CN104670997A - 绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，包括如下步骤：求出卷筒和丝杆的速度比；按照缆径分段求出当前卷筒上缆阵的直线总长度，即为动轨座移动过的直线总长度；求出卷筒上已缠绕缆阵的总层数，辨识出卷筒上缠绕的当前层是奇数层还是偶数层；根据卷筒上缆阵层数的奇偶性，判断丝杆上动轨座当前的移动方向，求出丝杆上动轨座的目标位移。本发明将丝杆上动轨座原有复杂的往复折线运动，转变成了简单的直线运动，便于获得动轨座在丝杆上运行的确切总长度，有效提高丝杆上动轨座所处位置的计算精度，方法巧妙，计算简便，为辨识绞车上缆阵层数、丝杆换向以及卷筒和丝杆是否同步运行提供了保证，确保绞车缆阵排布均匀、整齐。

Description

绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法

技术领域

本发明涉及一种绞车，尤其涉及一种自动识别绞车丝杆上动轨座运行位置的绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，适用于绞车上有多种直径缆阵、缆阵有多层次布阵的电气自动排缆系统。

背景技术

绞车电气自动排缆系统，如图1所示，包括动轨座1、丝杆2和两个基座11，两个基座安装在绞车上，丝杆2连接在两个基座之间，动轨座通过丝杆螺母、轴承安装在丝杆上。一个基座上安装有伺服电机3，伺服电机3和丝杆2相连，丝杆的两端各有一个限位开关。伺服电机轴侧安装有丝杆编码器5，控制绞车上的卷筒旋转的变频电机轴侧安装有卷筒编码器。工作时，动轨座在丝杆上来回移动，缆阵经过动轨座导引自动缠绕到卷筒上。丝杆上动轨座的位置是实现绞车整齐、有序排缆及实现卷筒和丝杆同步运行的重要参数，动轨座在丝杆上往复移动，其运动轨迹在平面坐标上是等长的折线，如果分层分段考虑，运算处理复杂。不同功能的绞车有不同的处理方式，有的绞车丝杆上动轨座的移动距离与缆绳直径固定一个或几个螺距，或者固定一个比例关系，但是这种绞车，仅适合排布只有一种缆径的缆绳，操作比较不方便。还有一种“可排变直径电缆和测量张力的排缆装置”，在绞车动轨座上设计了三辊轮装置，用编码器、传感器、放大装置等来检测缆绳直径、绳长和绳速，以确定排缆节距以及丝杆与卷筒的同步速度，但结构复杂，不仅增加了硬件数量，增加了设备对空间位置的需求，同时也提高了设计和制作成本。在空间有限、不能安装过多检测部件的情况下，对于需要缠绕一种缆阵上存在多种直径规格的缆绳的绞车，既要知道缆阵层数、丝杆换向位置，保证卷筒和丝杆同步(或称主机和从机同步)运行，又要将缆阵排布均匀、整齐，使用上述方法实现有些困难。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题；提供一种绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，其将动轨座在丝杆上的往复折线运动转换成直线运动，便于获得动轨座在丝杆上运行的确切总长度，便于确定动轨座在丝杆上的实际位置，方法巧妙，计算简便，有效提高动轨座位置的计算精度，为辩识缆阵层数、丝杆换向以及卷筒和丝杆是否同步运行提供了保证，确保绞车缆阵排布均匀、整齐。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：动轨座安装在丝杆上，丝杆的旋转受伺服电机控制，伺服电机受伺服电机驱动控制器控制，安装在伺服电机上的丝杆编码器输出信号给伺服电机驱动控制器，卷筒受变频电机控制，变频电机受变频电机驱动控制器控制，安装在变频电机上的卷筒编码器输出信号给变频电机驱动控制器，缆阵经过动轨座导引自动缠绕到卷筒上，本发明绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法包括如下步骤：

①.定义卷筒所缠缆阵奇数层、偶数层和动轨座运行方向；根据每一层所缠缆阵的圈数求出卷筒变频电动机初始转数和最终转数，进而求得卷筒编码器转过的圈数；根据每一层初始及最终结束时卷筒编码器读数和每一层初始及最终结束时丝杆编码器读数求出所述的卷筒和所述的丝杆的速度比；

