CN110371142A - 一种货运螺旋式抱索器控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种货运螺旋式抱索器控制装置及方法，涉及索道运输安全技术领域，货运螺旋式抱索器包括钢板吊架和拉板，拉板穿过钢板吊架与钢板吊架活动连接，钢板吊架的一侧固定连接一支撑架，支撑架上设置步进电机，步进电机的输出轴与拉板活动连接，钢板吊架、拉板和支撑架上设置有状态检测设备，状态检测设备和步进电机均与控制器电连接，控制器设置在支撑架上。在抱索器运行过程中，设置在钢板吊架、拉板和支撑架上设置有状态检测设备会检测抱索器的各项状态参数，发送给控制器，控制器根据接收到的状态参数确定抱索器的状态，进而操作控制器控制步进电机，实现对抱索器的抱紧力的控制，进而降低了抱索器因抱紧力减小引发的危险。

Description

一种货运螺旋式抱索器控制装置及方法

技术领域

本申请涉及索道运输安全技术领域，具体涉及一种货运螺旋式抱索器控制装置及方法。

背景技术

架空索道是一种空中运输工具，通常建在有高差或崎岖地形上来运输货物运载乘客，在生活中十分常见。由于索道在空中运输，因此运输安全是索道运输必须考虑的问题。

抱索器是连接索道钢丝绳和运载车的主要结构，在索道安全运行中占有重要作用，但是货运甚至客运索道中抱索器打滑是常见的故障，引发抱索器打滑的主要原因是抱索器抱紧力不够。现有的固定抱索器或者复杂的液压传动控制抱索器都不能根据抱索器状态改变抱紧力，导致抱索器运行过程中抱紧力减小引发危险。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种货运螺旋式抱索器控制装置，所述货运螺旋式抱索器包括钢板吊架和拉板，所述拉板穿过所述钢板吊架与所述钢板吊架活动连接，所述钢板吊架的一侧固定连接一支撑架，所述支撑架上设置步进电机，所述步进电机的输出轴与所述拉板活动连接，所述钢板吊架、所述拉板和所述支撑架上设置有状态检测设备，所述状态检测设备和所述步进电机均与控制器电连接，所述控制器设置在所述支撑架上。

采用上述实现方式，在抱索器运行过程中，设置在钢板吊架、所述拉板和所述支撑架上设置有状态检测设备会检测抱索器的各项状态参数，并发送给控制器，控制器根据接收到的状态参数确定抱索器的状态，进而操作控制器控制步进电机，实现对抱索器的抱紧力的控制，进而降低了抱索器因抱紧力减小引发的危险。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述状态检测设备包括：第一拉压传感器、第二拉压传感器、加速度传感器和倾角传感器，所述第一拉压传感器固定设置在所述拉板上，所述第二拉压传感器和所述倾角传感器分别设置在所述钢板吊架上，所述倾角传感器固定设置所述支撑架上。本申请中，所述第一拉压传感器用于测量拉板的拉力，所述第二拉压传感器和所述加速度传感器分别用于测量钢板吊架的拉力和抱索器的加速度，所述倾角传感器用于测量所述抱索器运行过程中的倾斜角度。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述电机输出轴与所述拉板之间设置有丝杆，所述丝杆的一端与所述电机输出轴固定连接，所述丝杆的另一端与所述拉板的一端螺纹连接。电机输出轴带动丝杆转动，丝杆与拉板螺纹连接，从而实现带动拉板运动。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述丝杆的一端与所述电机输出轴之间设置有联轴器。联轴器的设置为丝杆转动提供转矩。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述拉板的另一端设置有活动抱块，所述钢板吊架对应所述活动抱块的一侧设置有一固定抱块，所述活动抱块和所述固定抱块均开设有半圆槽。步进电机输出轴带动丝杆转动拉动拉板时，拉板将活动抱块向固定抱块靠拢，实现对钢丝绳的抱紧。

结合第一方面，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述支撑架上还设置有电源，所述电源分别与所述步进电机和所述控制器电连接。电源为所述步进电机和控制器供电。

结合第一方面，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述支撑架上设置有控制箱，所述控制器设置在所述控制箱内，所述控制箱内还设置有蜂鸣报警器，所述蜂鸣报警器和所述控制器电连接，所述控制器为STM32单片机。

