CN103863959B - 拉力传感器、力矩限制器及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种拉力传感器、力矩限制器及起重机。该拉力传感器包括筒体、密封隔板、连接部、液压检测装置及计算装置，其中所述密封隔板设置于所述连接部上，所述密封隔板将所述筒体分隔为第一室和第二室，所述第一室或第二室内填充有液压油；所述液压检测装置用于检测所述液压油的压强；所述计算装置根据所述压强及所述第一室或第二室的受力面积，计算得出所受拉力。本发明基于新型的工作原理，提供一种新型的拉力传感器，可替代传统传感器，并具有生产制造简单、成本低、测量误差小等优点，尤其适用于大载荷的测量。

Description

拉力传感器、力矩限制器及起重机

技术领域

本发明主要涉及工程机械及力传感技术领域，具体地说，涉及一种拉力传感器，以及设置有该拉力传感器的起重机及力矩限制器。

背景技术

起重机（尤其是履带式起重机）等设备对作业的安全性要求较高，力矩限制器是其非常重要的安全监控装置，能对设备作业进行实时监控和记录，自动实现过载保护和过仰保护，确保其在安全范围内作业，并在危险工况或过载发生时报警，同时切断危险方向的动作，从而保证设备及人员的安全。

力矩限制器主要由角度传感器、力传感器、控制器及显示器等部分组成，其中力传感器的压力或拉力测量是力矩限制器计算及控制的关键。现有技术中，力传感器大多采用变幅取力，其取力方式一般为压式或拉式。

压力取力是利用滑轮架受力后挤压压式传感器来检测受力状态，但是该压式传感器必须保证垂直受力，侧向受力是不允许的，因而对制造要求较高。而且，制造过程中传感器与销轴之间会出现空隙过大的现象，导致在起落臂时传感器受力差异较大，从而造成吊重量显示误差过大及显示不稳定问题，其在起重机领域的应用逐渐减少。

拉力取力利用变幅受拉部件（如变幅拉杆、拉板或拉绳等）在受力后拉紧拉力传感器，从而测量臂架受力状态，其便于安装和调试，只需保持拉力传感器与变幅受拉部件方向一致，即可保证测量准确性，且起落臂时力矩变化趋势一致性较好。

但是，当前的拉力传感器普遍为基于电阻应变片的装置，电阻应变片随外力变形，其阻值将随之发生变化，经过相应的测量电路可将这一电阻变化转换为电信号，进而完成将外力变换为电信号的过程。它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，因而测量误差较大、可靠性差，对于吨位较大的起重机而言，其弊端更加明显。而且，拉力传感器的内部结构复杂、生产制造困难、价格昂贵，提高了起重机等设备的制造成本。

因此，如何提供一种可靠性高、价格低廉、生产制造方便的拉力传感器，以替代传统基于电阻应变片的传感器并应用于起重机等设备中，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种拉力传感器，可解决现有技术的传感器测量误差大、可靠性差、生产制造困难、价格昂贵等缺陷或至少其中之一。

本发明的拉力传感器，包括筒体、密封隔板、连接部、液压检测装置及计算装置，其中：

所述筒体连接第一受拉接头，所述连接部连接第二受拉接头，所述密封隔板设置于所述连接部上，所述密封隔板将所述筒体分隔为第一室和第二室，所述第一室或第二室内填充有液压油；

所述液压检测装置用于检测所述液压油的压强；

所述计算装置根据所述压强及所述第一室或第二室的受力面积，计算得出所受拉力。

进一步地，在拉力检测时所述第一室或第二室内的液压油量不变。

进一步地，所述筒体上开设有安装孔，所述安装孔与填充有液压油的腔室同一侧，所述液压检测装置插设于所述安装孔内。

进一步地，所述筒体上还设置有与大气连通的呼吸口，所述呼吸口与未填充液压油的腔室位于同一侧。

进一步地，所述筒体包括筒身、位于所述筒身两端的第二室法兰和第一室法兰，所述第二室法兰与所述筒身螺纹连接，所述第一室法兰与所述筒身焊接。

进一步地，所述第二室法兰设置有用于与所述第一受拉接头连接的内螺纹或外螺纹，所述连接部端部也设置有用于与所述第二受拉接头连接的内螺纹或外螺纹。

进一步地，所述第二室法兰和所述第一受拉接头之间还通过焊接加固，所述连接部和所述第二受拉接头之间也通过焊接加固。

进一步地，所述第二室法兰与所述第一受拉接头之间一体形成，所述连接部与所述第二受拉接头之间也一体形成。

本发明的另一个方面，还提供一种力矩限制器，包括角度传感器、控制器，并且还包括前述任一项的拉力传感器，所述控制器连接所述角度传感器和所述拉力传感器，并根据角度和拉力大小，对设备工况进行监控。

