CN113624386A - 一种航空钢索张力精确测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航空钢索张力精确测量装置，涉及张力测量设备技术领域。该航空钢索张力精确测量装置包括滑轮（5）、上垫块（6）、下垫块（7）、测力钢索（8）、连接板（10）、被测钢索（11）和底板（14），上垫块（6）开设有侧方凹槽（15），下垫块（7）开设有多个T形凹槽（13），二者圆心重合，且圆心处开设有一个通孔；连接板（10）一端固定在底板（14）上，另一端设有T形件（12）；滑轮（5）的数量为四个，呈矩形状排布，在该矩形的中心处设有一个固定在底板（14）上的红点，测力钢索（8）的一端与传感器（2）连接，另一端连接在丝杠（9）上。本发明解决了钢索张力测量精确度不足的技术问题。

Description

一种航空钢索张力精确测量装置

技术领域

本发明涉及张力测量设备技术领域，具体涉及一种航空钢索张力精确测量装置。

背景技术

飞机上广泛使用了钢索传动，其中飞机操纵系统使用钢索传动较多，一般是副翼操纵、升降舵操纵、方向舵操纵、舵面锁操纵、舵面的调整片操纵、油门操纵等，在使用钢索传动时，一般要注意以下四点：一是钢索装配后必须满足预紧力要求，如果钢索预紧力不足，而且钢索松弛时，它会与滑轮之间产生相对滑动，影响操纵的准确性，还容易造成滑轮磨损；如果预紧力太大，钢索会承受过大的载荷，钢索与滑轮转动时的摩擦力也很大，容易造成断丝和操纵费力。二是钢索张力是随温度变化的，飞机在大气中使用，随着温度的增高或降低，会使张力产生变化。三是钢索的张力受环境因素影响较大，钢索和钢索所安装固定的材料，如飞机结构材料一般是铝合金，两者的膨胀系数不一致，使得在温度变化时两者的变形量不一致，也引起钢索的张力值变化，飞机在设计时，就已经给出了钢索张力随温度变化的曲线表。四是钢索张力会因为疲劳产生永久变形使得钢索张力变小。钢索张力的过大或过小，都会对飞行安全带来危险。

目前现有的钢索张力计，例如国产的GT-1型钢索张力计和国外T60钢索张力计，其基本原理如下：首先从测量方法可以看出，这种测量张力的方法为对比测量法。通过不同张力的标准样件校准，使表针上的刻度值对应钢索的张力值，指针在标准样件之间时，采用等比例插值给出钢索的张力值；使用时，钢索的张力会推动弹簧板弯曲变形，通过推杆拉动扇形齿轮传动齿轴端部的指针在度板上回转，指示出相应读数；再通过插值，换算出张力值。这种测量方法首先由于机械传动存在误差，其次通过标准件校准进行标定，标准件会存在误差；然后插值换算，按插值线性也会带来误差。这种测量方法，测量三次后求出平均值，从实践应用中得出，准确性和重复性都比较差。

在专利CN201811396334.X中，公开了一种提升系统中钢丝绳张力测量方法，该方法采用传感器测量出滑轮水平径向、垂直径向及轴向三方向的负载力及提升端钢丝绳在滑轮径向平面上的投影与垂直径向方向的夹角，经过计算就可直接获得钢丝绳的张力。该专利的方法是一种间接测量的方法，没有对钢丝绳进行直接接触，不破坏钢丝绳的结构，保证了钢丝绳的使用寿命，安装方便，计算简单，测量精确，成本低，维护简单，并且测量设备不在井内，保证了采矿作业的安全性，特别适用于超深矿井提升机钢丝绳张力的测量。

在专利CN202021145338.3中，公开了一种用于测量航空钢索力值的数显式张力计，采用的技术方案是，包括机体、控制装置、固定板、静滚轮、销、探头、动滚轮、挂钩、杠杆、手柄、把手、固定螺栓、固定绳、线夹、屏幕、按键组、挡块、支撑板。该专利在使用的时候，可以先将线夹固定于钢索上，防止手滑摔落，或者没夹紧的情况下摔落，通过旋转杠杆来使用该装置，可以用来测量张力值，该装置还可以在挂钩上挂较轻的物品，用于测量重量，把手可以抓紧该装置，手柄在测量物品的时候，可以保持竖置状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种航空钢索张力精确测量装置。本发明采用菱形方式的力学对称平衡原理，测力采用传感器，克服测试件和测试样件易疲劳所带来的误差问题，方法简单易行，测量直接，数据准确。解决了钢索张力测量精确度不足的技术问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种航空钢索张力精确测量装置，包括滑轮、上垫块、下垫块、测力钢索、连接板、被测钢索和底板，其中：

