CN105197798B - 具有测长功能的电缆卷筒、测长方法及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有测长功能的电缆卷筒、测长方法及起重机，其中，具有测长功能的电缆卷筒包括卷筒筒体、磁致伸缩直线位移传感器和导向滑轮，所述卷筒筒体的一侧设置有侧板，所述磁致伸缩直线位移传感器包括电子仓和测杆，所述电子仓设置在所述侧板上，所述测杆位于所述卷筒筒体的上方，所述测杆上设置有外螺纹，所述导向滑轮内设置有与所述外螺纹相配合的内螺纹，所述导向滑轮采用磁性材料制成，所述导向滑轮通过螺纹连接设置在所述测杆上。本发明将导向滑轮结合测杆的螺纹连接方式，实现了电缆在卷筒筒体上的均匀、单层、紧密精确排列；同时，磁致伸缩直线位移传感器为绝对值型位移传感器，测量的结果反映的是电缆的绝对长度，比较精确。

Description

具有测长功能的电缆卷筒、测长方法及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种具有测长功能的电缆卷筒、测长方法及起重机。

背景技术

电缆卷筒是为移动设备提供动力电源、控制电源或控制信号的电缆卷绕装置，通常卷筒固定不动，电缆的一端固定在卷筒上，与卷筒内部的电刷连接，电缆的另一端随移动设备运动。与钢卷尺类似，电缆卷筒利用蜗卷弹簧为动力收卷电缆，当电缆被拉出时，收紧蜗卷弹簧而储能，当外力撤销时，弹簧释能，卷筒自动收卷电缆。

起重机伸臂在伸缩过程中，采用电缆卷筒作为传输各类电气信号的重要装置，电缆卷筒是起重机伸臂电气系统的核心零部件之一。当电缆卷筒安装在基本臂的外部时，电缆的自由端固定在末节臂的末端可随着伸臂自由的伸缩，一方面给末节臂上的电气元件提供电源和信号，另一方面，能够实时测量当前伸臂的伸缩长度。当电缆卷筒用于吊臂内部的伸缩油缸上时，电缆卷筒固定在基本臂的尾部，电缆的自由端固定在伸缩油缸的缸筒上，随伸缩缸一同运动。给缸筒上的电磁阀和传感器提供电源及控制信号，同时能够实时测量伸缩缸的伸缩长度。起重机的控制器通过以上长度测量信号进行伸缩的逻辑判断、吊重性能计算等，由此可见，电缆长度信号测量的准确性对起重机至关重要。

现有的电缆卷筒通常以电位计进行电缆长度的测量。当电缆卷筒的筒体转动时，带动电位计的触点在电阻膜上滑动，使接触点位置发生改变，从而改变电阻膜上下电阻的比率，实现输出端电压随外部位置变化，进而计算出电缆伸出(或缩回)的长度。

上述现有的电位计型长度测量方案存在以下缺点：

1)电阻型传感器，测量精度不佳；

2)接触点移动时和电子膜产生摩擦，易引起磨损，影响使用寿命；

3)电位计的输出易受到环境温度影响；

4)在振动环境下，阻值会发生变化。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有测长功能的电缆卷筒、测长方法及起重机，其能够比较精确的测量出电缆伸出和缩回的长度。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有测长功能的电缆卷筒，其包括卷筒筒体、磁致伸缩直线位移传感器和导向滑轮，所述卷筒筒体的一侧设置有侧板，所述磁致伸缩直线位移传感器包括电子仓和测杆，所述电子仓设置在所述侧板上，所述测杆位于所述卷筒筒体的上方，所述测杆上设置有外螺纹，所述导向滑轮内设置有与所述外螺纹相配合的内螺纹，所述导向滑轮采用磁性材料制成，所述导向滑轮通过螺纹连接设置在所述测杆上。

