CN112888925A - 用于张力测量系统中的多维槽轮 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于张力测量系统中以测量线缆中的张力的槽轮。该槽轮包括第一直径和第二直径。该槽轮被配置成绕轴线旋转以使第一直径或第二直径朝向线缆定向，使得槽轮与线缆之间的接触力由张力传感器测量以确定线缆中的张力。

Description

用于张力测量系统中的多维槽轮

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年7月31日提交的名称为“Multi-Dimensional Sheave for Usein Tension Measurement Systems[用于张力测量系统中的多维槽轮]”的美国临时申请号62/712,613和2019年7月30日提交的名称为“Multi-Dimensional Sheave for Use inTension Measurement Systems[用于张力测量系统中的多维槽轮]”的美国专利申请号16/526,549的权益，上述引用的申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

张力测量系统用于测量线缆中的张力。常规系统配备有多个不同尺寸的槽轮，必须更换这些槽轮以测量不同尺寸的线缆中的张力。

例如，将测量系统从较小直径的线缆转换为较大直径的线缆(反之亦然)时，必须移除三个较大的槽轮，并用三个较小的槽轮替换。这样的过程很耗时，并且处理多个槽轮会使它们容易放错位置，这可能导致操作者使用对于所选线缆而言尺寸不合适的槽轮。结果可能是读数不正确或不准确，或者损坏测量系统和/或线缆。

因此，期望一种张力测量系统，其避免了对多个槽轮的需要，同时证明了准确测量不同直径的多根线缆的灵活性。

发明内容

本公开内容总体上涉及一种具有多个直径的槽轮。特别地，槽轮被配置用于张力测量系统中，以测量不同直径的线缆中的张力。

更具体地，当前公开的槽轮可以消除在多根线缆的测量操作期间更换槽轮的需要。替代地，操作者将只需要拉动销，旋转单个槽轮，并将销重新插入不同的位置，以对槽轮进行重新定向而呈现用于容纳可变线缆直径的直径。因此，当前公开的多直径槽轮简化并加速了从小线缆直径槽轮到大线缆直径槽轮转变(反之亦然)的过程。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，本公开内容的这些和其他特征、方面和优点将得到更好的理解，贯穿附图，类似的附图标记表示类似的零件，在附图中：

图1至图3图示了根据本公开内容的各方面的示例多直径槽轮。

图4图示了根据本公开内容的各方面的采用如图1至图3所示的多直径槽轮的张力测量系统。

图5A至图5C图示了根据本公开内容的各方面的正在部署的图4的张力测量系统的示例视图。

图6图示了根据本公开内容的各方面的将线缆与槽轮的第一直径接合的示例张力测量系统。

图7图示了根据本公开内容的各方面的将线缆与槽轮的第二直径接合的示例张力测量系统。

附图不一定按比例绘制。在适当情况下，相似或相同的附图标记用于指代相似或相同的部件。

具体实施方式

本公开内容提供了一种具有多个直径的槽轮。特别地，槽轮被配置用于张力测量系统中，以测量不同直径的线缆中的张力。例如，为了使线缆与槽轮的对应直径相匹配，槽轮被配置成绕轴线旋转，以在测量过程中使第一直径或第二直径之一朝向线缆定向。当张力测量系统(比如通过操纵可调节支撑构件或臂)在槽轮与线缆之间施加接触力时，张力传感器测量线缆中的张力。

多个直径围绕槽轮布置，使得第一弧长跨越第一径向位置(从槽轮本体内测量)，并且第二直径布置在跨越第二弧长的第二径向位置处。因此，围绕槽轮的中心通道可以具有多个直径，这些直径可以被调节和重新定向以适应具有特定直径的线缆的测试。一旦正确定向，槽轮就可以在测量过程中(例如，经由紧固件、销等)相对于线缆固定。因此，线缆与槽轮相互作用，槽轮在测量过程中承受载荷，结果是线缆上的张力被直接或间接测量。

