CN113772548B - 一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，包括以下步骤：a.公式、数值定义；b.数值标定：根据标定值计算ε值；c.δ值计算：根据标定值计算δ值；d.补偿公式确认将δ值与ε值带入分析公式，得到补偿公式。本发明提供了一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，可用于同时测量定滑轮轴的水平分力以及垂直分力，以两种力之间的关系来计算出定滑轮钢丝绳的夹角，从而反映出钢丝绳所处在的高度位置，对其进行钢丝绳补偿。
Description
技术领域
本发明涉及称重传感器技术领域，尤其是涉及一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法。
背景技术
在冶金行业中，需要用到大量的大吨位行车，用于铁水包，钢水包的吊运工作。在国家大力发展先进制造业的情况下，钢铁行业也在推动生产自动化，智能化的改革。为了精确的掌握钢铁生产过程中的各种参数，需要对行车起吊钢包，铁包的重量进行实时准确的重量监控。目前常用的行车电子秤结构是将称重传感器安装于定滑轮轴下，这种结构的行车电子秤，不同起吊高度时钢丝绳重量会对定滑轮下安装的称重传感器产生随起吊高度变化的作用力，这个附加的力会对行车电子秤的计量精度生产影响，因此通常需要考虑对这部分重量进行补偿。目前常用补偿方法是在卷筒轴端安装编码器来记录实时的吊钩高度位置，根据其位置对重量信号进行补偿。这种方法有两个缺点：①部分行车在原有设计是未考虑加装位置，驱动编码器的转轴无法安装。②编码器是精密元器件，而行车上引出的转轴扭矩较大，在行车振动的过程中编码器较容易损坏。在这种情况下，本发明提出了一种双分量电阻应变式称重传感器，可用于同时测量定滑轮轴的水平分力以及垂直分力，以两种力之间的关系来计算出定滑轮钢丝绳的夹角，从而反映出钢丝绳所处在的高度位置，对其进行钢丝绳补偿。
中国专利申请公开号CN204125099U，公开日为2015年01月28日，名称为“绞车用主动波浪补偿系统”，公开了一种绞车用主动波浪补偿系统。它包括控制单元，控制单元连接有绞车的回转角度传感器、绞车编码器、大臂倾角传感器、小臂倾角传感器、称重传感器；绞车上还设置有由控制单元控制的液压驱动部分，液压驱动部分的信号输入端连接控制单元上，控制单元上还连接有包括变频器和绞车电机构成的绞车执行部分、用于提供船舶状态波浪信息的MRU运动控制单元以及监控单元。但是该补偿系统仍存在上述问题。
发明内容
本发明为了克服现有技术中称重传感器补偿方法中使用的编码器容易损坏，且在许多场景下编码器的转轴无法安装不足，提供一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，可用于同时测量定滑轮轴的水平分力以及垂直分力，以两种力之间的关系来计算出定滑轮钢丝绳的夹角，从而反映出钢丝绳所处在的高度位置，对其进行钢丝绳补偿。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，包括以下步骤：
a.公式、数值定义：双分量电阻应变式传感器行车电子秤信号分析公式
M示值＝ε(K-K0)+δ(T-T0) 式①
其中：
M示值：表示传感器信号经仪表处理后显示的重量值；
K：表示传感器垂直分力信号；
T：表示传感器垂直分力和水平分力的比值；
ε：为垂直分量信号的线性系数；
δ：为垂直分力信号与水平分力信号比值变化时钢丝绳重量变化对电子秤的重量影响系数；
K0和T0分别表示标定时基准点的信号；
M0为标准包重量；
