CN118129589A - 一种双轴冗余型长度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了工程机械技术领域的一种双轴冗余型长度传感器，旨在解决普通长度传感器存在的测量弊端；包括设于壳体内的主轴测长单元和副轴测长单元；主轴测长单元：钢丝绳的一端固定缠绕于线轮上，另一端为自由端；主轴转动连接于壳体内；线轮固定连接于主轴的轴身上；蜗杆和卷簧分别固定连接于主轴的上下端；线轮每转一周，蜗杆上的第一磁铁和壳体内的第一霍尔芯片感应一次；副轴测长单元：副轴转动连接于壳体内；蜗轮固定于副轴上，且与蜗杆啮合；线轮每转一周，蜗杆带动蜗轮转动，使得副轴上的第二磁铁和壳体内的第二霍尔芯片感应一次；本发明适用于工程机械，实现长度传感器的冗余功能，减小传动误差对测长精度的影响；结构简单易生产。

Description

一种双轴冗余型长度传感器

技术领域

本发明涉及一种双轴冗余型长度传感器，属于工程机械技术领域。

背景技术

长度传感器是应用于移动式起重机械、高空作业机械、消防机械、混凝土泵车等工程机械上，起重机所安装的长度传感器用于测量机械臂伸出的长度，通过与油压、角度数据共同分析，进行力矩控制及载荷限制，从而保证起重机的工作安全。

普通长度传感器往往只有一组长度测量单元，只能输出一个长度信号，一旦信号中断，就会造成整机工作停止或出现安全隐患。而有的传感器存在冗余信号，但两组信号来源于同一个长度测量单元，同样存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双轴冗余型长度传感器，使用主轴测长单元和副轴测长单元这两组测量单元，同步输出两组长度数据，通过对数据进行分析处理，实现长度传感器的冗余功能。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种双轴冗余型长度传感器，包括设于壳体内的主轴测长单元和副轴测长单元；

所述主轴测长单元包括线轮、主轴、卷簧、蜗轮、第一磁铁和第一霍尔芯片；钢丝绳的一端固定缠绕于所述线轮上，另一端为自由端；所述主轴转动连接于所述壳体内；所述线轮固定连接于所述主轴的轴身上；所述蜗轮和卷簧分别固定连接于所述主轴的上下端；所述线轮每转一周，所述蜗轮上的第一磁铁和所述壳体内的第一霍尔芯片感应一次；

所述副轴测长单元包括副轴、蜗轮、第二磁铁和第二霍尔芯片；所述副轴转动连接于所述壳体内；所述蜗轮固定于所述副轴上，且与所述蜗杆啮合；所述线轮每转一周，所述蜗杆带动所述蜗轮转动，使得所述副轴上的第二磁铁和所述壳体内的第二霍尔芯片感应一次。

进一步的，所述壳体包括上盖、第一装配壳、第二装配壳和下盖；所述第二装配壳与所述下盖上下固定连接，形成的第一腔体用于装设所述卷簧；所述第一装配壳与所述第二装配壳上下固定连接，形成的第二腔体；所述线轮置于所述第二腔体内，且所述线轮的轮轴穿通所述第二装配壳与所述卷簧的内芯固定连接；所述主轴穿通所述第一装配壳和所述轮轴固定连接；所述上盖和所述第一装配壳上下固定连接形成第三腔体；所述副轴测长单元设于所述第三腔体内。

进一步的，紧定螺钉穿通所述主轴、轮轴和卷簧的内芯进行固定连接。

进一步的，所述第一装配壳的中心处开设有装配长槽；所述装配长槽内由上至下开设有上限位槽和下限位槽；上轴承和下轴承分别设于所述上限位槽和下限位槽内；所述主轴通过所述上轴承和下轴承固定连接。

