CN102980545A - 一种缆绳长度的测量装置、方法及船用绞车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缆绳长度的测量装置、方法及船用绞车，属于长度测量领域。装置：速度传感器用于实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；预定位置位于传动齿轮上的齿的转动轨迹上；计数器用于记录预定时间内，经过预定位置的传动齿轮的齿的总齿数；处理器用于根据总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度；预设值包括卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数。船用绞车包括前述装置。方法：实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；预定位置位于传动齿轮上的齿的转动轨迹上；记录预定时间内，经过预定位置的传动齿轮的齿的总齿数；根据总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度。本发明成本低。

Description

一种缆绳长度的测量装置、方法及船用绞车

技术领域

本发明涉及长度测量领域，特别涉及一种缆绳长度的测量装置、方法及船用绞车。

背景技术

绞车是用卷筒缠绕缆绳以提升或牵引重物的设备。根据应用领域的不同，绞车可分为应用于海洋平台上的船用绞车（拖缆机、系泊绞车、起锚绞车和牵引绞车）和矿用绞车等。

由于海洋环境的不确定性，船用绞车工作时，需要实时监测收缆或放缆长度、速度和张力，便于船用绞车能够稳定工作。其中，收缆或放缆长度由专门的装置进行测量。现有的测量装置包括编码器和处理器。编码器用于采集当前缆绳所处的层数和圈数。处理器根据编码器采集的当前缆绳所处的层数和圈数，并结合预先存储的计算公式计算出收缆或放缆长度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

一方面，编码器的价格高昂，增加了测量装置的成本；另一方面，编码器接口多，调试比较繁琐，降低了测量效率。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种缆绳长度的测量装置、方法及船用绞车。所述技术方案如下：

一种缆绳长度的测量装置，所述装置包括处理器，所述装置还包括速度传感器和计数器；

所述速度传感器，用于实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；所述预定位置位于所述传动齿轮上的齿的转动轨迹上；

所述计数器，用于记录预定时间内，经过所述预定位置的所述传动齿轮的齿的总齿数；

所述处理器，用于根据所述总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度；所述预设值包括卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数。

其中，所述处理器用于，

计算卷筒上的剩余缆绳的层数N_r=[C+(N-1)*L/d-P/T]d/L；

计算剩余缆绳中满层的缆绳总长为L_syzc，

L_syzc=2.85*（N_r-1）*{D+1.1d[0.134+0.866*（N_r-1）]}*L/d；

计算剩余最外层缆绳长度L_syzwc，

$L\_\mathrm{syzwc}=\left\{\right[C+(N-1)*L/d-P/T]-(N\_r-1)*L/d]\}*\mathrm{\π}*[D+d+(N\_r-1)*\sqrt{3}d];$

计算放缆或收缆长度L_sf＝L_t-L_syzc-L_syzwc；

其中，D为所述卷筒直径，L为所述卷筒长度，d为所述缆绳直径，N为所述缆绳总层数，C为所述最外层缆绳圈数，L_t为所述缆绳总长，T为所述传动齿轮的齿数，P为所述总齿数。

具体地，所述处理器为可编程逻辑控制器。

具体地，所述计数器为FM350-2模块。

其中，所述装置还包括用于显示计算出的收缆或放缆长度的显示模块。

一种船用绞车，所述绞车包括绞车本体、分别设在所述绞车本体上的卷筒、缠绕在所述卷筒上的缆绳、驱动所述卷筒转动的动力源、将动力传递至所述卷筒的传动齿轮、以及收缆或放缆长度的测量装置，所述收缆或放缆长度的测量装置为前述缆绳长度测量装置。

一种缆绳长度的测量方法，所述方法包括：

实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；所述预定位置位于所述传动齿轮上的齿的转动轨迹上；

记录预定时间内，经过所述预定位置的所述传动齿轮的齿的总齿数P；

根据所述总齿数P和预设值计算出收缆或放缆长度L_sf；所述预设值包括卷筒直径D、卷筒长度L、缆绳直径d、缆绳总层数N、最外层缆绳圈数C、缆绳总长L_t、以及传动齿轮的齿数T。

其中，所述根据所述总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度，包括：

计算卷筒上的剩余缆绳的层数N_r=[C+(N-1)*L/d-P/T]d/L；

计算剩余缆绳中满层的缆绳总长为L_syzc，

L_syzc=2.85*（N_r-1）*{D+1.1d[0.134+0.866*（N_r-1）]}*L/d；计算剩余最外层缆绳长度L_syzwc，

$L\_\mathrm{syzwc}=\left\{\right[C+(N-1)*L/d-P/T]-(N\_r-1)*L/d]\}*\mathrm{\π}*[D+d+(N\_r-1)*\sqrt{3}d];$

