摘要: 分析了JB/T7330—2008 《電動滾筒》規(guī)定的效率試驗方法不適用于電機外置式電動滾筒的原因，并介紹一種合理的試驗方法，通過受力分析得出電機外置式電動滾筒效率計算公式。

         目前，電機外置式電動滾筒的效率試驗方法沒有相關(guān)國家、行業(yè)標準可依，JB /T7330—2008《電動滾筒》中的方法僅適用于電機內(nèi)置式電動滾筒效率測試，本文分析JB /T7330—2008 《電動滾筒》規(guī)定的效率試驗方法不適用于電機外置式電動滾筒的原因，并介紹一種合理的試驗方法。
           測試電動滾筒的效率，需要檢測輸入功率、滾筒輸出轉(zhuǎn)矩及滾筒旋轉(zhuǎn)角速度，其中輸入功率、滾筒旋轉(zhuǎn)角速度可以分別使用三相功率測試儀、轉(zhuǎn)速表測得。電動滾筒是通過滾筒筒體表面的摩擦力驅(qū)動膠帶輸出轉(zhuǎn)矩的，因而無法直接在輸出點安裝轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器檢測輸出轉(zhuǎn)矩。如果在加載裝置一端測定轉(zhuǎn)矩，測得的轉(zhuǎn)矩是電動滾筒輸出轉(zhuǎn)矩克服改向滾筒軸承阻力和膠帶繞經(jīng)滾筒的纏繞阻力等阻力后的剩余轉(zhuǎn)矩，這樣計算得到的電動滾筒效率可能會存在較大誤差。
          
1    內(nèi)置式電動滾筒效率測試
        對電機內(nèi)置式電動滾筒， JB /T7330—2008《電動滾筒》標準中介紹的效率試驗方法很好地克服了以上困難與缺點，用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測得被固定一端滾筒軸上的轉(zhuǎn)矩，即滾筒輸出轉(zhuǎn)矩的反轉(zhuǎn)矩，其值恰好等于滾筒輸出轉(zhuǎn)矩，這是一種間接的檢測方法，試驗原理如圖1 所示。
                      
        
2    外置式電動滾筒效率測試
        對電機外置式電動滾筒，按照JB /T7330—2008 《電動滾筒》標準中介紹的試驗方法進行試驗，同樣位置用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測得的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)卻不等于電動滾筒的輸出轉(zhuǎn)矩。電動滾筒的傳動結(jié)構(gòu)主要有定軸齒輪傳動、行星齒輪傳動、擺線針輪傳動等，本文僅選取定軸齒輪傳動的電機外、置式電動滾筒進行析，其內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)如圖2所示。
             
          如圖2 所示，左法蘭軸Ⅰ、左法蘭軸Ⅱ、接筒、外裝式接頭、齒輪Ⅱ、齒輪軸、右法蘭軸等連接成一個整體，定義為電動滾筒的支承軸總成。不考慮內(nèi)部包含的齒輪、齒輪軸勻速轉(zhuǎn)動，把支 承軸總成作為受力分析對象，等效為剛體。
         如圖2、圖3 所示，電動滾筒效率試驗時，右法蘭軸要延長到支承座以外，將該支承座內(nèi)的鍵去除，延長的軸連接上轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器軸的右端由鍵固定。  
             
         電機輸出軸中心線與支撐軸總成、滾筒筒體中心線相同，下文提到的所有轉(zhuǎn)矩都是以支撐軸總成的中心線為中心的。支承軸總成上的任一點所受的力矩都是支承軸總成所受的轉(zhuǎn)矩的一部分，所不同的只是被施加力的點的位置。各參數(shù)定義見表1。
        按照JB /T7330—2008 的試驗方法，用三相功率測試儀測得電動機的輸入功率P1，用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測得轉(zhuǎn)矩M，用轉(zhuǎn)速表測出電動滾筒的旋轉(zhuǎn)角速度ω。
         如圖2，以支承軸總成作為受力分析對象，支承軸總成受外力點有3 個( 只考慮圓周力) ，即齒輪Ⅱ嚙合面、齒輪軸嚙合面、右法蘭軸。其中，右法蘭軸受的外轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測得為M。從左往右看，順時針為正，逆時針為負，假如電機輸出軸順時針轉(zhuǎn)動，輸出轉(zhuǎn)矩為+ M0，齒輪Ⅱ受的外轉(zhuǎn)矩為+ M0，齒輪Ⅱ和齒輪軸同軸并逆時針轉(zhuǎn)動，齒輪軸所受的外轉(zhuǎn)矩也為正，設(shè)為+ M1，由于支撐軸總成是不旋轉(zhuǎn)的，所受合外力矩為0，那么軸固定裝置對右法蘭軸的轉(zhuǎn)矩為－ M，則M0+ M1 = M，齒輪軸所受外轉(zhuǎn)矩( 即滾筒筒體對齒輪軸的轉(zhuǎn)矩) M1 = M － M0。根據(jù)牛頓第三定律，作用力與反作用力相等，齒輪軸對電動滾筒筒體的轉(zhuǎn)矩( 即電機外置式電動滾筒的輸出轉(zhuǎn)矩) 為M0 － M。
                     
           從以上分析可以看出，電機外置式電動滾筒的輸出轉(zhuǎn)矩與右法蘭軸上的轉(zhuǎn)矩M 不等，如果直接用右法蘭軸所受的轉(zhuǎn)矩M 作為電動滾筒的輸出轉(zhuǎn)矩進行計算，其誤差為: + M0 /M1 × 100%，電機外置式電動滾筒的減速比越小，采用這種方法測得的效率誤差越大。因此，電機外置式電動滾筒效率試驗不能完全參照JB /T7330—2008 標準，對圖2 所示的定軸齒輪傳動的電機外置式電動滾筒其正確的效率計算公式為
           η = ( ( M － M0) × ω/P1) × 100%
       根據(jù)滾筒結(jié)構(gòu)及減速級數(shù)不同，效率計算公式有所不同，要具體情況具體分析。   
       
3     結(jié)論
        按照JB /T7330—2008 的試驗方法，以上述結(jié)構(gòu)的電機外置式電動滾筒為例，在測試效率時，圖4 中轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器( 件9) 測得轉(zhuǎn)矩并不等于電動滾筒的輸出轉(zhuǎn)矩，需要對試驗原理圖加以改進，如圖4 所示，可以在外置式電動滾筒的電動機和滾筒之間增加轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器( 件2) ，以檢測電機輸出軸的轉(zhuǎn)矩M0。
                       
         試驗步驟為: 電機外置式電動滾筒開始運轉(zhuǎn)后，逐步增加負載，使電動滾筒的輸入功率由0逐漸增大到1. 25 PN。在0. 25 PN和1. 25 PN的范圍里選取6 ～ 8 個測量點，在每個測量點上保持負載穩(wěn)定一段時間，在每一點同時讀取電機輸入功率P1、電機輸出轉(zhuǎn)矩M0、電動滾筒旋轉(zhuǎn)角速度ω、右法蘭軸受的外轉(zhuǎn)矩M 等數(shù)據(jù)。按η = ( ( M － M0)× ω/P1) × 100% 分別計算每個測量點上的效率η，然后繪制η － P1曲線，以曲線上的最高η 作為電機外置式電動滾筒的效率。