在一优选或可选实施例中，所述导向滑轮包括轮体和设置在所述轮体两侧的挡板。

在一优选或可选实施例中，所述卷筒筒体与所述轮体的尺寸关系为：

D₁×L＝D₂×d

其中，D₁为所述卷筒筒体的直径，D₂为所述轮体的直径，L为所述测杆上的外螺纹的螺距，d为电缆的直径。

在一优选或可选实施例中，所述卷筒筒体上设置有螺旋形电缆凹槽。

在一优选或可选实施例中，所述导向滑轮与所述卷筒筒体之间具有防止电缆卡死的设定距离。

为实现上述目的，本发明还提供了一种基于上述任一实施例中的具有测长功能的电缆卷筒的测长方法，其具体内容如下：

通过磁致伸缩直线位移传感器测量导向滑轮在测杆上的轴向位移量s，根据以下公式，计算获得电缆的长度变化量X：

$X=\frac{\mathrm{\πs}{D}_2}{L}$

其中，D₂为所述导向滑轮的轮体的直径，L为所述测杆上的外螺纹的螺距。

在一优选或可选实施例中，电缆在所述导向滑轮上缠绕一周后伸出。

为实现上述目的，本发明还提供了一种起重机，其包括上述任一实施例中的具有测长功能的电缆卷筒。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

本发明将磁致伸缩直线位移传感器的测杆进行外螺纹处理，同时将磁性材料制成的导向滑轮的内圈与测杆接触的部位进行内螺纹处理，导向滑轮结合测杆的螺纹连接方式，避免了导向滑轮在测杆上晃动，实现了电缆在卷筒筒体上的均匀、单层、紧密精确的排列；同时，磁致伸缩直线位移传感器为绝对值型位移传感器，可实时精确的测量导向滑轮与测量基准点的绝对位移，因此，测量的结果反映的是电缆的绝对长度，而非电缆长度的变化量，测量结果精确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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(a)为本发明提供的具有测长功能的电缆卷筒的主视示意图；

图1(b)为图1(a)所示局部区域A的放大示意图；

图2为本发明提供的具有测长功能的电缆卷筒的侧视示意图；

图3(a)为本发明提供的导向滑轮的立体结构示意图；

图3(b)为本发明提供的导向滑轮的主视示意图；

图4为本发明提供的具有测长功能的电缆卷筒的测长原理示意图。

附图中标号：

1-卷筒筒体；2-磁致伸缩直线位移传感器；3-导向滑轮；4-侧板；5-测杆；6-电缆；7-电缆接口；

31-轮体；32-挡板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1(a)、图1(b)所示，为本发明提供的具有测长功能的电缆卷筒的示意性实施例，在该示意性实施例中，具有测长功能的电缆卷筒包括卷筒筒体1、磁致伸缩直线位移传感器2和导向滑轮3，卷筒筒体1的一侧设置有侧板4，磁致伸缩直线位移传感器2包括电子仓和测杆5，电子仓设置在侧板4上，测杆5位于卷筒筒体1的上方，测杆5上设置有外螺纹，导向滑轮3内设置有与外螺纹相配合的内螺纹，导向滑轮3采用磁性材料制成，导向滑轮3通过螺纹连接设置在测杆5上。电缆6的一端设置在侧板4上的电缆接口7处，电缆6缠绕在卷筒筒体1上，电缆6的另一端通过导向滑轮6伸出或缩回，当电缆6从卷筒筒体1伸出或收回时，电缆6从导向滑轮3经过，出线的方向能够发生改变。

