CN114878052B - 一种双通道宽量程的张力绞车试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双通道宽量程的张力绞车试验系统，包括存储绞车、双轮牵引机、第一张力测量转向轮、第二张力测量转向轮、电控系统；存储绞车包括绞车机架，卷筒组件，伺服电机驱动机构，主排缆机构和辅排缆机构；本发明采用直驱绞车和减张力绞车结合多个转向轮，行成一个双通道的试验系统；张力轮底座设计合理倾斜角度，用一个转向轮实现缆阵在试验通道两个角度变向；本发明还采用双伺服电机驱动模式，该模式使本发明拥有大量程高精度的试验范围，满足被试缆阵在各个张力工况下对张力控制精度的要求；本发明双电机分段双向驱动的技术模式将全部的张力范围覆盖，本发明通过合适的控制策略，实现所需要的张力控制精度要求。
Description
技术领域
本发明涉及张力绞车试验系统领域，具体涉一种双通道宽量程的张力绞车试验系统。
背景技术
在各种特种科考绞车的缆绳和声阵的生产研发中，需要对其做各个工况的模拟负载试验。而张力绞车正是一种用于给被试缆阵模拟不同负载工况的试验设备。常规的张力绞车试验系统只有一个试验通道，只能给单类型的被试缆阵做加载试验，当被试缆阵特性变化较大时，就不能满足要求。同时传统的张力绞车试验系统的张力量程范围比较小，不能同时满足张力控制范围跨度大，张力控制精度要求较高的场合，仅采用常规的驱动方式很难满足要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种双通道宽量程的张力绞车试验系统；一种双通道宽量程的张力绞车试验系统，包括存储绞车、双轮牵引机、第一张力测量转向轮、第二张力测量转向轮、电控系统；所述的存储绞车包括绞车机架、卷筒组件、伺服电机驱动机构A、主排缆机构和辅排缆机构；所述的卷筒组件设置在绞车机架上；所述伺服电机驱动机构A设置在卷筒组件两侧；所述的主排缆机构布置在存储绞车机架上，主排缆机构的出缆口从卷筒上方进缆；主排缆机构采用直角转向式布置形式，通过一个转向轮将缆绳方向转向90度，主排缆机构转向轮与水平面有的夹角，并且主排缆机构的转向轮由气弹簧支撑在夹角范围摆动实现重力平衡；所述的辅排缆机构布置在存储绞车机架上，用于在试验开始以及结束后将被试验缆绳安装到张力绞车或从张力绞车上取下时作为辅助排缆；
所述的双轮牵引机布置在存储绞车的主排缆机构的出绳方向上；在双轮牵引机出绳方向的前方布置有第一张力测量转向轮和第二张力转向轮；所述的电控系统作为存储绞车和双轮牵引机的电控单元，用于操作存储绞车和双轮牵引机的运行，显示存储绞车和双轮牵引机张力及速度运行参数。
进一步的，所述的双轮牵引机由机架，第一张力牵引轮、第二张力牵引轮，伺服电机驱动机构B、伺服电机驱动机构C组成；所述伺服电机驱动机构B与第一张力牵引轮连接并为其提供动力；伺服电机驱动机构C与第二张力牵引轮连接并为其提供动力；两个张力牵引轮呈高低布局，其中第一张力牵引轮呈高位布局，第二张力牵引轮呈低位布局。
进一步的，所述的电控系统包括张力控制器；所述张力控制器用于伺服电机驱动机构A的控制，所述张力控制器还用于双轮牵引机上的伺服电机驱动机构B和伺服电机驱动机构C的控制。
进一步的，所述第一张力牵引轮的侧边布置有一个定滑轮，定滑轮、第一张力牵引轮和第二张力牵引轮的运动分别独立，各不相干。