进一步的，所述主轴的轴身上套设有第一密封圈；所述第一密封圈置于所述下限位槽内，且位于所述下轴承的上方。

进一步的，所述主轴的轴身上开设有轴限位槽；挡圈套设于所述轴限位槽内；所述挡圈与所述下轴承接触。

进一步的，所述轮轴内设有第二密封圈，用于使得所述轮轴与所述主轴之间形成密封。

进一步的，所述第二装配壳上设有第三密封圈，用于使得所述轮轴与所述第二装配壳之间形成密封。

进一步的，所述上盖和第一装配壳、第一装配和第二装配壳、第二装配壳和下盖之间均设有第四密封圈。

进一步的，还包括安装底座本体；所述安装底座本体固定于所述壳体内；所述安装底座本体包括一体形成的连接板和底板；两所述连接板间隔设于所述底板上；所述副轴的两端转动连接于两所述连接板上，使得蜗轮置于两所述连接板之间；所述底板的左右两侧分别开设有半长圆形的固定槽。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本申请提供了一种双轴冗余型长度传感器，包括主轴测长单元和副轴测长单元两组测长单元；线轮上的钢丝绳的自由端固定在机械臂上，当机械臂伸出时，钢丝绳带动线轮每转一周，带动蜗杆转动使得蜗杆上的第一磁铁和壳体内的第一霍尔芯片感应一次；同时，蜗杆带动蜗轮转动，使得副轴上的第二磁铁和壳体内的第二霍尔芯片感应一次；第一霍尔芯片和第二霍尔芯片分别记录感应到对应的第一磁铁和第二磁铁的转动角度信号传递给现有长度计算模块对钢丝绳的伸长长度进行计算，记录机械臂伸长的长度数据，当其中一组感应或记录失败时，另一组任然能够保证有效的数据记录，实现长度传感器的冗余功能。蜗轮蜗杆传动配合，分别实现一组主轴和一组副轴的长度数据采集，仅有一级传动，可以最大程度上减小传动误差对测长精度的影响。

本申请提供的壳体结构能够将部件分隔装配，化繁为简，能够提升产品的生产效率，以及提高后期使用过程中人员的维修便捷性；壳体采用的各密封圈设计能够保证部件的使用寿命，避免因钢丝绳带入积水造成零部件损毁。

附图说明

图1是本发明提供的一种双轴冗余型长度传感器的结构示意图；

图2是图1中A处放大图；

图3是副轴测长单元设于安装底座本体的结构示意图；

图4是图3中副轴测长单元的俯视图；

图5是图3中部分结构的立体示意图；

图6是第一装配壳内的电池安装结构示意图；

图中：1、线轮；2、主轴；3、卷簧；4、蜗杆；5、第一磁铁；6、第一霍尔芯片；7、副轴；8、蜗轮；9、第二磁铁；10、第二霍尔芯片；11、上盖；12、第一装配壳；13、第二装配壳；14、下盖；15、紧定螺钉；16、装配长槽；17、上限位槽；18、下限位槽；19、上轴承；20、下轴承；21、第一密封圈；22、轴限位槽；23、挡圈；24、第二密封圈；25、环形槽；26、延伸槽；27、第三密封圈；28、安装底座本体；29、连接板；30、底板；31、左轴承；32、右轴承；33、固定槽；34、计算模块；35、第四密封圈；36、电池安装槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1至图6，本实施例提供了一种双轴冗余型长度传感器，包括设于壳体内的主轴2测长单元和副轴7测长单元。主轴2测长单元包括线轮1、主轴2、卷簧3、蜗杆4、第一磁铁5和第一霍尔芯片6。钢丝绳缠绕在线轮1上，钢丝绳的一端固定在线轮1上，另一端作为自由端。主轴2转动连接在壳体内部。线轮1固定套设在主轴2的轴身。蜗杆4固定连接在主轴2的上端，卷簧3的内芯固定连接在主轴2的下端。钢丝绳的自由端固定在测长的机械臂上。当机械臂伸出时，钢丝绳随其伸出，线轮1转动带动蜗杆4转动。线轮1每转一周，蜗杆4上的第一磁铁5和壳体内设置的第一霍尔芯片6感应一次。第一霍尔芯片6感应第一磁铁5转动的角度数据，将角度数据输送给现有的长度计算模块算得钢丝绳的伸出长度。

副轴7测长单元包括副轴7、蜗轮8、第二磁铁9和第二霍尔芯片10。副轴7转动连接在壳体内部。蜗轮8固定在副轴7上，并且和蜗杆4相互啮合。当线轮1每转一周时，蜗杆4带动蜗轮8转动，使得副轴7上的第二磁铁9和壳体内的第二霍尔芯片10感应一次。第二霍尔芯片10感应第二磁铁9转动的角度数据，将角度数据也输送至现有的长度计算模块进行算得钢丝绳的伸出长度。

