CN102494827B - 一种横向电感式钢丝绳张力检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种横向电感式钢丝绳张力检测装置及方法，包括对称扣合固定在钢丝绳上的壳体，壳体内对称设有两个基座，两个基座内分别设有伸出其体外的滑杆，滑杆的顶部设有顶靠在钢丝绳上的滚轮，滑杆的尾部穿套有固定在基座上的基板，基板右端面上下部对称设有绝缘套筒，滑杆的中部设有一滑板，滑板与基板之间设有穿套在滑杆上的弹簧，滑板左端面的上下部对称设有与绝缘套筒间隙配合的圆柱导磁铁芯，基板的左端面设有与接线端子相连接的信号处理单元。钢丝绳直径变化将导致线圈电感发生变化，通过电桥电路将电感转化为电压信号，最终换算为钢丝绳的张力。本发明结构简单，安装方便，测量精度高，能够实时准确测量钢丝绳的张力。

Description

一种横向电感式钢丝绳张力检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种横向电感式钢丝绳张力检测装置及方法，尤其适用于提升机、电梯、绞车等设备提升或者牵引时钢丝绳实时张力的检测，属于设备检测与安全技术领域。
背景技术
钢丝绳作为一种牵引、承载的关键构件，广泛应用于煤矿、冶金、高层建筑提升、交通运输等国民经济建设的各个领域，其张力变化反应了钢丝绳以及相关设备的重要运行状态信息。目前钢丝绳张力检测主要的方法分为三类：一种是敲击振波法，其主要利用张力与钢丝绳振动频率或者行波的传播速度之间的关系等来实现对钢丝绳张力的测量；一种是串联法，其基本原理是在钢丝绳与提升或者牵引重物之间串联一测力传感器来达测量钢丝绳张力，；一种是三点弯曲法，根据力的合成与分解原理实现钢丝绳张力测量。这些方法存在测量精度低、灵敏度低、实时性差、过程复杂、安装不便或破坏钢丝绳整体性等缺点。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、安装方便、测量精度和灵敏度高的一种横向电感式钢丝绳张力检测装置及方法。
技术方案：本发明的横向电感式钢丝绳张力检测装置，包括对称扣合固定在钢丝绳上的壳体，壳体与钢丝绳固定端之间设有橡胶垫，壳体内对称设有两个基座，两个基座内分别设有前部伸出其体外的滑杆，滑杆的顶部设有顶靠在钢丝绳上的滚轮，滑杆的尾部穿套有固定在基座上的基板，基板右端面上下部对称设有外表面缠绕有线圈的绝缘套筒，滑杆的中部设有一滑板，滑板与基板之间设有穿套在滑杆上的弹簧，滑板左端面的上下部对称设有与绝缘套筒间隙配合的圆柱导磁铁芯，基板的左端面设有与接线端子相连接的信号处理单元。
所述的滑杆前后两端分别设有固定在基座和基板上的导向套；所述的滚轮与钢丝绳的接触面呈圆弧状；
1.   本发明的横向电感式钢丝绳张力检测方法，包括如下步骤：
a、首先将内部设有信号处理单元、基座、滑杆和滚轮的壳体扣合卡套在靠与提升容器或牵引容器相连接的钢丝绳上，并通过螺栓固定； 
b、测量钢丝绳未受力时线圈的电容值和钢丝绳的初始直径d；
c、当钢丝绳提升物料或者牵引重物时，通过信号处理单元实时测量钢丝绳受力时线圈的电感值；
d、根据实时测量的线圈电感值与未受力时的线圈电感值的差值计算出钢丝绳受力时的直径变化量                                                
Figure 2011103764189100002DEST_PATH_IMAGE001
；
e、信号处理单元根据钢丝绳的初始直径d和直径变化量
Figure 32192DEST_PATH_IMAGE001
计算出钢丝绳的张力F，并通过无线发送芯片将钢丝绳的张力F传送到工控机，实现钢丝绳张力F的实时检测。
有益效果：本发明将钢丝绳直径变化转换为电感变化，利用电感测距原理获得钢丝绳直径变化量，经换算获得钢丝绳张力；可以在不破坏钢丝绳整体性的前提下测量钢丝绳的张力；由于装置安装在提升或者牵引容器附近的钢丝绳上，可以在不停机的情况下实时检测钢丝绳的张力变化；由于采用对称的结构，可补偿由于钢丝绳振动、摆动等所产生的干扰；适用于范围广，精度高，安装和使用方便，维护成本低。
