CN117553957A - 一种无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置及方法，装置包括张紧装置框架；多个固定轮，位于张紧装置框架同侧且位于同一水平面上，第一钢丝绳，依次经过多个固定轮下方同一侧后从张紧装置后端穿出、以及，多个游动轮，设置在固定轮同侧且位于第一钢丝绳下方，每两个固定轮底部之间设置一个所述游动轮，游动轮的轮轴可以沿张紧装置框架上的导向槽上、下移动，游动轮通过第二钢丝绳与重锤连接,第二钢丝绳悬挂在张紧装置顶部的导向轮上，还包括位移传感器，用于测量所述游动轮或重锤的位移量，并通过信号传输模块将该位移量传输给控制器，所述控制器内预设张力计算公式。本发明在不加入其它测量机械的情况下实现对钢丝绳张力的非接触式测量。

Description

一种无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种钢丝绳张力监测装置，特别是一种无极绳绞车钢丝绳张力监测装置及方法。

背景技术

无极绳绞车是煤矿井下巷道以钢丝绳牵引的一种普通轨道连续运输设备。无极绳绞车配置有主机、张紧装置、梭车、尾轮、压轮绳、托绳轮和转向装置等。无极绳绞车钢丝绳的承载情况直接关系到设备的正常运行和人员的安全，因此需要对钢丝绳进行张力监测，并与钢丝绳使用的相应标准及规范相比较,判定钢丝绳是否安全工作，防止钢丝绳出现断绳、打滑。

张紧装置可吸收牵引钢丝绳系统由于弹性变形而伸长的部分,保证牵引钢丝绳在卷绳筒绳衬上有较稳定的正压力。张紧装置分主、副绳侧，各由三个固定轮、两个游动轮、两个导向轮、两个导绳轮、两个重锤构成。牵引钢丝绳从张紧装置主绳侧前端导绳轮进入,依次经过固定轮、游动轮,经过绞车主导轮后，从张紧装置副绳侧前端导绳轮穿出。以其中一侧为例，其中两个游动轮分别通过吊环和钢丝绳与重锤连接,钢丝绳悬挂在张紧装置顶部的导向轮上。绞车运行过程中，钢丝绳的张紧力降低时，由于重锤重力作用使重锤通过钢丝绳绕过架子顶部的导向轮,牵动游动轮向上游动,反之,钢丝绳的张紧力升高时,钢丝绳张紧力拉着游动轮下降，游动轮通过钢丝绳带动重锤升高。

在相关技术中，为保证无极绳绞车正常运行工作，需要检测钢丝绳上的张力。“三点弯曲法”是最常见的钢丝绳张力检测方法，该方法将测力传感器支撑架上的三点，一般为滚轮与钢丝绳被测表面接触，将钢丝绳固定在测力传感器支撑架上,通过支撑架的加力机构对绳施加一压力,强迫钢丝绳产生类似于三点弯曲的局部变形,通过形变去计算钢丝绳上的张力。

但是，由于这种测量方法为接触式测量，施加的力产生的局部变形会使钢丝绳产生应力集中，且接触式测量会加速钢丝绳的疲劳损伤，导致钢丝绳产生一定的磨损，使其测量结果不够准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，利用无极绳绞车张紧装置的原有结构特性，利用位移传感器和位移变换公式来得到钢丝绳张力，进而实现对钢丝绳张力的非接触式测量。

来监测无极绳绞车钢丝绳的实时承载情况。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，包括：

张紧装置框架；

多个固定轮，位于所述张紧装置框架同侧且位于同一水平面上；

第一钢丝绳，依次经过多个所述固定轮下方同一侧后从张紧装置后端穿出、以及，

多个游动轮，设置在所述固定轮同侧且位于所述第一钢丝绳下方，游动轮的轮轴可以沿张紧装置框架上的导向槽上、下移动，其中，每两个固定轮的下方之间设有一个所述游动轮；

每个游动轮分别通过第二钢丝绳与一重锤连接,第二钢丝绳悬挂在张紧装置顶部的导向轮上，绞车运行过程中，第一钢丝绳的张紧力降低时，由于重锤重力作用使重锤通过第二钢丝绳牵引游动轮向上移动；反之，第一钢丝绳的张紧力升高时，第一钢丝绳张紧力拉着游动轮下降，游动轮通过第二钢丝绳带动重锤升高，还包括：