计算放缆或收缆长度L_sf＝L_t-L_syzc-L_syzwc。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过速度传感器实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；所述预定位置位于所述传动齿轮上的齿的转动轨迹上；计数器记录预定时间内，经过所述预定位置的所述传动齿轮的齿的总齿数；处理器根据所述总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度；所述预设值包括卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数；速度传感器的价格比编码器低，节省了成本；并且速度传感器的接口少，整个测量装置调试比较方便，测量效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种缆绳长度的测量装置的示意图；

图2是本发明实施例三提供的一种缆绳长度的测量方法的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为便于对本发明实施例描述的技术方案的理解，下面首先介绍船用绞车。一般地，船用绞车包括绞车本体、分别设在绞车本体上的卷筒、缠绕在卷筒上的缆绳、驱动卷筒转动的动力源、将动力传递至卷筒的传动齿轮、以及收缆或放缆长度的测量装置。其中，动力源驱动传动齿轮转动一圈，卷筒对应转动一圈，缆绳收缆或放缆一圈。本发明实施例将引入一个参考量，传动齿轮上齿的数量。具体地，以传动齿轮转动的齿数来确定传动齿轮转动的圈数。另外，在放缆前或收缆后，缆绳是一圈圈（卷筒上可设有绳槽）绕在卷筒上。当绕满一层后，缆绳将爬至（可通过爬绳设备）上面一层进行缠绕。

实施例一

本发明实施例提供了一种缆绳长度的测量装置，参见图1，该装置包括：速度传感器101，计数器102和处理器103。

其中，速度传感器101用于实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿。该预定位置位于该传动齿轮上的齿的转动轨迹上。计数器102用于记录预定时间内，经过该预定位置的传动齿轮的齿的总齿数。该预定时间通常是从传动齿轮转动开始至当前时间。处理器103用于根据该总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度。其中，预设值包括卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数。

具体地，速度传感器101可固定安装在传动齿轮的保护罩（齿轮罩）上。该保护罩用于保护传动齿轮，与传动齿轮为配套设备。传动齿轮一般设置在该保护罩中。将速度传感器101的感应方向对准传动齿轮的齿的转动轨迹某点，这样，速度传感器101能够对传动齿轮的齿的转动轨迹上任一个位置进行检测。该预定位置即是速度传感器101能够检测的位置。传动齿轮上的任意一个齿经过预定位置时，速度传感器101就发送一个脉冲信号。本实施例不限定速度传感器101的类别，可以采用现有的速度传感器进行检测。

具体地，计数器102接收该脉冲信号并累计脉冲信号的总数。脉冲信号的总数即为传动齿轮转动的总齿数。本实施例不限定计数器102的类别，可以采用现有的计数器进行计数。优选地，计数器102为FM350-2模块。

具体地，处理器103根据脉冲信号的总数和预设值计算出收缆或放缆长度。卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数为预先标定的值，均为定量。

进一步地，假设D为卷筒直径，L为卷筒长度，d为缆绳直径，N为缆绳总层数，C为最外层缆绳圈数，L_t为缆绳总长，T为传动齿轮的齿数，P为总齿数；则处理器103用于，

首先，计算卷筒上的剩余缆绳的层数N_r=[C+(N-1)*L/d-P/T]d/L。

具体地，卷筒上的剩余缆绳为绕在卷筒上的缆绳，可以是放缆后剩余的缆绳，也可以是收缆的缆绳，本实施例统一称为放缆或收缆的缆绳。N_r的计算过程推导如下：

（1）计算卷筒每层容纳缆绳的最大圈数MAX=L/d。

（2）计算放缆或收缆时缆绳的圈数C_sf＝P/T。

（3）计算缆绳总圈数C_t=C+(N-1)*MAX。

（4）计算剩余缆绳的圈数C_r=C_t-C_sf。

（5）计算剩余缆绳的层数N_r=C_r/MAX。

其次，计算剩余缆绳中满层的缆绳总长为L_syzc，

L_syzc=2.85*（N_r-1）*{D+1.1d[0.134+0.866*（N_r-1）]}*L/d。

具体地，满层的缆绳指绕满一层的缆绳。其中，N_r-1为剩余缆绳总层数中缆绳满层数，假设为N_rmc。进一步地，计算剩余缆绳中满层的缆绳总长L_syzc的公式为现有经典计算公式。

