CN114578083A - 一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置及使用方法，属于过山车速度检测领域，所述装置包括有一增量式编码器,采用M法进行速度测量；一S型拉压测力传感器，测量装置与轨道接触力；一测速轮固定与装置底部，一弹簧阻尼器施加装置与轨道接触力、一法兰盘、一法兰盘结构安装架、一编码器结构架、连接杆一、连接杆二；一单片机控制系统，用于处理数据；一数据显示模块，实现数据可视化；一数据存储模块，实现数据存储；实现过山车运行过程中全程位移、速度采集功能，对测速装置与轨道之间的接触力进行采集，提高装置测速可信度，提供一种安装便捷、测速方式简单、测速精度高、提供接触状态检测、专门应用于过山车速度检测的装置。
Description
技术领域
本发明应用于轨道式游乐设施速度测量领域，主要涉及过山车速度检测装置和检测方法。
背景技术
过山车（又称为云霄飞车）作为大型游乐设施，常见于游乐园中，是游乐园中的标志性建筑，过山车运行于轨道之上，轨道复杂、曲率多变，过山车在运行过程中不依靠驱动装置进行驱动，主要依靠运行初始阶段通过机械装置赋予的重力势能或者动能，在运行过程中通过重力势能和动能之间的相互转换从而完成整个运行过程。
过山车运行速度从宏观上反映设备整体运行情况，通过准确测试轨道不同处的车速，可以检测车辆与轨道的配合情况、刹车系统性能、提升机构性能等，获知设备的运行状况；与此同时，通过过山车实际速度测量数据与过山车虚拟样机设计数据进行比较，可以为指导设计生产提供科学依据。
目前没有专门应用于过山车的速度检测装置，当前的测试方式是采用手持雷达进行速度测量，雷达测试有着技术成熟、价格适中、手持方便的优点，但是对于过山车这类运动过程复杂、运动轨迹不规范、短时间内速度变化极大的设备来说，测量效率较低，而且手持雷达易受检验人员手部姿势影响，只能进行分段式测速，不能进行全程连续测量，导致测速精度、效率低、测速稳定性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置：针对现无专门应用于过山车的测速装置，提供一种安装便捷、测速方便、带测速轮与轨道接触状态检测、通过法兰盘安装在过山车尾部、能够实现全程检测且专用于过山车的测速装置。
为解决上述问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，包括增量式编码器、S型拉压测力传感器、弹簧阻尼器和测速轮、法兰盘结构安装架、测速轮结构架、连接杆一、连接杆二，所述弹簧阻尼器一端焊接U型接头，U型接头通过铰链与法兰盘结构安装架连接，可实现绕铰链小幅度转动，所述弹簧阻尼器另一端设有螺纹孔，通过螺纹孔与连接杆一一端连接，所述连接杆一两端都带有螺纹，所述弹簧阻尼器在所述测速轮与过山车轨道接触力不同时，所述弹簧阻尼器的伸长长度也是不同的，所述弹簧阻尼器功能是施加测速轮与轨道之间的接触力，维持所述测速轮与过山车轨道接触力，使所述测速轮产生滚动。
所述S型拉压测力传感器两端分别设有螺纹孔，所述S型拉压测力传感器一端螺纹孔与连接杆一连接，所述S型拉压测力传感器另一端螺纹孔与所述连接杆二通过螺纹连接，所述S型拉压测力传感器用于采集所述测速轮与过山车轨道的接触状态。
所述连接杆二一端有螺纹，另一端焊接有U型接头，所述的连接杆二U型接头通过铰链与所述编码器结构架中部孔连接，所述连接杆二可实现与编码器结构架小幅度相对转动；
所述增量式编码器结构架两端及中间设有孔，所述增量式编码器结构架一端与所述法兰盘结构安装架通过铰链连接，所述增量式编码器结构架与法兰盘结构安装架可实现小幅度转动；所述增量式编码器安装架另一端设有增量式编码器安装孔，保证增量式编码器的固定与定位；
所述测速轮通过螺纹孔与增量式编码器转轴固定，所述测速轮外圈与轨道接触，由于所述弹簧阻尼器施加力，使得所述测速轮与轨道之间保持接触力；
所述法兰盘结构安装架两端及中间均设有安装孔，所述法兰盘结构安装架两端均通过铰链分别与所述的编码器结构架、弹簧阻尼器一端连接，所述法兰盘结构安装架中间设有两个并排螺栓孔，所述法兰盘中间设有肋板，肋板设有两个螺栓孔，所述法兰盘通过肋板螺栓孔与所述法兰盘结构安装架通过螺栓紧密贴合；