位移传感器，用于测量所述游动轮或重锤的位移量，并通过信号传输模块将该位移量传输给控制器，所述控制器内预设张力计算公式，通过该张力计算公式得到所述第一钢丝绳的张力值，所述张力计算公式是：

其中，

P为第一钢丝绳所受到的压紧力；

R为游动轮半径和第一钢丝绳半径之和；

Y为即重锤的位移量；

a为重锤初始位移减去游动轮与固定轮沿Y轴初始圆心距；

F为钢丝绳上的张力；

L为游动轮和固定轮沿X轴的圆心距。

所述固定轮包括三个，分别是第一固定轮、第二固定轮以及第三固定轮；

所述游动轮包括两个，分别是第一游动轮和第二游动轮，其中，所述第一游动轮位于所述第一固定轮和第二固定轮之间，所述第二游动轮位于所述第二固定轮和第三固定轮之间。

所述张紧装置框架上，位于所述第一固定轮的前端设有前端导绳轮，位于所述第三固定轮的后端设有后端导绳轮。

所述位移传感器包括两个，分别是第一位移传感器和第二位移传感器，两个位移传感器分别通过安装支架固定在无极绳绞车张紧装置框架上，其中，两个位移传感器具有不同的测量精度，第一位移传感器是精度范围为60-1000mm的超声传感器；第二位移传感器是精度范围为35-65mm的激光传感器。

还包括报警器，与所述控制器的信号输出端连接，所述信号传输模块把位移信号传输给控制器，所述控制器实现信号变换、数据处理、张力显示和上下限报警输出。

所述位移传感器选用拉绳式位移传感器、激光位移传感器或超声位移传感器。

本发明进一步公开了一种基于所述无极绳绞车用钢丝绳张力检测装置的张力检测方法，无极绳绞车张紧装置在运行过程中，重锤的重力经过张紧装置顶部的所述导向轮转化为游动轮施加在第一钢丝绳上的压紧力；

安装在张紧装置框架上的位移传感器测量重锤转化为游动轮位移；

信号传输模块将所述位移量传输给控制器，控制器通过所述张力计算公式得到第一钢丝绳的张力。

当游动轮或重锤位移量较小时，此时张力变化幅度大，使用高精度的第一位移传感器的输出量作为位移量；

当游动轮或重锤的位移超过高精度的位移传感器的量程时，使用大量程的第二位移传感器的输出量作为位移量。

本发明的有益效果是：

第一.本发明利用张紧装置的结构特点，在不加入其它测量机械的情况下，就可以监测钢丝绳的张力，避免了在钢丝绳上加入其它测量机械所带来的负面影响，如增加钢丝绳阻力和加剧钢丝绳磨损等。

第二.本发明选择在靠近无极绳绞车主机的张紧装置处测量钢丝绳的张力，可以测量无极绳绞车钢丝绳的最大张力和最小张力。

第三.张紧装置在运行过程中，重锤和游动轮具有较大的位移量，本发明位移传感器包括两个，分别是第一位移传感器和第二位移传感器，两个位移传感器具有不同的测量精度，第一位移传感器是精度范围为60-1000mm的超声传感器；第二位移传感器是精度范围为35-65mm的激光传感器。当游动轮或重锤位移量较小时，此时张力变化幅度大，使用高精度的第一位移传感器的输出量作为位移量；当游动轮或重锤的位移超过高精度的位移传感器的量程时，使用大量程的第二位移传感器的输出量作为位移量，本发明根据重锤或游动轮位移量的不同，在控制器中根据不同的测量范围自动切换使用不同传感器的输出量，提高了测量结果的准确性。

附图说明

图1为本发明一种无极绳绞车张紧装置的结构示意图。

其中：1-导向轮,2-张紧装置框架，31-第一固定轮，32-第二固定轮，33-第三固定轮，4-第一钢丝绳，5-后端导绳轮，61-第一游动轮,62-第二游动轮，7-前端导绳轮，8-重锤，9-第一位移传感器，10-第二位移传感器。

