CN101368856B - 巨型模锻液压机立柱应力采集装置及应力监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置，其特征在于，在立柱上设有一传感器支架，在所述传感器支架上安装有一位移传感器，一位移连杆的一端套装在设置于传感器支架上的通孔中并处于位移传感器下方，所述位移连杆的另一端固装在立柱上。本发明还公开了一种巨型模锻液压机立柱应力监控系统，包括所述的巨型模锻液压机立柱应力采集装置、模数转换器和微处理器；并采用工业现场总线技术实现检测系统的全数字化通信。本发明通过实时有效地对液压机工作立柱应力情况进行监测，大大提高设备使用的安全性、可靠性、使用和维护效率，从而延长巨型模锻液压机的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于机械与电子技术领域，涉及一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置及应力监控系统。
背景技术
大型模锻液压机是目前宇航、航空、原子能、汽车、船舶等工业中必不可少的关键设备，也是重型机械制造业的重要设备。它对于一个国家的国防工业及重型机械制造业等领域的技术水平与生产率有着关键的作用，是一个国家工业化程度和经济、国防实力的重要标志之一。
模锻液压机工作时在巨大载荷作用下，其复杂结构的接触非线性、连接与运动副间隙等因素产生载荷奇异传递和巨大的附加内力，直接影响大型构件的受力状况。在没有应力监测和报警装置的情况下，只能靠严格遵守操作规程和认真控制偏心距的手段，保证液压机的正常工作，而一旦这些人为的控制失败、应力载荷过大，就可能使液压机承受严重的偏心载荷。立柱在偏心载荷下的弯曲应力大大超过纯中心载荷下的拉伸应力，使其处于极为不利的工作情况。据资料记录，不少液压机在工作中就因应力监测报警不到位，曾出现过横梁裂缝、立柱啃伤甚至断裂的情况。
目前，国内外对巨型模锻液压机立柱应力检测的方法主要有：应变片法、振弦法、附着法、测位法等。上述方法中，其传感器信号均为模拟信号，由于巨型模锻液压机工作环境恶劣、信号传输线路长、模拟信号抗干扰能力差，使得采用以上方法检测时采集信号往往不准确，效果不理想，很难起到巨型模锻液压机立柱应力监测及报警的作用。
随着计算机技术、通讯技术的飞速发展，现场总线技术作为新兴的网络通讯技术突显出其技术优势。它将专用的微处理器置入传统的测量控制仪器中，使它们各自具有了数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些通信任务的网络节点，并通过普通双绞线等多种途径进行数字信息传输联络。它实现了全数字化通讯，具有成本低、开放性好及可靠性高等优点，它的出现标志着一个自动化新时代的开端。
发明内容
本发明要解决技术问题是提供一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置及应力监控系统。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置，其特征在于，在立柱表面上焊接有上定位块和下定位块，在上定位块上安装有一传感器支架，在所述传感器支架上安装有一位移传感器，一位移连杆下端安装于下定位块，位移连杆的上端套装于传感器支架上的通孔中并处于位移传感器的正下方。
所述传感器支架上设置有一防护罩。
传感器支架与所述的上定位块之间设有调整垫片。
在所述传感器支架上设置的通孔中套装有一导向套，所述位移连杆的一端插装在导向套中。
一种巨型模锻液压机立柱应力监控系统，其特征在于，包括巨型模锻液压机立柱应力采集装置、模数转换器和微处理器；巨型模锻液压机立柱应力采集装置中的位移传感器输出信号到模数转换器，模数转换器输出数字信号到微处理器。所述的巨型模锻液压机立柱应力采集装置为：在立柱表面上焊接有上定位块和下定位块，在上定位块上安装有一传感器支架，在所述传感器支架上安装有一位移传感器，一位移连杆下端安装于下定位块，位移连杆的上端套装于传感器支架上的通孔中并处于位移传感器的正下方。
所述的巨型模锻液压机立柱应力采集装置和模数转换器均为多个，每一个巨型模锻液压机立柱应力采集装置连接一个模数转换器；多个模数转换器和微处理器通过现场总线连接。
所述的巨型模锻液压机立柱应力采集装置在每一个立柱上设置多个。
所述的微处理器为可编程逻辑控制器(即PLC)。
所述的巨型模锻液压机立柱应力监控系统，还包括一监控主机，该监控主机和微处理器通信连接。
所述的巨型模锻液压机立柱应力监控系统，还包括一应力超限报警器，该应力超限报警器连接微处理器或监控主机。
本发明的有益效果有：
本发明设计了一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置，利用位移连杆和高精度位移传感器实时检测立柱受力状况，并基于现场总线技术，实现全数字化数据通讯，实现了检测信号的远距离传输，提高了系统的抗干扰能力和可靠性，通过实时有效地对液压机工作立柱应力情况进行监测，避免因液压机工作偏心、应力载荷过大而出现横梁裂缝、立柱啃伤甚至断裂的情况发生，大大提高设备使用的安全性、可靠性、使用和维护效率，从而可以延长巨型模锻液压机的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中传感器安装支架结构；
图2为本发明实施例中监测系统的构成；
图3为本发明实施例中PLC控制原理图；
图4为本发明实施例中检测点布置图。
标号说明：1-上定位块；2-调整垫片；3-导向支架；4——高精度微位移传感器；5-位移连杆；6-导向套；7-防护罩；8-下定位块；9-锁紧螺母及垫圈；10-PLC系统；11-工业现场总线；12-模数转换器(即总线转换模块)；13-高精度位移传感器；14-上位计算机；15-液压机立柱；16-应力检测点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