所述上垫块安装固定在下垫块的上方；

所述上垫块为一块圆形板状结构，所述垫块的侧面开设有侧方凹槽；

所述下垫块为一块圆形板状结构，所述下垫块上开设有多个T形凹槽；

所述上垫块和下垫块二者圆心重合，且圆心处均开设有一个通孔；

所述连接板一端固定在底板上，另一端设有T形件；

所述T形件嵌入T形凹槽中，并与T形凹槽相配合；

所述滑轮的数量为四个，每个所述滑轮均安装固定在底板上，并呈矩形状排布，在该矩形的中心处设有一个固定在底板上的红点；

所述测力钢索的一端与传感器连接，另一端穿过其中两个滑轮和一侧的侧方凹槽连接在丝杠上，所述被测钢索穿过另外两个滑轮和另一侧的侧方凹槽；

所述传感器、处理器、显示器和电源之间电连接；

所述传感器、处理器、显示器和电源均安装固定在底板上。

可选或优选地，所述滑轮为带轴承的滑轮。

可选或优选地，所述上垫块和所述下垫块外径相等，所述上垫块的厚度大于下垫块的厚度。

可选或优选地，所述连接板为具有弹性的连接件。

可选或优选地，每个所述T形凹槽均设置在下垫块的圆形面边缘，所述T形凹槽的数量不少于四个。

可选或优选地，所述侧方凹槽靠近被测钢索的一侧还具有不均匀的槽宽和槽深，槽宽和槽深根据被测钢索的直径确定，可用于测量不同直径的钢索；测力钢索和被测钢索在上垫块上短圆弧接触，在短圆弧接触的中间点处，测力钢索的中心和被测钢索的中心分别距上垫块的圆心的距离始终相等。

可选或优选地，所述传感器为压敏传感器，处理器为单片机。

可选或优选地，所述底板上的红点附近还设有多个润滑组件，每个所述润滑组件均包括滚珠、收口槽和注油口；所述滚珠设置在收口槽内；所述收口槽为开设在底板上的球形凹槽，所述收口槽的内径大于滚珠的外径，所述收口槽收口处的直径小于滚珠的外径；所述注油口开设在收口槽的底部，所述注油口为贯穿底板的通孔。

本发明采用菱形方式的力学平衡对称原理进行张力测量，其测力原理为：

设O1 为上垫块和下垫块的圆心，O2为底板上红点的中心位置，当本航空钢索张力精确测量装置安装完毕后，不同直径的被测钢索和测力钢索与侧方凹槽的接触点均与上垫块和下垫块圆心的距离相同；

如图5所示，设被测钢索对上垫块的作用力为F1，测力钢索对上垫块的作用力为F2，被测钢索的张力为F3，测力钢索的张力为F4，被测钢索的弯曲角为α1，测力钢索的弯曲角为α2。

当O1和O2不重合时，

即F1=F2，α1≠α2

因为： F3= F1×cos( ɑ1)

F4= F2×cos( ɑ2)

因此F3≠F4；

当O1和O2重合时，

F1=F2，α1=α2

因为 F3= F1×cos( ɑ1)

F4= F2×cos( ɑ2)

因此F3=F4。

综上所述，测力钢索上所承受的拉力F4，就是被测钢索的张力F3。

基于上述技术方案，可产生如下技术效果：

本发明提供的一种航空钢索张力精确测量装置，可适用于多种直径的钢索张力测量。本发明的有益效果包括：

（1）本发明采用菱形方式的力学对称平衡原理来测量张力，其被测钢索张力采样直接，测量结果相比于现有钢索张力计的间接对比测量法测量的结果更准确；

（2）本发明通过压敏传感器测量张力，测量准确，测量可重复性高；

（3）本发明各部件均采用耐压、耐高温材质制成，可适应各种工作环境，包括高热、高温和井下等；

（4）本发明方案合理，结构简单，容易实现，且能直观显示出测量出的张力数值；

（5）本发明可通过将T形件嵌入到不同的T形凹槽内，或更换上垫块和下垫块，来测量不同直径的钢索的张力值，以此满足不同直径钢索张力的测量需求，应用场景广泛；

（6）本发明利用电源驱动丝杠，能使器件自动感知平衡点，实现自动测量，减少测量工作量，并避免人为误差。

（7）本发明在底板上设有多个润滑组件，通过向注油口中注入润滑油，可使滚珠在收口槽内灵活转动，从而降低下垫块和底板之间的摩擦系数，减少测量时下垫块受到的摩擦力，提高钢索张力测量准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明T形件处的局部放大图；