本发明的又一个方面，还提供一种起重机，包括力矩限制器，所述力矩限制器包括权前述任一项的拉力传感器，所述拉力传感器连接于所述起重机的受拉部件上。

本发明的拉力传感器，包括筒体、密封隔板、连接部、液压检测装置及计算装置，基于液压油压强与受力面积的乘积得出拉力大小。使用该新型的拉力传感器，可广泛地应用于多种拉力检测的场合，并可替代传统的基于电阻应变片的拉力传感器。

本发明的液压检测装置可选用价格低廉的小型压力传感器，相对于现有技术电阻应变片式拉力传感器而言，不仅生产制造简单，易于推广实施，还可大幅降低成本。

需要说明的是，当额定负载更大时，电阻应变片式拉力传感器对元器件的要求更高，制造更加困难，而本发明的拉力传感器在制造难度及成本上的增加并不明显，因此在应用于大载荷时本发明具有更加显著的优势。

此外，本发明的拉力传感器在拉力变化时，液压油受力并产生微小行程，由于液压油承压能力强，即使在受力很大时液压油的形变及压力值依然具有线性规律，相对于电阻应变片式拉力传感器而言，测量误差较小，可靠性高。

本发明的力矩限制器，由于使用新型拉力传感器，能够及时准确地测量所受拉力，即使在负载较大时依然能够保证测量准确性，力矩限制器依据该测量数据可对设备作业进行实时监控，从而确保设备在安全范围内作业，尤其适用于大吨位起重机的安全监控。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施例的拉力传感器的结构示意图；

图2是图1所示实施例的连接部部分的结构示意图；

图3是图1所示实施例的筒体部分的结构示意图；

图4是本发明一实施例的起重机的结构示意图。

附图标记说明：

筒体-1密封隔板-2

连接部-3液压检测装置-4

计算装置-5第一受拉接头-61

第二受拉接头-62第一室-7

第二室-8受拉部件-9

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

本发明中，术语“第一”、“第二”主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。

图1所示是本发明一实施例的拉力传感器的结构示意图，图2是图1所示实施例的连接部部分的结构示意图；图3是图1所示实施例的筒体部分的结构示意图。从各图中看出，该实施例的拉力传感器包括筒体1、密封隔板2、连接部3、液压检测装置4及计算装置5。

其中，筒体1连接第一受拉接头61，连接部3连接第二受拉接头62，密封隔板2设置于连接部3上，密封隔板2将筒体1分隔为第一室7和第二室8。在工作过程中，通过第一受拉接头61和第二受拉接头62分别向筒体1和连接部3施加拉力。

第一受拉接头61和第二受拉接头62主要起连接作用，其可以采用多种可能结构。如图1所示，优选在各接头上分别设置有连接孔，整体形成吊环结构，从而可以使得该拉力传感器整体形成通用型结构，便于安装拆卸，并可广泛应用于多种检测拉力的场合，如建筑行业、起重设备、运动器械等。

该实施例的拉力传感器可在第一室7内填充有液压油，也可在第二室8内填充有液压油，只要在工作时液压油承受拉力并受到挤压，使其因所受拉力不同而产生不同的液压油压强，即可以实现本发明的技术效果。该液压油可以采用现有技术液压系统中采用的液压介质。

应当清楚，本发明该实施例的拉力传感器，在筒体1上并未设置进出油口，拉力检测的工作过程中第一室7或第二室8中的液压油量不发生变化。此外，该拉力传感器在工作时承受拉力，其密封隔板2及连接部3的动作是因为液压油受压形变产生，属于小行程（一般只有几个毫米）的被动移动。