进一步地，槽轮不限于两个直径，并且可以围绕槽轮具有三个或更多个直径。

张力测量系统可以包括促进测量过程的若干部件。例如，可调节支撑件可以被配置成绕位于基座上的支点旋转，以调节槽轮的位置。另外，多个张紧器被配置成当可调节支撑件将槽轮定位成邻近线缆时，与线缆接合以提供槽轮与线缆之间的接触力。

因此，当槽轮沿线缆长度布置在两个张紧器之间时，作用在其上的接触力被测量(例如，经由传感器并由测量单元确定)。

为了对取向进行固定，槽轮可以包括第一开口，紧固件穿过该第一开口将槽轮在轴线处固定至可调节臂。偏离第一开口的第二开口被设计成接收可移除销，使得第二开口与可调节支撑件的第一狭槽或第二狭槽对准，以分别使第一直径或第二直径朝向线缆定向。

张力测量系统广泛用于测量比如塔式和堆叠式拉线、预张紧线缆屏障、桥梁、电梯、绞车缆索、架空输电线、防坠落系统、飞行器线缆和公用设施线缆护栏(仅举几个示例)中的张力。该系统被设计成安装在线缆上，测量张力，并被快速移除。包括数字载荷传感器在内的灵敏测量设备的使用提供了高度准确的读数(例如，在3％的误差阈值内)，而无需参考查找表或校正表。

张力测量系统通常能够测量例如大约2000磅/10kN/1000kg、10,000磅/45kN/4500kg的张力能力。通过采用配置成容纳各种尺寸规格的线缆的槽轮，这可以在不同直径(比如3/16英寸到超过1英寸(即4.75mm到25.4mm))的线缆上完成。

尽管现有张力测量装置有许多用途，但当将测量系统从较小直径的线缆转换为较大直径的线缆时，必须移除三个较小的槽轮，并用三个较大的槽轮替换。这样的过程很耗时，并且多个槽轮会容易放错位置，这可能导致操作者使用对于所选线缆而言尺寸不合适的槽轮。结果可能是读数不正确或不准确，或者损坏测量系统和/或线缆。

通过改变凹槽直径以及槽轮有效高度(例如，从标准圆形形状到长形形式)，在测量过程中不会损失性能。此外，尽管槽轮的竖直调节将用于改变槽轮相对于张紧器的高度，但没有增加与直径变化相关联的准确度，在测量期间可能仍然存在误差、尤其是对于粗线缆。

因此，如本文所公开的，通过在张力测量系统中采用槽轮，提供了更鲁棒、通用、和灵敏的系统。有利地，槽轮可以应用于各种线缆宽度，制造零件更少，构型改变更少且更容易，并且测量更准确。

图1至图3图示了具有第一直径12和第二直径14的示例槽轮10。槽轮包括第一开口16，槽轮被配置成绕该第一开口旋转。第二开口18被配置成接收销或螺栓，该销或螺栓可以与可调节支撑件(例如，参见图4至图6)接合。销可以将槽轮10的位置固定成使得第一直径或第二直径朝向线缆定向。

如图2所示，第一直径12由半径R1限定。例如，半径R1扫过具有第一弧长的弧20，该第一弧长是从与旋转轴线26垂直的中心平面24穿过第一开口16测量的。类似地，第二直径14扫过具有第二弧长的弧22，该第二弧长是从中心平面24测量的。

因此，第一直径和第二直径形成环绕槽轮10的通道，从而提供了多个弧形凹槽，在测试期间线缆可以安置在这些凹槽上。

尽管图示为具有第一直径12和第二直径14，但是三个或更多个直径可以结合到单个槽轮中。此外，槽轮10图示为具有外侧弯曲的大致长方形形状。然而，可以采用获得所公开的槽轮的益处的任何形状和/或轮廓。例如，可以将多个直径机加工成大致圆形的槽轮；大致三角形的槽轮可以呈现三个不同的直径；大致方形的槽轮可以具有四个直径；或适合于绕轴线旋转并在测量过程中与线缆充分接合的任何几何形状。