然后，计算剩余最外层缆绳长度L_syzwc，

$L\_\mathrm{syzwc}=\left\{\right[C+(N-1)*L/d-P/T]-(N\_r-1)*L/d]\}*\mathrm{\π}*[D+d+(N\_r-1)*\sqrt{3}d].$

具体地，L_syzwc的计算过程推导如下：

（1）计算剩余最外层缆绳的圈数C_rzwc=C_r-N_rmc*MAX。

（2）计算剩余最外层缆绳每圈直径

具体地，容易知道，卷筒上第1层缆绳的每圈直径D1＝D+d。假设缆绳位于卷筒上的第n层，第n层缆绳每圈直径为Dn。存在已知公式，

根据该公式，能够计算出位于第N_r层（剩余缆绳的层数）的缆绳每圈直径Dzwc。

（3）计算最外层缆绳每圈周长ZC_zwc=π*Dzwc。

（4）计算剩余最外层缆绳长度L_syzwc=C_rzwc*ZC_zwc。

最后，计算放缆或收缆长度L_sf＝L_t-L_syzc-L_syzwc。

具体地，放缆或收缆长度L_sf为，绕在卷筒上的缆绳的总长度；可以是放缆后剩余的缆绳长度，也可以是收缆的缆绳长度。

优选地，处理器103为PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）。

其中，该装置还包括用于显示计算出的收缆或放缆长度的显示模块104。

经过实船验证表明，本实施例提供的测量装置测量的收缆或放缆长度误差较小，精确度可达98%。

本发明实施例提供的上述测量装置带来的有益效果是：通过速度传感器实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；该预定位置位于该传动齿轮上的齿的转动轨迹上；计数器记录预定时间内，经过该预定位置的该传动齿轮的齿的总齿数；处理器根据该总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度；该预设值包括卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数；速度传感器的价格比编码器低，节省了成本；并且速度传感器的接口少，整个测量装置调试比较方便，测量效率高。

实施例二

本发明实施例提供了一种船用绞车，该绞车包括：绞车本体、分别设在绞车本体上的卷筒、缠绕在卷筒上的缆绳、驱动卷筒转动的动力源、将动力传递至卷筒的传动齿轮、以及收缆或放缆长度的测量装置。

其中，该收缆或放缆长度的测量装置为本发明实施例一中描述的缆绳长度测量装置，在此不再详述。

本发明实施例提供的上述船用绞车带来的有益效果是：通过速度传感器实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；该预定位置位于该传动齿轮上的齿的转动轨迹上；计数器记录预定时间内，经过该预定位置的该传动齿轮的齿的总齿数；处理器根据该总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度；该预设值包括卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数；速度传感器的价格比编码器低，节省了成本；并且速度传感器的接口少，整个测量装置调试比较方便，提高了测量效率。

实施例三

本发明实施例提供了一种缆绳长度的测量方法，参见图2，该方法包括：

301：实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿。

其中，该预定位置位于该传动齿轮上的齿的转动轨迹上。

具体地，可采用速度传感器检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿。

302：记录预定时间内，经过该预定位置的传动齿轮的齿的总齿数P。

其中，该预定时间通常是从传动齿轮转动开始至当前时间。

具体地，可采用计数器进行上述记录操作。

303：根据该总齿数P和预设值计算出收缆或放缆长度。

其中，预设值包括卷筒直径D、卷筒长度L、缆绳直径d、缆绳总层数N、最外层缆绳圈数C、缆绳总长L_t、以及传动齿轮的齿数T。

进一步地，本步骤包括步骤A～D：

步骤A：计算卷筒上的剩余缆绳的层数N_r=[C+(N-1)*L/d-P/T]d/L。

具体地，N_r的计算过程推导如下：

（1）计算卷筒每层容纳缆绳的最大圈数MAX=L/d。

（2）计算放缆或收缆时缆绳的圈数C_sf＝P/T。

（3）计算缆绳总圈数C_t=C+(N-1)*MAX。

（4）计算剩余缆绳的圈数C_r＝C_t-C_sf。

（5）计算剩余缆绳的层数N_r＝C_r/MAX。

步骤B：计算剩余缆绳中满层的缆绳总长为L_syzc，

L_syzc=2.85*（N_r-1）*{D+1.1d[0.134+0.866*（N_r-1）]}*L/d。

具体地，N_r-1为剩余缆绳总层数中缆绳满层数，假设为N_rmc。进一步地，计算剩余缆绳中满层的缆绳总长L_syzc的公式为现有经典计算公式。

步骤C：计算剩余最外层缆绳长度L_syzwc，

$L\_\mathrm{syzwc}=\left\{\right[C+(N-1)*L/d-P/T]-(N\_r-1)*L/d]\}*\mathrm{\π}*[D+d+(N\_r-1)*\sqrt{3}d].$