前述液压检测装置4用于检测液压油的压强，其可以具有检测端，该检测端伸入液压油中。该液压检测装置4可以是如压强计等装置，优选其为将压强信号转换为电信号的传感器，如电感式压力传感器、电容式压力传感器等，更优选其为基于电阻应变片的压力传感器。

该基于电阻应变片的压力传感器具有极低的价格、较高的精度以及较好的线性特性等优点。该压力传感器的电阻应变片随所受液压油压强大小变形，其阻值将随之发生变化，经过相应的测量电路可将这一电阻变化转换为电信号，进而完成将液压油压强变换为电信号的过程。

液压检测装置4可以具有多种可能的外形结构，并且在具体安装方面，可以内置于第一室7或第二室8中，也可以设置于筒体1上并与第一室7或第二室8连通。为了便于安装制造及检修更换，并保证输出信号的强度，优选筒体1上开设有的安装孔，安装孔与填充有液压油的腔室同一侧，液压检测装置4插设于该安装孔内。

前述计算装置5连接液压检测装置4，并根据液压检测装置4测量的压强及第一室7或第二室8的受力面积，计算得出所受拉力。此外，优选在拉力检测时第一室或第二室内的液压油量不变。该拉力的大小可以是压强与受力面积的乘积，也可以在该乘积的基础上进行相应的修正。第二室8的受力面积可以是密封隔板2的横截面积（或筒体1的内圈面积），第一室7的受力面积则可以是密封隔板2的横截面积减去连接部3的横截面积。

上述实施例提供了一种新型的拉力传感器，基于液压油压强与受力面积的乘积得出拉力大小。该拉力传感器使用了新型的测量方法和工作原理，可广泛地应用于多种拉力检测的场合，并可替代传统的基于电阻应变片的拉力传感器。

由于液压检测装置4可选用价格低廉的小型压力传感器，相对于现有技术电阻应变片式拉力传感器而言，不仅生产制造简单，易于推广实施，还可大幅降低成本。

需要说明的是，当额定负载更大时，电阻应变片式拉力传感器对元器件的要求更高，制造更加困难，而上述实施例的拉力传感器在制造难度及成本上的增加并不明显，因此在应用于大载荷时上述实施例具有更加显著的优势。

此外，该拉力传感器在拉力变化时，液压油受力并产生微小行程，由于液压油承压能力强，即使在受力很大时液压油的形变及压力值依然具有线性规律，相对于电阻应变片式拉力传感器而言，测量误差较小，可靠性高。

上述实施例的拉力传感器中，第一室7或第二室8中填充的液压油可以在制造过程中预置。进一步地，为了便于检修及液压油的更换，还可以在第一室7或第二室8设置有充油口，制造人员或检修人员均可通过该充油口填充液压油。应当清楚，该充油口在拉力传感器检测拉力的工作过程中为封闭状态。

进一步地，筒体1上还设置有与大气连通的呼吸口，呼吸口与未填充液压油的腔室位于同一侧。当第一室7填充液压油时，则呼吸口与第二室8连通；当第二室8填充液压油时，则呼吸口与第一室7连通。由于设置有呼吸口，则该未填充液压油的腔室可维持为大气压，避免了该腔室产生正压或负压而对液压油压强造成影响，进而可保证测量精度和可靠性。

本发明的筒体1优选为圆筒状结构，密封隔板2优选为圆柱形结构。筒体1、连接部3、第一受拉接头61和第二受拉接头62之间可以采用多种结构及安装工艺。最优选地，筒体1包括筒身、位于筒身两端的第二室法兰和第一室法兰，第二室法兰与筒身螺纹连接，第一室法兰与筒身焊接。对于该结构而言，优选液压油填充于第一室7。

第一室法兰与筒身焊接，可保证第一室7的密封性，提高该部分结构的强度和刚度；第二室法兰与筒身螺纹连接，可便于装卸及检修。其中，第二室法兰上可设置有外螺纹，筒身的内壁上设置有与该外螺纹配合的内螺纹。

此外，第二室法兰与第一受拉接头61连接，其可以具有多种可能的连接方式。作为一个实施例，第二室法兰与第一受拉接头61之间一体形成，其可以采用整体坯锻工艺。作为另一个实施例，第二室法兰设置有用于与第一受拉接头61连接的内螺纹或外螺纹。进一步，为了提高连接稳固性，保证在受到较大载荷拉力时不会出现松动，优选在第二室法兰和第一受拉接头61之间还通过焊接加固。