槽轮10可以由具有适合于与线缆接合的强度的任何材料形成。例如，可以使用金属、碳化合物、聚合物、或其组合来形成槽轮10。为了测量可以传输电力的线缆中的张力，可以使用非导电材料。

尽管图示第一开口16大于第二开口18，但是这些开口可以具有相等的尺寸，或者相对尺寸颠倒设置。此外，尽管被图示为大致圆形，但是开口可以具有允许操作者对槽轮进行重新定向以向线缆呈现所期望的直径的任何合适的几何形状。此外，第二开口18图示为延伸穿过槽轮10以容纳可移除销。然而，对所公开的槽轮的取向进行固定的附加的或替代性的方法是可用的，尤其比如围绕槽轮的边缘的一个或多个凹槽，凹槽内的销或其他紧固件可以延伸穿过以对取向进行固定的狭槽。

在又其他示例中，可调节支撑件在远端处包括框架，该框架朝向线缆延伸、并被配置成以不同的取向接收所公开的槽轮。例如，大致方形的槽轮可以装配到大致方形的框架中。根据四个侧面中的哪一个朝向线缆定向，槽轮的四个直径可以用于测量过程。

图4图示了采用图1至图3的槽轮10测量线缆中的张力的示例张力测量系统。该系统包括基座32，一个或多个张紧器30、和/或可调节支撑件或臂36附接在该基座上。可调节支撑件36被配置成绕支点38旋转、并且可以包括手柄40，以在系统部署期间为操作者提供杠杆作用。在一些示例中，手柄40包括伸缩杆，以改善测量过程中的杠杆作用。

测量单元34与一个或多个传感器连通，并被配置成生成与测量值相关联的信号(例如，用于显示器35、提供听觉警报、用于传输到远程计算平台等)。测量单元34可以包括处理器，该处理器被配置成解析来自一个或多个传感器的模拟信号或数字信号，以便生成信号。

测量单元的处理器还将与存储电路系统相关联，该存储电路系统可以由一种或多种类型的永久和临时数据存储装置构成，比如用于提供对传感器数据的分析和/或校准。在一些示例中，可以执行校准过程。例如，如果要测量两根线缆(每根线缆的直径相同)，如果准确度至关重要，则可以单独校准每根线缆。

存储器可以被配置成存储各种独特的线缆尺寸和/或类型的校准参数(例如，线缆材料类型、张力阈值、存储测量值、错误日志等)。历史测量数据可以对应于例如操作参数、传感器数据、用户输入、以及与趋势分析、张力阈值、与特定测量过程和/或线缆类型相关联的曲线等相关的数据，并且可以存储在处理器可访问的比较图表、列表、库等中。处理器的输出可以用图形显示，例如当前张力测量值、历史比较、所期望的张力值。

如图4所示，槽轮10通过螺栓26固定至可调节支撑件36，该螺栓延伸穿过第一开口16以及可调节支撑件36的一个或多个对应的狭槽。槽轮10被配置成绕螺栓26旋转，使得可移除销27可以插入可调节支撑件36的第一狭槽28或第二狭槽29中。例如，当可移除销27延伸穿过第一狭槽28和第二开口18时，第一直径12向外定向(即，朝向线缆)。替代性地，当可移除销27延伸穿过第二狭槽29和第二开口18时，第二直径14将朝向线缆定向。

张紧器30安装在竖板或臂31上，并相对于基座32布置，使得当可调节臂36在测量过程中绕支点38旋转时，线缆与槽轮10和张紧器两者接合以产生接触力。接触力可以由张力传感器测量，并且经由测量单元34可以确定线缆中的张力。张紧器30可以是带轮，这些带轮在测量过程中自由旋转，以消除或减小摩擦，同时促进与线缆的接合。在一些示例中，张紧器30可以是可移除的，使得凹槽直径与槽轮10所选择的直径(例如，第一直径或第二直径)匹配的张紧器与线缆接触。

