CN115072491A - 一种线缆套管动态张力读取装置及调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种张力读取装置及调节装置，包括：竖直设置的刚性的游标测杆、位移传感器、以及滚轮组；滚轮组包括设置于游标测杆底端的滚轮以及关于游标测杆对称的两个滚轮，游标测杆底端的滚轮位于线缆套管路径的上方，关于游标测杆对称的两个滚轮分别位于线缆套管路径的下方；当线缆套管张紧时，线缆套管在游标测杆末端形成对称的两段；游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力为T；位移传感器用于读取游标测杆沿数值方向运动的位置。本发明提供的线缆套管动态张力读取装置，能实现实时地读取线缆动态张力的数值，制定线缆生产的动态张力参数，减少按照既定工艺调试动态张力的时间和线缆材料，工艺可重复性高，线缆产品批次之间的一致性良好。
Description
技术领域
本发明属于光缆检测设备领域，更具体地，涉及一种套管动态张力读取及调节装置。
背景技术
松套层绞又称缆芯绞合是光缆制造过程中的一道重要工序。松套层绞是将外径相同的若干松套管(含可能有的填充绳)按一定的色谱顺序，以适当的绞合节距层绞在中心加强构件周围。绞层上以适当节距缠绕扎纱，以保证缆芯结构的稳定。在成缆过程中，套管的放线张力是重要的控制参数，放线张力的大小会直接影响光缆的抗拉性能和温度特性。套管的放线张力过小，可能会使光缆在温差较大的环境中，光纤传输的附加衰减变大；套管的放线张力过大，则会令光缆的抗拉性能变差。而对于不同直径、不同壁厚的套管，生产工艺要求的放线张力是不同的。所以，准确控制套管的放线张力，对于光缆是否能够满足机械性能和温度性能的设计要求至关重要。
现有套管放线架采用增减砝码配重及移动砝码的位置来控制放线张力，结构比较简单，实际控制的是套管在停机状态下的静态张力。然而在实际生产过程中，由于套管导入角度、路径上系统摩擦力、以及在不同速度下绞合，在诸如此类因素的影响下，套管实际生产过程中的动态张力是在变化的。在生产过程中，因为更换扎纱、阻水纱、模具等，势必会有升降速和停机，在此过程中动态张力是变化的，所以在此过程中，光缆的机械性能和温度性能会受到影响，难以在整个生产段长保持一个较为稳定的状态，会造成一定的质量隐患，而频繁人工调节套管放线张力也会降低生产效率、增加生产成本。
在生产过程中发现，套管静态所受张力与实际生产过程中所受动态张力差别甚大，例如直径2.5mm套管，在生产速度为60m/min的状态下，动态张力与静态张力相差50％以上。而且不同规格、不同结构的套管生产速度有差异，所以其动态张力的差异程度也不同，所以会导致光缆的机械性能波动难以很好的控制。
中国专利文献CN 206032891 U提供了一种放线张紧力调节装置，通过实施调节两个舞蹈轮之间的距离，调节动态张力。然而这种负反馈调节的动态张力调节方法，虽然能稳定动态张力在一个范围内，然而由于不能准确的读取动态张力，只能依靠经验和生产线状态确定线缆的动态张力调节方向，不利于线缆生产的批次一致性。另外线缆生产开始时，需要较长的调试时间，使线缆的动态张力调试到合适范围之内，调试时间成本和原料成本高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种线缆套管动态张力读取装置及调节装置，其通过线缆套管动态张力读取装置动态监测套管张力，从而让杠杆上的直线驱动机构和舞蹈轮配合来动态调节套管的张力。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种线缆套管动态张力读取装置，包括：竖直设置的刚性的游标测杆、位移传感器、以及滚轮组；
所述滚轮组包括设置于游标测杆底端的滚轮以及关于游标测杆对称的两个滚轮，游标测杆底端的滚轮位于线缆套管路径的上方，关于游标测杆对称的两个滚轮分别位于线缆套管路径的下方；当线缆套管张紧时，线缆套管在游标测杆末端形成对称的两段；