b.数值标定：将空钩上升到大于标准包高度位置，仪表回零操作，仪表测得此时的K0和T0，将标准包起升到空钩回零位置，由于高度相同，钢丝绳加载角度也相同，此时T值基本不变，测得K值记为K1，此时对电子秤进行标定，仪表数据显示为M0，再将高度提升到高位，由于此时还未引入δ的值，默认为0，并未对不同高度时钢丝绳重量进行线性补偿，使得在同样重量下电子秤示数改变，此时电子秤数据显示为M1，测得仪表内部信号T1，由程序对信号进行计算可得：
同高度不同重量信号带入式①：
c.δ值计算：计算δ值对钢丝绳重量引起的型号变化进行补偿
d.补偿公式确认：将δ值与ε值带入分析公式①，得到补偿公式
上述技术方案中，采用双分量电阻应变式传感器的行车电子秤，主梁上的应变孔检测垂直分力，用作电子秤重量数据信号，水平方向应变孔检测水平分力，使用其和垂直分力信号的比值T作为判断行车钢丝绳位置的变量。上述方案的技术效果是，1.双分量传感器安装时无需另寻安装位置，与原有压式传感器合成一体。2.相较于传统的编码器，不易损坏，环境适应性非常强，安装方便。3.通常现在使用的绝对值编码器价高较高，进口编码器需要几千甚至上万元，而此发明仅对原传感器做了一定的结构变化，成本较低。
作为优选，所述步骤b中，对电子秤进行标定时，取多组标定值进行标定，ε值根据多组标定值进行分别计算后取平均值。所述方案可以增加ε值的准确性。
作为优选，所述步骤b中，对电子秤进行标定时，取多组标定值进行标定，步骤槽c中，δ值根据多组标定值进行分别计算后取平均值。所述方案可以增加δ值的准确性。
作为优选，包括双分量电阻应变式传感器，双分量电阻应变式传感器包括主剪切梁和侧剪切梁，侧剪切梁固定在主剪切梁上方，主剪切梁上的两个应变孔内装有电阻式应变计，侧剪切梁上的一个应变孔内装有电阻是应变计。上述技术方案中，主剪切梁上两个应变孔内装有电阻式应变计，形成传统的双应变孔剪切梁结构，用于测量定滑轮垂直方向的载荷；侧剪切梁上有一个应变孔内装有电阻是应变计，形成了单应变孔剪切梁结构，用于测量不同高度时钢丝绳夹角变化所产生的水平分力。
作为优选，双分量电阻应变式传感器还包括载荷轴，侧剪切梁的数量为两个，两个侧剪切梁对称设置载荷轴两侧。所述结构可以测量两个方向的水平力。
作为优选，所述两个侧剪切梁组成U形结构，载荷轴设置在U形结构的开口内。所述结构可以保证结构稳定性。
作为优选，所述U形结构的底面的中间位置与主剪切梁连接，U形结构的底面的外侧位置与主剪切梁之间设有间隙。
作为优选，所述主剪切梁的底面中部设有凹槽。主剪切梁底平面中间透空，降低安装底板不平整度对称量精度的影响。
本发明的有益效果是：(1)双分量传感器安装时无需另寻安装位置，与原有压式传感器合成一体；(2)相较于传统的编码器，不易损坏，环境适应性非常强，安装方便；(3)通常现在使用的绝对值编码器价高较高，进口编码器需要几千甚至上万元，而此发明仅对原传感器做了一定的结构变化，成本较低。
附图说明
图1是实施例2的结构示意图；
图2是本发明的受力分析图。
图中：主剪切梁1、凹槽1.1、侧剪切梁2、载荷轴3、水平分力Fs、垂直分力Ft。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1：
一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，包括以下步骤：
a.公式、数值定义：双分量电阻应变式传感器行车电子秤信号分析公式
M示值＝ε(K-K0)+δ(T-T0) 式①
其中：
M示值：表示传感器信号经仪表处理后显示的重量值；
K：表示传感器垂直分力信号；
T：表示传感器垂直分力和水平分力的比值；
ε：为垂直分量信号的线性系数；
δ：为垂直分力信号与水平分力信号比值变化时钢丝绳重量变化对电子秤的重量影响系数；
K0和T0分别表示标定时基准点的信号；
M0为标准包重量；