本发明的另一目的是提供一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置的使用方法，其能实现数据的采集、处理、存储。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置使用方法，方法如下：其特征在于，增量式编码器、S型拉压测力传感器、数据显示模块、数据存储模块、单片机控制系统，所述增量式编码器、S型拉压测力传感器、数据显示模块、数据存储模块受控于一单片机控制系统，通过过山车轮式测速装置上的法兰盘与过山车尾部安装好的法兰盘通过螺栓固定，使测速装置固定于过山车尾部，此时弹簧阻尼器受到挤压产生弹力，由力的传递关系，使测速轮与过山车轨道之间产生接触力，S型拉压测力传感器采集所产生的弹力，通过数学转换以及所述单片机控制系统，采集测速轮与过山车轨道之间接触力信息，测速轮安装在增量式编码器的转轴上，过山车进行工作过程中，测速装置在过山车尾部固定，测速轮产生纯滚动，带动增量式编码器转轴转动，增量式编码器采用M法进行速度测量,增量式编码器通过单片机控制系统采集速度信息。
所述单片机控制系统，将采集的测速轮与过山车轨道之间接触力信息以及速度信息通过所述的数据显示模块实现数据可视化，通过数据存储模块实现数据存储。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明所具有的有益效果是：
1、本发明通过法兰盘将带接触状态自检测的过山车轮式测速装置安装在过山车尾部，保证测速装置的安装及定位；
2、通过弹簧阻尼器施加测速轮与轨道之间的接触力，由于过山车轨道曲率多变，测速轮与轨道之间的接触力一直变化，弹簧阻尼器维持测速轮与过山车轨道的接触，保证测速的正常进行，S型拉压测力传感器安装在弹簧阻尼器、编码器安装架之间，通过S型拉压测力传感器检测测速轮与过山车轨道的接触力，从而判断接触状态；
3、测速轮与过山车轨道之间产生滚动，测速轮固定在增量式编码器转轴上，测速轮滚动会带动增量式编码器转轴转动，增量式编码器转轴转动，测速轮旋转一定角度会使增量式编码器旋转一定角度，增量式编码器会产生一定数量的脉冲信号，根据相应公式计算，可通过单位时间内增量式编码器单位时间内所产生的脉冲信号，以转换出过山车运行位移、以及过山车速度；
4、弹簧阻尼器通过铰链与法兰盘结构安装架连接，连接杆二通过铰链与编码器安装架，编码器结构架通过铰链与法兰盘结构安装架，弹簧阻尼器与法兰盘结构安装架之间、连接杆二与编码器安装架之间、编码器结构架与法兰盘结构安装架之间可以小幅度进行转动，在测速轮与过山车轨道之间的接触力发生变化时，弹簧阻尼器的长度会发生变化，由于法兰盘结构安装架与弹簧阻尼器、连接杆二与编码器安装架、编码器结构架与法兰盘结构安装架的夹角之间可以发生变化，从而完成接触力之间的变化；
5、由于所述带接触状态自检测的过山车轮式测速装置安装在过山车尾部，所述增量式编码器、S型拉压测力传感器可以全程采集数据，增量式编码器采集过山车所运行的位移和速度、S型拉压测力传感器通过采集测速轮与过山车轨道之间的接触力，从而判断测速轮与轨道之间的接触状态，判断所述带接触状态自检测的过山车轮式测速装置某一阶段测速是否与轨道正常接触。
附图说明
图1、图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的整体结构分解示意图；
图4为本发明的图2Ⅰ区中增量式编码器安装结构示意图；
图5为本发明的连接杆一结构示意图；
图6为本发明的连接杆二结构示意图；
图7为本发明的编码器结构架结构示意图；
图8为本发明的弹簧阻尼器结构示意图；
图9为本发明的法兰盘结构安装架示意图；
图10为本发明的法兰盘结构示意图；
图11为本发明的数据处理示意图；
图中：1-法兰盘；2-法兰盘结构安装架；3-编码器结构架；4-增量式编码器；5-测速轮；6-连接杆二；7-S型拉压测力传感器；8-连接杆一；9-弹簧阻尼器；10-轨道；11-连接杆二U型接头；12-连接杆二螺纹；13-编码器结构架定位孔；14-编码器结构架中间铰链孔；15-编码器结构架U型接头；16-弹簧阻尼器U型接头；17-弹簧阻尼器螺纹孔；18-法兰盘结构安装架上铰链孔；19-法兰盘结构安装架中螺栓孔一；20-法兰盘结构安装架中螺孔二；21-法兰盘结构安装架下铰链孔；22-法兰盘竖直面螺栓孔一；23-法兰盘竖直面螺栓孔二；24-单片机控制系统；25-数据显示模块；26-数据存储模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明进一步进行阐述。