巨型模锻液压机立柱应力监控系统包括高精度位移传感器及安装支架、总线转换模块(即模数转换器)、PLC系统、上位计算机监控系统。其技术方案如下：采用非接触方式测量立柱微位移，通过模数转换器(总线转换模块)将模拟信号转换为数字信号，由工业现场总线实现全数字化数据通讯，计算机监控系统分析、记录应力数据、生成应力监测数据报表。
图1描述了本实施例的传感器安装支架的结构。其特点在于非接触式测量。安装支架中，上定位块1和下定位块8焊接于液压机立柱15表面，液压机工作时立柱受力产生拉伸微变形，上定位块1和下定位块8之间的微位移通过位移连杆5传递后由高精度位移传感器4测量，导向套(导向铜套)5起导向、消除振动的作用。检测的信号由计算机系统将微位移信号转换为立柱的应力信号。防护罩7用于防水防尘，保护高精度微位移传感器6。
图2描述了本实施例监测系统的总体构成：采用模数转换器12将高精度位移传感器13检测到的液压机立柱拉伸变形位移模拟信号转换为数字信号，再通过工业现场总线11传输到PLC系统10和上位计算机14中。PLC系统10完成信号的采集、位移-应力信号转换、应力超限报警判断等功能。上位计算机14完成状态监测、参数设定、数据管理、数据报表生成等功能。
图3描述了本发明实施例的PLC控制原理。采用动态零点法消除温漂等对检测系统精度的影响。其原理为：在液压机工作前采集液压机立柱应力信号，将该时刻的应力信号确定为零点值；液压机工作时立柱受力产生拉伸微变形，将此时检测的力柱位移信号与零点值相减，该差值就是立柱受力拉伸微变形。计算机系统再将信号进行转换，即可得到立柱的应力值。该值进行数据滤波后与设定的报警值进行比较，大于报警值则进行报警。
图4描述了本实施例的应力测点布置方式。其特征为采用多立柱、多方位测量方式测量液压机立柱应力值，液压机立柱15上布置4个应力测点16。在该种测点布置下，无论活动横梁发生哪个方向的倾斜，在这组测点中总能检测到立柱受力最危险的状况。
本发明的应力检测原理为：当受力件(立柱)受拉伸后，产生拉伸应力为σ，应力与应变的关系为：
ε＝σ/E (1)其中：ε为应变，σ为应力，E为材料弹性模量。
立柱表面上定位块1和下定位块8之间的距离为L，该距离在应力σ作用下的相对变形为：
ΔL＝ε*L (2)
同时，被测体(位移连杆5)和高精度微位移传感器4探头之间的位移量Δδ几乎与ΔL等量，所以可得应力与位移之间的关系：
σ＝Δδ*E/L (3)
这样，只要通过检测被测体与传感器探头之间的微位移，通过信号转换即可得到立柱所受的应力。
参看图1、2、3和4，传感器安装是为了不对现有液压机设备进行大的变动或损伤设备本体，并使监测系统具有灵活调节和可拆卸性以及长期稳定工作的性能。考虑到现有立柱结构的特点，将传感器布置在液压机四角立柱的限程套的腰字形空间对应的立柱表面上，每根立柱取测点4个，立柱应力监测系统的测点总数为16个，以全面测取立柱系统的受力状况，其测点布置如图4所示；总线转换模块(模数转换器)安装在位于测点附近的液压机本体上，用于将从测点处测得的位移模拟信号转换成数字信号；工作现场总线将总线转换模块(模数转换器)与PLC系统连接，完成数字信号的传输；PLC系统与上位计算机位于液压机控制室，完成应力信号采集与转换、应力超限报警判断、数据管理、报表生成等功能。
Claims (10)
1.一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置，其特征在于，在立柱表面上焊接有上定位块和下定位块，在上定位块上安装有一传感器支架，在所述传感器支架上安装有一位移传感器，一位移连杆下端安装于下定位块，位移连杆的上端套装于传感器支架上的通孔中并处于位移传感器的正下方。
2.如权利要求1所述的一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置，其特征在于，所述传感器支架上设置有一防护罩。
3.如权利要求1所述的一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置，其特征在于，传感器支架与所述的上定位块之间设有调整垫片。
4.如权利要求1所述的一种巨型模锻液压机立柱应力采集装置，其特征在于，在所述传感器支架上设置的通孔中套装有一导向套，所述位移连杆的一端插装在导向套中。
5.一种巨型模锻液压机立柱应力监控系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的巨型模锻液压机立柱应力采集装置、模数转换器和微处理器；巨型模锻液压机立柱应力采集装置中的位移传感器输出信号到模数转换器，模数转换器输出数字信号到微处理器。
6.如权利要求5所述的巨型模锻液压机立柱应力监控系统，其特征在于，所述的巨型模锻液压机立柱应力采集装置和模数转换器均为多个，每一个巨型模锻液压机立柱应力采集装置连接一个模数转换器；多个模数转换器和微处理器通过现场总线通信连接。
7.如权利要求5所述的巨型模锻液压机立柱应力监控系统，其特征在于，所述的巨型模锻液压机立柱应力采集装置在每一个立柱上设置多个。
8.如权利要求5所述的巨型模锻液压机立柱应力监控系统，其特征在于，所述的微处理器为可编程逻辑控制器。
9.如权利要求5至8任一项所述的巨型模锻液压机立柱应力监控系统，其特征在于，还包括一监控主机，该监控主机和微处理器通信连接。
10.如权利要求9所述的巨型模锻液压机立柱应力监控系统，还包括一应力超限报警器，该应力超限报警器连接微处理器或监控主机。
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