图3 为本发明垫块的结构示意图（三视图）；

图4为本发明润滑组件的结构示意图；

图5为本发明的菱形测力原理的原理图；

图中：1-电源，2-传感器，3-处理器，4-显示器，5-滑轮，6-上垫块，7-下垫块，8-测力钢索，9-丝杠，10-连接板，11-被测钢索，12-T形件，13-T形凹槽，14-底板，15-侧方凹槽，16-润滑组件，17-滚珠，18-收口槽，19-注油口。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，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。

实施例1：

如图1-图4所示：

本发明提供了一种航空钢索张力精确测量装置,包括滑轮5、上垫块6、下垫块7、测力钢索8、连接板10、被测钢索11和底板14，其中：

所述上垫块6安装固定在下垫块7的上方；

所述上垫块6为一块圆形板状结构，所述垫块6的侧面开设有侧方凹槽15；

所述下垫块7为一块圆形板状结构，所述下垫块7上开设有多个T形凹槽13；

所述上垫块6和下垫块7二者圆心重合，且圆心处均开设有一个通孔；

所述连接板10一端固定在底板14上，另一端设有T形件12；

所述T形件12嵌入T形凹槽13中，并与T形凹槽13相配合；

所述滑轮5的数量为四个，每个所述滑轮5均安装固定在底板14上，并呈矩形状排布，在该矩形的中心处设有一个固定在底板14上的红点；

所述测力钢索8的一端与传感器2连接，另一端穿过其中两个滑轮5和一侧的侧方凹槽15连接在丝杠9上，所述被测钢索11穿过另外两个滑轮5和另一侧的侧方凹槽15；

所述传感器2、处理器3、显示器4和电源1之间电连接；

所述传感器2、处理器3、显示器4和电源1均安装固定在底板14上。

本实施例中，每个所述滑轮5均为带轴承的滑轮。

本实施例中，所述上垫块6和所述下垫块7外径相等，所述上垫块6的厚度大于下垫块7的厚度。

本实施例中，所述连接板10为具有弹性的连接件。

本实施例中，每个所述T形凹槽13均设置在下垫块7的圆形面边缘，所述T形凹槽13的数量不少于四个。

本实施例中，所述侧方凹槽15靠近被测钢索11的一侧还具有不均匀的槽宽和槽深，槽宽和槽深根据被测钢索11的直径确定，可用于测量不同直径的钢索；测力钢索8和被测钢索11在上垫块6上短圆弧接触，在短圆弧接触的中间点处，测力钢索8的中心和被测钢索11的中心分别距上垫块6的圆心的距离始终相等。

本实施例中，所述传感器2为压敏传感器，处理器3为单片机。

本实施例中，所述底板14上的红点附近还设有多个润滑组件16，每个所述润滑组件16均包括滚珠17、收口槽18和注油口19；所述滚珠17设置在收口槽18内；所述收口槽18为开设在底板14上的球形凹槽，所述收口槽18的内径大于滚珠17的外径，所述收口槽18收口处的直径小于滚珠17的外径；所述注油口19开设在收口槽18的底部，所述注油口19为贯穿底板14的通孔。

本实施例具有以下优点：

（1）本实施例采用菱形方式的力学对称平衡原理来测量张力，其被测钢索11张力采样直接，其测量结果相比于现有钢索张力计的间接对比测量法测量的结果更准确；

（2）本实施例通过传感器2测量张力，测量准确，测量可重复性高；

（3）本实施例各部件均采用耐压、耐高温材质制成，可适应各种工作环境，包括高热、高温和井下等；

（4）本实施例方案合理，结构简单，容易实现，且能直观显示出测量出的张力数值；

（5）本实施例可通过将T形件12嵌入到不同的T形凹槽13内，或更换上垫块6和下垫块7，来测量不同直径的钢索的张力值，以此满足不同直径钢索张力的测量需求，应用场景广泛；