在图示了将槽轮10与线缆42接合的张力系统的图5A至图5C中以三个阶段示出了测量过程。如图5A所示，可调节臂36是打开的。这允许操作者将线缆42布置在张紧器30与槽轮10之间。图5B示出了槽轮10与线缆42之间的间隙随着两者接触而变窄。随着可调节支撑件36绕支点38旋转，槽轮10抵靠线缆42滑动到位，从而在关闭位置下在槽轮10上产生接触力，如图5c所示。

因此，如图5C所示，由槽轮10引起的接触力背离基座32推动线缆42，而张紧器30朝向基座32推动线缆42。这种力的平衡通过一个或多个传感器(例如机械的、扭转的、光学的、磁性的等)来测量，并由测量单元34进行分析和计算，以呈现给操作者。

尽管图示为绕轴线旋转以推动槽轮10与线42之间的接触，但是可调节支撑件可以被配置为竖直引导件上的可移动臂。例如，可调节支撑件可以通过紧固件(例如螺钉、夹子、张紧器等)以位置可调的方式固定在基座上。紧固件可以被移除或松开，以允许可调节支撑件的位置改变和/或对槽轮进行重新定向。一旦处于接触线缆42的位置，紧固件可以用于在测量过程中对可调节支撑件的位置进行固定。

图6示出了如图5C所示槽轮10的第一直径12与线缆42接合的张力测量系统。例如，可移除销27插入第一狭槽28中，从而使第一直径12朝向线缆42定向。相比之下，图7的张力测量系统示出了可移除销27插入第二狭槽29中，从而使第二直径14朝向线缆44定向。在此示例中，线缆44的直径大于线缆42的直径。相应地，操作第二直径14呈现给线缆44的张力测量系统提供了更准确的线缆张力测量。

在一些示例中，槽轮可以在弧形表面(例如，弧20、22)上提供凹槽图案。例如，弧可以包括代表编织线的线股的条纹。在此示例中，线缆可以更紧密地装配在槽轮的直径内，从而在测量过程中提供更准确的读数。在放大视图46中，线缆42由比线缆44更少的线股制成。因此，如放大视图48所示，线缆42的线股的轮廓将具有与线缆42的线股的轮廓不同的特征。

如本文所使用的，“和/或”是指列表中由“和/或”连接的多个项中的任何一项或多项。例如，“x和/或y”是指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一个示例，“x、y和/或z”是指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例、或图示。如本文所使用的，术语“例如(e.g.)”和“例如(for example)”引出一个或多个非限制性示例、实例、或图示的列表。

尽管已经参考某些实施方式描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等效物。例如，所公开的示例的框和/或部件可以被组合、划分、重新布置和/或以其他方式被修改。另外，在不脱离本公开内容范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本公开内容的教导。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式。替代地，本方法和/或系统将包括无论是从字面上还是依据等同原则都落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种用于张力测量系统中以测量线缆中的张力的槽轮，所述槽轮包括第一直径和第二直径，所述槽轮被配置成绕轴线旋转以使所述第一直径或所述第二直径朝向所述线缆定向，其中，所述槽轮与所述线缆之间的接触力由张力传感器测量以确定所述线缆中的张力。