上述示意性实施例中，导向滑轮3采用磁性材料，磁致伸缩直线位移传感器2固定在卷筒筒体1一侧的侧板4上，导向滑轮3围绕磁致伸缩直线位移传感器2的测杆5旋转，磁致伸缩直线位移传感器2的测杆5进行外螺纹处理，同时将磁性材料制成的导向滑轮3的内圈与测杆5接触的部位进行内螺纹处理。当电缆6经过导向滑轮3伸出或收回时，导向滑轮3受到电缆6伸出或收回的静摩擦力而旋转，进而能够使导向滑轮3可以在测杆5上自由转动，且转动时导向滑轮3能够在测杆5的轴向上产生位移，因此，一方面避免了电缆6在缠绕时因为受力方向不稳定导致的乱绳现象，实现了电缆6在卷筒筒体1上的均匀、单层、紧密精确的排列；另一方面，导向滑轮3水平的位移量与电缆6伸出或收回的长度成线性关系，通过磁致伸缩直线位移传感器2测量导向滑轮3左右位移的距离从而计算出电缆6伸出或收回的长度，磁致伸缩直线位移传感器2为绝对值型位移传感器，可实时精确的测量导向滑轮3与测量基准点的绝对位移，因此，测量的结果反映的是电缆6的绝对长度，而非电缆6长度的变化量，测量结果精确。

如图1(b)所示，当电缆6伸出或缩回时，为了确保导向滑轮3与电缆6之间无相对滑动，电缆6在导向滑轮3上缠绕一周后伸出。

如图3(a)、图3(b)所示，在本发明提供的具有测长功能的电缆卷筒的示意性实施例中，导向滑轮3包括轮体31和轮体31两侧的挡板32。

如图2所示，为了保证当电缆6收回时，电缆6在卷筒筒体1上均匀、单层、紧密排列，导向滑轮3在测杆5上的位移量应与电缆6在卷筒筒体1上的变化量保持一致，因此，卷筒筒体1与导向滑轮3的尺寸关系应遵循以下规则：

D₁×L＝D₂×d

其中，D₁为卷筒筒体1的直径，D₂为轮体31的直径，L为测杆5上的外螺纹的螺距，d为电缆6的直径。

在本发明提供的具有测长功能的电缆卷筒的示意性实施例中，卷筒筒体1上设置有螺旋形电缆凹槽，导向滑轮3可以引导电缆6在顺着螺旋形电缆凹槽缠绕排列，能够避免电缆6在卷筒筒体1上缠绕乱绳。

进一步的，导向滑轮3与卷筒筒体1之间具有一段防止电缆6卡死的设定距离。当导向滑轮3围绕测杆5旋转，且在轴向上移动时，电缆6从导向滑轮3与卷筒筒体1之间的设定距离的空间通过，能够避免导向滑轮3与卷筒筒体1距离过进的卡死现象的发生，从而避免出现电缆6无法正常伸出而被拽断的情况。

本发明提供的具有测长功能的电缆卷筒能够用于对电缆6的伸出和缩回长度进行测量。

基于上述各示意性实施例中提供的具有测长功能的电缆卷筒，其对电缆6伸出或缩回长度的测长方法，具体如下：

磁性材料制成的导向滑轮3在具有外螺纹的测杆5上沿轴向的位移量s，可通过磁致伸缩直线位移传感器2测量获得，由此可计算电缆6的长度变化量X为：

$X=\frac{\mathrm{\πs}{D}_2}{L}$

其中，D₂为轮体31的直径，L为测杆5上的外螺纹的螺距。

由于本发明采用的磁致伸缩直线位移传感器2为绝对值型位移传感器，可实时精确的测量导向滑轮3与测量基准点的绝对位移，因此，测量的结果反映的是电缆6的绝对长度，而非电缆6长度的变化量，由此，可以减小系统的随机误差，提高电缆6长度测量的精确性。

如图4所示，本发明采用的磁致伸缩直线位移传感器的测长原理为：磁致伸缩直线位移传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环a组成。测杆内装有磁致伸缩线(波导丝)。工作时，由电子仓内的电子电路产生起始激励脉冲b，此起始激励脉冲b在波导丝中传输时，同时产生了沿波导丝方向前进的旋转磁场c。当这个旋转磁场c与磁环a中的永久磁场d相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，产生扭动脉冲e。这一扭动脉冲e被安装在电子仓内的拾能机构(检波线圈g)所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子回路计算出量脉冲起始和返回之间的时间差，即可精确测出磁环a的位置和位移，输出信号f。