结合图1，在一些实施例中，双轴冗余型长度传感器的壳体包括上盖11、第一装配壳12、第二装配壳13和下盖14。下盖14上方固定连接有第二装配壳13，且下盖14和第二装配壳13之间装设有第四密封圈35，进行密封。第二装配壳13上方固定连接有第一装配壳12，且第二装配壳13和第一装配壳12之间装设第四密封圈35。第一装配壳12的上方固定连接有上盖11，且第一装配壳12和上盖11之间装设有第四密封圈35。下盖14和第二装配壳13之间形成第一腔体，卷簧3装设在第一腔体内部。第一装配壳12和第二装配壳13之间形成第二腔体。线轮1装设在第二腔体内，且线轮1的轮轴穿通第二装配壳13置于第一腔体内，并与卷簧3的内芯固定连接。主轴2穿通第一装配壳12，并穿入轮轴内进行固定连接。上盖11和第一装配壳12之间形成第三腔体，副轴7测长单元装设在该第三腔体内。其中，卷簧3和轮轴固定连接以及主轴2和轮轴固定连接的方式，可采用紧定螺钉15依次穿通主轴2、轮轴和卷簧3，将三者进行固定连接。

整个壳体分为第一腔体、第二腔体和第三腔体，能够将双轴冗余长度传感器的各个部件分层装设，便于生产和组装，且方便维修人员快速拆分查看和维修。第二装配壳13的一侧等间距开设有多个排水孔，该排水孔的数量为三个。如果有雨水沿着钢丝绳进入第二腔体内部，能够及时从第二装配壳13的排水孔排出，防止壳体内部积水，避免冬季低温情况下结冰，进而出现的钢丝绳无法伸缩情况。

第一装配壳12上设置有电池安装槽36，电池置于该电池安装槽36内，并为第一霍尔芯片6和第二霍尔芯片10供电。计算模块34装入第三腔体内。当双轴冗余型长度传感器的计算模块34断电后，电池能够经过计算模块34给第一霍尔芯片6和第二霍尔芯片10供电。

在一些实施例中，在第一装配槽的中心出开设有装配长槽16，该装配长槽16由上至下开设有上限位槽17和下限位槽18。上轴承19固定装设在上限位槽17内，下轴承20固定装设在下限位槽18内。主轴2穿通该装配长槽16安装时，要依次穿通上轴承19和下轴承20，然后穿入线轮1的轮轴内固定连接。上轴承19和下轴承20能够限定主轴2沿着竖直方向转动，且能够保证主轴2避免转动过程的摩擦，保证转动圈数的准确性。

可选的，延伸限位槽的高度，将第一密封圈21置入在下限位槽18内，使得第一密封圈21和下轴承20上下紧贴。且该第一密封圈21套设在主轴2的轴身上，能够将第二腔体和第三腔体进行密闭分隔，防止当第二腔体进入的水渍流入第三腔体，影响电路板或副轴7测长单元的使用寿命。

在一些实施例中，主轴2的轴身上开设有轴限位槽22，挡圈23套设卡接于轴限位槽22内，且挡圈23和下轴承20接触，能够限制主轴2转动上下撺掇，保证转动的稳定性。

在一些实施例中，线轮1的轮轴上开设有环形槽25，用于装设有第二密封圈24。且该第二密封圈24套设在主轴2的轴身上。第二密封圈24将第二腔体和第一腔体进行密闭分隔，避免进入第二腔体内的积水流向第一腔体内对卷簧3产生影响，提升卷簧3的使用寿命。

更进一步的，在第二装配壳13内装设有第三密封圈27，该第二装配壳13内设置有延伸槽26，供第三密封圈27置入。第三密封圈27套设在轮轴的轴身上，使得轮轴和第二装配壳13形成密封。防止第二腔体内的积水从轮轴和第二装配壳13之间的间隙流入第一腔体内。