附图说明
图1是本发明装置的内部结构示意图。
图2是本发明装置的基座示意图。
图3是本发明装置的顶部示意图。
图4是本发明装置的信号处理单元框图。
图中：1-壳体，2-钢丝绳，3-橡胶垫，4-基座，5-绝缘套筒，6-滑杆，7-滚轮，8-线圈，9-弹簧，10、11-导向套，12-基板，13-接线端子，14-信号处理单元，15-滑板，16-圆柱导磁铁芯，17-螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
图1、2所示，本发明的横向电感式钢丝绳张力检测装置，主要由壳体1、橡胶垫3、基座4、绝缘套筒5、滑杆6、滚轮7、线圈8、弹簧9、基板12、接线端子13、信号处理单元14、滑板15、圆柱导磁铁芯16构成。壳体1为两半，对称扣合固定在钢丝绳2上，两半壳体1对称设置，通过螺栓17和橡胶垫3紧固在钢丝绳2上，如图3所示。壳体1与钢丝绳2固定端之间设有橡胶垫3；壳体1内对称设有两个基座4，两个基座4内分别设有前部伸出其体外的滑杆6，滑杆6前后两端分别设有固定在基座4和基板12上的导向套10、11。滑杆6的顶部设有顶靠在钢丝绳2上的滚轮7，滚轮7与钢丝绳2的接触面呈圆弧状。滑杆6的尾部穿套有固定在基座4上的基板12，基板12右端面上下部对称设有绝缘套筒5，绝缘套筒5的外表面缠绕有线圈8，滑杆6的中部设有一滑板15，滑板15与基板12之间设有穿套在滑杆6上的弹簧9，滑板15左端面的上下部对称设有与绝缘套筒5间隙配合的圆柱导磁铁芯16，基板12的左端面设有与接线端子13相连接的信号处理单元14。信号处理单元14包括电桥电路、放大/滤波电路、处理器和无线发射芯片，如图4所示，两个线圈8通过接线端13接入信号处理单元14，通过信号处理单元14中的电桥电路将电感值转化为电压值，然后经过放大和滤波的处理输入处理器，处理器计算出钢丝绳2的张力值F后通过无线发射芯片将钢丝绳2的张力值F发送到工控机。
本发明的横向电感式钢丝绳张力检测方法：首先将内部设有信号处理单元14、基座4、滑杆6和滚轮7的壳体1扣合卡套在靠近与提升容器或牵引容器相连接的钢丝绳2上，并通过螺栓17固定；安装好电感式钢丝绳张力检测装置后，启动装置，让线圈8和信号处理单元14带电工作，测量钢丝绳2未受力时线圈8的电容值和钢丝绳2的初始直径d；当钢丝绳2提升物料或者牵引重物时，钢丝绳2因受到张力而产生一定的直径大小变化，使基座4中圆柱导磁铁芯16和绝缘套筒5产生相对移动，从而引起线圈8的电感值发生变化，通过信号处理单元14中的电桥电路将电感变化值转化为电压变化值，然后经过滤波电路和放大电路将电压变化值转变成适合处理器处理的电压信号，从而实现实时测量钢丝绳2受力时线圈8的电感值；根据实时测量线圈8的电感值与未受力时线圈8的电感值的差值计算出钢丝绳7受力时的直径变化量；信号处理单元14根据钢丝绳的初始直径d和直径变化量计算出钢丝绳2的张力F，计算公式如下： 
Figure 186596DEST_PATH_IMAGE002
          （1）
式中A为钢丝绳的横截面积，δ为钢丝绳横截面上的应力，其计算公式为：
Figure 2011103764189100002DEST_PATH_IMAGE003
              （2）
式中E为钢丝绳弹性模量，
Figure 968DEST_PATH_IMAGE004
为钢丝绳的轴向线应变，其计算公式为：
Figure 2011103764189100002DEST_PATH_IMAGE005
         （3）
式中μ为钢丝绳的泊松比，为已知；
Figure 292272DEST_PATH_IMAGE006
为钢丝绳的横向线应变，其计算公式为：
Figure 2011103764189100002DEST_PATH_IMAGE007
         （4）
式中d为钢丝绳的直径，△d为钢丝绳直径的变化量。
综上得钢丝绳的张力为：
Figure 651316DEST_PATH_IMAGE008
 