（6）本实施例在底板14上设有多个润滑组件16，通过向注油口19中注入润滑油，可使滚珠17在收口槽18内灵活转动，从而降低下垫块7和底板14之间的摩擦系数，减少测量时下垫块7受到的摩擦力，提高钢索张力测量准确性。

实施例2：

本发明提供了一种航空钢索张力精确测量装置,包括滑轮5、上垫块6、下垫块7、测力钢索8、连接板10、被测钢索11和底板14，其中：

所述上垫块6安装固定在下垫块7的上方；

所述上垫块6为一块圆形板状结构，所述垫块6的侧面开设有侧方凹槽15，所述侧方凹槽15的深度不均，其深度值关于上垫块6的圆心中心对称；

所述下垫块7为一块圆形板状结构，所述下垫块7上开设有多个T形凹槽13；

所述上垫块6和下垫块7二者圆心重合，且圆心处均开设有一个通孔；

所述连接板10一端固定在底板14上，另一端设有T形件12；

所述T形件12嵌入T形凹槽13中，并与T形凹槽13相配合；

所述滑轮5的数量为四个，每个所述滑轮5均安装固定在底板14上，并呈矩形状排布，在该矩形的中心处设有一个固定在底板14上的红点；

所述测力钢索8的一端与传感器2连接，另一端穿过其中两个滑轮5和一侧的侧方凹槽15连接在丝杠9上，所述被测钢索11穿过另外两个滑轮5和另一侧的侧方凹槽15；

所述传感器2、处理器3、显示器4和电源1之间电连接；

所述传感器2、处理器3、显示器4和电源1均安装固定在底板14上。

本实施例中，每个所述滑轮5均为带轴承的滑轮。

本实施例中，所述上垫块6和所述下垫块7外径相等，所述上垫块6的厚度大于下垫块7的厚度。

本实施例中，所述连接板10为弹簧钢板。

本实施例中，每个所述T形凹槽13均设置在下垫块7的圆形面边缘，所述T形凹槽13的数量不少于四个。

本实施例中，所述侧方凹槽15靠近被测钢索11的一侧还具有不均匀的槽宽和槽深，槽宽和槽深根据被测钢索11的直径确定，可用于测量不同直径的钢索；测力钢索8和被测钢索11在上垫块6上短圆弧接触，在短圆弧接触的中间点处，测力钢索8的中心和被测钢索11的中心分别距上垫块6的圆心的距离始终相等。

本实施例中，所述传感器2为压敏传感器，处理器3为单片机。

本实施例中，所述底板14上的红点附近还设有多个润滑组件16，每个所述润滑组件16均包括滚珠17、收口槽18和注油口19；所述滚珠17设置在收口槽18内；所述收口槽18为开设在底板14上的球形凹槽，所述收口槽18的内径大于滚珠17的外径，所述收口槽18收口处的直径小于滚珠17的外径；所述注油口19开设在收口槽18的底部，所述注油口19为贯穿底板14的通孔。

本实施例中，所述丝杠9与外部电机连接。

本实施例中，所述红点处设有光信号发生器，其正上方设有光信号接收器。

本实施例中，可根据光信号接收器的反馈自动调整丝杠9，使器件自动感知平衡点，实现自动测量。

本实施例具有以下优点：

（1）本实施例采用菱形方式的力学对称平衡原理来测量张力，其被测钢索11张力采样直接，其测量结果相比于现有钢索张力计的间接对比测量法测量的结果更准确；

（2）本实施例通过传感器2测量张力，测量准确，测量可重复性高；

（3）本实施例各部件均采用耐压、耐高温材质制成，可适应各种工作环境，包括高热、高温和井下等；

（4）本实施例方案合理，结构简单，容易实现，且能直观显示出测量出的张力数值；

（5）本实施例可通过将T形件12嵌入到不同的T形凹槽13内，或更换上垫块6和下垫块7，来测量不同直径的钢索的张力值，以此满足不同直径钢索张力的测量需求，应用场景广泛；

（6）本实施例在底板14上设有多个润滑组件16，通过向注油口19中注入润滑油，可使滚珠17在收口槽18内灵活转动，从而降低下垫块7和底板14之间的摩擦系数，减少测量时下垫块7受到的摩擦力，提高钢索张力测量准确性；

