CN102494828B - 一种纵向电容式钢丝绳张力检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种纵向电容式钢丝绳张力检测方法和装置，装置包含对称扣合设置在钢丝绳上的卡罩和卡座，卡罩和卡座的外部设有保护套，卡罩和卡座的卡头分别设有将其紧固在钢丝绳上的螺栓，卡罩和卡座的卡头与钢丝绳之间设有橡胶垫，卡座内设有中空基座，中空基座内设有信号处理单元，中空基座的顶部设有一组电容极板，卡罩内设有测杆，测杆的端部设有另一组电容极板，电容极板通过接线端子连入信号处理单元；由于钢丝绳长度的变化将导致电容极板间距变化，通过C-V电路可转换为电压信号，并最终换算为钢丝绳张力。本发明能够实时准确测量钢丝绳的张力，结构简单，安装方便，测量精度高。

Description

一种纵向电容式钢丝绳张力检测方法和装置

技术领域

本发明专利涉及一种横向电容式钢丝绳张力检测方法和装置，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，起着十分重要的作用。钢丝绳在工作过程中，由于载荷的波动、磨损、卡住等因素，导致钢丝绳张力发生很大的变化，甚至发生断裂而造成机毁人亡的事故，因此需对钢丝绳的张紧状态进行实时检测。目前钢丝绳张力检测方法分为三种：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，例如：公告号为CN100485334C的发明专利公开的《电梯曳引钢丝绳张力均匀度分析测试仪》和公告号为CN1060135C的发明专利公开的《电梯的吊索张力测定装置》，存在的不足是不能够动态测量钢丝绳的实时张力，另外其数学模型是建立在不考虑钢丝绳自重的基础上，因此测量精度较低；第二种是串联法，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，其不足是灵敏度较低，而且破坏钢丝绳运行的整体性；第三种是三点弯曲法，根据力的合成与分解原理实现钢丝绳张力测量例如，公开号为CN101476955的发明专利公开的《绳索张力测定装置》，其不足之处是对装置的安装精度要求较高，对中间施力点的位移要求也比较高。

发明内容

技术问题：本发明专利的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、测量精度高的纵向电容式钢丝绳张力检测方法和装置。

技术方案：本发明的纵向电容式钢丝绳张力检测装置，包括对称扣合设置在钢丝绳上的卡罩，卡罩的下方设有对称扣合设置在钢丝绳上的卡座，卡罩的罩口和卡座的座口间隔相对，卡罩和卡座与钢丝绳扣合处设有橡胶垫，扣合在钢丝绳上的卡罩和卡座外侧端分别设有紧固螺栓，卡座内对称设有两个中空基座，中空基座的顶部设有电容上极板，中空基座内设有信号处理单元，卡罩内设有测杆，测杆的端部设有与电容上极板构成电容的电容下极板。

所述的卡罩的罩口与卡座的座口间隔相对的间距为5～10mm；所述的卡罩与卡座的外部对称扣合有固定在卡罩上的保护套，保护套的扣合缝与卡罩和卡座的扣合缝成90度；所述的卡座与保护套间隙或者滑动配合。

本发明的纵向电容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和电容上、下极板的卡座固定在靠近提升容器或牵引容器相连接的钢丝绳上，并通过螺栓固定；在卡座上方的钢丝绳上安装内部设有测杆和电容上、下极板的卡罩，调节卡罩的罩口与卡座的座口相对之间的距离后，用螺栓固定住卡罩；

b、测量钢丝绳未受力时电容上、下极板的电容值以及卡罩与卡座卡头之间钢丝绳的原长量l；

c、当钢丝绳提升物料或者牵引重物时，通过电容上、下极板和信号处理单元实时测量钢丝绳受力时的电容值；

d、根据实时测量的电容值与未受力时的电容值的差值计算出卡罩与卡座卡头之间钢丝绳受力时的伸长量                                                ；

e、信号处理单元根据钢丝绳的原长量l和伸长量

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：本发明将钢丝绳长度变化转换为电容的变化，利用电容测距原理，获得钢丝绳长度变化量，经过换算，获得钢丝绳张力；本发明包含对称安装的两个检测单元，可以补偿钢丝绳振动或摆动对测量产生的干扰，提高了测量精度；所述的钢丝绳张力检测装置安装和使用方便，维护成本低，能在不破坏钢丝绳的情况下测量钢丝绳张力。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

图3是本发明的信号处理器原理框图。

图中：1-卡罩，2-橡胶垫，3-测杆，4-电容上极板，5-中空基座，6-信号处理单元，7-钢丝绳，8-卡座，9-保护套，10-电容下极板，11-接线端子，12-螺栓，13-螺钉。

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：

如图1所示，本发明的纵向电容式钢丝绳张力检测装置，主要由卡罩1、橡胶垫2、测杆3、电容上极板4、中空基座5、信号处理单元6、卡座8、电容下极板10构成，卡罩1和卡座8分别为两半，卡罩1对称扣合设置在钢丝绳7上，卡罩1的下方设置对称扣合设置在钢丝绳7上的卡座8，卡罩1的罩口和卡座8的座口间隔相对，卡罩1的罩口与卡座8的座口间隔相对的间距为5～10mm。卡罩1和卡座8与钢丝绳7扣合处设有橡胶垫2，卡罩1与卡座8的外部对称扣合有固定在卡罩1上的保护套9，卡座8与保护套9间隙或者滑动配合。保护套9对称的两部分通过螺钉13分别固定于左右两个卡罩1的顶部并与卡座8为间隙配合，用于隔离卡罩1和卡座8内部与外界，从而防止外界的水气和粉尘等杂质进入卡罩1和卡座8内部影响装置的测量效果；保护套9对称两部分的配合缝跟卡罩1和卡座8对称两部分的配合缝成90度。扣合在钢丝绳7上的卡罩1和卡座8外侧端分别设有紧固螺栓12，如图2所示。卡座8内对称设有两个中空基座5，中空基座5的顶部设有电容上极板4，中空基座5内设有信号处理单元6，卡罩1内设有测杆3，测杆3的端部设有与电容上极板4构成电容的电容下极板10。如图3所示，信号处理单元6包括C-V变换电路CAV444、处理器和无线发射芯片。中空基座5顶部和测杆3的端部设有两块通过接线端子11与信号处理单元6相连接的电容上、下极板4、10，测量时通过C-V变换电路CAV444将电容上、下极板4、10的电容值转化为电压值，转换后的电压值经过滤波电路和放大电路的处理后输入处理器，处理器计算出钢丝绳7的张力值F后通过无线发送芯片将钢丝绳7的张力值F发送到工控机。