游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力为T；所述位移传感器用于读取所述游标测杆沿竖直方向运动的位置，以获得所述线缆套管在游标测杆末端形成对称的两段与游标测杆形成的夹角θ的余弦值cosθ，从而按照以下公式读取线缆套管动态张力Ttube：
优选地，所述线缆套管动态张力读取装置，其所述位移传感器具有竖直设置的轨道，并与所述游标测杆配合来检测游标测杆距离初始位点的距离；所述初始位点，为关于游标测杆对称的滚轮之间的线缆套管路径为直线时，也即所述线缆套管在游标测杆末端形成对称的两段与游标测杆形成的夹角θ为90°时，游标测杆的位置；
优选方案，所述关于游标测杆对称的滚轮之间的距离是关于游标测杆对称的滚轮直径的6至10倍。
优选地，所述线缆套管动态张力读取装置，其所述游标测杆沿竖直方向在重力和游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力T的平衡下自由运动。
优选地，所述线缆套管动态张力读取装置，其所述位移传感器与测杆之间设有气压杆或弹簧来驱动游标测杆沿竖直方向运动。
优选地，所述线缆套管动态张力读取装置，其还包括测定所述游标测杆受到竖向压力或拉力的测力计；
所述测力计为应变测力计或弹簧测力计；
当所述测力计为弹簧测力计时，所述位移传感器还用于测定所述弹簧测力计两端的位移。
优选地，所述线缆套管动态张力读取装置，其所述线缆套管动态张力读取装置包括支架；所述滚轮组的三个所述滚轮分别为滚轮A、滚轮B和滚轮C，其中，滚轮B设置于游标测杆底端，滚轮A和滚轮C关于游标测杆对称设置；
所述支架和所述位移传感器分别固定安装在套管放线架上；
所述滚轮组用于让线缆套管依次绕过所述滚轮A、滚轮B和滚轮C，所述滚轮A和滚轮C均安装在所述支架上，三个滚轮的中心线相互平行且它们呈等腰三角形分布，所述滚轮B的中心线到滚轮A的中心线的距离与所述滚轮B的中心线到滚轮C的中心线的距离相等。
优选地，所述线缆套管动态张力读取装置，其三个所述滚轮均为滚轮轴承。
按照本发明的另一个方面，提供了一种套管动态张力调节装置，其包括本发明提供的线缆套管动态张力读取装置、套管放线架、杠杆、直线驱动机构、砝码和舞蹈轮，其中：
所述线缆套管动态张力读取装置安装在所述套管放线架上，以用于根据套管的张力获得所需的检测量并将该检测量传送给控制单元，使控制单元获得线缆套管的张力值；
所述杠杆安装在所述套管放线架上，所述杠杆的一端安装所述直线驱动机构而另一端安装用于调节线缆套管的张力的所述舞蹈轮，所述直线驱动机构上安装所述砝码，以用于驱动砝码沿所述杠杆的长度方向移动，所述控制单元基于所述的张力值来让直线驱动机构控制砝码移动，从而控制杠杆转动，进而通过杠杆上的舞蹈轮跟随杠杆转动来调节线缆套管的张力，以让线缆套管的张力值保持在设定阈值。
优选地，所述一种套管动态张力调节装置，其所述直线驱动机构为线性电机。
优选地，所述一种套管动态张力调节装置，其所述线性电机的电机采用步进电机。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本发明提供的线缆套管动态张力读取装置，能实现实时地读取线缆动态张力的数值，从而根据该数值调节动态张力大小制定线缆生产的动态张力参数，减少按照既定工艺调试动态张力的时间和线缆材料，工艺的可重复性高，线缆产品批次之间的一致性良好。
2)本发明可通过线缆套管动态张力读取装置对套管放线架上放出的套管的张力进行实时测量，在不停机的情况下即可测量并获得套管放线的张力，而且可根据张力值来实时地调整舞蹈轮的位置，使得张力值达到一个动态平衡的状态，通过形成反馈回路和反馈控制运动，能够准确地控制套管的放线张力并实时自动调节，使得绞合的线缆能够满足机械性能和温度性能。