磁致伸缩效应：铁磁物质在外磁场和电场作用下，其尺寸伸长或缩短，去掉磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩效应。

本发明提供的导向滑轮3相当于磁致伸缩直线位移传感器中的磁环a。

通过上述各个实施例的描述，可以推导出本发明至少具有以下优点：

1)磁致伸缩直线位移传感器2的测杆5进行外螺纹处理，同时将磁性材料制成的导向滑轮3的内圈与测杆5接触的部位进行内螺纹处理，导向滑轮3结合测杆5的螺纹连接方式，避免了导向滑轮3在测杆5上晃动，实现了电缆6在卷筒筒体1上的均匀、单层、紧密精确的排列，具有结构简单，易实现的优点。

2)导向滑轮3的直径、电缆6的直径、卷筒筒体1的直径、测杆5上螺距的大小可根据实际情况，灵活调整设计尺寸，应用广泛。

3)磁致伸缩直线位移传感器2为绝对值型位移传感器，可实时精确的测量导向滑轮3与测量基准点的绝对位移，因此，测量的结果反映的是电缆6的绝对长度，而非电缆6长度的变化量，由此，可以减小系统的随机误差，同时，不会因为导向滑轮3的磨损而产生系统误差，实现电缆6长度的精确测量。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种具有测长功能的电缆卷筒，其特征在于：包括卷筒筒体(1)、磁致伸缩直线位移传感器(2)和导向滑轮(3)，所述卷筒筒体(1)的一侧设置有侧板(4)，所述磁致伸缩直线位移传感器(2)包括电子仓和测杆(5)，所述电子仓设置在所述侧板(4)上，所述测杆(5)位于所述卷筒筒体(1)的上方，所述测杆(5)上设置有外螺纹，所述导向滑轮(3)内设置有与所述外螺纹相配合的内螺纹，所述导向滑轮(3)采用磁性材料制成，所述导向滑轮(3)通过螺纹连接设置在所述测杆(5)上。

2.如权利要求1所述的具有测长功能的电缆卷筒，其特征在于：所述导向滑轮(3)包括轮体(31)和设置在所述轮体(31)两侧的挡板(32)。

3.如权利要求2所述的具有测长功能的电缆卷筒，其特征在于：所述卷筒筒体(1)与所述轮体(31)的尺寸关系为：

D₁×L＝D₂×d

其中，D₁为所述卷筒筒体(1)的直径，D₂为所述轮体(31)的直径，L为所述测杆(5)上的外螺纹的螺距，d为电缆(6)的直径。

4.如权利要求1所述的具有测长功能的电缆卷筒，其特征在于：所述卷筒筒体(1)上设置有螺旋形电缆凹槽。

5.如权利要求1所述的具有测长功能的电缆卷筒，其特征在于：所述导向滑轮(3)与所述卷筒筒体(1)之间具有防止电缆(6)卡死的设定距离。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的具有测长功能的电缆卷筒的测长方法，其特征在于：

通过磁致伸缩直线位移传感器(2)测量导向滑轮(3)在测杆(5)上的轴向位移量s，根据以下公式，计算获得电缆(6)的长度变化量X：

$X=\frac{\mathrm{\πs}{D}_2}{L}$

其中，D₂为所述导向滑轮(3)的轮体(31)的直径，L为所述测杆(5)上的外螺纹的螺距。

7.如权利要求6所述的具有测长功能的电缆卷筒的测长方法，其特征在于：电缆(6)在所述导向滑轮(3)上缠绕一周后伸出。

8.一种起重机，其特征在于：包括如权利要求1-5任一项所述的具有测长功能的电缆卷筒。