说明
27.图1为本发明结构的主视图。
28.图2为本发明结构的俯视图。
29.附图标号：
30.1、主动轴系；1-1、电机；1-2、主动轴；1-3、主动轴支承轴承；1-4、电机支座；1-5、支座支承轴承；1-6、支座下端盖；1-7、测力传感器；1-8、刚性杆；
31.2、被动轴系；2-1、测量盘；2-2、被动轴；2-3、被动轴支承轴承；2-4、护套轴；2-5、护套轴支承轴承；2-6、护套轴下端盖；
32.3、传动机构；4、钢丝绳；5、机座。
具体实施方式
33.以下结合附图所示的实施例进一步说明。
34.现有的旁置式科里奥利秤在工作时，假设主动轴1-2和被动轴2-2的旋转方向为正向，物料落到测量盘后，物料从测量盘1-1边缘甩出，会对测量盘叶片产生一个科氏力，使被动轴受到反向扭矩(该反向扭矩与物料流量成正比)，通过传动机构3该反向扭矩可传递到主动轴上，由于电机支座1-4与机座5之间通过支座支承轴承1-5连接，因此电机支座会产生正向旋转的运动趋势，测力传感器1-7检测出电机支座的作用力f1，可得到被动轴受到的反向扭矩，从而检测出物料的流量。
35.由于主动轴通过主动轴支承轴承1-3安装在机座上，被动轴通过被动轴支承轴承2-3安装在机座上，将主动轴系(包括电机1-1、电机支座1-4、主动轴支承轴承1-3和支座支承轴承1-5)、被动轴系(包括被动轴2-2、测量盘2-1和被动轴支承轴承2-3)以及传动机构作为一个整体进行受力分析，根据受力平衡可知，测力传感器1-7实际测得的扭矩包括：由测量盘科氏力产生的测量盘工作扭矩m0、由被动轴支承轴承摩擦力产生的被动轴系摩擦扭矩m1、由传动机构摩擦力产生的传动机构摩擦扭矩mg、由主动轴支承轴承和支座支承轴承摩擦力产生的主动轴系摩擦扭矩m2。假设电机支座作用力f1的力臂为l1，则可得公式(1)：
36.f1
×
l1＝m0+m1+mg+m2。 (1)
37.公式(1)中，只有测量盘工作扭矩m0与被测物料的流量成正比(即m0
∝
科氏力
∝
物料流量)，其他扭矩与物料流量之间没有规律，形成干扰信号，这是影响科里奥利秤计量精度和稳定性的主要原因。如果能将产生这些扭矩的干扰力消除或消除大部分，则可大大提高科里奥利秤的计量精度和运转稳定性。
38.本实施例提供的科里奥利秤中抵消摩擦力的方法，应用于旁置式科里奥利秤，该方法包括：
39.将连接主动轴1-2的主动轴支承轴承1-3设置成电机的内部轴承，并将连接测力传感器1-7的电机支座1-4与机座5通过轴承设置成可相对转动的浮动结构，使主动轴支承轴承的摩擦力变为内力，即可消除主动轴支承轴承摩擦力对测力传感器的干扰；
40.将连接被动轴2-2的被动轴支承轴承2-3的外圈与机座5通过轴承设置成可相对转动的浮动结构，并在电机支座1-4与被动轴支承轴承2-3的外圈之间设置摩擦力抵消机构，使被动轴支承轴承的摩擦力通过摩擦力抵消机构转化为施加在电机支座上的拉力，即可消除被动轴支承轴承摩擦力对测力传感器的干扰。其中，电机支座与被动支承轴承外圈之间通过所述摩擦力抵消机构柔性连接，使得电机支座1-4和被动支承轴承2-3的外圈在摩擦力作用下，由于惯性能够分别绕自身轴线产生微小角度转动。
41.本实施例提供的科里奥利秤中抵消摩擦力的结构是：
42.如图1和图2所示，该结构包括机座5、主动轴1-2、主动轴支承轴承1-3、电机1-1、电机支座1-4、支座支承轴承1-5、测力传感器1-7、被动轴2-2、被动轴支承轴承2-3、测量盘2-1、传动机构3和摩擦力抵消机构。
43.所述主动轴与从动轴相互平行且间隔距离设置；所述电机的转子与主动轴同轴固定连接，电机可驱动主动轴旋转；所述电机支座与电机的定子固定连接，所述测力传感器通过刚性杆1-8固定安装在电机支座上；所述测量盘与被动轴同轴布置，并且测量盘固定连接在被动轴上。
44.所述主动轴1-2与电机支座1-4之间设置有主动轴支承轴承1-3。具体地，主动轴支承轴承的内圈与主动轴固定连接，主动轴支承轴承的外圈与电机支座固定连接。