第二方面，本申请实施例提供了一种货运螺旋式抱索器控制方法，采用第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的控制装置，所述方法包括：抱索器工作过程中，第一拉压传感器、第二拉压传感器、加速传感器和角度传感器将获取的抱索器状态量分别发送给控制器，抱索器状态量包括：所述第一拉压传感器测得的拉板拉力，所述第二拉压传感器和所述加速传感器测得的钢板吊架的拉力和抱索器加速度，所述角度传感器测得的所述抱索器运行过程中的倾斜角度；控制器根据所述拉板拉力、所述钢板吊架的拉力、所述抱索器运行过程中的倾斜角度和抱索器加速度确定出所述抱索器的抱紧力和打滑临界力；如果所述抱紧力小于所述打滑临界力，且所述抱索器加速度稳定，则判定所述抱索打滑，所述控制器控制步进电机增加所述抱紧力直至大于所述打滑临界力；或者，如果所述抱紧力小于所述打滑临界力，且所述抱索器加速度变化剧烈，则判定所述抱索器脱索，蜂鸣报警器报警并控制所述抱紧力增大，直至所述抱紧力大于所述打滑临界力且所述抱索器加速度稳定。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述控制器根据所述拉板拉力、所述钢板吊架的拉力、所述抱索器运行过程中的倾斜角度和抱索器加速度确定出所述抱索器的抱紧力和打滑临界力：所述抱紧力F_r＝πT₁，所述T₁为所述第一拉压传感器测得的所述拉板拉力，所述其中：R为抱索器抱块的钢丝绳槽孔半径，P为槽孔圆周径向力，θ为倾角传感器测得的抱索器倾斜角度；

所述打滑临界力为其中T₂为第二拉压传感器测得的钢板吊架的拉力，θ为倾角传感器测得的抱索器倾斜角度，f₁为跑车和承载钢丝绳之间的摩擦力，f为钢丝绳和抱块绳槽之间的摩擦系数，ζ为安全系数，α为抱索器加速度，为跑车和货物重力沿牵引索分量，T₂αsecθ为惯性力。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种货运螺旋式抱索器控制装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种系统控制框图示意图；

图3为本申请实施例提供的一种货运螺旋式抱索器控制方法的流程示意图；

图4为抱紧器中钢丝绳受圆周径向力示意图；

图5为拉板拉力与径向力关系示意图；

图1-5中，符号表示为：

1-钢板吊架，2-拉板，3-丝杆，4-活动抱块，5-固定抱块，6-联轴器，7-步进电机，8-第一拉压传感器，9-第二拉压传感器，10-加速度传感器，11-倾角传感器，12-控制器，13-电源，14-支撑架。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本申请实施例提供的一种货运螺旋式抱索器控制装置的结构示意图，参见图1，本申请实施例提供的货运螺旋式抱索器控制装置包括螺旋式抱索装置，所述螺旋式抱索装置包括钢板吊架1、拉板2、丝杆3、活动抱块4和固定抱块5。所述拉板2穿过所述钢板吊架1与所述钢板吊架1活动连接，所述活动抱块4固定设置在所述拉板2的一端，所述固定抱块5设置在所述钢板吊架1上，所述固定抱块5和所述活动抱块4对应设置，且均开设有半圆槽，半圆槽的直径等于钢丝绳的直径。控制活动抱块4与固定抱块5之间的距离，从而可以控制抱索器的抱紧力变化。

所述丝杆3的一端与所述拉板2的另一端螺纹连接，所述丝杆3的另一端通过一联轴器6与步进电机7的输出轴活动连接。所述步进电机7设置在支撑架14上，所述支撑架14固定设置在所述钢板吊架1上。本实施例中步进电机7选用57步进电机7，驱动器选用TB6600，丝杆3与步进电机7输出轴之间设置联轴器6，是为了给丝杆3转动提供转矩。

进一步参见图1，所述钢板吊架1、所述拉板2和所述支撑架14上设置有状态检测设备，具体的所述状态检测设备包括：第一拉压传感器8、第二拉压传感器9、加速度传感器10和倾角传感器11。所述第一拉压传感器8固定设置在所述拉板2上，所述第二拉压传感器9和所述倾角传感器11分别设置在所述钢板吊架1上，所述倾角传感器11固定设置所述支撑架14上。所述第一拉压传感器8用于测量拉板2的拉力，所述第二拉压传感器9和所述加速度传感器10分别用于测量钢板吊架1的拉力和抱索器的加速度，所述倾角传感器11用于测量所述抱索器运行过程中的倾斜角度。本实施例中，第一拉压传感器8和第二拉压传感器9选用DYMH-103微型拉压力传感器，加速度传感器10选用MPU6050加速度传感器10，倾角传感器11选用MTI-300倾角传感器11。