具体地，L_syzwc的计算过程推导如下：

（1）计算剩余最外层缆绳的圈数C_rzwc=C_r-N_rmc*MAX。

（2）计算剩余最外层缆绳每圈直径

具体地，容易知道，卷筒上第1层缆绳的每圈直径D1＝D+d。假设缆绳位于卷筒上的第n层，第n层缆绳每圈直径为Dn。存在已知公式，

根据该公式，能够计算出位于第N_r层（剩余缆绳的层数）的缆绳每圈直径Dzwc。

（3）计算最外层缆绳每圈周长ZC_zwc=π*Dzwc。

（4）计算剩余最外层缆绳长度L_syzwc=C_rzwc*ZC_zwc。

步骤D：计算放缆或收缆长度L_sf＝L_t-L_syzc-L_syzwc。

304：显示计算出收缆或放缆长度。

具体地，可采用显示屏来显示计算出的收缆或放缆长度。

本发明实施例提供的上述测量方法带来的有益效果是：通过实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；该预定位置位于该传动齿轮上的齿的转动轨迹上；记录预定时间内，经过该预定位置的该传动齿轮的齿的总齿数；根据该总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度；该预设值包括卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数；测量方法比较简单，易于操作。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种缆绳长度的测量装置，所述装置包括处理器，其特征在于，所述装置还包括速度传感器和计数器；

所述速度传感器，用于实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；所述预定位置位于所述传动齿轮上的齿的转动轨迹上；

所述计数器，用于记录预定时间内，经过所述预定位置的所述传动齿轮的齿的总齿数；

所述处理器，用于根据所述总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度；所述预设值包括卷筒直径、卷筒长度、缆绳直径、缆绳总层数、最外层缆绳圈数、缆绳总长、以及传动齿轮的齿数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器用于，

计算卷筒上的剩余缆绳的层数N_r=[C+(N-1)*L/d-P/T]d/L；

计算剩余缆绳中满层的缆绳总长为L_syzc，

L_syzc=2.85*（N_r-1）*{D+1.1d[0.134+0.866*（N_r-1）]}*L/d；

计算剩余最外层缆绳长度L_syzwc，

$L\_\mathrm{syzwc}=\left\{\right[C+(N-1)*L/d-P/T]-(N\_r-1)*L/d]\}*\mathrm{\π}*[D+d+(N\_r-1)*\sqrt{3}d];$

计算放缆或收缆长度L_sf＝L_t-L_syzc-L_syzwc；

其中，D为所述卷筒直径，L为所述卷筒长度，d为所述缆绳直径，N为所述缆绳总层数，C为所述最外层缆绳圈数，L_t为所述缆绳总长，T为所述传动齿轮的齿数，P为所述总齿数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器为可编程逻辑控制器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计数器为FM350-2模块。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于显示计算出的收缆或放缆长度的显示模块。

6.一种船用绞车，所述绞车包括绞车本体、分别设在所述绞车本体上的卷筒、缠绕在所述卷筒上的缆绳、驱动所述卷筒转动的动力源、将动力传递至所述卷筒的传动齿轮、以及收缆或放缆长度的测量装置，其特征在于，所述收缆或放缆长度的测量装置为权利要求1～5任一项描述的缆绳长度测量装置。

7.一种缆绳长度的测量方法，其特征在于，所述方法包括：

实时检测转动至预定位置的传动齿轮上的齿；所述预定位置位于所述传动齿轮上的齿的转动轨迹上；

记录预定时间内，经过所述预定位置的所述传动齿轮的齿的总齿数P；

根据所述总齿数P和预设值计算出收缆或放缆长度L_sf；所述预设值包括卷筒直径D、卷筒长度L、缆绳直径d、缆绳总层数N、最外层缆绳圈数C、缆绳总长L_t、以及传动齿轮的齿数T。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述总齿数和预设值计算出收缆或放缆长度，包括：

计算卷筒上的剩余缆绳的层数N_r=[C+(N-1)*L/d-P/T]d/L；

计算剩余缆绳中满层的缆绳总长为L_syzc，

L_syzc=2.85*（N_r-1）*{D+1.1d[0.134+0.866*（N_r-1）]}*L/d；

计算剩余最外层缆绳长度L_syzwc，

$L\_\mathrm{syzwc}=\left\{\right[C+(N-1)*L/d-P/T]-(N\_r-1)*L/d]\}*\mathrm{\π}*[D+d+(N\_r-1)*\sqrt{3}d];$

计算放缆或收缆长度L_sf＝L_t-L_syzc-L_syzwc。

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