b.数值标定：将空钩上升到大于标准包高度位置，仪表回零操作，仪表测得此时的K0和T0，将标准包起升到空钩回零位置，由于高度相同，钢丝绳加载角度也相同，此时T值基本不变，测得K值记为K1，此时对电子秤进行标定，仪表数据显示为M0，再将高度提升到高位，由于此时还未引入δ的值，默认为0，并未对不同高度时钢丝绳重量进行线性补偿，使得在同样重量下电子秤示数改变，此时电子秤数据显示为M1，测得仪表内部信号T1，由程序对信号进行计算可得：
同高度不同重量信号带入式①：
c.δ值计算：计算δ值对钢丝绳重量引起的型号变化进行补偿
d.补偿公式确认：将δ值与ε值带入分析公式①，得到补偿公式
双分量电阻应变式传感器信号分析：如图2所示，通过双分量传感器的输出信号得出定滑轮组所受水平力Fs，以及定滑轮组的垂直载荷Ft。根据图2受力分析可得：
行车定滑轮倍数n，定滑轮上的钢丝绳数量为2n股，通常卷筒上钢丝绳数量为2股，作以下计算分析。由于在行车正常使用高度，定滑轮到动滑轮的高度远大于定滑轮与卷筒的中心距，即H＞＞L，可近似计算得：
sinα≈tanα sinβ≈tanβ 式⑥
由于每股钢丝上张力相同，可得卷筒侧钢丝绳角度与定滑轮侧钢丝绳角度之间的关系：
卷筒测钢丝绳水平分力：
F’s：卷筒侧钢丝绳的水平分力；
根据式⑤和式⑥分析受力角度状态：tanα≈sinα＝F’S/F张力＝nFS/F张力＝nsinβ≈ntanβ式⑧
可近似计算得：
从上式可见，动滑轮距离定滑轮的高度H与双分量传感器测得垂直分量与水分量之间的比值可近似为线性关系，由于钢丝绳通常质量均匀，因此不同高度H的情况下钢丝绳对定滑轮垂直方向的作用力也是线性关系，可判断在行车正常工作高度下(即H＞＞L时)不同H下钢丝绳重量在定滑轮上作用力变化与双分量传感器水平力及垂直力的比值可看做近似线性关系，即：
设T＝Ft/Fs
ΔG绳＝δΔT
δ是钢丝绳重量变化对于双分量传感器垂直力水平力比值的线性系数
它直接反映在不同高度钢丝绳对电子秤重量变化的影响，因此也可以看水平分力信号与垂直分力信号变时钢丝绳重量变化对电子秤的重量影响系数。
通过以上分析，我们将通过双分量传感器两路输出信号的比值T代替编码器信号作为确定定滑轮高度位置的信号，可用来对钢丝绳重量进行补偿，提高不同高度时电子秤数据的精确性。
上述技术方案中，采用双分量电阻应变式传感器的行车电子秤，主梁上的应变孔检测垂直分力F2，用作电子秤重量数据信号，水平方向应变孔检测水平分力F1，使用其和垂直分力F2信号的比值T作为判断行车钢丝绳位置的变量。上述方案的技术效果是，1.双分量传感器安装时无需另寻安装位置，与原有压式传感器合成一体。2.相较于传统的编码器，不易损坏，环境适应性非常强，安装方便。3.通常现在使用的绝对值编码器价高较高，进口编码器需要几千甚至上万元，而此发明仅对原传感器做了一定的结构变化，成本较低。
实施例2：
如图1所示，双分量电阻应变式传感器包括主剪切梁1、侧剪切梁2和载荷轴3，侧剪切梁2固定在主剪切梁1上方，主剪切梁1上的两个应变孔内装有电阻式应变计，侧剪切梁2上的一个应变孔内装有电阻是应变计，形成单应变孔剪切梁结构。侧剪切梁2的数量为两个，两个侧剪切梁2对称设置载荷轴3两侧。两个侧剪切梁2组成U形结构，载荷轴3设置在U形结构的开口内。U形结构的底面的中间位置与主剪切梁1连接，U形结构的底面的外侧位置与主剪切梁1之间设有间隙。所述主剪切梁1的底面中部设有凹槽1.1。
上述技术方案中，主剪切梁1上两个应变孔内装有电阻式应变计，形成传统的双应变孔剪切梁结构，用于测量定滑轮垂直方向的载荷；侧剪切梁2上有一个应变孔内装有电阻是应变计，形成了单应变孔剪切梁结构，用于测量不同高度时钢丝绳夹角变化所产生的水平分力F1。