图2为本发明一种钢丝绳张力监测装置的整体架构图。

以游动轮与固定轮圆心水平方向为0点，当沿着垂直方向游动轮圆心在固定轮圆心上面为正方向，当沿着垂直方向游动轮圆心在固定轮圆心下面为负方向。

图3为本发明一种钢丝绳张力监测装置的正方向张力分析原理图。

图4为本发明一种钢丝绳张力监测装置的负方向张力分析原理图。

图3、4中：P-压紧力，即重锤重力，F-第一钢丝绳上张力，L-游动轮与固定轮沿X轴方向的圆心距,X-游动轮或重锤的位移，R-游动轮半径和第一钢丝绳半径之和，a-重锤初始位移减去游动轮与固定轮沿Y轴初始圆心距。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，如图2所示，本钢丝绳张力检测装置包括：两个位移传感器、安装支架、信号传输模块、控制器。

绞车张紧装置有主绳侧和副绳侧，两侧结构相同。其中一侧含导向轮1、张紧装置框架2、三个固定轮3、钢丝绳4、后端导绳轮5、两个游动轮6、前端导绳轮7、重锤8。

第一钢丝绳4从张紧装置前端导绳轮7进入,依次通过第一固定轮、第一游动轮、第二固定轮、第二游动轮和第三固定轮从张紧装置后端导绳轮4穿出。

两个游动轮分别通过第二钢丝绳和吊环与重锤7连接,钢丝绳悬挂在张紧装置顶部的导向轮上，游动轮的轮轴可以沿张紧装置框架上的导向槽上下移动。绞车运行过程中，第一钢丝绳的张紧力降低时，由于重锤重力作用使重锤通过第二钢丝绳牵引游动轮向上移动；反之,第一钢丝绳的张紧力升高时,第二钢丝绳张紧力拉着游动轮下降，游动轮通过第二钢丝绳带动重锤升高。

安装在张紧装置框架上的位移传感器1和位移传感器2测量重锤的位移，当重锤位移量变化幅度较小时，此时张力变化幅度大，使用小量程精度高的位移传感器的输出量，当游动轮或重锤的位移超过高精度位移传感器的量程时，使用大量程低精度位移传感器的输出量。

位移传感器在张紧装置上安装位置灵活，图1所示的位置并不是其唯一安装位置，两个位移传感器可以相同方向安装，如图1所示，也可以相对方向安装。

在控制器中，可以实现信号变换即将模拟信号转换为数字信号。

通过第一钢丝绳的与游动轮位移有关张力计算公式即可得到第一钢丝绳上张力值。本发明在整个检测过程中，都没有接触第一钢丝绳对其施加应力，避免了第一钢丝绳应力集中，减少了第一钢丝绳的磨损，避免缩短第一钢丝绳的使用寿命以及因为磨损导致的测量精度下降，提高了第一钢丝绳张力测量的准确度。

以下为无极绳绞车钢丝绳张力监测方法：

步骤1：安装位移传感器固定支架，将两种位移传感器分别安装在传感器固定支架，并且将传感器与控制台相连接。

步骤2：获取数据，数据包括游动轮和固定轮沿X轴的圆心距、重锤的配重、重锤初始位移减去游动轮与固定轮沿Y轴初始圆心距、游动轮半径和第一钢丝绳半径之和、以及通过位移传感器所测得的重锤位移值。

步骤3：根据所获取的数据，通过公式计算出第一钢丝绳张力值。

下面根据检测的位移数据，对通过位移计算第一钢丝绳张力的方法进行介绍。

如图3所示，第一钢丝绳的受力和变形情况可以简化为图3。因为重锤的重力不变，所以第一钢丝绳所受到的压紧力P大小不变。

L为游动轮和固定轮沿X轴的圆心距。

R为游动轮半径和第一钢丝绳半径之和。

Y为所测重锤位移量，或游动轮位移量。

a为重锤初始位移减去游动轮与固定轮沿Y轴初始圆心距。由下面的计算式可知，当游动轮位移X较小时，X的误差对张力F的计算结果影响较大。

所以，当游动轮位移较小时使用高精度的位移传感器的输出量，当超出高精度位移传感器的量程时，再使用大量程的位移传感器。

根据力平衡原理，游动轮沿Y轴方向所受到的力即重锤重力，等于第一钢丝绳张力在Y轴的合力，即满足以下公式：

2Fcosθ＝P (1)