Figure DEST_PATH_IMAGE009
      （5）
信号处理单元14计算出钢丝绳2的张力F后通过无线发送芯片将钢丝绳2的张力F传送到工控机，实现钢丝绳2张力F的实时检测。
钢丝绳振动、摆动等可能会干扰基座的结果。针对此问题，本发明将两组基座对称安装，通过简单均值计算等方法即可消除钢丝绳振动、摆动等对基座的干扰。

Claims (1)

1.一种横向电感式钢丝绳张力检测装置，其特征在于：它包括对称扣合固定在钢丝绳（2）上的壳体（1），壳体（1）与钢丝绳（2）固定端之间设有橡胶垫（3），壳体（1）内对称设有两个基座（4），两个基座（4）内分别设有前部伸出其体外的滑杆（6），滑杆（6）的顶部设有顶靠在钢丝绳（2）上的滚轮（7），滑杆（6）的尾部穿套有固定在基座（4）上的基板（12），基板（12）面向滚轮（7）一侧的端面上下部对称设有外表面缠绕有线圈（8）的绝缘套筒（5），滑杆（6）的中部设有一滑板（15），滑板（15）与基板（12）之间设有穿套在滑杆（6）上的弹簧（9），滑板（15）面向基板（12）一侧的上下部对称设有与绝缘套筒（5）间隙配合的圆柱导磁铁芯（16），基板（12）另一侧端面上设有与接线端子（13）相连接的信号处理单元（14）。
2.根据权利要求1所述的横向电感式钢丝绳张力检测装置，其特征在于：所述的滑杆（6）前后两端分别设有固定在基座（4）和基板（12）上的导向套（10、11）。
3.根据权利要求1所述的横向电感式钢丝绳张力检测装置，其特征在于：所述的滚轮（7）与钢丝绳（2）的接触面呈圆弧状。
4.根据权利要求1所述的装置的横向电感式钢丝绳张力检测方法，其特征在于包括如下步骤：
a、首先将内部设有信号处理单元（14）、基座（4）、滑杆（6）和滚轮（7）的壳体（1）扣合卡套在靠与提升容器或牵引容器相连接的钢丝绳（2）上，并通过螺栓（17）固定； 
b、测量钢丝绳（2）未受力时线圈（8）的电容值和钢丝绳（2）的初始直径d；
c、当钢丝绳（2）提升物料或者牵引重物时，通过信号处理单元（14）实时测量钢丝绳（2）受力时线圈（9）的电感值；
d、根据实时测量的线圈（8）电感值与未受力时的线圈（8）电感值的差值计算出钢丝绳（7）受力时的直径变化量                                               
Figure 2011103764189100001DEST_PATH_IMAGE002
；
e、信号处理单元（14）根据钢丝绳（2）的初始直径d和直径变化量
Figure 370673DEST_PATH_IMAGE002
计算出钢丝绳（2）的张力F，并通过无线发送芯片将钢丝绳（2）的张力F传送到工控机，实现钢丝绳（2）张力F的实时检测。
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