参见图2，本实施例中控制器12为STM32单片机，STM32单片机和蜂鸣报警器均是设置在控制箱内的，且STM32单片机和蜂鸣报警器电连接。所述控制器12分别与第一拉压传感器8、第二拉压传感器9、加速度传感器10、倾角传感器11和步进电机7电连接，控制器中储存有抱索器打滑或脱索预警控制程序，包括对抱紧力大小的监测和加速度变化的监测。

本实施例中所述支撑架上还设置有电源13，所述电源13分别与所述步进电机7和所述控制器电连接。电源12为24V直流电池组，主要为所述步进电机7和控制器12供电。如果根据测得的状态参数判断出抱索器有脱索的风险，则通过蜂鸣报警器报警。

由上述实施例可知，本实施例提供了一种货运螺旋式抱索器控制装置，货运螺旋式抱索器包括钢板吊架1和拉板2，拉板2穿过钢板吊架1与钢板吊架1活动连接，钢板吊架1的一侧固定连接一支撑架14，支撑架14上设置步进电机7，步进电机7的输出轴与拉板2活动连接，钢板吊架1、拉板2和支撑架上设置有状态检测设备，状态检测设备和步进电机7均与控制器电连接，控制器设置在支撑架上控制箱内。在抱索器运行过程中，设置在钢板吊架1、拉板2和支撑架上设置有状态检测设备会检测抱索器的各项状态参数，并发送给控制器，控制器根据接收到的状态参数确定抱索器的状态，控制步进电机7，实现对抱索器的抱紧力的控制，进而降低了抱索器因抱紧力减小引发的危险。

与上述实施例提供的一种货运螺旋式抱索器控制装置相对应，本申请还提供了一种货运螺旋式抱索器控制方法的实施例。参见图3，所述方法包括：

S101,抱索器工作过程中，第一拉压传感器、第二拉压传感器、加速传感器和角度传感器将获取的抱索器状态量分别发送给控制器。

本实施例中抱索器状态量包括：所述第一拉压传感器测得的拉板拉力，所述第二拉压传感器和所述加速传感器测得的钢板吊架的拉力和抱索器加速度，所述角度传感器测得的所述抱索器运行过程中的倾斜角度。第一拉压传感器、第二拉压传感器、加速传感器和角度传感器将获取的抱索器状态量实时发送给控制器。

S102，控制器根据所述拉板拉力、所述钢板吊架的拉力、所述抱索器运行过程中的倾斜角度和抱索器加速度确定出所述抱索器的抱紧力和打滑临界力。

参见图4，抱紧力为全周径向力，所述抱紧力F_r＝2πRP，P为槽孔圆周径向力，不能由传感器直接测得。进一步地，参见图5所示，所述 T₁为所述第一拉压传感器测得的所述拉板拉力，其中：R为抱索器抱块的钢丝绳槽孔半径，θ为倾角传感器测得的抱索器倾斜角度。进一步地，所述抱紧力F_r＝πT₁。

而抱索器抱紧力是否符合，其指标为与打滑临界力进行比较，其中打滑临界力为其中T₂为第二拉压传感器测得的钢板吊架的拉力，θ为倾角传感器测得的抱索器倾斜角度，f₁为跑车和承载钢丝绳之间的摩擦力，f为钢丝绳和抱块绳槽之间的摩擦系数，ζ为安全系数，α为抱索器加速度，为跑车和货物重力沿牵引索分量，T₂αsecθ为惯性力。

S103，如果所述抱紧力小于所述打滑临界力，且所述抱索器加速度稳定，则判定所述抱索打滑，所述控制器控制步进电机增加所述抱紧力直至大于所述打滑临界力。

抱索器不打滑的条件为F_r≥F，也就是说只要抱紧力大于打滑临界力，则抱索器就不会出现打滑或脱索的风险。具体地控制器控制步进电机带动丝杆转动，进而带动拉板拉动活动抱块，实现抱紧力的增大。当抱紧力大于所述打滑临界力时，控制步进电机停止。

S104，如果所述抱紧力小于所述打滑临界力，且所述抱索器加速度变化剧烈，则判定所述抱索器脱索，蜂鸣报警器报警并控制所述抱紧力增大，直至所述抱紧力大于所述打滑临界力且所述抱索器加速度稳定。

当抱紧力小于打滑临界力，且加速度变化剧烈时，则说明此时抱索处于不稳定状态，则极有可能出现脱索风险。此时步进要按照S104中的步骤增大抱紧力，还需要进行蜂鸣报警器报警。直至所述抱紧力大于所述打滑临界力且所述抱索器加速度稳定，报警解除。