2.如权利要求1所述的槽轮，其中，所述第一直径布置在跨越第一弧长的第一径向位置处，并且所述第二直径布置在跨越第二弧长的第二径向位置处。

3.如权利要求2所述的槽轮，进一步包括第三直径，所述第三直径布置在跨越第三弧长的第三径向位置处。

4.如权利要求1所述的槽轮，其中，所述槽轮的取向在测量过程中相对于所述线缆固定。

5.如权利要求1所述的槽轮，其中，所述第一直径或所述第二直径之一的内部部分包括多个凹槽，以容纳与所述线缆相关联的多个线股。

6.一种用于测量线缆中的张力的张力测量系统，所述张力测量系统包括：

槽轮，所述槽轮包括第一直径和第二直径，所述槽轮被配置成绕轴线旋转以使所述第一直径或所述第二直径朝向所述线缆定向；

可调节支撑件，所述可调节支撑件被配置成调节所述槽轮相对于所述线缆的位置；以及

张力传感器，所述张力传感器用于基于所述槽轮与所述线缆之间的接触力来测量所述线缆中的张力。

7.如权利要求6所述的张力测量系统，进一步包括基座，其中，所述可调节支撑件被配置成绕位于所述基座上的支点旋转，以调节所述槽轮的位置。

8.如权利要求7所述的张力测量系统，进一步包括多个张紧器，所述多个张紧器被配置成当所述可调节支撑件将所述槽轮定位成邻近所述线缆时，与所述线缆接合以提供所述槽轮与所述线缆之间的接触力。

9.如权利要求8所述的张力测量系统，其中，所述槽轮沿所述线缆的长度布置在所述多个张紧器中的两个张紧器之间。

10.如权利要求9所述的张力测量系统，其中，所述槽轮布置在所述线缆的与所述两个张紧器相反的表面上。

11.如权利要求8所述的张力测量系统，其中，所述多个张紧器中的一个或多个张紧器的位置相对于所述基座固定。

12.如权利要求6所述的张力测量系统，其中，所述槽轮进一步包括：

第一开口，紧固件穿过所述第一开口将所述槽轮在所述轴线处固定至所述可调节臂；以及

第二开口，所述第二开口偏离所述第一开口，并且被配置成接收可移除销，其中，所述第二开口被布置成与所述可调节支撑件的第一狭槽对准以使所述第一直径朝向所述线缆定向、以及与所述可调节支撑件的第二狭槽对准以使所述第二直径朝向所述线缆定向。

13.如权利要求6所述的张力测量系统，其中，所述槽轮进一步包括：

第一开口，紧固件穿过所述第一开口将所述槽轮在所述轴线处固定至所述可调节臂；以及

第二开口，所述第二开口偏离所述第一开口，并且被配置成接收可移除销。

14.如权利要求13所述的张力测量系统，其中，所述可移除销被配置成与所述可调节支撑件上的第一狭槽或第二狭槽接合，以对所述槽轮相对于所述线缆的取向进行固定。

15.如权利要求6所述的张力测量系统，进一步包括处理器，所述处理器被配置成：

从所述张力传感器接收与所测量的张力相关联的信号；以及

生成张力警报以呈现给用户。

16.一种用于测量线缆中的张力的张力测量系统，所述张力测量系统包括：

槽轮，所述槽轮包括第一直径和第二直径，所述槽轮被配置成绕轴线旋转以使所述第一直径或所述第二直径朝向所述线缆定向；

可调节支撑件，所述可调节支撑件包括安装所述槽轮的第一端和控制所述第一端相对于所述线缆的移动的第二端；以及

多个张紧器，所述多个张紧器被配置成当所述可调节支撑件将所述槽轮定位成邻近所述线缆时，与所述线缆接合以提供所述槽轮与所述线缆之间的接触力。

17.如权利要求16所述的张力测量系统，其中，所述可调节支撑件包括可移动臂，所述可移动臂被配置成移动以调节所述槽轮相对于所述线缆、所述基座、或所述多个张紧器的位置。

18.如权利要求16所述的张力测量系统，其中，所述可调节支撑件包括伸缩杆，以提供相对于所述线缆对所述槽轮进行定位的杠杆作用。

19.如权利要求18所述的张力测量系统，其中，所述可调节支撑件进一步包括夹具，所述夹具被配置成将所述可调节支撑件的位置相对于所述线缆固定在所期望的位置。

20.如权利要求16所述的张力测量系统，其中，所述槽轮包括非导电材料。

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