3)当套管运行穿过三个滚轮时，套管的张力变化会使滚轮B带动游标测杆移动，使位移传感器产生位移，同时配置位移与张力大小换算程序，将位移通过控制单元进行分析，实时检测套管的动态张力。同时，实时张力的信号传递给直线驱动机构，通过直线驱动机构移动砝码位置来改变舞蹈轮的位置，从而自动实时调节放线张力。
4)本发明结构简单，设置合理，可直接安设到线缆生产的成缆设备上，使用操作方便，从而有效提高线缆生产中的张力监测的准确性及即时性。
附图说明
图1是本发明中线缆套管动态张力读取装置的示意图；
图2是本发明中杠杆安装在套管放线架上的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-套管放线架，2-线缆套管动态张力读取装置，3-杠杆，4-直线驱动机构，5-砝码，6-舞蹈轮，21-支架，22-位移传感器，23-滚轮A，24-滚轮B，25-滚轮C。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1、图2，一种套管动态张力调节装置，包括套管放线架1、线缆套管动态张力读取装置2、杠杆3、直线驱动机构4、砝码5和舞蹈轮6，其中：
所述线缆套管动态张力读取装置2安装在所述套管放线架1上，以用于根据套管的张力获得所需的检测量并将该检测量传送给控制单元，使控制单元获得套管的张力值；线缆套管动态张力读取装置2可以直接读取线缆沿生产线运动时的动态张力值；
具体地，本发明的所述线缆套管动态张力读取装置2包括支架21、位移传感器22、刚性的游标测杆26和三个滚轮，三个滚轮分别为滚轮A23，滚轮B24，滚轮C 25；
所述刚性游标测杆竖直设置，且沿竖直方向往复运动；滚轮24的圆心的处于刚性游标测杆的延长线上；
所述支架21关于所述刚性游标测杆26对称；滚轮A23和滚轮C 25对称的固定在支架的两端，使得滚轮A23和滚轮C 25关于刚性游标测杆26对称；滚轮A23和滚轮C 25的规格相同，保证滚轮A23和滚轮B 24之间的张紧的线缆段与滚轮B24和滚轮C25之间张紧的线缆段关于游标测杆对称。
所述位移传感器22具有竖直设置的轨道，与可沿竖直方向往复移动的游标测杆26配合，检测游标测杆26距离初始位点的距离，初始位点为使滚轮B24轨道的下端面高于滚轮23和滚轮25轨道的上端面恰为缆直径的位置。在初始位点，线缆套管恰能直线通过滚轮23、24、25。
所述支架21和所述传感器22分别固定安装在所述套管放线架1上。
三个所述滚轮分别滚轮A23、滚轮B24和滚轮C25，以用于让套管依次绕过所述滚轮A23、滚轮B24和滚轮C25，三个所述滚轮均为滚轮轴承，其可以承受较重负荷和冲击负荷，并且使用寿命长。所述滚轮A23和滚轮C25均安装在所述支架21上，所述滚轮B24安装在所述位移传感器22的游标测杆上，三个滚轮的中心线相互平行且它们呈等腰三角形分布，所述滚轮B24的中心线到滚轮A23的中心线的距离与所述滚轮B24的中心线到滚轮C25的中心线的距离相等，所述位移传感器22基于套管的张力变化而产生位移信号并将位移信号反馈给控制单元，控制单元将该位移信号换算成套管的张力。优选地，滚轮A23和滚轮C25的中心线在同一水平面上，滚轮B24的中心线位于滚轮A23和滚轮B24的中心线的下方，套管经过滚轮A23的上部、滚轮B24的底部和滚轮C25的上部，通过位移传感器22动态监测滚轮A23和滚轮C25之间的套管张力。支架21为三根杆连接而成并且整体呈等腰梯形，滚轮A23和滚轮C25分别安装支架21的两端。当套管运行绕过三个滚轮时，位移传感器22会测得位移，将位移传感器22的测量值传入控制单元的分析模块，可换算得出套管的动态张力大小。