需要指出的是，本实施例中加速度变化由控制器分析，预先设定变化指标，变化指标根据索道实际运行情况设定，超出设定指标并且抱紧力不够，则判定抱索器脱索；超出设定指标并且抱紧力满足不打滑条件，判定为紧急情况，可能出现钢丝绳断裂或运载小车脱绳风险。以上两种情况发生时，蜂鸣报警器报警，直到控制系统自动解除风险或人为干预，才会解除报警。该预警控制系统作用不止于此，如果增加上位机并与控制器无线通讯，通过上位机控制抱索器的抱紧和松开，可实现抱索器的自动化控制与实时监控。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (9)

1.一种货运螺旋式抱索器控制装置，所述货运螺旋式抱索器包括钢板吊架和拉板，所述拉板穿过所述钢板吊架与所述钢板吊架活动连接，其特征在于，所述钢板吊架的一侧固定连接一支撑架，所述支撑架上设置步进电机，所述步进电机的输出轴与所述拉板活动连接，所述钢板吊架、所述拉板和所述支撑架上设置有状态检测设备，所述状态检测设备和所述步进电机均与控制器电连接，所述控制器设置在所述支撑架上。

2.根据权利要求1所述的货运螺旋式抱索器控制装置，其特征在于，所述状态检测设备包括：第一拉压传感器、第二拉压传感器、加速度传感器和倾角传感器，所述第一拉压传感器固定设置在所述拉板上，所述第二拉压传感器和所述倾角传感器分别设置在所述钢板吊架上，所述倾角传感器固定设置所述支撑架上。

3.根据权利要求1所述的货运螺旋式抱索器控制装置，其特征在于，所述电机输出轴与所述拉板之间设置有丝杆，所述丝杆的一端与所述电机输出轴固定连接，所述丝杆的另一端与所述拉板的一端螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的货运螺旋式抱索器控制装置，其特征在于，所述丝杆的一端与所述电机输出轴之间设置有联轴器。

5.根据权利要求3所述的货运螺旋式抱索器控制装置，其特征在于，所述拉板的另一端设置有活动抱块，所述钢板吊架对应所述活动抱块的一侧设置有一固定抱块，所述活动抱块和所述固定抱块均开设有半圆槽。

6.根据权利要求1所述的货运螺旋式抱索器控制装置，其特征在于，所述支撑架上还设置有电源，所述电源分别与所述步进电机和所述控制器电连接。

7.根据权利要求1所述的货运螺旋式抱索器控制装置，其特征在于，所述支撑架上设置有控制箱，所述控制器设置在所述控制箱内，所述控制箱内还设置有蜂鸣报警器，所述蜂鸣报警器和所述控制器电连接，所述控制器为STM32单片机。

8.一种货运螺旋式抱索器控制方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的控制装置，所述方法包括：

抱索器工作过程中，第一拉压传感器、第二拉压传感器、加速传感器和角度传感器将获取的抱索器状态量分别发送给控制器，抱索器状态量包括：所述第一拉压传感器测得的拉板拉力，所述第二拉压传感器和所述加速传感器测得的钢板吊架的拉力和抱索器加速度，所述角度传感器测得的所述抱索器运行过程中的倾斜角度；

控制器根据所述拉板拉力、所述钢板吊架的拉力、所述抱索器运行过程中的倾斜角度和抱索器加速度确定出所述抱索器的抱紧力和打滑临界力；

如果所述抱紧力小于所述打滑临界力，且所述抱索器加速度稳定，则判定所述抱索打滑，所述控制器控制步进电机增加所述抱紧力直至大于所述打滑临界力；或者，

如果所述抱紧力小于所述打滑临界力，且所述抱索器加速度变化剧烈，则判定所述抱索器脱索，蜂鸣报警器报警并控制所述抱紧力增大，直至所述抱紧力大于所述打滑临界力且所述抱索器加速度稳定。

9.根据权利要求8所述的货运螺旋式抱索器控制方法，其特征在于，所述控制器根据所述拉板拉力、所述钢板吊架的拉力、所述抱索器运行过程中的倾斜角度和抱索器加速度确定出所述抱索器的抱紧力和打滑临界力包括：

所述抱紧力F_r＝πT₁，所述T₁为所述第一拉压传感器测得的所述拉板拉力，所述其中：R为抱索器抱块的钢丝绳槽孔半径，P为槽孔圆周径向力，θ为倾角传感器测得的抱索器倾斜角度；

所述打滑临界力为其中T₂为第二拉压传感器测得的钢板吊架的拉力，θ为倾角传感器测得的抱索器倾斜角度，f₁为跑车和承载钢丝绳之间的摩擦力，f为钢丝绳和抱块绳槽之间的摩擦系数，ζ为安全系数，α为抱索器加速度，为跑车和货物重力沿牵引索分量，T₂αsecθ为惯性力。