②.按照缆径分段求出当前卷筒上缆阵的直线总长度，即为所述的动轨座移动过的直线总长度；

③.求出卷筒上已缠绕缆阵的总层数，辨识出卷筒上缠绕的当前层是奇数层还是偶数层；

④.根据卷筒上缆阵层数的奇偶性，判断丝杆上动轨座当前的移动方向，求出丝杆上动轨座的目标位移。

丝杆上动轨座的目标位移也就是动轨座在丝杆上的实际位移值，获得动轨座在丝杆上的实际位置。本发明根据卷筒编码器和丝杆编码器的测量数据及卷筒与丝杆的速比，将丝杆上动轨座的往复折线运动转换成直线运动，根据直线运动计算出动轨座在丝杆上运行的总长度，再与核算出的缆阵层数运算，求出动轨座在丝杆上的实际位置值。方法巧妙，计算简便，有效提高动轨座位置的计算精度，为辩识缆阵层数、丝杆换向以及卷筒和丝杆是否同步运行提供了保证，确保绞车缆阵排布均匀、整齐。

作为优选，所述的步骤②为：根据步骤①求出的卷筒和丝杆的速度比，获得缆径切换时所述的卷筒编码器的读数估计值，判断当前卷筒上的缆阵是否到达缆径切换处，按照缆阵的缆径分段，分别求出每次缆径切换前所述的卷筒上缆阵的直线总长度，即为缆径切换前所述的动轨座移动过的直线总长度。

由于本发明中绞车缠绕的缆线包含多种缆径，而每段缆的长度和直径是已知的，因此缆径切换时，前面一段缆线走过的长度是容易获得的。卷筒编码器检测卷筒的转速和圈数，从卷筒转了多少圈，就能算出缆线已经缠绕了多长。而缆径切换时，卷筒编码器的读数和正常情况下相比会有所变化，当这个变化发生时，就说明缆径已到达切换处。

作为优选，由于缆阵的缆径变化，从第一次缆经切换后卷筒上缆阵的当前层及以后的每一层都有高低分段现象，对存在这些现象的每一层将所述的动轨座移动过的直线总长度进行修正。通过修正，以获得更精确的动轨座移动过的直线总长度，最后获得更加精确的动轨座在丝杆上的实际位移值。

作为优选，对所述的动轨座移动过的直线总长度进行修正的修正方法为：将步骤②中获得的动轨座移动过的直线总长度加上一个修正值，这个修正值是综合考虑缆径误差、卷筒直径误差、卷筒长度误差、丝杆长度误差和丝杆螺距误差得出的。

这个修正值通过多次调试获得。在每一层的换向处对动轨座移动过的直线总长度也进行同样的修正。由于设备装配过程中存在卷筒和丝杆安装的中心位置不在一条直线上的实际情况，故缆阵的奇数层和偶数层可考虑使用两个不同的修正值。在收缆和放缆时对动轨座移动过的直线总长度的修正处理方式一致。

作为优选，所述的步骤③为：计算所述的动轨座移动过的直线总长度和动轨座在丝杆上移动的有效长度之比得出所述的卷筒上已缠绕缆阵的总层数，辨识出卷筒上缠绕的当前层是奇数层还是偶数层。

作为优选，所述的步骤④为：若卷筒上缠绕的当前层是偶数层，则判定动轨座在丝杆上的移动方向为正向，则动轨座的目标位移就等于动轨座移动过的直线总长度再减去动轨座在丝杆上移动的有效长度和当前卷筒上缆阵总层数的乘积所获得的差；若卷筒上缠绕的当前层是奇数层，则判定动轨座在丝杆上的移动方向为反向，则动轨座的目标位移就等于动轨座在丝杆上移动的有效长度和当前卷筒上缆阵总层数的乘积减去动轨座移动过的直线总长度。