参照图1、图2、图9、图10，一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其组成包括法兰盘1、法兰盘结构安装架，所述法兰盘端面有四个螺栓孔，四个螺栓孔与过山车尾部法兰盘通过螺栓安装固定，所述法兰盘1的竖直面有两个螺栓孔一22、二23，法兰盘1的竖直面两个螺栓孔一22、二23与所述法兰盘结构安装架2中的法兰盘结构安装架中螺栓孔一19、二20通过螺栓固定，使得所述法兰盘1竖直面与所述法兰盘结构安装架2紧贴且相对固定，具体安装位置如图1、图2所示。
参照图1、图2、图7，带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其组成包括编码器结构架3，所述编码器结构架3一端焊有U型接头15，U型接头15通过铰链与法兰盘结构安装架下铰链孔21连接，法兰盘结构安装架下铰链孔21位置如图8所示，所述编码器结构架3一端有编码器结构架定位孔13，编码器结构架定位孔13周边有编码器安装孔，通过编码器结构架定位孔13和编码器安装孔实现增量式编码器4的固定安装以及定位；增量式编码器的安装定位如图4所示，增量式编码器4转轴上安装测速轮5，如图2所示，测速轮5与过山车轨道10接触，过山车运行时，由于所述测速轮5固定在增量式编码器4转轴上，所述测速轮5会随着过山车运行与轨道接触产生滚动，从而带动所述增量式编码器4转轴转动，此时所述增量式编码器4会根据测速轮5单位时间内行走位移，产生相应脉冲数，通过计算公式推导，可计算出过山车行走的位移以及此时速度。
参照图1、图3，带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其组成包括S型拉压测力传感器7，所述S型拉压测力传感器7为常见的双连孔弹性体的结构形式，两端均有螺纹孔，两端螺纹孔径大小一致，任意一端通过螺纹孔与所述的连接杆二6的连接杆二螺纹12相连接；所述连接杆二6结构示意图如图6所示，所述连接杆二6一端焊有连接杆二U型接头11与所述编码器结构架中间铰链孔14通过铰链连接，当弹簧阻尼器9伸长或缩短时，连接杆二6与编码器结构架3之间可以发生相对转动；所述S型拉压测力传感器7另一端螺纹孔与连接杆一7一端通过螺纹连接，所述连接杆一7如图5所示，两端导有相同螺纹。
参照图1、图8，带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其组成包括弹簧阻尼器9，所述弹簧阻尼器9一端焊接有U型接头16、一端有弹簧阻尼器螺纹孔17，U型接头16与所述法兰盘结构安装架2上铰链孔18通过铰链连接，使得所述弹簧阻尼器9与法兰盘结构安装架2之间当弹簧阻尼器9伸长或缩短时，可发生相对转动；所述弹簧阻尼器螺纹孔17与连接杆一7一端通过螺纹连接。
参照图1、图3，通过所述法兰盘1将带接触状态自检测的过山车轮式测速装置安装于过山车尾部，通过所述弹簧阻尼器9施加所述测速轮5与过山车轨道10的接触力，使得测速轮产生滚动运动，再根据增量式编码器收集数据，结合计算式计算出过山车运行位移、运行速度；所述S型拉压测力传感器结合数学计算，可采集过山车轨道10与测速轮5之间的接触力大小，通过接触力大小来判断接触状态是否可信。
参照图11，所述增量式编码器4、S型拉压测力传感器7、数据显示模块25、数据存储模块26受控于一单片机控制系统24，通过过山车轮式测速装置上的法兰盘1与过山车尾部通过螺栓固定，使测速装置固定于过山车尾部，此时弹簧阻尼器9受到挤压产生弹力，由力的传递关系，使测速轮5与过山车轨道10之间产生接触力，S型拉压测力传感器7采集所产生的弹力，通过数学转换以及所述单片机控制系统24，采集测速轮5与过山车轨道10之间接触力信息，测速轮5安装在增量式编码器4的转轴上，过山车进行工作过程中，测速装置在过山车尾部固定，测速轮5产生纯滚动，带动增量式编码器4转轴转动，增量式编码器4采用M法进行速度测量,增量式编码器4通过单片机控制系统24采集速度信息。所述单片机控制系统24，将采集的测速轮5与过山车轨道10之间接触力信息以及速度信息通过所述的数据显示模块25实现数据可视化，通过数据存储模块26实现数据存储。