根据图3、图4所做辅助线进行几何分析可得以下公式：

θ＝α-β (2)

结合公式(1)(2)(3)(4)可得第一钢丝绳张力F的近似计算式为:

Claims (8)

1.一种无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，包括：

张紧装置框架(2)；

多个固定轮，位于所述张紧装置框架同侧且位于同一水平面上；

第一钢丝绳(4)，依次经过多个所述固定轮下方同一侧后从张紧装置后端穿出、以及，

多个游动轮，设置在所述固定轮同侧且位于所述第一钢丝绳下方，游动轮的轮轴可以沿张紧装置框架上的导向槽上、下移动，其中，每两个固定轮的下方之间设有一个所述游动轮；

每个游动轮分别通过第二钢丝绳与一重锤(8)连接,第二钢丝绳悬挂在张紧装置顶部的导向轮(1)上，绞车运行过程中，第一钢丝绳的张紧力降低时，由于重锤重力作用使重锤通过第二钢丝绳牵引游动轮向上移动；反之，第一钢丝绳的张紧力升高时，第一钢丝绳张紧力拉着游动轮下降，游动轮通过第二钢丝绳带动重锤升高，其特征在于，还包括：

位移传感器，用于测量所述游动轮或重锤的位移量，并通过信号传输模块将该位移量传输给控制器，所述控制器内预设张力计算公式，通过该张力计算公式得到所述第一钢丝绳的张力值，所述张力计算公式是：

其中，

P为第一钢丝绳所受到的压紧力；

R为游动轮半径和第一钢丝绳半径之和；

Y为即重锤的位移量；

a为重锤初始位移减去游动轮与固定轮沿Y轴初始圆心距；

F为钢丝绳上的张力；

L为游动轮和固定轮沿X轴的圆心距。

2.根据权利要求1所述的无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，其特征在于，所述固定轮包括三个，分别是第一固定轮、第二固定轮以及第三固定轮；

所述游动轮包括两个，分别是第一游动轮和第二游动轮，其中，所述第一游动轮位于所述第一固定轮和第二固定轮之间，所述第二游动轮位于所述第二固定轮和第三固定轮之间。

3.根据权利要求1所述的无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，其特征在于，所述张紧装置框架(2)上，位于所述第一固定轮的前端设有前端导绳轮(7)，位于所述第三固定轮的后端设有后端导绳轮(5)。

4.根据权利要求1所述的无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，其特征在于，所述位移传感器包括两个，分别是第一位移传感器和第二位移传感器，两个位移传感器分别通过安装支架固定在无极绳绞车张紧装置框架(2)上，其中，两个位移传感器具有不同的测量精度，第一位移传感器是精度范围为60-1000mm的超声传感器；第二位移传感器是精度范围为35-65mm的激光传感器。

5.根据权利要求1所述的无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，其特征在于，还包括报警器，与所述控制器的信号输出端连接，所述信号传输模块把位移信号传输给控制器，所述控制器实现信号变换、数据处理、张力显示和上下限报警输出。

6.根据权利要求1所述的无极绳绞车用钢丝绳张力监测装置，其特征在于，所述位移传感器选用拉绳式位移传感器、激光位移传感器或超声位移传感器。

7.一种基于权利要求1～6中任一所述无极绳绞车用钢丝绳张力检测装置的张力检测方法，其特征在于，无极绳绞车张紧装置在运行过程中，重锤的重力经过张紧装置顶部的所述导向轮转化为游动轮施加在第一钢丝绳上的压紧力；

安装在张紧装置框架上的位移传感器测量重锤转化为游动轮位移；

信号传输模块将所述位移量传输给控制器，控制器通过所述张力计算公式得到第一钢丝绳的张力。

8.根据权利要求4所述无极绳绞车用钢丝绳张力检测装置的张力检测方法，其特征在于，

当游动轮或重锤位移量较小时，此时张力变化幅度大，使用高精度的第一位移传感器的输出量作为位移量；

当游动轮或重锤的位移超过高精度的位移传感器的量程时，使用大量程的第二位移传感器的输出量作为位移量。