本发明的纵向电容式钢丝绳张力检测方法：首先将内部设有信号处理单元6和电容上极板4的卡座8固定在靠近与提升容器或牵引容器相连接的钢丝绳7上，并通过螺栓12固定，在卡座8上方的钢丝绳7上安装内部设有测杆3和电容下极板10的卡罩1，调节卡罩1的罩口与卡座8的座口相对之间的距离为5~10mm后用螺栓12固定住卡罩1；在钢丝绳7未受力时，启动电容式钢丝绳张力检测装置使电容上、下极板4、10和信号处理单元6带电工作，测量此时中空基座5顶部和测杆3端部的两块电容上、下极板4、10之间的电容值作为钢丝绳7未受力时的参考量；当钢丝绳7提升物料或者牵引重物时，钢丝绳7因受到张力而产生一定的伸长并带动卡罩1和卡座8产生相对移动，卡座8和卡罩1的相对移动使中空基座5顶部和测杆3的两块电容上、下极板4、10产生相对移动，从而改变电容上、下极板4、10的电容值，通过信号处理单元6中的C-V变换电路CAV444、滤波电路和放大电路的处理将电容变化量转化成信号处理单元6便于测量的电压信号变化量，通过信号处理单元6的处理换算从而测量此时中空基座5顶部和测杆3的两块电容上极板4的相对位移量，继而得出钢丝绳7的伸长量△l。信号处理单元6根据钢丝绳7的原长量l、伸长量

和钢丝绳7已知的参数计算出钢丝绳7的张力F，具体的计算如下所示： 

          (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：

               （2）

式中E为钢丝绳弹性模量，

为钢丝绳的轴向线应变，其计算公式为：

     （3）

式中l为钢丝绳的端盖到底座之间悬空的钢丝绳长度，△l为l长的钢丝绳长度的变化量。综上得钢丝绳的张力为：

    （4）

信号处理单元获得钢丝绳7张力值F后通过无线发送芯片将钢丝绳7的张力值F传送到工控机，实现钢丝绳张力F的实时检测。

钢丝绳振动、摆动和旋转会干扰测量单元的结果。针对此问题，本发明将两个测量单元对称安装，通过计算两个测量单元的均值即可消除钢丝绳振动、摆动、旋转的干扰。

Claims (1)

1.一种纵向电容式钢丝绳张力检测装置，其特征在于：它包括对称扣合设置在钢丝绳（7）上的卡罩（1），卡罩（1）的下方设有对称扣合设置在钢丝绳（7）上的卡座（8），卡罩（1）的罩口和卡座（8）的座口间隔相对，卡罩（1）和卡座（8）与钢丝绳（7）扣合处设有橡胶垫（2），扣合在钢丝绳（7）上的卡罩（1）和卡座（8）外侧端分别设有紧固的螺栓（12），卡座（8）内对称设有两个中空基座（5），中空基座（5）的顶部设有电容上极板（4），中空基座（5）内设有信号处理单元（6），卡罩（1）内设有测杆（3），测杆（3）的端部设有与电容上极板（4）构成电容的电容下极板（10）；所述的卡罩（1）的罩口与卡座（8）的座口间隔相对的间距为5～10mm；所述的卡罩（1）与卡座（8）的外部对称扣合有固定在卡罩（1）上的保护套（9），保护套（9）的扣合缝与卡罩（1）和卡座（8）的扣合缝成90度；所述的卡座（8）与保护套（9）间隙或者滑动配合。

2.根据权利要求1所述装置的纵向电容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（6）和电容上极板（4）的卡座（8）固定在靠近提升容器或牵引容器相连接的钢丝绳（7）上，并通过螺栓（12）固定；在卡座（8）上方的钢丝绳（7）上安装内部设有测杆（3）和电容下极板（10）的卡罩（1），调节卡罩（1）的罩口与卡座（8）的座口相对之间的距离后，用螺栓（12）固定住卡罩（1）；

b、测量钢丝绳（7）未受力时电容上、下极板（4、10）的电容值以及卡罩（1）与卡座（8）卡头之间钢丝绳的原长量l；

c、当钢丝绳（7）提升物料或者牵引重物时，通过电容上、下极板（4、10）和信号处理单元（6）实时测量钢丝绳（7）受力时的电容值；

d、根据实时测量的电容值与未受力时的电容值的差值计算出卡罩（1）与卡座（8）卡头之间钢丝绳（7）受力时的伸长量                                                

；

e、信号处理单元（6）根据钢丝绳的原长量l和伸长量

计算出钢丝绳（7）的张力F，并通过无线发送芯片将钢丝绳（7）的张力F传送到工控机，实现钢丝绳（7）张力F的实时检测。

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