优选的数据显示模块采用OLED显示屏。
优选的数据存储模块为SD卡存储。
以上所述，仅是本发明较优的一种具体实施方式，并非对本发明的其它方式做限制，任何熟悉本领域的技术人员在利用上述的技术内容进行变化、替换、修改，但是并未脱离本发明技术方案内容范围，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其特征在于：包括法兰盘、法兰盘结构安装架、编码器结构架、增量式编码器、测速轮、连接杆二、S型拉压测力传感器、连接杆一、弹簧阻尼器、单片机控制系统、数据显示模块、数据存储模块，所述测速轮与过山车轨道接触，过山车运行时，测速轮相对过山车轨道产生滚动，完成速度检测过程。
2.根据权利要求1所述的一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其特征在于：包括弹簧阻尼器，所述弹簧阻尼器一端为U型接头通过铰链与法兰盘结构安装架连接，另一端通过螺纹与连接杆一一端连接。
3.根据权利要求1所述的带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其特征在于：所述的S型拉压测力传感器一端通过螺纹孔与连接杆一端连接，另一端通过螺纹孔与连接杆二一端连接。
4.根据权利要求1所述的带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其特征在于：所述编码器结构架两端有孔，一端与法兰盘结构安装架通过铰链连接，编码器结构架另一端设有螺纹孔，通过螺纹孔将增量式编码器相对固定于编码器结构架上。
5.根据权利要求1所述的带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其特征在于：所述测速轮与增量式编码器转轴连接，增量式编码器采用M法进行速度测量。
6.根据权利要求1所述的带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其特征在于：所述的法兰盘结构安装架与法兰盘通过螺栓连接，保持法兰盘结构安装架与法兰盘相对固定，通过过山车尾部设有一法兰盘，与带接触状态自检测的过山车轮式测速装置中的法兰盘通过螺栓连接紧密贴合且定位，将带接触状态自检测的过山车轮式测速装置固定于过山车尾部。
7.根据权利要求1所述的带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其特征在于：所述编码器结构架和法兰盘结构安装架由铁板或钢板制成，法兰盘结构安装架一端焊有U型接头。
8.一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置使用方法，具有如权利要求1至9中任一种所述的带接触状态自检测的过山车轮式测速装置，其特征在于方法如下：增量式编码器、S型拉压测力传感器、数据显示模块、数据存储模块、单片机控制系统，所述增量式编码器、S型拉压测力传感器、数据显示模块、数据存储模块受控于一单片机控制系统，通过过山车轮式测速装置上的法兰盘与过山车尾部安装好的法兰盘通过螺栓固定，使测速装置固定于过山车尾部，此时弹簧阻尼器受到挤压产生弹力，由力的传递关系，使测速轮与过山车轨道之间产生接触力，S型拉压测力传感器采集所产生的弹力，通过数学转换以及所述单片机控制系统，采集测速轮与过山车轨道之间接触力信息，测速轮安装在增量式编码器的转轴上，过山车进行工作过程中，测速装置在过山车尾部固定，测速轮产生纯滚动，带动增量式编码器转轴转动，增量式编码器通过单片机控制系统采集速度信息。
9.根据权利要求8所述的一种带接触状态自检测的过山车轮式测速装置使用方法，其特征在于方法如下：所述单片机控制系统，将采集的测速轮与过山车轨道之间接触力信息以及速度信息通过所述的数据显示模块实现数据可视化，通过数据存储模块实现数据存储。
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