本发明的有益效果是：仅使用了两个检测部件——两只编码器的检测数据，绞车设备硬件结构简单，占用空间小。将丝杆上动轨座原有复杂的往复折线运动，转变成了简单的直线运动，便于获得动轨座在丝杆上运行的确切总长度，简化了程序运算和分析的复杂度，有效提高丝杆上动轨座所处位置的计算精度，方法巧妙，计算简便。本发明为辨识绞车上缆阵层数、丝杆换向以及卷筒和丝杆是否同步运行提供了保证，确保绞车缆阵排布均匀、整齐，适用于绞车上不同规格缆径的缆阵的收放、拖曳。

附图说明

图1是本发明中动轨座、丝杆和基座的安装结构的一种立体结构示意图。

图2是本发明中绞车的一种工作原理连接结构框图。

图中1.动轨座，2.丝杆，3.伺服电机，4.伺服电机驱动控制器，5.丝杆编码器，6.卷筒，7.变频电机，8.变频电机驱动控制器，9.卷筒编码器，10.缆阵，11.基座。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，用在绞车电气自动排缆系统上，如图1所示，绞车电气自动排缆系统包括动轨座1、丝杆2和两个基座11，两个基座安装在绞车上，丝杆2连接在两个基座之间，动轨座通过丝杆螺母、轴承安装在丝杆上。如图2所示，动轨座1的移动受丝杆2控制，丝杆2的旋转受伺服电机3控制，伺服电机3受伺服电机驱动控制器4控制，安装在伺服电机3上的丝杆编码器5输出信号给伺服电机驱动控制器4。卷筒6受变频电机7控制，变频电机7受变频电机驱动控制器8控制，安装在变频电机7上的卷筒编码器9输出信号给变频电机驱动控制器8。缆阵10经过动轨座1导引自动缠绕到卷筒6上。

绞车的基本数据，包括：卷筒长度、丝杆长度(这里指动轨座在丝杆上移行的有效长度)、丝杆螺距、卷筒直径、变频电机减速比、伺服电机减速比、丝杆减速比以及连成一个缆阵的多种规格线缆的直径。

绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法包括如下步骤：

①.将卷筒编码器9和丝杆编码器5“调零”，卷筒转动圈数等于当前卷筒编码器的读数与卷筒编码器零位读数之差，再与传动比的比值，后续卷筒编码器读数均为相对于零位的相对值；

定义：卷筒上的缆阵10层数从0层开始计算，第0、2、4……层为偶数层，第1、3、5……层为奇数层，排布偶数层时动轨座的运行方向设定为正向，排布奇数层时动轨座的运行方向设定为反向；

根据卷筒6上每层所缠缆阵的圈数求出变频电机7初始转数和最终转数，进而求得卷筒编码器9的圈数以及这个过程中丝杆编码器5转过的圈数；求出卷筒6和丝杆2的速度比；

②.根据求出的卷筒6和丝杆2的速度比，并根据调试经验获得缆径切换时卷筒编码器9的读数估计值，判断当前卷筒6上的缆阵是否到达缆径切换处，按照缆阵的缆径分段，分别求出每次缆径切换前卷筒6上缆阵的直线总长度，即为缆径切换前动轨座1移动过的直线总长度；

③由于缆阵的缆径变化，从第一次缆经切换后卷筒6上缆阵的当前层及以后的每一层都有高低分段现象，对存在这些现象的每一层将动轨座1移动过的直线总长度进行修正，修正方法为：将步骤②中获得的动轨座1移动过的直线总长度加上一个修正值，这个修正值是预设参数的理论值和实际值偏差的校正，是缆径误差、卷筒直径误差、卷筒宽度误差、丝杆长度误差和丝杆螺距误差等参数的综合；

④.计算修正后的动轨座1移动过的直线总长度和动轨座1在丝杆2上移动的有效长度之比得出卷筒6上已缠绕缆阵的总层数，辨识出卷筒6上缠绕的当前层是奇数层还是偶数层；

⑤.若卷筒6上缠绕的当前层是偶数层，则判定动轨座1在丝杆2上的移动方向为正向，则动轨座1的目标位移就等于修正后的动轨座1移动过的直线总长度再减去动轨座1在丝杆2上移动的有效长度和当前卷筒6上缆阵总层数的乘积所获得的差；若卷筒6上缠绕的当前层是奇数层，则判定动轨座1在丝杆2上的移动方向为反向，则动轨座1的目标位移就等于动轨座1在丝杆2上移动的有效长度和当前卷筒6上缆阵总层数的乘积减去修正后的动轨座1移动过的直线总长度。至此求出动轨座在丝杆上的实际位置值。