所述杠杆3安装在所述套管放线架1上，杠杆3可以进行转动，所述杠杆3的一端安装所述直线驱动机构4而另一端安装所述舞蹈轮6，所述直线驱动机构4为线性电机，所述线性电机的电机采用步进电机。套管从舞蹈轮6绕过，舞蹈轮6用于调节套管的张力，放线时，套管从舞蹈轮6绕过，杠杆3通过带动舞蹈轮6逆时针或顺时针转动来调整套管的放线张力，所述直线驱动机构4上安装所述砝码5，以用于驱动砝码5沿所述杠杆3的长度方向移动，则直线驱动机构4和砝码5形成的整体结构的重心会改变，这样使得力矩也会改变，则可以带动杠杆3上的舞蹈轮6的位置也改变，所述控制单元基于所述的张力值来让直线驱动机构4控制砝码5移动，从而控制杠杆3转动，进而通过杠杆3上的舞蹈轮6跟随杠杆3转动来让套管的张力值保持在设定阈值。
进一步，所述位移传感器22通过气压或弹簧来保证游标测杆作往复移动，游标测杆可随着套管的张力大小变化而跟随着自动往复移动。位移传感器22优选为弹簧式位移传感器22。
参照图1，让套管从三个滚轮绕过，在生产过程中，套管以一定速度移动时，控制单元通过位移传感器22的位移换算或测力计计算测得游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力T，滚轮A23与滚轮B24之间的套管部分Ⅰ(滚轮C25与滚轮B24之间的为套管部分Ⅱ)与位移传感器22的游标测杆的夹角为θ，此时：T-2Ttubecosθ＝0，那么套管此时的动态张力Ttube为：
当游标测杆及其包括滚轮B24在内的连接部分自由地在位移传感器的竖直轨道上活动时，游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力T不变：T＝G，G为游标测杆及其连接的自由活动部分配重，有：
cosθ可以通过位移传感器读取的游标测杆26距离初始位点的距离D和支架21上固定的滚轮A23、滚轮C25的位置及规格确定；近似的，cosθ可忽略滚轮的形状以及线缆的直径，按照如下方法计算：
其中D为位移传感器读取的游标测杆26距离初始位点的距离，L为滚轮A23或滚轮C25的位置到游标测杆26的距离，忽略滚轮形状的简化计算下，取滚轮中心或轨道边缘到游标测杆26的距离为L。
基于以上计算方法可知，当支架21较长时，即滚轮A23和滚轮C25之间距离较大2L时，且滚轮直径d较小时，计算误差较小。合理优化支架大小和误差，取L/d的值在3至10之间，即滚轮A23和滚轮C25之间距离为滚轮A23或滚轮C25直径的6至10倍。
另外，上述方案中以游标测杆配重进行动态张力测试，测试范围受到游标测杆配重和传感器距离的限制，当需要在较大的范围内进行动态张力测试时，可通过改变游标测杆与线缆之间的相互作用力的大小，来扩大动态张力测试范围。可选的方案包括：向游标测杆施加竖向压力或拉力，并通过读取测力计数值实时计算游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力T。测力计可采用应变测力计，这种情况下，测力计导致的位移可忽略不计，但不能计算拉力；也可以采用弹簧测力计，这种情况下，需要记录弹簧测力计两端的位移，用于确定cosθ和游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力T，该方法同时适用于向游标测杆施加竖向压力或拉力。
如图1所示，如果设定套管上的张力阈值为0.5N，当测得动态张力偏离设定值0.5N以上时，直线驱动机构4会控制砝码5沿杠杆3的纵向移动，自动调节套管上的张力大小。
本发明的线位移传感器22的控制和输出端与控制单元相联。当套管运行绕过滚轮时，套管的张力变化会使位移传感器22产生位移，控制单元配置位移与张力大小换算程序，将位移传感器22的位移通过控制单元中的分析程序进行分析，实时获取套管的动态张力。同时，实时张力的信号传递给直线驱动机构4，在套管放线架1上通过安装直线驱动机构4移动砝码5位置，从而改变舞蹈轮6的位置来调节放线张力。