45.所述电机支座1-4与机座5之间设置有支座支承轴承1-5。具体地，支座支承轴承的内圈与电机支座固定连接，支座支承轴承的外圈与机座固定连接，使得电机支座与机座之间形成可相对转动的浮动结构。
46.所述被动轴支承轴承的外圈固定套设有护套轴2-4，护套轴与机座之间设置有护套轴支承轴承2-5。具体地，护套轴支承轴承的内圈与护套轴固定连接，护套轴支承轴承的外圈与机座固定连接，使得被动轴支承轴承的外圈与机座之间形成可相对转动的浮动结
构。
47.所述电机支座1-4与护套轴2-4之间通过钢丝绳4连接，使电机支座与护套轴形成柔性连接，以便护套轴在被动轴支承轴承的摩擦力作用下，由于惯性会产生绕自身轴线的微小角度转动。钢丝绳与护套轴组成所述摩擦力抵消机构。本实施例中，所述电机支座底部固定有套设在主动轴外周的支座下端盖1-6；所述护套轴下端固定有套设在被动轴外周的护套轴下端盖2-6；所述钢丝绳的两端分别固定连接支座下端盖和护套轴下端盖。
48.作为优选，所述主动轴支承轴承、支座支承轴承、被动轴支承轴承、护套轴支承轴承分别上下设置有两组，以提高科里奥利秤的工作平稳性；主动轴支承轴承、支座支承轴承、被动轴支承轴承、护套轴支承轴承均采用滚珠轴承。
49.所述传动机构连接在主动轴和被动轴之间，当电机驱动主动轴旋转时，主动轴通过传动机构带动被动轴同步旋转。传动机构可采用带传动或齿轮传动，本实施例中传动机构为带传动。
50.本发明可从以下两方面来消除干扰力：
51.一、在主动轴系中，主动轴与电机支座之间设置有主动轴支承轴承，电机支座与机座之间设置有支座支承轴承。
52.该结构使主动轴支承轴承成为电机的内部轴承，主动轴支承轴承的摩擦力变为内力，不会传递到测力传感器上，消除了主动轴支承轴承的摩擦力对测力传感器的干扰。
53.二、在被动轴系中，增设了护套轴，将被动轴支承轴承设置成浮动结构，并且护套轴和电机支座之间通过钢丝绳柔性连接，护套轴与钢丝绳组成摩擦力抵消机构。
54.工作时，假设主动轴和被动轴的旋转方向为正向。当物料落到测量盘后，在被动轴系中，护套轴受被动轴支承轴承摩擦力的惯性作用，会产生正向旋转的运动趋势(即受到被动轴支承轴承摩擦力的正向扭矩)，该正向扭矩会通过传动机构传递到主动轴上，导致测力传感器的测量结果偏大。而增加钢丝绳后，对主动轴系整体进行受力分析：在钢丝绳的拉力f2作用下，会对电机支座施加一个反向力矩(假设钢丝绳的拉力力臂为l2，则钢丝绳的拉力力矩为f2
×
l2)，测力传感器最终检测的电机支座的作用力会减少。根据受力平衡分析可知：电机支座减少的扭矩＝钢丝绳的拉力力矩＝被动轴支承轴承的摩擦力扭矩，这相当于被动轴支承轴承的摩擦力在摩擦力抵消机构的作用下，不会传递到测力传感器上，消除了被动轴支承轴承摩擦力对测力传感器的干扰。
55.综上，由于消除了主动轴支承轴承和被动轴支承轴承中摩擦力对测力传感器的干扰，并且支座支承轴承中的摩擦力和护套轴支承轴承中的摩擦力很小可以忽略不计，从而使测力传感器测得的扭矩更加趋近于测量盘的工作扭矩，大大提高了科里奥利秤的计量精度和运转稳定性。
56.最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种科里奥利秤中抵消摩擦力的方法，应用于旁置式科里奥利秤，其特征在于：该方法包括：将连接主动轴(1-2)的主动轴支承轴承(1-3)设置成电机的内部轴承，并将连接测力传感器(1-7)的电机支座(1-4)与机座(5)通过轴承设置成可相对转动的浮动结构，使主动轴支承轴承的摩擦力变为内力，即可消除主动轴支承轴承摩擦力对测力传感器的干扰；将连接被动轴(2-2)的被动轴支承轴承(2-3)的外圈与机座通过轴承设置成可相对转动的浮动结构，并在电机支座与被动轴支承轴承的外圈之间设置摩擦力抵消机构，使被动轴支承轴承的摩擦力通过摩擦力抵消机构转化为施加在电机支座上的拉力，即可消除被动轴支承轴承摩擦力对测力传感器的干扰。2.根据权利要求1所述的科里奥利秤中抵消摩擦力的方法，其特征在于：所述电机支座与被动支承轴承外圈之间通过所述摩擦力抵消机构柔性连接，使得电机支座和被动支承轴承的外圈能够分别绕自身轴线产生微动。