本发明的有益效果是：(1)双分量传感器安装时无需另寻安装位置，与原有压式传感器合成一体；(2)相较于传统的编码器，不易损坏，环境适应性非常强，安装方便；(3)通常现在使用的绝对值编码器价高较高，进口编码器需要几千甚至上万元，而此发明仅对原传感器做了一定的结构变化，成本较低。
Claims (7)
1.一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，其特征是，包括双分量电阻应变式传感器，双分量电阻应变式传感器包括主剪切梁和侧剪切梁，侧剪切梁固定在主剪切梁上方，主剪切梁上的两个应变孔内装有电阻式应变计，侧剪切梁上的一个应变孔内装有电阻是应变计，主剪切梁上两个应变孔内装有电阻式应变计，形成传统的双应变孔剪切梁结构，用于测量定滑轮垂直方向的载荷；侧剪切梁上有一个应变孔内装有电阻是应变计，形成了单应变孔剪切梁结构，用于测量不同高度时钢丝绳夹角变化所产生的水平分力；
补偿方法包括还以下步骤：
a.公式、数值定义：双分量电阻应变式传感器行车电子秤信号分析公式
M示值＝ε(K-K0)+δ(T-T0) 式①
其中：
M示值：表示传感器信号经仪表处理后显示的重量值；
K：表示传感器垂直分力信号；
T：表示传感器垂直分力和水平分力的比值；
ε：为垂直分量信号的线性系数；
δ：为垂直分力信号与水平分力信号比值变化时钢丝绳重量变化对电子秤的重量影响系数；
K0和T0分别表示标定时基准点的信号；
M0为标准包重量；
b.数值标定：将空钩上升到大于标准包高度位置，仪表回零操作，仪表测得此时的K0和T0，将标准包起升到空钩回零位置，由于高度相同，钢丝绳加载角度也相同，此时T值基本不变，测得K值记为K1，此时对电子秤进行标定，仪表数据显示为M0，再将高度提升到高位，由于此时还未引入δ的值，默认为0，并未对不同高度时钢丝绳重量进行线性补偿，使得在同样重量下电子秤示数改变，此时电子秤数据显示为M1，测得仪表内部信号T1，由程序对信号进行计算可得：
同高度不同重量信号带入式①：
式②；
c.δ值计算：计算δ值对钢丝绳重量引起的型号变化进行补偿：
式③；
d.补偿公式确认：将δ值与ε值带入分析公式①，得到补偿公式：
式④。
2. 根据权利要求1 所述的一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，其特征是，所述步骤b中，对电子秤进行标定时，取多组标定值进行标定，ε值根据多组标定值进行分别计算后取平均值。
3. 根据权利要求1 所述的一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，其特征是，对电子秤进行标定时，取多组标定值进行标定，步骤槽c中，δ值根据多组标定值进行分别计算后取平均值。
4. 根据权利要求1 所述的一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，其特征是，双分量电阻应变式传感器还包括载荷轴，侧剪切梁的数量为两个，两个侧剪切梁对称设置载荷轴两侧。
5. 根据权利要求4 所述的一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，其特征是，所述两个侧剪切梁组成U 形结构，载荷轴设置在U 形结构的开口内。
6. 根据权利要求5所述的一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，其特征是，所述U形结构的底面的中间位置与主剪切梁连接，U 形结构的底面的外侧位置与主剪切梁之间设有间隙。
7. 根据权利要求3 所述的一种基于双分量称重传感器的钢丝绳补偿方法，其特征是，所述主剪切梁的底面中部设有凹槽。
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