进一步的，第一张力测量转向轮的出缆口在高位张力牵引轮的进缆口在同一轴线上，第二张力测量转向轮的出缆口和高位张力定滑轮的进缆口在同一轴线上；所述的第一张力测量转向轮和第二张力转向轮布置结构相同，均包括底座、转向轮轴、转向轮盘、以及张力传感器；所述张力传感器两端分别通过连杆连接在转向轮轴和底座上的延伸支架上，所述张力传感器及其连杆形成的轴线和转向轮中心平面水平布置，并经过合力受力方向；第一张力测量转向轮和第二张力转向轮分别对应不同的试验通道；所述底座设计有倾斜角度，该角度使得转向轮盘在安装时和水平面成相应的角度，从而实现缆阵通过该转向轮后水平和垂直方向的转向。
进一步的，张力绞车试验系统的双通道宽量程的张力绞车试验方法，所述方法包括双轮牵引机减张力控制和存储绞车直驱两种工作模式；
在双轮牵引机减张力控制模式下，由双轮牵引机的伺服电机驱动机构B、伺服电机驱动机构C实现张力控制，其中，卷筒组件的伺服电机驱动机构A仅提供一定的张力用于尾端张紧。电控系统根据张力传感器的张力检测值与时间或缆长计算出的目标张力进行对比后进行自适应张力控制，同时利用张力自反馈特性对电控系统的张力控制器输出的控制信号进行限幅控制，保证系统的安全性；
在双轮牵引机减张力控制模式下，牵引轮上的绳槽都为平行布置，并且两个牵引轮的绳槽中心沿牵引轮轴向位置错开半个槽径布置。绕绳时缆绳从牵引轮外侧绳槽进入，并绕到牵引轮相对应最外侧绳槽，并沿该绳槽卷绕后绕到牵引轮上相邻的绳槽，再绕回牵引轮的相邻绳槽，依次绕过所有绳槽后从最后一个绳槽往外出绳，引出缆绳。
在绞车直驱张力控制模式下，由存储绞车卷筒组件的伺服电机驱动机构A实现主要张力控制，此时双轮牵引机的伺服电机驱动机构B、伺服电机驱动机构C不起作用，仅使用其定滑轮作为转向通道用；从第一张力测量转向轮、第二张力测量转向轮出来的缆绳经定滑轮转向后再进入排缆机构转向轮。
进一步的，所述的张力绞车试验方法还包括手动上缆模式；手动上缆模式下卷筒组件的伺服电机机构A机构处于速度控制模式，电控系统上设置上缆速度或者通过手动操作切换固定的上缆速度后开始上缆，此时辅排缆机构自动跟随，作为缆绳上缆的导向执行机构。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果有：
(1)本发明可分双轮牵引机减张力控制和存储绞车直驱两种工作模式；利用多个转向轮行成了一个双通道的试验系统，本发明可以对不同类型的被试缆阵进行试验。
(2)本发明中采用双伺服电机驱动模式，利用双电机的驱动时的动态扭矩分配方式，实现了大量程高精度的试验范围，满足了被试缆阵在各个张力工况下对张力控制精度的要求。
(3)本发明在设计中采用双电机分段双向驱动的技术模式，覆盖全部的张力范围，本发明通过合适的控制策略，实现所需要的张力控制精度要求。
(4)张力轮底座设计合理倾斜角度使本发明可以用一个转向轮实现缆阵在试验通道两个角度变向。
附图说明
图1为本发明张力绞车试验系统的布置图；
图2为本发明存储绞车的外形图；
图3为本发明双轮牵引机外形图；
图4为本发明张力测量转向轮外形图；
图5为本发明工作模式示意图1；
图6为本发明工作模式示意图2；
图7为张力轮进出缆口示意图；
图8为双轮牵引机减张力控制模式下缆绳绕线示意图；
图9为绞车直驱张力控制模式下缆绳转向示意图；