3.一种科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，包括机座(5)、主动轴(1-2)、驱动主动轴旋转的电机(1-1)、与电机定子固定连接的电机支座(1-4)、与主动轴平行且间隔距离设置的被动轴(2-2)、内圈与被动轴固定连接的被动轴支承轴承(2-3)、固定连接被动轴的测量盘(2-1)、连接在主动轴和被动轴之间的传动机构(3)；其特征在于：所述电机支座上安装有测力传感器；所述主动轴与电机支座之间设置有主动轴支承轴承(1-3)；所述主动轴支承轴承的内圈与主动轴固定连接，主动轴支承轴承的外圈与电机支座固定连接；所述电机支座与机座之间通过轴承设置成可相对转动的浮动结构；所述被动轴支承轴承的外圈与机座之间通过轴承设置成可相对转动的浮动结构；所述电机支座与被动轴支承轴承的外圈之间设置有摩擦力抵消机构。4.根据权利要求3所述的科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，其特征在于：所述电机支座与机座之间设置有支座支承轴承(1-5)；所述支座支承轴承的内圈与电机支座固定连接，支座支承轴承的外圈与机座固定连接。5.根据权利要求4所述的科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，其特征在于：所述被动轴支承轴承的外圈固定套设有护套轴(2-4)；所述护套轴与机座之间设置有护套轴支承轴承(2-5)；所述护套轴支承轴承的内圈与护套轴固定连接，护套轴支承轴承的外圈与机座固定连接。6.根据权利要求3至5任一项所述的科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，其特征在于：所述电机支座与护套轴之间通过钢丝绳(4)柔性连接；所述钢丝绳与所述护套轴组成所述摩擦力抵消机构。7.根据权利要求6所述的科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，其特征在于：所述传动机构采用带传动或齿轮传动。8.根据权利要求6所述的科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，其特征在于：所述主动轴支承轴承、支座支承轴承、被动轴支承轴承、护套轴支承轴承均采用滚珠轴承。9.根据权利要求8所述的科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，其特征在于：所述主动轴支承轴承、支座支承轴承、被动轴支承轴承、护套轴支承轴承分别上下设置有两组，以提高科里奥利秤的工作平稳性。10.根据权利要求6所述的科里奥利秤中抵消摩擦力的结构，其特征在于：所述电机支
座底部固定有套设在主动轴外周的支座下端盖(1-6)；所述护套轴下端固定有套设在被动轴外周的护套轴下端盖(2-6)；所述钢丝绳的两端分别固定连接支座下端盖和护套轴下端盖。

技术总结
本发明涉及粉状物料流量计量装置领域。技术方案是：一种科里奥利秤中抵消摩擦力的方法，应用于旁置式科里奥利秤，其特征在于：该方法包括：将连接主动轴的主动轴支承轴承设置成电机的内部轴承，并将连接测力传感器的电机支座与机座通过轴承设置成可相对转动的浮动结构，使主动轴支承轴承的摩擦力变为内力，即可消除主动轴支承轴承摩擦力对测力传感器的干扰；将连接被动轴的被动轴支承轴承的外圈与机座通过轴承设置成可相对转动的浮动结构，并在电机支座与被动轴支承轴承的外圈之间设置摩擦力抵消机构。该方法和结构应能消除科里奥利秤主动轴系和被动轴系中的轴承摩擦力，提高科里奥利秤的计量精度和运转稳定性。里奥利秤的计量精度和运转稳定性。里奥利秤的计量精度和运转稳定性。


技术研发人员：杨德柱 刘猛 魏泰山
受保护的技术使用者：河南丰博自动化有限公司
技术研发日：2023.08.02
技术公布日：2023/10/11