CN103792035A - 一种基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置，主要由基座一，基座二、光源发生单元、挡板和光感元件构成，光源发生单元中设置的光源、透镜一、通光孔一与挡板上的通光孔二、透镜二、光感元件形成一条光源产生、传播和接收的通路，当提升机主轴受到一定的扭矩时，通光孔一和通光孔二之间会产生相应的错位，从而测量最终到达通光孔二的光量变化实现对转轴扭转角的检测，最终计算出转轴扭矩的大小。装置在不破坏原有设备和地基情况下，实现转轴不同转速时的扭矩测量。该装置可以实现转轴静止等不同转速下的扭矩测量，无电磁场对无线传输的干扰，使用方便，维护成本低，具有广泛的推广意义。

Description

一种基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置

技术领域

本发明涉及一种基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置，尤其适合用于矿井提升机主轴的扭矩监测，还适用于其他转轴等旋转体的扭矩检测。

背景技术

提升机是矿井广泛使用的一种典型旋转机械，作为矿井的“咽喉”，在矿业生产中具有十分重要的地位。随着现代工业及科学技术的迅猛发展和对生产高效率的要求，矿井提升机的结构日趋复杂，单次提升容量越来越大，提升速度越来越快，提升的距离也越来越大。一旦矿井提升机提升过程中出现卡罐、打滑、过卷和过放等故障，可能引发链式反应，其工况状态不仅影响该设备本身的运行，而且还会对后续生产造成影响，严重时甚至引发机毁人亡事故，对国民经济造成重大损失。因此，有必要对矿井提升机的主轴扭矩进行监测，因为提升机卡罐、打滑、过卷和断绳时，主轴的扭矩会发生相应的变化。

目前，学者们研究出了不少的扭矩的测量方法和装置。比如串接测量法，此方法是在被测部件上串联相应的扭矩测量装置，此方法需要改变原有设备的结构连接，对已安装好的设备应用代价高。通过在转轴上贴应变片可以实现转轴的扭矩测量，但是会存在应变片脱落以及对应变片的贴片精度要求高。通过电磁感应也可以实现转轴的扭矩测量，但是电磁感应会影响无线数据的有效传输。在轴表面进行一定的处理（刻线，安装线圈等），然后再对应位置安装检查装置实现转轴扭矩测量方法需要在原有的地基上安装支架，需要大量的连接导线，具有一定的局限性。

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，提供一种基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置，通过光感原理实现转轴扭矩的测量，从而实现无线数据传输对转轴扭矩监测系统。

技术方案：本发明的基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置，包括扣合设在主轴上的基座一和基座二、对称设在基座一和基座二上的上壳体和下壳体，上下壳体内对称设有安装于基座一上的光源发生单元，光源发生单元包括设在基座一上的信号处理单元、设在信号处理单元上的光源，光源发生单元的顶部与光源和主轴轴心所在直线相交处设有通光孔一，通光孔一和光源连线之间设有透镜一，上下壳体内壁与光源和主轴轴心所在直线相交的地方设有与信号处理单元相连接的光感元件，光感元件与光源发生单元之间设有一个固定在基座二上、且与主轴同心的圆弧状挡板，挡板上开有一个与通光孔一位置相对应、且形状和大小相同的通光孔二，通光孔二与光感元件之间设有将接收到的光源聚到光感元件上的透镜二。

所述光源发生单元上的通光孔一为与主轴同心的圆弧形孔。

所述的信号处理单元包括与光感元件相连的电源、调理电路和无线发射模块，调理电路的输入端与光感元件的输出端相连接，调理电路的输出端与无线发射模块相连接。

有益效果：本发明利用光感原理实现对矿井提升机主轴扭矩进行实时监测，同时，也可应用于其他的转轴扭矩测量。装置可在不破坏原有设备连接和基础的情况下实现转轴扭矩的实时测量，采用无线传输数据，布线少，无电磁干扰。可实现转轴静止等不同转速下的扭矩测量，使用方便，维护成本低，效果显著，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明装置的轴向示意图。

图2是本发明装置的侧视图。

图3是本发明装置的信号处理单元示意图。

图中：1-基座一，2-信号处理单元，3-透镜一，4-通光孔一，5-通光孔二，6-上壳体，7-光感元件，8-透镜二，9-挡板，10-光源发生单元，11-光源，12-主轴，13-下壳体，14-基座二，15-电源，16-调理电路，17-无线发射模块。