图中：存储绞车1，双轮牵引机2，电控系统4，绞车架1-1，卷筒组件1-2，伺服电机驱动机构A1-3，主排缆机构1-4，辅排缆机构1-5，机架2-1，第一张力牵引轮2-2，第二张力牵引轮2-5，伺服电机驱动机构B2-3-1，伺服电机驱动机构C2-3-2，定滑轮2-4，底座3-1，转向轮轴3-2，转向轮3-3，张力传感器3-4，连杆(3-5,3-6)，第一张力测量转向轮的出缆口3.1，第二张力测量转向轮的出缆口3.2。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1和2所示，该系统由存储绞车1、双轮牵引机2、第一张力测量转向轮、第二张力测量转向轮、电控系统4、外部被试绞车组成；
所述的存储绞车1包括绞车机架1-1、卷筒组件1-2、伺服电机驱动机构A1-3、主排缆机构1-4和辅排缆机构1-5；所述的卷筒组件1-2设置在绞车机架1-1上；所述伺服电机驱动机构A1-3设置在卷筒组件1-2两侧；所述的主排缆机构1-4布置在存储绞车机架1-1上，主排缆机构1-4在被试验缆绳进行收缆和排缆时起到导向作用；主排缆机构1-4采用直角转向式布置形式，通过一个转向轮将缆绳方向转向90度，主排缆机构转向轮与水平面有的夹角，并且主排缆机构的转向轮由气弹簧支撑，并能够在夹角范围内摆动以实现重力平衡；所述的辅排缆机构1-5布置在存储绞车机架1-1上，用于在试验开始前将被试验缆绳安装到张力绞车上，或者在试验结束后将被试验缆绳从张力绞车上取下。本实施例采用上排缆模式，即主排缆机构的出缆口从卷筒上方进缆。该辅助排缆的优点是方便试验操作人员在上下缆操作，减轻工作强度，并且有效利用试验场地。
本实施例中，双轮牵引机2布置在存储绞车的主排缆机构1-4的出绳方向上；在双轮牵引机2出绳方向的前方布置有第一张力测量转向轮和第二张力转向轮；所述的电控系统4作为存储绞车1和双轮牵引机2的电控单元，用于操作存储绞车1和双轮牵引机2的运行，显示存储绞车1和双轮牵引机2张力及速度运行参数。
如图3所示，双轮牵引机2由机架2-1，第一张力牵引轮2-2、第二张力牵引轮2-5，伺服电机驱动机构B2-3-1、伺服电机驱动机构C2-3-2组成；所述伺服电机驱动机构B2-3-1与第一张力牵引轮连接并为其提供动力；伺服电机驱动机构C2-3-2与第二张力牵引轮并为其提供动力；第一张力牵引轮2-2和第二张力牵引轮2-5呈高低布局，在高位的第一张力牵引轮2-2上侧边布置了一个定滑轮2-4所述定滑轮、第一张力牵引轮2-2和第二张力牵引轮2-5的运动分别独立，各不相干，和其他设备配合组成不同的试验通道。
本实施例中，所述的电控系统包括张力控制器；所述张力控制器用于伺服电机驱动机构A的控制，所述张力控制器还用于双轮牵引机上的伺服电机驱动机构B和伺服电机驱动机构C的控制。
本实施例中，所述第一张力测量转向轮的出缆口3.1在高位第一张力牵引轮2-2的进缆口在同一轴线上，第二张力测量转向轮的出缆口3.2和高位第一张力定滑轮2-4的进缆口在同一轴线上(见图7示意)；所述的第一张力测量转向轮和第二张力转向轮布置结构相同，如图4所示，均包括底座3-1、转向轮轴3-3、转向轮盘3-2、以及张力传感器3-4；所述张力传感器3-4两端分别通过连杆3-5,3-6连接在转向轮轴和底座上的延伸支架上，所述张力传感器3-4及其连杆3-5,3-6形成的轴线和转向轮中心平面水平布置，并经过合力受力方向；第一张力测量转向轮和第二张力转向轮分别对应不同的试验通道；所述底座3-1设计有倾斜角度，该角度使得转向轮盘在安装时和水平面成相应的角度，从而实现缆阵通过该转向轮后水平和垂直方向的转向；使得试验设备的布置更具灵活性，适用性更强。
本装置的双通道工作原理如下：
本装置工作可分双轮牵引机2减张力控制和存储绞车1直驱两种工作模式；两种工作模式需要停机切换，切换时缆绳由人工辅助从第一通道安装到第二通道上；工作时只有一个通道可以工作。