本发明能够自动地有效检测出套管在生产过程中的动态张力，并实时自动调节；本发明结构简单，设置合理，可直接安设到光缆生产的成缆设备上，使用操作方便，从而有效提高套管生产中的张力监测的准确性及即时性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种线缆套管动态张力读取装置，其特征在于，包括：竖直设置的刚性的游标测杆、位移传感器、以及滚轮组；
所述滚轮组包括设置于游标测杆底端的滚轮以及关于游标测杆对称的两个滚轮，游标测杆底端的滚轮位于线缆套管路径的上方，关于游标测杆对称的两个滚轮分别位于线缆套管路径的下方；当线缆套管张紧时，线缆套管在游标测杆末端形成对称的两段；
游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力为T；所述位移传感器用于读取所述游标测杆沿竖直方向运动的位置，以获得所述线缆套管在游标测杆末端形成对称的两段与游标测杆形成的夹角θ的余弦值cosθ，从而按照以下公式读取线缆套管动态张力Ttube：
2.如权利要求1所述的线缆套管动态张力读取装置，其特征在于，所述位移传感器具有竖直设置的轨道，并与所述游标测杆配合来检测游标测杆距离初始位点的距离；所述初始位点，为关于游标测杆对称的滚轮之间的线缆套管路径为直线时，也即所述线缆套管在游标测杆末端形成对称的两段与游标测杆形成的夹角θ为90°时，游标测杆的位置；
优选方案，所述关于游标测杆对称的滚轮之间的距离是关于游标测杆对称的滚轮直径的6至10倍。
3.如权利要求1所述的线缆套管动态张力读取装置，其特征在于，所述游标测杆沿竖直方向在重力和游标测杆与线缆套管在竖直方向上的作用力T的平衡下自由运动。
4.根据权利要求1所述的线缆套管动态张力读取装置，其特征在于，所述位移传感器与测杆之间设有气压杆或弹簧来驱动游标测杆沿竖直方向运动。
5.如权利要求1所述的线缆套管动态张力读取装置，其特征在于，还包括测定所述游标测杆受到竖向压力或拉力的测力计；
所述测力计为应变测力计或弹簧测力计；
当所述测力计为弹簧测力计时，所述位移传感器还用于测定所述弹簧测力计两端的位移。
6.如权利要求1至5任意一项所述的线缆套管动态张力读取装置，其特征在于，所述线缆套管动态张力读取装置包括支架；所述滚轮组的三个所述滚轮分别为滚轮A、滚轮B和滚轮C，其中，滚轮B设置于游标测杆底端，滚轮A和滚轮C关于游标测杆对称设置；
所述支架和所述位移传感器分别固定安装在套管放线架上；
所述滚轮组用于让线缆套管依次绕过所述滚轮A、滚轮B和滚轮C，所述滚轮A和滚轮C均安装在所述支架上，三个滚轮的中心线相互平行且它们呈等腰三角形分布，所述滚轮B的中心线到滚轮A的中心线的距离与所述滚轮B的中心线到滚轮C的中心线的距离相等。
7.根据权利要求6所述的线缆套管动态张力读取装置，其特征在于，三个所述滚轮均为滚轮轴承。
8.一种套管动态张力调节装置，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的线缆套管动态张力读取装置、套管放线架、杠杆、直线驱动机构、砝码和舞蹈轮，其中：
所述线缆套管动态张力读取装置安装在所述套管放线架上，以用于根据套管的张力获得所需的检测量并将该检测量传送给控制单元，使控制单元获得线缆套管的张力值；
所述杠杆安装在所述套管放线架上，所述杠杆的一端安装所述直线驱动机构而另一端安装用于调节线缆套管的张力的所述舞蹈轮，所述直线驱动机构上安装所述砝码，以用于驱动砝码沿所述杠杆的长度方向移动，所述控制单元基于所述的张力值来让直线驱动机构控制砝码移动，从而控制杠杆转动，进而通过杠杆上的舞蹈轮跟随杠杆转动来调节线缆套管的张力，以让线缆套管的张力值保持在设定阈值。
9.根据权利要求8所述的一种套管动态张力调节装置，其特征在于，所述直线驱动机构为线性电机。
10.根据权利要求9所述的一种套管动态张力调节装置，其特征在于，所述线性电机的电机采用步进电机。
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