电机外置式电动滚筒效率测试方法探讨
摘要: 分析了JB/T7330—2008 《电动滚筒》规定的效率试验方法不适用于电机外置式电动滚筒的原因，并介绍一种合理的试验方法，通过受力分析得出电机外置式电动滚筒效率计算公式。
目前，电机外置式电动滚筒的效率试验方法没有相关国家、行业标准可依，JB /T7330—2008《电动滚筒》中的方法仅适用于电机内置式电动滚筒效率测试，本文分析JB /T7330—2008 《电动滚筒》规定的效率试验方法不适用于电机外置式电动滚筒的原因，并介绍一种合理的试验方法。
测试电动滚筒的效率，需要检测输入功率、滚筒输出转矩及滚筒旋转角速度，其中输入功率、滚筒旋转角速度可以分别使用三相功率测试仪、转速表测得。电动滚筒是通过滚筒筒体表面的摩擦力驱动胶带输出转矩的，因而无法直接在输出点安装转矩转速传感器检测输出转矩。如果在加载装置一端测定转矩，测得的转矩是电动滚筒输出转矩克服改向滚筒轴承阻力和胶带绕经滚筒的缠绕阻力等阻力后的剩余转矩，这样计算得到的电动滚筒效率可能会存在较大误差。
1 内置式电动滚筒效率测试
对电机内置式电动滚筒， JB /T7330—2008《电动滚筒》标准中介绍的效率试验方法很好地克服了以上困难与缺点，用转矩转速传感器测得被固定一端滚筒轴上的转矩，即滚筒输出转矩的反转矩，其值恰好等于滚筒输出转矩，这是一种间接的检测方法，试验原理如图1 所示。
2 外置式电动滚筒效率测试
对电机外置式电动滚筒，按照JB /T7330—2008 《电动滚筒》标准中介绍的试验方法进行试验，同样位置用转矩转速传感器测得的转矩数据却不等于电动滚筒的输出转矩。电动滚筒的传动结构主要有定轴齿轮传动、行星齿轮传动、摆线针轮传动等，本文仅选取定轴齿轮传动的电机外、置式电动滚筒进行析，其内部传动结构如图2所示。
如图2 所示，左法兰轴Ⅰ、左法兰轴Ⅱ、接筒、外装式接头、齿轮Ⅱ、齿轮轴、右法兰轴等连接成一个整体，定义为电动滚筒的支承轴总成。不考虑内部包含的齿轮、齿轮轴匀速转动，把支 承轴总成作为受力分析对象，等效为刚体。
如图2、图3 所示，电动滚筒效率试验时，右法兰轴要延长到支承座以外，将该支承座内的键去除，延长的轴连接上转矩转速传感器，转矩转速传感器轴的右端由键固定。
电机输出轴中心线与支撑轴总成、滚筒筒体中心线相同，下文提到的所有转矩都是以支撑轴总成的中心线为中心的。支承轴总成上的任一点所受的力矩都是支承轴总成所受的转矩的一部分，所不同的只是被施加力的点的位置。各参数定义见表1。
按照JB /T7330—2008 的试验方法，用三相功率测试仪测得电动机的输入功率P1，用转矩转速传感器测得转矩M，用转速表测出电动滚筒的旋转角速度ω。
如图2，以支承轴总成作为受力分析对象，支承轴总成受外力点有3 个( 只考虑圆周力) ，即齿轮Ⅱ啮合面、齿轮轴啮合面、右法兰轴。其中，右法兰轴受的外转矩由转矩转速传感器测得为M。从左往右看，顺时针为正，逆时针为负，假如电机输出轴顺时针转动，输出转矩为+ M0，齿轮Ⅱ受的外转矩为+ M0，齿轮Ⅱ和齿轮轴同轴并逆时针转动，齿轮轴所受的外转矩也为正，设为+ M1，由于支撑轴总成是不旋转的，所受合外力矩为0，那么轴固定装置对右法兰轴的转矩为－ M，则M0+ M1 = M，齿轮轴所受外转矩( 即滚筒筒体对齿轮轴的转矩) M1 = M － M0。根据牛顿第三定律，作用力与反作用力相等，齿轮轴对电动滚筒筒体的转矩( 即电机外置式电动滚筒的输出转矩) 为M0 － M。
从以上分析可以看出，电机外置式电动滚筒的输出转矩与右法兰轴上的转矩M 不等，如果直接用右法兰轴所受的转矩M 作为电动滚筒的输出转矩进行计算，其误差为: + M0 /M1 × 100%，电机外置式电动滚筒的减速比越小，采用这种方法测得的效率误差越大。因此，电机外置式电动滚筒效率试验不能完全参照JB /T7330—2008 标准，对图2 所示的定轴齿轮传动的电机外置式电动滚筒其正确的效率计算公式为
η = ( ( M － M0) × ω/P1) × 100%
根据滚筒结构及减速级数不同，效率计算公式有所不同，要具体情况具体分析。
3 结论
按照JB /T7330—2008 的试验方法，以上述结构的电机外置式电动滚筒为例，在测试效率时，图4 中转矩转速传感器( 件9) 测得转矩并不等于电动滚筒的输出转矩，需要对试验原理图加以改进，如图4 所示，可以在外置式电动滚筒的电动机和滚筒之间增加转矩转速传感器( 件2) ，以检测电机输出轴的转矩M0。
试验步骤为: 电机外置式电动滚筒开始运转后，逐步增加负载，使电动滚筒的输入功率由0逐渐增大到1. 25 PN。在0. 25 PN和1. 25 PN的范围里选取6 ～ 8 个测量点，在每个测量点上保持负载稳定一段时间，在每一点同时读取电机输入功率P1、电机输出转矩M0、电动滚筒旋转角速度ω、右法兰轴受的外转矩M 等数据。按η = ( ( M － M0)× ω/P1) × 100% 分别计算每个测量点上的效率η，然后绘制η － P1曲线，以曲线上的最高η 作为电机外置式电动滚筒的效率。