本发明根据卷筒编码器和丝杆编码器的测量数据及卷筒与丝杆的速比，将丝杆上动轨座的往复折线运动转换成直线运动，根据直线运动计算出动轨座在丝杆上运行的总长度，再与核算出的缆阵层数运算，求出动轨座在丝杆上的实际位置值。方法巧妙，计算简便，有效提高动轨座位置的计算精度，为辩识缆阵层数、丝杆换向以及卷筒和丝杆是否同步运行提供了保证，确保绞车缆阵排布均匀、整齐。

Claims (6)

1.一种绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，动轨座(1)安装在丝杆(2)上，丝杆(2)的旋转受伺服电机(3)控制，伺服电机(3)受伺服电机驱动控制器(4)控制，安装在伺服电机(3)上的丝杆编码器(5)输出信号给伺服电机驱动控制器(4)，卷筒(6)受变频电机(7)控制，变频电机(7)受变频电机驱动控制器(8)控制，安装在变频电机(7)上的卷筒编码器(9)输出信号给变频电机驱动控制器(8)，缆阵(10)经过动轨座(1)导引自动缠绕到卷筒(6)上，其特征在于绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法包括如下步骤：

①.求出所述的卷筒(6)和所述的丝杆(2)的速度比；

②.按照缆径分段求出当前卷筒(6)上缆阵的直线总长度，即为所述的动轨座(1)移动过的直线总长度；

③.求出卷筒(6)上已缠绕缆阵的总层数，辨识出卷筒(6)上缠绕的当前层是奇数层还是偶数层；

④.根据卷筒(6)上缆阵层数的奇偶性，判断丝杆(2)上动轨座(1)当前的移动方向，求出丝杆(2)上动轨座(1)的目标位移。

2.根据权利要求1所述的绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，其特征在于所述的步骤②为：根据步骤①求出的卷筒(6)和丝杆(2)的速度比，获得缆径切换时所述的卷筒编码器(9)的读数估计值，判断当前卷筒(6)上的缆阵是否到达缆径切换处，按照缆阵的缆径分段，分别求出每次缆径切换前所述的卷筒(6)上缆阵的直线总长度，即为缆径切换前所述的动轨座(1)移动过的直线总长度。

3.根据权利要求2所述的绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，其特征在于由于缆阵的缆径变化，从第一次缆经切换后卷筒(6)上缆阵的当前层及以后的每一层都有高低分段现象，对存在这些现象的每一层将所述的动轨座(1)移动过的直线总长度进行修正。

4.根据权利要求3所述的绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，其特征在于对所述的动轨座(1)移动过的直线总长度进行修正的修正方法为：将步骤②中获得的动轨座(1)移动过的直线总长度加上一个修正值，这个修正值是综合考虑缆径误差、卷筒直径误差、卷筒长度误差、丝杆长度误差和丝杆螺距误差得出的。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，其特征在于所述的步骤③为：计算所述的动轨座(1)移动过的直线总长度和动轨座(1)在丝杆(2)上移动的有效长度之比得出所述的卷筒(6)上已缠绕缆阵的总层数，辨识出卷筒(6)上缠绕的当前层是奇数层还是偶数层。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的绞车丝杆上动轨座位置折线变直线实现方法，其特征在于所述的步骤④为：若卷筒(6)上缠绕的当前层是偶数层，则判定动轨座(1)在丝杆(2)上的移动方向为正向，则动轨座(1)的目标位移就等于动轨座(1)移动过的直线总长度再减去动轨座(1)在丝杆(2)上移动的有效长度和当前卷筒(6)上缆阵总层数的乘积所获得的差；若卷筒(6)上缠绕的当前层是奇数层，则判定动轨座(1)在丝杆(2)上的移动方向为反向，则动轨座(1)的目标位移就等于动轨座(1)在丝杆(2)上移动的有效长度和当前卷筒(6)上缆阵总层数的乘积减去动轨座(1)移动过的直线总长度。