同样地，连接部3端部与第二受拉接头62之间也可以具有多种可能的连接方式。与第二室法兰相似，连接部3与第二受拉接头62之间也可一体形成，并可采用整体坯锻工艺。作为一种替换方式，连接部3端部也设置有用于与第二受拉接头62连接的内螺纹或外螺纹，此外还可在连接部3和第二受拉接头62之间也通过焊接加固。

除了前述实施例新型的拉力传感器外，本发明还提供一种设置有该实施例的拉力传感器的力矩限制器。该力矩限制器还包括角度传感器和控制器。该控制器连接角度传感器和拉力传感器，并根据角度和拉力大小，对设备工况进行监控。该力矩传感器还可以包括其它如长度传感器及显示器等结构，各部分可参考现有及改进的技术，本文在此不再赘述。

图4所示是本发明一实施例的起重机的结构示意图。该起重机包括力矩限制器，该力矩限制器的拉力传感器连接于起重机的受拉部件9上。该受拉部件9可以是如变幅拉杆、拉板或拉绳等。

该拉力传感器可串联于受拉部件9中间，或者连接于受拉部件9的端部。只需保持拉力传感器与受拉部件9方向一致，即可保证测量准确性。

由于使用新型拉力传感器，能够及时准确地测量所受拉力，即使在负载较大时依然能够保证测量准确性，力矩限制器依据该测量数据可对设备作业进行实时监控，从而确保设备在安全范围内作业，尤其适用于大吨位起重机的安全监控，更优选地适用于履带起重机。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种拉力传感器，其特征在于，包括筒体（1）、密封隔板（2）、连接部（3）、液压检测装置（4）及计算装置（5），其中：

所述筒体（1）连接第一受拉接头（61），所述连接部（3）连接第二受拉接头（62），所述密封隔板（2）设置于所述连接部（3）上，所述密封隔板（2）将所述筒体（1）分隔为第一室（7）和第二室（8），所述第一室（7）或第二室（8）内填充有液压油；

所述液压检测装置（4）用于检测所述液压油的压强；

所述计算装置（5）根据所述压强及所述第一室（7）或第二室（8）的受力面积，计算得出所受拉力。

2.根据权利要求1所述的拉力传感器，其特征在于，在拉力检测时所述第一室（7）或第二室（8）内的液压油量不变。

3.根据权利要求1所述的拉力传感器，其特征在于，所述筒体（1）上开设有安装孔，所述安装孔与填充有液压油的腔室同一侧，所述液压检测装置（4）插设于所述安装孔内。

4.根据权利要求1所述的拉力传感器，其特征在于，所述筒体（1）上还设置有与大气连通的呼吸口，所述呼吸口与未填充液压油的腔室位于同一侧。

5.根据权利要求1-4任一项所述的拉力传感器，其特征在于，所述筒体（1）包括筒身、位于所述筒身两端的第一室法兰和第二室法兰，所述第一室法兰与所述筒身焊接，所述第二室法兰与所述筒身螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的拉力传感器，其特征在于，所述第二室法兰设置有用于与所述第一受拉接头（61）连接的内螺纹或外螺纹，所述连接部（3）端部也设置有用于与所述第二受拉接头（62）连接的内螺纹或外螺纹。

7.根据权利要求6所述的拉力传感器，其特征在于，所述第二室法兰和所述第一受拉接头（61）之间还通过焊接加固，所述连接部（3）和所述第二受拉接头（62）之间也通过焊接加固。

8.根据权利要求5所述的拉力传感器，其特征在于，所述第二室法兰与所述第一受拉接头（61）之间一体形成，所述连接部（3）与所述第二受拉接头（62）之间也一体形成。

9.一种力矩限制器，包括角度传感器、控制器，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述的拉力传感器，所述控制器连接所述角度传感器和所述拉力传感器，并根据角度和拉力大小，对设备工况进行监控。

10.一种起重机，包括力矩限制器，其特征在于，所述力矩限制器包括权利要求1-8任一项所述的拉力传感器，所述拉力传感器连接于所述起重机的受拉部件（9）上。