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：

本发明的基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置，主要由基座一1,基座二14、光源发生单元10、挡板9和光感元件7构成，基座一1和基座二14为两个带有半圆弧槽的扣合体，两个基座间隔10cm并通过螺栓对称扣合固定在提升机的主轴12上，基座一1和基座二14上设有固定在其上的上壳体6和下壳体13，上下壳体内对称设有安装于基座一1上的光源发生单元10，光源发生单元10包括设在基座一1上的信号处理单元2、设在信号处理单元2上的光源11，光源发生单元10的顶部与光源11和主轴12轴心所在直线相交处设有通光孔一4，通光孔一4为与主轴12同心的圆弧孔，通光孔一4和光源11连线之间设有透镜一3，安装时使光源11位于透镜一3靠近基座一1的焦点上，上下壳体内壁与光源11和主轴12轴心所在直线相交的地方设有与信号处理单元2相连接的光感元件7，光感元件7与光源发生单元10之间设有一个固定在基座二14上、且与主轴12同心的圆弧状挡板9，挡板9上开有一个与通光孔一4位置相对应、且形状和大小相同的通光孔二5，通光孔二5与光感元件7之间设有将接收到的光源聚到光感元件7上的透镜二8，透镜二8的安装标准为使光感元件7位于其远离基座一1的焦点上。

如附图3所示，所述的信号处理单元2包括与光感元件7相连的电源15、调理电路16和无线发射模块17，调理电路16的输入端与光感元件7的输出端相连接，调理电路16的输出端与无线发射模块17相连接。电源15同时给光感元件7、调理电路16、无线发射模块17和光源11供电。

工作时，将装置安装在提升机的主轴12上并与其保持相对静止。当主轴12未受力时，光源1的光通过透镜一3的作用后出来的是平行光，由于通光孔一4和通光孔二5的初始位置刚好对齐，这样通过通光孔一4的平行光能全部通过通光孔二5，经过透镜二8的作用聚集到光感元件7上，使光感元件7输出电流，电流通过信号处理单元2中的调理电路16的处理后经过无线发射模块无线传输到上位机或PC机；当主轴受力产生扭矩时，提升机的主轴12会产生扭转，使基座一1和基座二14产生相对转动，固定在基座二14上的挡板9随基座二14转动，从而使原本对齐的通光孔一4和通光孔二5产生与扭矩相对应的错位，这时通过通光孔一4的平行光只有部分光能够进入通光孔二5最终到达光感元件7上，经光感元件7过处理后向上位机发送与此时光感相对应的电信号，通过对比主轴不同受力时光感元件7接收光的多少实现测量通光孔一4相对于通光孔二5的扭转角，即可通过测量的扭转角计算出提升机主轴12的扭矩。

此处以提升机主轴为对象阐述了本发明的一个实施例，但本发明不仅仅适用于提升机主轴的扭矩监测，还可用于其他转轴的扭矩检测。同时，实际应用时，可以通过信号处理单元计算出扭矩值后再通过无线将其传输到上位机。

Claims (3)

1.一种基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置，其特征在于：它包括扣合设在主轴（12）上的基座一（1）和基座二（14）、对称设在基座一（1）和基座二（14）上的上壳体（6）和下壳体（13），上下壳体内对称设有安装于基座一（1）上的光源发生单元（10），光源发生单元（10）包括设在基座一（1）上的信号处理单元（2）、设在信号处理单元（2）上的光源（11），光源发生单元（10）的顶部与光源（11）和主轴（12）轴心所在直线相交处设有通光孔一（4），通光孔一（4）和光源（11）连线之间设有透镜一（3），上下壳体内壁与光源（11）和主轴（12）轴心所在直线相交的地方设有与信号处理单元（2）相连接的光感元件（7），光感元件（7）与光源发生单元（10）之间设有一个固定在基座二（14）上、且与主轴（12）同心的圆弧状挡板（9），挡板（9）上开有一个与通光孔一（4）位置相对应、且形状和大小相同的通光孔二（5），通光孔二（5）与光感元件（7）之间设有将接收到的光源聚到光感元件（7）上的透镜二（8）。

2.根据权利1要求所述的基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置，其特征在于：所述光源发生单元（10）上的通光孔一（4）为与主轴（12）同心的圆弧形孔。

3.根据权利1要求所述的基于转角测量的提升机主轴扭矩监测装置，其特征在于：所述的信号处理单元（2）包括与光感元件（7）相连的电源（15）、调理电路（16）和无线发射模块（17），调理电路（16）的输入端与光感元件（7）的输出端相连接，调理电路（16）的输出端与无线发射模块（17）相连接。

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