如图5所示：在双轮牵引机减张力控制模式下，由双轮牵引机2的伺服电机驱动机构B2-3-1、伺服电机驱动机构C2-3-2实现张力控制，其中，卷筒组件的伺服电机驱动机构A1-3仅提供一定的张力用于尾端张紧。电控系统根据张力传感器的张力检测值与时间或缆长计算出的目标张力进行对比后进行自适应张力控制，同时利用张力自反馈特性对电控系统的张力控制器输出的控制信号进行限幅控制，保证系统的安全性；
如图8所示，在双轮牵引机减张力控制模式下，牵引轮上的绳槽都为平行布置，并且两个牵引轮的绳槽中心沿牵引轮轴向位置错开半个槽径布置；绕绳时缆绳从第一牵引轮2-2外侧绳槽进入，并绕到第二牵引轮2-5相对应最外侧绳槽，并沿该绳槽卷绕后绕到第一牵引轮2-2上相邻的绳槽，再绕回第二牵引轮2-5的相邻绳槽，依次绕过所有绳槽后从最后一个绳槽往外出绳，引出缆绳。
如图6和9所示：在绞车直驱张力控制模式下，由存储绞车卷筒组件的伺服电机驱动机构A1-3实现主要张力控制，此时双轮牵引机的伺服电机驱动机构B2-3-1、伺服电机驱动机构C2-3-2不起作用，仅使用其定滑轮作为转向通道用；从第一张力测量转向轮、第二张力测量转向轮出来的缆绳经定滑轮转向后再进入排缆机构转向轮。。
本发明装置还具备手动上缆功能；手动上缆模式下存储绞车的伺服电机A1-3处于速度控制模式，电控系统上设置上缆速度或者通过手动操作切换固定的上缆速度后开始上缆，此时排缆机构自动跟随，此时由存储绞车的辅排缆机构1-6作为导向执行机构。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种双通道宽量程的张力绞车试验系统的张力绞车试验方法，其特征在于，所述张力绞车试验系统包括存储绞车（1）、双轮牵引机（2）、第一张力测量转向轮、第二张力测量转向轮、电控系统（4）；
所述存储绞车（1）包括绞车机架（1-1）、卷筒组件（1-2）、伺服电机驱动机构A（1-3）、主排缆机构（1-4）和辅排缆机构（1-5）；所述卷筒组件（1-2）设置在绞车机架（1-1）上；所述伺服电机驱动机构A（1-3）设置在卷筒组件（1-2）两侧；所述主排缆机构（1-4）布置在存储绞车机架（1-1）上，主排缆机构在被试验缆绳进行收缆和排缆时起到导向作用；主排缆机构（1-4）采用直角转向式布置形式，通过一个转向轮将缆绳方向转向90度，主排缆机构转向轮与水平面有的夹角，并且主排缆机构的转向轮由气弹簧支撑，并能够在夹角范围内摆动以实现重力平衡；所述辅排缆机构（1-5）布置在存储绞车机架（1-1）上，用于在试验开始前将被试验缆绳安装到张力绞车上，或者在试验结束后将被试验缆绳从张力绞车上取下；
所述双轮牵引机（2）布置在存储绞车的主排缆机构（1-4）的出绳方向上；在双轮牵引机（2）出绳方向的前方布置有第一张力测量转向轮和第二张力转向轮；所述电控系统（4）作为存储绞车（1）和双轮牵引机（2）的电控单元，用于操作存储绞车（1）和双轮牵引机（2）的运行，显示存储绞车（1）和双轮牵引机（2）张力及速度运行参数；所述双轮牵引机（2）由机架（2-1），第一张力牵引轮（2-2）、第二张力牵引轮（2-5），伺服电机驱动机构B（2-3-1）、伺服电机驱动机构C（2-3-2）组成；所述伺服电机驱动机构B（2-3-1）与第一张力牵引轮（2-2）连接并为其提供动力；伺服电机驱动机构C（2-3-2）与第二张力牵引轮（2-5）连接并为其提供动力；两个张力牵引轮呈高低布局，其中第一张力牵引轮（2-2）呈高位布局，第二张力牵引轮（2-5）呈低位布局；