（7）本发明利用电源驱动丝杠9，能使器件自动感知平衡点，实现自动测量，减少测量工作量，并避免人为误差。

本发明的工作过程如下：

使用时，首先检查润滑组件16内的滚珠17是否可以灵活转动，若滚珠17可以灵活转动则可开始测量，若滚珠17难以灵活转动，则向注油口19内注入润滑油后开始测量，其次根据被测钢索11的直径选择合适的上垫块6和设计对应钢索直径的T形凹槽13的位置，将被测钢索11放入上垫块6一侧的侧方凹槽15内，此时测力钢索8松弛，被测钢索11会使上垫块6和下垫块7的位置向右测偏移。手动或电机驱动转动丝杠9，丝杠9会拉紧测力钢索8，使得测力钢索8的张力逐渐增大，由菱形方式的力学平衡对称原理可以知道，当两侧的钢索张力回复到中心红点位置时，也就是可以从上垫块6和下垫块7的中心的通孔处看到底板上的红点的位置时，测力钢索8和被测钢索11的张力相等。此时，传感器2经过处理器3赋值计算后，将被测钢索11的张力数值显示在显示器4上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种航空钢索张力精确测量装置，其特征在于：包括滑轮（5）、上垫块（6）、下垫块（7）、测力钢索（8）、连接板（10）、被测钢索（11）和底板（14），其中：

所述上垫块（6）安装固定在下垫块（7）的上方；

所述上垫块（6）为一块圆形板状结构，所述垫块（6）的侧面开设有侧方凹槽（15）；

所述下垫块（7）为一块圆形板状结构，所述下垫块（7）上开设有多个T形凹槽（13）；

所述上垫块（6）和下垫块（7）二者圆心重合，且圆心处均开设有一个通孔；

所述连接板（10）一端固定在底板（14）上，另一端设有T形件（12）；

所述T形件（12）嵌入T形凹槽（13）中，并与T形凹槽（13）相配合；

所述滑轮（5）的数量为四个，每个所述滑轮（5）均安装固定在底板（14）上，并呈矩形状排布，在该矩形的中心处设有一个固定在底板（14）上的红点；

所述测力钢索（8）的一端与传感器（2）连接，另一端穿过其中两个滑轮（5）和一侧的侧方凹槽（15）连接在丝杠（9）上，所述被测钢索（11）穿过另外两个滑轮（5）和另一侧的侧方凹槽（15）；

所述传感器（2）、处理器（3）、显示器（4）和电源（1）之间电连接；

所述传感器（2）、处理器（3）、显示器（4）和电源（1）均安装固定在底板（14）上。

2.根据权利要求1所述的一种航空钢索张力精确测量装置，其特征在于：每个所述滑轮（5）均为带轴承的滑轮。

3.根据权利要求1所述的一种航空钢索张力精确测量装置，其特征在于：所述上垫块（6）和所述下垫块（7）外径相等，所述上垫块（6）的厚度大于下垫块（7）的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种航空钢索张力精确测量装置，其特征在于：所述连接板（10）为具有弹性的连接件。

5.根据权利要求1所述的一种航空钢索张力精确测量装置，其特征在于：每个所述T形凹槽（13）均设置在下垫块（7）的圆形面边缘，所述T形凹槽（13）的数量不少于四个。

6.根据权利要求1所述的一种航空钢索张力精确测量装置，其特征在于：所述侧方凹槽（15）靠近被测钢索（11）的一侧还具有不均匀的槽宽和槽深，槽宽和槽深根据被测钢索（11）的直径确定，可用于测量不同直径的钢索；测力钢索（8）和被测钢索（11）在上垫块（6）上短圆弧接触，在短圆弧接触的中间点处，测力钢索（8）的中心和被测钢索（11）的中心分别距上垫块（6）的圆心的距离始终相等。

7.根据权利要求1所述的一种航空钢索张力精确测量装置，其特征在于：所述传感器（2）为压敏传感器，处理器（3）为单片机。

8.根据权利要求1所述的一种航空钢索张力精确测量装置，其特征在于：所述底板（14）上的红点附近还设有多个润滑组件（16），每个所述润滑组件（16）均包括滚珠（17）、收口槽（18）和注油口（19）；

所述滚珠（17）设置在收口槽（18）内；

所述收口槽（18）为开设在底板（14）上的球形凹槽，所述收口槽（18）的内径大于滚珠（17）的外径，所述收口槽（18）收口处的直径小于滚珠（17）的外径；

所述注油口（19）开设在收口槽（18）的底部，所述注油口（19）为贯穿底板（14）的通孔。

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