在一些实施例中，将副轴7测长单元的部分部件整体安装在于安装座本体上。该安装座本体固定在壳体内，即固定在第三腔体内。安装底座本体28包括一体形成的连接板29和底板30。两个连接板29间隔平行装设在底板30上，副轴7的两端转动连接在连接板29上。细节的，两个连接板29上分别固定安装有左轴承31和右轴承32。副轴7通过左轴承31和右轴承32和连接板29转动连接，减少转动过程中产生的摩擦力，提高转动圈数的精确性。安装时，蜗轮8固定在副轴7上，且位于两个连接板29之间，并于主轴2上的蜗杆4啮合。

底板30的左右两侧分别开设有多个半长圆形的固定槽33，螺栓通过固定槽33将安装底座本体28旋固在壳体内（第三腔体），螺栓旋紧前，螺栓对固定槽33进行了的方向的限定，使得安装底座相对蜗杆4前后移动，调节蜗轮8与蜗杆4相互啮合后，旋固螺栓进行固定。该可调节蜗轮8和蜗杆4的方法，能够避免在加工或装配过程中均存在不同程度的误差，减小加工装配误差对测量精度的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双轴冗余型长度传感器，其特征在于，包括设于壳体内的主轴测长单元和副轴测长单元；

所述主轴测长单元包括线轮、主轴、卷簧、蜗杆、第一磁铁和第一霍尔芯片；钢丝绳的一端固定缠绕于所述线轮上，另一端为自由端；所述主轴转动连接于所述壳体内；所述线轮固定连接于所述主轴的轴身上；所述蜗杆和卷簧分别固定连接于所述主轴的上下端；所述线轮每转一周，所述蜗杆上的第一磁铁和所述壳体内的第一霍尔芯片感应一次；

所述副轴测长单元包括副轴、蜗轮、第二磁铁和第二霍尔芯片；所述副轴转动连接于所述壳体内；所述蜗轮固定于所述副轴上，且与所述蜗杆啮合；所述线轮每转一周，所述蜗杆带动所述蜗轮转动，使得所述副轴上的第二磁铁和所述壳体内的第二霍尔芯片感应一次。

2.根据权利要求1所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，所述壳体包括上盖、第一装配壳、第二装配壳和下盖；所述第二装配壳与所述下盖上下固定连接，形成的第一腔体用于装设所述卷簧；所述第一装配壳与所述第二装配壳上下固定连接，形成的第二腔体；所述线轮置于所述第二腔体内，且所述线轮的轮轴穿通所述第二装配壳与所述卷簧的内芯固定连接；所述主轴穿通所述第一装配壳和所述轮轴固定连接；所述上盖和所述第一装配壳上下固定连接形成第三腔体；所述副轴测长单元设于所述第三腔体内。

3.根据权利要求2所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，紧定螺钉穿通所述主轴、轮轴和卷簧的内芯进行固定连接。

4.根据权利要求2所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，所述第一装配壳的中心处开设有装配长槽；所述装配长槽内由上至下开设有上限位槽和下限位槽；上轴承和下轴承分别设于所述上限位槽和下限位槽内；所述主轴通过所述上轴承和下轴承固定连接。

5.根据权利要求4所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，所述主轴的轴身上套设有第一密封圈；所述第一密封圈置于所述下限位槽内，且位于所述下轴承的上方。

6.根据权利要求4所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，所述主轴的轴身上开设有轴限位槽；挡圈套设于所述轴限位槽内；所述挡圈与所述下轴承接触。

7.根据权利要求2所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，所述轮轴内设有第二密封圈，用于使得所述轮轴与所述主轴之间形成密封。

8.根据权利要求2所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，所述第二装配壳上设有第三密封圈，用于使得所述轮轴与所述第二装配壳之间形成密封。

9.根据权利要求2所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，所述上盖和第一装配壳、第一装配和第二装配壳、第二装配壳和下盖之间均设有第四密封圈。

10.根据权利要求1或2所述的双轴冗余型长度传感器，其特征在于，还包括安装底座本体；所述安装底座本体固定于所述壳体内；所述安装底座本体包括一体形成的连接板和底板；两所述连接板间隔设于所述底板上；所述副轴的两端转动连接于两所述连接板上，使得蜗轮置于两所述连接板之间；所述底板的左右两侧分别开设有半长圆形的固定槽。