所述第一张力牵引轮（2-2）的侧边布置有一个定滑轮（2-4），定滑轮（2-4）、第一张力牵引轮（2-2）和第二张力牵引轮（2-5）的运动分别独立，各不相干；
第一张力测量转向轮的出缆口（3.1）在高位第一张力牵引轮（2-2）的进缆口在同一轴线上，第二张力测量转向轮的出缆口（3.2）和高位张力定滑轮（2-4）的进缆口在同一轴线上；所述第一张力测量转向轮和第二张力转向轮布置结构相同，均包括底座（3-1）、转向轮轴（3-3）、转向轮盘（3-2）、以及张力传感器（3-4）；所述张力传感器（3-4）两端分别通过连杆（3-5,3-6）连接在转向轮轴和底座上的延伸支架上，所述张力传感器（3-4）及其连杆（3-5,3-6）形成的轴线和转向轮中心平面水平布置，并经过合力受力方向；第一张力测量转向轮和第二张力转向轮分别对应不同的试验通道；所述底座（3-1）设计有倾斜角度，该角度使得转向轮盘在安装时和水平面成相应的角度，从而实现缆阵通过该转向轮后水平和垂直方向的转向；
所述张力绞车试验系统的张力绞车试验方法，包括双轮牵引机减张力控制和存储绞车直驱两种工作模式；
在双轮牵引机减张力控制模式下，由双轮牵引机的伺服电机驱动机构B（2-3-1）、伺服电机驱动机构C（2-3-2）实现张力控制，其中，卷筒组件的伺服电机驱动机构A（1-3）仅提供一定的张力用于尾端张紧；电控系统根据张力传感器（3-4）的张力检测值与时间或缆长计算出的目标张力进行对比后进行自适应张力控制，同时利用张力自反馈特性对电控系统（4）的张力控制器输出的控制信号进行限幅控制，保证系统的安全性；
在双轮牵引机减张力控制模式下，牵引轮上的绳槽都为平行布置，并且两个牵引轮的绳槽中心沿牵引轮轴向位置错开半个槽径布置；绕绳时缆绳从第一张力牵引轮（2-2）外侧绳槽进入，并绕到第二张力牵引轮（2-5）相对应最外侧绳槽，并沿该绳槽卷绕后绕到第一张力牵引轮（2-2）上相邻的绳槽，再绕回第二张力牵引轮（2-5）的相邻绳槽，依次绕过所有绳槽后从最后一个绳槽往外出绳，引出缆绳；
在绞车直驱张力控制模式下，由存储绞车卷筒组件的伺服电机驱动机构A（1-3）实现主要张力控制，此时双轮牵引机的伺服电机驱动机构B（2-3-1）、伺服电机驱动机构C（2-3-2）不起作用，仅使用其定滑轮作为转向通道用；从第一张力测量转向轮、第二张力测量转向轮出来的缆绳经定滑轮转向后再进入排缆机构转向轮。
2.根据权利要求1所述张力绞车试验方法，其特征在在于，所述电控系统（4）包括张力控制器；所述张力控制器用于伺服电机驱动机构A（1-3）的控制，所述张力控制器还用于双轮牵引机（2）上的伺服电机驱动机构B（2-3-1）和伺服电机驱动机构C（2-3-2）的控制。
3.根据权利要求1所述张力绞车试验方法，其特征在于，所述张力绞车试验方法还包括手动上缆模式；手动上缆模式下卷筒组件的伺服电机机构A（1-3）处于速度控制模式，电控系统上设置上缆速度或者通过手动操作切换固定的上缆速度后开始上缆，此时辅排缆机构（1-5）自动跟随，作为缆绳上缆的导向执行机构。
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- 2022-04-18 CN CN202210405132.7A patent/CN114878052B/zh active Active
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